15.(14分)太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源.

(1)写出这个核反应方程；

(2)这一核反应能释放多少能量？

(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×10²⁶ J，则太阳每秒减少的质量为多少？

(4)若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年.(太阳质量M＝2×10³⁰ kg,m_p＝1.007 3 u，m_He＝4.001 5 u，m_e＝0.000 55 u)

解析:(1)

(2)Δm＝4×1.007 3 u－(4.001 5+2×0.000 55) u＝0.026 6 u

ΔE＝Δmc²＝0.026 6×931.5 MeV＝24.78 MeV＝4×10^－12 J.

(3)太阳每秒钟释放的能量为3.8×10²⁶ J，则太阳每秒钟减少的质量为

(4)太阳的质量为2×10³⁰ kg，太阳还能存在的时间为

(年).

答案:(1)略　(2)4×10^－12 J

(3)0.4×10¹⁰ kg　(4)5×10⁹年

14.(10分)原子从一个能级跃迁到一个较低能级时,有可能不发射光子,例如在某种条件下,铬原子n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子,而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子,使之能脱离原子,这一现象叫做俄歇效应,以这种方式脱离原子的电子叫俄歇电子.已知铬原子的能级公式可简化为式中n=1,2,3,…表示不同的能级,A是正的已知常数.上述俄歇电子的动能是多少？

解析:铬原子n=2的能级n=1的能级E₁=－A,所以电子从n=2能级跃迁到n=1的能级释放的能量ΔE=E₂－E₁=34A

又铬原子n=4的能级说明电子从n=4能级跃迁到无穷远能级(E_∞=0),即脱离原子需吸收的能量.由能的转化和守恒知,该俄歇电子的能量应为

答案:

13.(10分)在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂.中子在重水中可与核碰撞减速，在石墨中与核碰撞减速.上述碰撞可简化为弹性碰撞模型.某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？

解析:设中子质量为M_n，靶核质量为M，由动量守恒定律得M_nv₀=M_nv₁+Mv₂

由能量守恒得

解得

在重水中靶核质量M_H=2M_n

在石墨中靶核质量M_C=12M_n

与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好.

答案:略

12.人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程.请按要求回答下列问题.

图15-4

(1)卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面作出了卓越的贡献.请选择其中的两位，指出他们的主要成绩.

①__________________________________________________________________________；

②__________________________________________________________________________.

(2)在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入研究，图154为三种射线在同一磁场中的运动轨迹，请从三种射线中任选一种，写出它的名称和一种用途.

_____________________________________________________________________________.

解析:(1)①卢瑟福:提出了原子的核式结构模型(或其他成就)；②玻尔:首次把量子理论引入到原子结构中，提出了轨道量子化和能量量子化的思想，进一步发展了原子结构理论，并成功解释了氢光谱(或其他成就)；③查德威克:首先发现了中子(或其他成就).

(2)1为α射线，利用它的电离作用很强，可消除静电.

2为γ射线，利用它的穿透本领很强，可用于工业探伤.

3为β射线，利用它的穿透本领较强，可用于控制工业生产线上某些金属板的厚度.

判断方法:用左手定则.依据磁场方向及“运动轨迹”弯曲方向即洛伦兹力方向，可断定射线1、3的电性，从而确定射线种类.

答案:见解析

11.一置于铅盒中的放射源发射的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场.进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图15-3所示，则图中的射线a为________射线，射线b为________射线.

图15-3

解析:从放射源射出三种射线，分别为α、β和γ射线，其中α射线被铝箔挡住，只有β和γ射线穿出，又由于γ射线不带电，所以在偏转电场中不发生偏转.综上分析，可知图中的射线a为γ射线，射线b为β射线.

答案:γ　β

10.静止的衰变成，静止的衰变为，在同一匀强磁场中的轨道如图15-2所示.由此可知(　)

图15-2

A.甲图为的衰变轨迹，乙图为的衰变轨迹

B.甲图为的衰变轨迹，乙图为的衰变轨迹

C.图中2、4为新核轨迹，1、3为粒子轨迹

D.图中2、4为粒子轨迹，1、3为新核轨迹

解析: 衰变成时，放出正电子，两者均带正电，运动方向相反，根据左手定则，轨迹应是外切圆，如题图乙.根据动量守恒和可知3为正电子的轨迹，4为的轨迹.同理可分析衰变为时，放出负电子，轨迹应是内切圆，如题图甲，1为负电子的轨迹，2为的轨迹.故选项B、C正确.

答案:BC

9.据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试.下列关于“人造太阳”的说法正确的是(　)

A.“人造太阳”的核反应方程是

B.“人造太阳”的核反应方程是

C.“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE=Δmc²

D.“人造太阳”核能大小的计算公式是

解析:“人造太阳”是利用海水中的²₁H和³₁H聚变而产生大量能量的.放出的能量可利用爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc²求出，其中Δm为质量亏损，所以A、C项正确.

答案:AC

8.关于天然放射现象，以下叙述正确的是(　)

A.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的

B.若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小

C.在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，β射线的电离能力最强

D.铀核衰变为铅核的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变

解析:A选项正确，核反应方程为B选项错误，放射性物质的半衰期只与物质本身有关，与该物质所处的物理、化学状态无关.C选项错误，在α、β、γ三种射线中，α射线的电离能力最强，穿透能力最弱；γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱.D选项错误，核反应中电荷数和质量数都守恒，则解得即8次α衰变和6次β衰变.

答案:A

7.北京奥委会接受专家的建议，大量采用对环境有益的新技术，如2008年奥运会场馆周围80%-90%的路灯利用太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水采用全玻璃真空太阳能聚热技术.太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的聚变反应产生的，下列核反应属于聚变反应的是(　)

A.

B.

C.

D.

解析:把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变，四个选项中只有A为聚变反应，B是发现质子的核反应，C是铀核的裂变反应，D是铀核的α衰变.

答案:A

6.下列说法正确的是(　)

A.研制核武器的钚239由铀239经过4次β衰变而产生

B.发现中子的核反应方程是

C.20 g的经过两个半衰期后其质量变为15 g

D.在中子轰击下，生成和的核反应前后，原子核的核子总数减少

解析:发生2次β衰变，A错误.20 g经过两个半衰期后其质量C错误.在核反应中质量数、电荷数都守恒，D错误.所以只有B正确.

答案:B