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1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 质量数守恒和电荷数守恒的应用典例 1本题中用大写字母代表原子核，E 经 衰变成为 F，再经 衰变成为 G，再经 衰变成为 H。上述系列衰变可记为下式：E F G H，另一系列衰变 如下：P Q R S 已知 P 和 F 是同位素，则()AQ 和 G 是同位素，R 和 H 是同位素BR 和 E 是同位素，S 和 F 是同位素CR 和 G 是同位素， S 和 H 是同位素DQ 和 E 是同位素，R 和 F 是同位素解析由于 P 和 F 是同位素，设它们的质子数为 n，则其他各原子核的质子数可分别表示如下：n2 E nF n1 G n1 H nP n1 Q n
2、2 R 由此可以看出 R 和 E 是同位素 ，S 和 F、P 是同位素，Q 和 G 是同位素，故只有 B 正确。答案量守恒的应用动量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律之一。大到天体，小到微观粒子，无论相互作用的是什么性质的力，动量守恒定律都是适用的。因此动量守恒定律也适用于原子或原子核之间的相互作用。典例 2用速度为 量为 轰击质量为 静止的 N 核，发生核42 147反应，最终产生两种新粒子 A 和 B。其中 A 为 O 核，质量为 度为 B 的质量为178世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (1)计算粒子 B 的速度 2)粒子 A 的速度符合什么条件时，粒子 B 的速度方向与 的运动方向
3、相反。解析(1)由动量守恒定律有：m 3v3m 4得：v B 。)B 的速度与 的速度方向相反，即： m 3案(1) (2)v 3量和动量守恒的综合应用能量守恒定律是人类长期总结得到的一条普遍适用的基本规律。能量和动量守恒定律是解决原子问题的金钥匙。典例 3如图 1 所示，有界的匀强磁场磁感应强度为 B ，磁场方向垂直于纸面向里，磁场的左边界。在磁场中 A 处放一个放射源，内装 8888226 226出某种射线后衰变成 8622图 1(1)写出上述衰变方程。(2)若 A 处距磁场边界 距离 .0 m 时，放在 侧边缘的粒子接收器收到垂直于边界 向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过 直线 1.
4、0 m。求一个静止 88衰变过程中释放的核能有多少？(取 1 u0 27 kg，e0 19 C，226结果保留三位有效数字)解析(1) 2286 42(2)衰变过程中释放的 粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径 R1.0 m，由 2世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 2量分别为 222 u、4 u，22286 42则 222 uv4 u6速度 v 222 uv 2 4u2 12 1130 14 J。答案(1) 2)0 14 2286 42专题小测验1(2012新课标全国卷)氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：H H Hex，式中 x 是某种粒子。已知： H、 H、 粒子 x
5、的质量分别为 1 31 42 21 31 421 u、1 u、 u 和 u；1 ueV/c2，c 是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知，粒子 x 是_，该反应释放出的能量为_ 果保留 3 位有效数字)。解析：根据电荷数守恒和质量数守恒可知，x 的质量数为 1，电荷数为零，故 量亏损 m u1 u( u u) u，E 案： n(中子)2012山西太原期末)在 衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出，但中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953 年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中 H 的核反应，间接地证实了中微子的存在，1中微子与水中 H 发
6、生核反应，产生中子 ( n)和正电子( e)，即：中微子1 10 0 1光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 H n e，由此可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是 ()1 10 0 1A0 和 0 B0 和 1C1 和 0 D1 和 1上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，可以转变为两个能量相同的光子()，即e e2。已知正电子和电子的质量都是 0 31 应中产生的每个光子的0 1 0 1能量约为_J。(c0 8 m/s)解析：由核反应方程：中微子 H n e，满足质量数守恒和电荷数守恒可得中1 10 0 1微子的质量数和电荷数都是 0，选项 A 正确；由爱因斯坦质能方程可得每个光子的能
7、量约为 0 31 (08)2 J0 14 J。答案：A0 14 所示，静止在匀强磁场中的锂核俘获一个速度为 04 m/s 的中子而发生核反应，产生一个氦核和一个新核，若测得氦核的速度是 04 m/s，方向与反应前中子的运动方向相同。图 2(1)写出核反应方程；(2)求氦核和新核的轨道半径之比；(3)在示意图上画出反应后氦核和新核的运动轨道和运动方向；(4)当氦核旋转 6 周后，新核旋转多少周？解析：(1)核反应方程为 n H 3 10 31 42(2)设中子、氦核、新核的质量分别为 m1、m 2、m 3，它们的速度分别是 v1、v 2、v 3，根据核反应动量守恒有 m 2v2m 3 110 3
8、 m/s，负号说明新核和新核的轨道半径之比 r2 40 3。 (3)左手定则先判断氦核和新核所受洛伦兹力的方向，进而确定氦核和新核均以顺时针方向旋转，如右图所示(图中是示意图，其轨道半径比跟计算结果不相等) 。(4)氦核和新核做圆周运动，其周期之比 3 2 3，即 6T 3，所2 周。答案：(1) n H 2)40 3(3)见解析(4)463 10 31 424静止的氮核 N 俘获一个速度为 07 m/s 的中子，发生核反应后若只产生了两147个新粒子，其中一个粒子为氦核( 它的速度大小是 06 m/s，方向与反应前的中42子速度方向相同。(1)写出此核反应的方程式，求反应后产生的另一个粒子的
9、速度大小及方向； (2)此反应过程中是否发生了质量亏损，说明依据。解析：(1) N n B 0 115 42用 m1、m 2和 n)、氦核( 新核的质量，由动量守恒定律得10 42m 2v2m 3 0 5 m/05 m/)反应前的总动能 1反应后的总动能 12 23经计算知 2，故可知反应中发生了质量盈余，没有亏损。答案：(1) N n B 0 5 m/s与反应前中子的速度方向相反(2) 见147 10 115 42光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (教师用书独具)(时间：50 分钟满分：100 分)一、选择题(本题共 12 小题，每小题 5 分，共 60 分，每小题至少有一个选项正确，
10、选对但选不全得 3 分，有错选或不答的得 0 分)1(2012天津高考)下列说法正确的是 ()A采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期B由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子C从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力D原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量解析：选 B采用物理和化学方法不能改变放射性元素的半衰期，选项 A 错误；由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子，选项 B 正确；从高空对地面进行遥感摄影利用的是红外线，选项 C 错误；原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，选项 D 错误。2(2012江苏高考)如图 1
11、所示是某原子的能级图， a、b、c 为原子跃迁所发出的三种波长的光。在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是()图 1图 2光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ：选 C根据玻尔的原子跃迁公式 h E mE 个能级间的能量差值越大，图中可看出，能量差值最大的是 1，辐射光的波长 量差值最小的是 2，辐射光的波长 以谱线从左向右的波长依次增大的是a、c、b，C 正确。3(2012北京海淀二模)下列说法中正确的是 ()A实物粒子只具有粒子性，不具有波动性B卢瑟福通过 粒子散射实验现象，提出了原子的核式结构模型C光波是概率波，光子在前进和传播过程中，其位置和动量能够同时确定D在工业和医疗中经常使用激光，是因为其光子的能量远大于 光子的能量解析：选 B电子通过晶格的衍射现象表明实物粒子也具有波动性，A 错误；卢瑟福的原子核式结构模型理论的基础就是 粒子散射实验，B 正确；由测不准原理知微观粒子的位置和动量是不能同时准确测量的，C 错误；在工业和医疗中常使用激光的原因是由于其平行性好、亮度高，但亮度高不是由于光子能量高，而是单位时间内通过单位面积的总能量大，D 错误。4(2013湖北八校二联)已知氢原子基态的轨道半径为 态能量为E 0，将该原子置于静电场中使其电离，已知静电力
