一、核反應類型及核反應方程式問題

　　1．天然放射現(xiàn)象

　　例1（北京理綜-14）下列現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的是（　?。?/span>

　　A．粒子散射現(xiàn)象  

　　B．天然放射現(xiàn)象

　　C．光電效應現(xiàn)象    

　　D．原子發(fā)光現(xiàn)象

　　解析：B項所述天然放射現(xiàn)象是某些元素的原子核在天然情況下自發(fā)進行的核反應，是原子核內(nèi)部的質(zhì)子、中子的重組過程，是原子核內(nèi)部發(fā)生的變化。其它三項所述變化均是在原子系統(tǒng)中，原子核外發(fā)生的。故本題選B。

　　例2（上海物理-1）放射性元素衰變時放出三種射線，按穿透能力由強到弱的排列順序是（　?。?/span>

　　A．a射線，b射線，g射線

　　B．g射線，b射線，a射線

　　C．g射線，a射線，b射線

　　D．b射線，a射線，g射線

　　解析：衰變時產(chǎn)生的射線中，按穿透能力由強到弱排序，依次是g射線、b射線、a射線。本題選B。

　　2．核反應類型

　　例3（天津理綜-6）下列說法正確的是（　　）

　　A．是衰變方程

　　B．是核聚變反應方程

　　C．是核裂變反應方程

　　D．是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程

　　解析：A選項中在質(zhì)子的轟擊下發(fā)生的核反應，用質(zhì)子轟擊氮核人是工誘變措施，屬于人工轉(zhuǎn)變，A錯；C選項所述核反應中無人工誘變措施有α粒子射出，屬于α衰變，不是裂變，C錯；B選項所述是輕核聚變，B對；D項所述是用α粒子轟擊鋁核，屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變，D對。所以本題選B、D。

　　3．核反應方程式

　　例4（安徽理綜-14）原子核聚變可望給人類未來提供豐富的潔凈能源。當氖等離子體被加熱到適當高溫時，氖核參與的幾種聚變反應可能發(fā)生，放出能量。這幾種反應的總效果可以表示為：，由平衡條件可知（　?。?/span>

　　A．k=1，d=4     B．k=2，d=2     C．k=1，d=6      D．k=2，d=3

　　解析：由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，分別有：，，解得k=2，d=2。正確選項為B。

　　點評：核反應中參與反應的是原子核，是原子核內(nèi)的質(zhì)子、中子的重組過程，常見的核反應形式有：（1）天然放射現(xiàn)象（原子核的衰變）：是一種原子核在無人工誘變條件下自發(fā)進行的核反應，其特征是原子核放出α（粒子流，帶正電）、β（，電子流，帶負電）、γ（光子，不帶電）射線，這三種射線中速度最大的是γ射線（真空中的光速），穿透能力最強的是γ射線，電離能力最強的是α射線。這種現(xiàn)象叫天然放射現(xiàn)象，由這些原子核組成的元素，稱為放射性元素。利用放射性元素可作為示蹤原子，利用其射線可進行工業(yè)透視(γ射線)、使中性氣體電離(α射線)、誘發(fā)植物中子變異(γ射線)等。（2）人工轉(zhuǎn)變：是指用高能α（）粒子、質(zhì)子（）、中子（）轟擊中等質(zhì)量的原子核使其產(chǎn)生新核的核反應。（3）裂變：是指質(zhì)量較大的原子核在人工條件下（比如中子轟擊）分裂為中等質(zhì)量的核的核反應。（4）聚變：質(zhì)量較小的原子核在高溫高壓條件下結(jié)合成質(zhì)量較大原子核的核反應。

　　不管是哪一種核反應，都遵從質(zhì)量數(shù)（核子數(shù)）守恒和電荷數(shù)（質(zhì)子數(shù)）守恒，這是書寫和檢驗核反應方程式的原則。

　　二、核能釋放問題

　　例5（廣東物理-2）科學家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的（氦3），它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應的方程式為+→+，關(guān)于聚變，下列表述正確的是（　?。?/span>

　　A．聚變反應不會釋放能量

　　B．聚變反應產(chǎn)生了新的原子核

　　C．聚變反應沒有質(zhì)量虧損

　　D．目前核電站都采用聚變反應發(fā)電

　　解析：核能釋放的兩種途徑是重核裂變與輕核聚變，氦核聚變屬于輕核聚變，會放出大量的能量，故肯定會有質(zhì)量虧損，所以A、C錯誤；核反應是參與反應的原子核內(nèi)的質(zhì)子、中子的重組過程，會生成新的原子核，故B對；目前我們核電站利用核能的主要方式為重核裂變，所以D錯誤。本題選B。

　　例6（山東理綜38-1)歷史中在利用加速器實現(xiàn)的核反應，是用加速后動能為0．5MeV的質(zhì)子H轟擊靜止的X，生成兩個動能均為8．9MeV的He。（1MeV=1．6×^-13J）

　　①上述核反應方程為___________。

　　②質(zhì)量虧損為_______________kg。

　　解析：依據(jù)電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒可寫出和反應方程式為：_（或_），有愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系有：。

　　點評：核能釋放的兩條主要途徑是輕核聚變和重核裂變兩種形式，如反應前參與反應的核的總質(zhì)量與反應后新核的總質(zhì)量之差為，則釋放的能量為（c為真空中的光速）。對核能釋放的兩種途徑中，人類控制與應用技術(shù)比較成熟的是重核（鈾核）的裂變。

　　三、能級躍遷

　　例7（全國理綜I-16）氦氖激光器能產(chǎn)生三種波長的激光，其中兩種波長分別為。λ₁=0．6328μm，λ₂=3．39μm。已知波長為λ₁的激光是氖原子在能級間隔為ΔE₁=1．96eV的兩個能級之間躍遷產(chǎn)生的。用ΔE₂表示產(chǎn)生波長為λ₂的激光所對應的躍遷的能級間隔，則ΔE₂的近似值為（　?。?/span>

　　A．10．50eV     B．0．98eV    C．0．53eV     D．0．36eV

　　解析：原子由較高能量能級向能量較低能級躍遷時放出光子（發(fā)光），光子的能量等于兩能級能量之差，所以有：，。而，代入已知數(shù)據(jù)解得：。故本題選D。

　　例8（全國理綜II-18）氫原子的部分能級如圖所示，已知可見光子能量在1．62eV到3．11eV之間。由此可推知，氫原子（　　）

　　A．從高能級向n=1能級躍遷時放出的光的波長比可見光的短

　　B．從高能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光為可見光

　　C．從高能級向n=3能級躍遷時發(fā)出的光的頻率比可見光的高

　　D．從n=3能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光為可見光

　　解析：從其它高能像n=1能級躍遷時，放出的光子的能量分別為0-（-13．6eV）=13．6eV，-5．4eV-（-13．6eV）=8．2eV，-0．85eV-(-13．6eV)=12．75eV，-1．51eV-(-13．6eV)=12．09eV，-3．40eV-(-13．6eV)=10．20eV，均大于可見光能量，其頻率比高于可見光頻率，波長小于可見光頻率。從其它高能級向n=2能級躍遷放出的光子的能量分別為0-（-3．40eV）=3．40eV，-0．54eV-(-3．40eV)=2．86eV，-0．85eV-(-3．40eV)=2．55eV，-1．51eV-（-3．40eV）=1．89eV，其中，有些在可見光范圍內(nèi)，有些不在可見光范圍內(nèi)。從其它高能級向n=3能級躍遷時，放出的光子的能量分別是0-(-1．51eV)=1．51eV，-0．54eV-(-1．51eV)=0．97eV，-0．85eV-(-1．51eV)=0．66eV，均比可見光能量小，頻率比可見光低。從n=3躍遷到n=2時，放出的光子的能量為-1．51eV-(-3．4eV)=1．89eV，屬于可見光。故本題選A、D。

　　點評：原子由能量較高能級向能量較低能級躍遷時放出光子（能量），躍遷規(guī)律為：。對于光子來說，它的頻率與波長間有關(guān)系：。原子系統(tǒng)一般處在能量最低能級（基態(tài)），要使其發(fā)光（放出光子）就必須先將原子系統(tǒng)激發(fā)到能量較高能級（激發(fā)態(tài)），這有兩種辦法，一是吸收光子（光照），光子能量必須等于兩能級能量之差；二是電子撞擊，電子動能應不小于兩能級能量之差。

　　 四、原子核與力學綜合問題

　　例9(海南物理19-II)钚的放射性同位素靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)和粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)立即衰變?yōu)殁櫤?span>，并放出能量為的光子。已知：、和粒子的質(zhì)量分別為、、

　?。?span>1）寫出衰變方程；

　?。?span>2）已知衰變放出的光子的動量可忽略，球粒子的動能。

　　解析：（1）衰變方程為：  ，，或合起來有：

　?。?span>2）上述衰變過程的質(zhì)量虧損為：，放出的能量為：，有能量轉(zhuǎn)化余守恒定律可知，釋放的能量應等于軸核的動能、粒子的動能和光子的能量之和，即：，由以上幾式可得：

　　設衰變后的軸核和粒子的速度分別為和，由動量守恒有：

　　又由動能的定義知：

　　代入已知數(shù)據(jù)解得：

　　例10（江蘇物理12-C）在衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出。中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實驗中很難探測。1953年，萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng)，利用中微子與水中的核反應，間接地證實了中微子的存在。

　　（1）中微子與水中的發(fā)生核反應，產(chǎn)生中子（）和正電子（），即：

　　中微子+→+，可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是      。（填寫選項前的字母）

　　A．0和0        B．0和1        C．1和 0       D．1和1

　?。?span>2）上述核反應產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子（），即：+2 。已知正電子和電子的質(zhì)量都為9．1×10^-31㎏，反應中產(chǎn)生的每個光子的能量約為      J。正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€光子，原因是        。

　　解析：（1）發(fā)生核反應前后，粒子的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)均不變，據(jù)此可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分都是0，A項正確。

　　（2）產(chǎn)生的能量是由于質(zhì)量虧損。兩個電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子之后，質(zhì)量變?yōu)榱悖?span>，一個光子的能量為，帶入數(shù)據(jù)得，每個光子的能量為：=J。

　　正電子與水中的（負）電子相遇，形成幾乎靜止的整體，故系統(tǒng)總動量為零，故如果只產(chǎn)生一個光子是不可能的，因為此過程遵循動量守恒。

　　點評：核反應中，均有能量放出，這些能量以新核動能，輻射能（電磁能）形式出現(xiàn)。能量守恒與動量守恒是核反應過程遵循的基本規(guī)律。