第5章 5.“基本”粒子-【名师导航】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步讲义(人教版)

5．“基本”粒子 1．初步了解粒子物理学的基础知识及粒子的分类。 2．感悟人类对物质结构的认识是不断深入的，通过对这些微观世界相关内容的学习形成相对完整、科学的物质观念。 　发现新粒子　粒子的分类 1．发现新粒子 (1)直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒。 (2)后来认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子”。从20世纪后半期起，将“基本”二字去掉，统称为粒子。 (3)1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子。以及之后的超子等。 2．粒子的分类 目前发现的粒子大体可被分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别。 3．夸克模型 (1)夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子是由夸克构成的。 (2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)、顶夸克(t)。 (3)夸克所带的电荷量：夸克带的电荷分别为元电荷的－或＋。 (4)夸克的意义：电子电荷不再是电荷的最小单元。 (5)夸克的“禁闭”：夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。 如图所示为粒子发展示意图： 【问题】 (1)为什么现在将“基本”二字去掉，统称为粒子？ (2)为什么说夸克模型是物理学发展中的一个重大突破？ 提示：(1)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子、中子、电子组成的，又发现质子、中子等本身也有自己的复杂结构。所以现在将“基本”二字去掉，统称为粒子。 (2)夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。 1．粒子的分类 分类 参与的相互作用 发现的粒子 备注 强子 参与强相互作用 质子、中子 强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又分为介子和重子两类 轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 未发现内部结构 规范玻 色子 传递各种 相互作用 光子、中间玻色子、胶子 光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用 希格斯 玻色子 希格斯玻色子是希格斯场的量子激发 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量 2012年，欧洲核子研究中心利用大型强子对撞机发现了希格斯玻色子 2．夸克模型 (1)夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。 (2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。 (3)夸克所带电荷：夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的－或＋。例如，上夸克带的电荷量为＋，下夸克带的电荷量为－。 (4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。 【典例】　在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。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，利用中微子与水中的核反应，间接地证实了中微子的存在。 (1)中微子与水中的发生核反应，产生中子()和正电子()，即：中微子—→e 可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________。 (2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即―→2γ，已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31 kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是什么？ [解析]　(1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0。 (2)产生能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则ΔE＝Δmc2，故一个光子的能量为，代入数据得≈8.2×10-14 J。正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故只有产生2个光子，此过程才遵循动量守恒定律。 [答案]　(1)0和0　(2)8.2×10-14　见解析 　对核反应中新生成粒子的认识 新生成的粒子和实物粒子一样，也能产生物质波，它们之间发生相互作用时，同样遵循动量守恒定律等力学规律。 [跟进训练] 目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的。u夸克所带的电荷量为e，d夸克所带的电荷量为－e，e为元电荷，下列论断可能正确的是(　　) A．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成 D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成 B　[质子所带的电荷量为2×e＋e＝e，中子所带的电荷量为e＋2×＝0，结合不同夸克的带电荷量可知，B正确。] 1．下列说法正确的是(　　) A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子 C．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子 D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位 D　[由于质子、中子本身也有自己的复杂的结构，故它们不是组成物质的不可再分的最基本的粒子，A错误；最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，B错误；τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，C错误；不同夸克带的电荷不同，分别为＋e和－，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，D正确。] 2．(多选)下列说法正确的是(　　) A．目前还未发现轻子的内部结构 B．自然界存在着的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律，对粒子不适用 C．反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象 D．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子 ACD　[现代实验中还没有发现轻子的内部结构，故A正确；能量守恒定律等对粒子也适用，故B错误；反粒子与其相应的粒子带等量异种电荷，反粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象，故C正确；质子是早发现的强子，故D正确。] 3．现在科学家们正在设法探寻“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反。据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数分别为(　　) A．－4，－2　　　 B．4，－2 C．－4，2 D．4，2 B　[由“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反可知，反α粒子质量数为4，电荷数为－2，B正确。] 4．20世纪30年代以来，人们在对宇宙射线的研究中，陆续发现了一些新的粒子，K介子和π介子就是科学家在1947年发现的。K－介子的衰变方程为K－―→π0＋π－，其中K－介子和π－介子带负电，电荷量等于元电荷的电荷量，π0介子不带电。如图所示，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为图中的圆弧虚线，K－介子衰变后，π0介子和π－介子的轨迹可能是(　　) A　　　　　B　　　　　C　　　　　D A　[π0介子不带电，在磁场中不偏转，π－介子带负电，在磁场中洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，再根据左手定则及动量守恒判定知，A正确。] 回归本节知识，自我完成以下问题： 1．为什么说“基本”粒子不基本？ 提示：质子、中子本身有自己复杂的结构。 2．粒子可大致分为几类？ 提示：分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类型。 3．在物理标准模型中哪几类粒子是组成物质的最基本的粒子？ 提示：夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子。 课时分层作业(二十二) 题组　发现新粒子　粒子的分类 1．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是(　　) A．夸克、轻子、胶子等粒子 B．质子和中子等强子 C．光子、中微子和电子等轻子 D．氢核、氘核、氦核等轻核 A　[宇宙形成之初产生了夸克、轻子、胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由的光子、中微子、电子等轻子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成中性的氢原子，最后形成恒星和星系，因此A正确，B、C、D错误。] 2．(多选)下列说法正确的是(　　) A．强子是参与强相互作用的粒子 B．轻子是不参与强相互作用的粒子 C．目前发现的轻子只有8种 D．夸克有6种，它们带的电荷量分别为元电荷的＋或－ ABD　[粒子可分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别，强子就是所有参与强相互作用的粒子的总称，A正确；轻子就是不参与强相互作用的粒子的总称，B正确；目前发现的轻子只有6种，分别是电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子，故C错误；夸克有6种，它们带的电荷量分别为元电荷的＋或－，D正确。] 3．(2022·浙江“七彩阳光”新高考研究联盟高三联考)已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克 或反夸克 )组成的，它们所带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。 π＋ π－ u d 带电荷量 ＋e －e ＋e －e －e ＋e 下列说法正确的是(　　) A．π＋由u和组成 B．π＋由和d组成 C．π－由u和组成 D．π－由和d组成 D　[由题表可知，π＋带的电荷量为＋e，故由u和组成；π－带的电荷量为－e，故由和d组成，故选D。] 4．正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电荷量相等，电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质。1997年初和年底，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步。推测可得反氢原子的结构是(　　) A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成 B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成 C．由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成 D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成 B　[反氢原子的结构应该是由反质子与反电子构成，即由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成。故选B。] 5．K－介子的衰变方程为K－―→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是带负电的基元电荷，π0介子不带电。一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的轨迹半径RK－与之比为2∶1，如图所示，π0介子的轨迹未画出，由此可知π－介子的动量大小与π0介子的动量大小之比为(　　) A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．1∶6 C　[因为＝＝，它们的轨迹半径与之比为2∶1，所以＝，K－介子在P点发生衰变，衰变后π－介子的运动方向与K－介子相反，衰变过程根据动量守恒定律有＝，解得＝＝，所以有＝，故选C。] 6．中子内有一个电荷量为＋e的上夸克和两个电荷量为－e的下夸克。一简单的模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上，如图所示。在给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是(　　) A　　　　　　　　B C　　　　　　　　D B　[对上夸克分析，两个下夸克对其作用力为引力，且大小相等，合力方向竖直向下，左边的下夸克受上夸克的引力和右边下夸克水平向左的斥力，因为k＝kcos 60°，所以合力方向竖直向上，同理，右边的下夸克所受合力方向也是竖直向上，故B正确。] 章末综合测评(五) 一、选择题(共10小题，1～7题为单选题，8～10 题为多选题) 1．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列核反应方程及其表述都正确的是(　　) A．H是原子核的人工转变 B．He是α衰变 C．He＋γ是核聚变反应 D．n是核裂变反应 C　[A选项方程书写错误，电荷数两边不相等，故A错误；B选项方程是人工转变方程，故B错误；C选项方程是核聚变反应，故C正确；D选项方程书写错误，反应物中应该有中子，故D错误。] 2．下列有关图像的描述错误的是(　　) A．图甲所示的是粒子通过气泡室的径迹 B．图乙所示的行李安检仪采用γ射线来透视安检物品 C．图丙所示的标志是国际通用的放射性标志 D．图丁所示的装置可以对运动的带电粒子进行约束 B　[图甲所示的是粒子通过气泡室的径迹，A正确；行李安检仪采用X射线来透视安检物品，B错误；图丙所示的标志是国际通用的放射性标志，C正确；环流器中存在磁场，带电粒子在磁场中运动时会受到洛伦兹力作用，因此环流器可以对运动的带电粒子进行约束，D正确。] 3．(2022·山西太原一模)核电池，又称同位素电池，它是利用放射性同位素衰变放出载能粒子(α粒子、β粒子和γ射线)并将其能量转换为电能的装置。某核电池使用的核燃料为，其半衰期为88年。已知的衰变方程为Y，下列说法正确的是(　　) A．核比核多4个中子 B．的比结合能大于的比结合能 C．经过88年，20个原子核中一定有10个发生了衰变 D．衰变放出的载能粒子是β粒子 B　[根据质量数守恒和电荷数守恒可知Y，因此核比核多2个中子，故A错误；比结合能越大越稳定，因此的比结合能大于的比结合能，故B正确；半衰期是统计规律，只适用于大量原子核，少量原子核不适用，故C错误；衰变放出的载能粒子是α粒子，故D错误。] 4．在医疗技术中有时需要利用放射线治疗肿瘤，所用的放射源必须具备以下两个条件： (1)放出的放射线有较强的穿透能力，以辐射到体内肿瘤所在处； (2)能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度。 下表给出了四种放射性同位素的辐射线及半衰期，在表中所列的四种同位素中，最适宜作为放疗使用的放射源应是(　　) 同位素 钋210 锶90 锝99 钴60 辐射线 α β γ γ 半衰期 138年 28年 6小时 5年 A．钋210　　　 B．锶90 C．锝99 D．钴60 D　[三种射线中γ射线的穿透能力最强，α射线与β射线的穿透性相对于γ射线都较弱，不适合用作医学的放射源，故A、B错误；三种射线中γ射线的穿透能力最强，锝99的半衰期较短，而钴60的半衰期较长，钴60在较长时间内具有相对稳定的辐射强度，适合用作医学的放射源，故C错误，D正确。] 5．科学家研究发现闪电能够引发大气核反应，其中一种典型的核反应如图所示，闪电产生的高能γ射线把原子核A的中子移除，产生不稳定的原子核，该不稳定的原子核再衰变成中微子(质量数和电荷数均为零)、正电子和原子核，则原子核A为(　　) N C A　[不稳定的原子核衰变成中微子(质量数和电荷数均为零)、正电子和原子核，则不稳定的原子核为；高能γ射线把原子核A的中子移除，产生不稳定的原子核，则原子核A为。故选A。] 6．(2022·山东泰安基础教育教学研究室一模)2021年12月30日，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)在7 000万℃的高温下实现1 056 s的长脉冲高参数等离子体运行。若某次聚变反应是4个氢核结合成1个氦核，同时释放出正电子。已知氢核的质量为mp，氦核的质量为mα，正电子的质量为me，真空中光速为c，则此次核反应释放的能量为(　　) A．(4mp－mα－me)c2 B．(4mp－mα－2me)c2 C．(4mp＋mα－me)c2 D．(4mp＋mα－2me)c2 B　[核聚变方程为e，根据质能方程，可知核反应释放的能量ΔE＝(4mp－mα－2me)c2，故选B。] 7．玉兔二号月球车是采用核能来提供能量的，它的核能电池系统能使钚()衰变产生的核能转化为电能，这一系统设计使用寿命为14年。钚()静止时衰变为激发态和α粒子，而激发态铀核立即衰变为稳态铀核，并放出能量为Eγ的γ光子。已知钚、稳态铀核和α粒子的质量分别记为mPu、mU和mα，真空中的光速为c，衰变放出光子的动量可忽略且该过程释放的核能除去γ光子的能量Eγ外全部转化为和α粒子的动能。若将衰变产生的和α粒子(均不计重力)垂直射入同一垂直纸面向里的匀强磁场中，下列说法正确的是(　　) A．和α粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹为外切圆，且两粒子均沿顺时针方向运动 B．和α粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径之比为46∶1 C．和α粒子的动能之和为(mPu－mU－mα)c2－Eγ D．α粒子的动能为[(mPu－mU－mα)c2＋Eγ] C　[由题意可知，衰变产生的和α粒子所带的电性相同，故两粒子垂直射入同一垂直纸面向里的匀强磁场中做圆周运动的方向都是逆时针，故A错误；由洛伦兹力充当向心力，可知qvB＝m，所以r＝＝，由动量守恒定律可知，二者动量大小相等，所以两粒子轨迹半径之比为＝＝1∶46，故B错误；由能量守恒定律可知E＝Ek总＋Eγ，由爱因斯坦质能方程可知E＝(mPu－mU－mα)c2，解得Ek总＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ，故C正确；由动量守恒可知0＝mUvU＋mαvα，并且有Ek总＝EkU＋Ekα＝，综上可得Ekα＝[(mPu－mU－mα)c2－Eγ]，故D错误。] 8．下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的(　　) A．γ射线探伤仪 B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况 C．利用钴60治疗肿瘤等疾病 D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律 BD　[γ射线探伤是利用它的射线贯穿能力强的特点，A错误；B、D选项利用放射性同位素作为示踪原子，B、D正确；利用钴60治疗肿瘤是利用它的射线能量高的特点，C错误。] 9．(2022·南昌二中高二月考)云室能显示射线的径迹，把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性。放射性元素A的原子核静止放在磁感应强度B＝2.5 T的匀强磁场中发生衰变，放射出粒子并变成新原子核B，放射出的粒子与新核运动轨迹如图所示，测得两圆的半径之比R1∶R2＝42∶1，且R1＝0.2 m，已知α粒子的质量mα＝6.64×10-27 kg，β粒子的质量mβ＝9.1×10-31 kg，普朗克常量取h＝6.6×10-34 J·s，电子带电荷量e＝1.6×10-19 C，下列说法正确的是(　　) A．新原子核B的核电荷数为84 B．放射性元素A的原子核发生的是β衰变 C．衰变放射出的粒子的速度大小约为2.41×107 m/s D．如果放射性元素A的原子核衰变时释放出一种频率为1.2×1015 Hz的光子，那么这种光子能使逸出功为4.54 eV的金属钨发生光电效应 ACD　[两圆轨迹外切，放出的粒子应该带正电，发生的是α衰变，B错误；两圆半径之比为42∶1，根据qBv＝m，m1v1＝m2v2，可得新原子核B的核电荷数为84，A正确；由R＝可求得衰变放射出的α粒子的速度大小约为2.41×107 m/s，C正确；金属钨的逸出功约为7.26×10-19 J，根据E＝hν可求得这种光子的能量为7.92×10-19 J，光子的能量大于逸出功，能发生光电效应，D正确。] 10．近代物理研究表明，∑+粒子的半衰期约为T=0.79×10-10 s，其衰变方程是∑+—→+π0或∑+—→+π+，其中∑+粒子带正电，带电荷量的值与元电荷相同，π0介子不带电，π＋介子带正电。一∑+粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中做轨迹半径为R的匀速圆周运动，在某时刻∑+粒子发生衰变，产物a沿图示圆轨道运动，轨迹半径为2R，产物b做直线运动(轨迹未画出)。下列说法正确的是(　　) A．根据图示轨迹能判断∑+粒子的衰变方式 B．∑+粒子衰变产物的总质量比∑+粒子的质量小 C．衰变后瞬间产物a的动量方向与产物b的动量方向相同 D．∑+粒子、产物a和产物b的动量大小之比为1∶2∶1 BD　[∑+粒子发生衰变时有质量亏损，释放能量，故B正确；由题图可知，衰变后瞬间产物a的速度与衰变前瞬间∑+粒子的速度同向，根据洛伦兹力提供向心力可得，∑+粒子的动量为p0＝BeR，产物a的动量为p1＝2BeR，设产物b的动量大小为p2，根据动量守恒定律可得p2＝－BeR，可知衰变后瞬间产物b的动量与产物a的动量方向相反，故C错误；结合C项分析可知，三者动量大小之比为1∶2∶1，故D正确；两种衰变方式中产物均有带正电和不带电的粒子，因不知粒子间的质量关系，无法根据轨迹半径的关系判断产物是哪种粒子，故A错误。] 二、非选择题(本题共5小题) 11．如图所示是利用放射线自动控制铝板厚度的装置，假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3 mm厚的铝板，那么是三种射线中的________射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调________(选填“大”或“小”)一些。 [解析]　α射线不能穿过3 mm厚的铝板，γ射线又很容易穿过3 mm厚的铝板，基本不受铝板厚度的影响，而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板β射线的强度发生较明显变化，所以是β射线对控制厚度起主要作用。若超过标准值，说明铝板薄了，应将两个轧辊间的距离调节得大些。 [答案]　β　大 12．约里奥-居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素衰变成的同时放出另一种粒子，这种粒子是________。是的同位素，被广泛应用于生物示踪技术。随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg的经________天的衰变后还剩0.25 mg。 [解析]　衰变方程为e，即这种粒子是正电子。由图像可以看出的半衰期为14天，则＝0.25mg，得t＝56天。 [答案]　正电子　56 13．放射性同位素被考古学家称为“碳钟”，它可用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。 (1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成很不稳定的，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年。试写出此过程核反应方程。 (2)若测得一古生物遗骸中的含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代约有多少年？ [解析]　(1)核反应方程为e。 (2)活体中的含量不变，生物死亡后，遗骸中的按衰变规律变化，设活体中的含量为N原，遗骸中的含量为N余，由半衰期的定义得：N余＝N原，即0.125＝ 所以＝3，τ＝5 730年，则t＝17 190年。 [答案]　H　e　(2)17 190年 14．(2021·黄冈中学高二期末)核电池又叫“放射性同位素电池”，它是利用放射性同位素在衰变过程中连续释放的核能转变为电能制造而成的。某核电池由放射性同位素Pu制成，已知Pu衰变为铀核(符号U)和α粒子，其半衰期为88年。若该电池在第一个88年内的平均功率为10 W，其发电效率为10%。光速c＝3×108 m/s，一年约有3.2×107 s，不考虑其他衰变。 (1)写出衰变方程。 (2)求该电池在第一个88年内释放的核能和亏损的质量(结果均保留一位有效数字)。 [解析]　(1)根据质量数守恒和电荷数守恒得衰变方程：He。 (2)在第一个88年内释放的能量为：ΔE＝ 则ΔE＝ J≈3×1011 J 由爱因斯坦质能方程得Δm＝ 则Δm＝ kg≈3×10-6 kg。 [答案]　He (2)3×1011 J　3×10-6 kg 15．在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。 (1)在轻核聚变的核反应中，两个氘核()以相同的动能E0＝0.35 MeV做相向的弹性正碰，假设该反应中释放的核能全部转化为氦核()和中子()的动能。已知氘核的质量mD＝2.014 1 u，中子的质量mn＝1.008 7 u，氦核的质量mHe＝3.016 0 u，其中1 u相当于931 MeV。请写出该核反应方程，并求出在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少。(单位用MeV表示，结果保留一位有效数字) (2)裂变反应可以在人工控制下进行，用慢化剂中的原子核跟中子发生碰撞，使中子的速率降下来，从而影响裂变反应的反应速度。如图所示，一个中子以速度v与慢化剂中静止的原子核发生弹性正碰，中子的质量为m，慢化剂中静止的原子核的质量为M，而且M>m。为把中子的速率更好地降下来，现在有原子核的质量M大小各不相同的几种材料可以作为慢化剂，通过计算碰撞后中子速度的大小，说明慢化剂中的原子核M应该选用质量较大的还是质量较小的。 [解析]　(1)核反应方程为n，由爱因斯坦质能方程得，核聚变反应中释放的核能为ΔE＝(2mD－mn－mHe)c2＝(2×2.014 1－1.008 7－3.016 0)×931 MeV≈3.3 MeV，由核反应中系统的能量守恒，有EkHe＋Ekn＝2E0＋ΔE，由核反应中系统的动量守恒，有pHe－pn＝0，由Ek＝可知＝，解得EkHe＝(2E0＋ΔE)≈1 MeV，Ekn＝2E0＋ΔE－EkHe＝3 MeV。 (2)设碰撞后中子的速度为v1，某原子核的速度为v2，根据动量守恒定律，有mv＝mv1＋Mv2，由能量守恒定律，有mv2＝，联立解得碰撞后中子的速度v1＝v，因为M>m，所以|v1|＝v＝(1－)v，可见，M越小，|v1|越小，为了使中子的速率更好地降下来，慢化剂中的原子核应选质量较小的。 [答案]　n　1 MeV　3 MeV　(2)v　应选质量较小的 11/16 学科网（北京）股份有限公司 $$