高考原子物理在实际生活中的应用

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　　一、元素进展（原子序数的增加）
        　　例1 最近几年，原子核科学家在超重元素岛的探测方面取得重大进展。1996年科学家在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核经过6次衰变后的产物．由此可以判定超重元素的原子序数和质量数分别是
        　　A．124 259
        　　B．112 277
        　　C．112 265
        　　D．124 265
        　　解析：每经过一次α衰变质量数减少4，所以，A＝253＋4×6＝277；又因为，每经过一次α衰变电行数减少2，每经过一次β衰变电荷数增加1，所以，z＝100＋6×2＝112，超重元素的原子序数为112，质量数为277，所以据此判断知B正确。
        　　点评：本题的是考查电荷数守恒和质量数守恒，注意α粒子是指质量数为4电荷数是2。
        　　二、能源问题（原子内部核反应）
        　　例2　1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车，该车是以太阳能电池将所接受的太阳光能转化为电能而提供电动机来驱动的。已知车上太阳能电池接收太阳光能的板面面积为8m2，正对太阳能产生120V的电压，并对车上电动机提供10A的电流，电动机的直流电阻为4Ω，而太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为103W/m2。
        　　（1）太阳能的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的，即在太阳内部持续不断的进行着热核反应，4个质子聚变为1个氦核。写出核反应方程。
        　　（2）该车的太阳能电池转化为太阳光能的效率。
        　　（3）若质子、氦核、正电子的静止质量分别为、、，则m=1kg的质子发生上述热核反应所释放的能量完全转化为驱动该车的有用功，能够维持该车行驶的时间是多少？
        　　（4）已知太阳每秒释放的能量为3．8×1026J，则太阳每秒减小的质量为多少千克？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？
        　　解析：（1）根据题意得：；
        　　（3）根据质能方程：，代入数据有，又因为，解得．
        　　（4）太阳每秒释放的能量为3．8×1026J，则太阳每秒减小的质量为．太阳的质量为2×1030kg，太阳还能存在的时间为年．
        　　点评：能源问题一直是世界性问题，如何开发和利用核能值得关注的课题，对于核反应方程式，我们要熟悉卢瑟福首先做了用α粒子轰击氮原子核的实验。反应方程式，发现中子核反应方程。
        　　三、环境问题（认识射线辐射）
        　　例3 氡是一种放射性稀有气体。当它被吸入人体后，将继续发生放射性衰变，放出射线形成“内放射”，严重损伤人体组织和器官，导致病变和癌症．而我们居室下面的土壤、房屋使用的建材、日常引用水、煤及天然气都会放出氡（Rn），所以氡被称为居室里的隐性杀手。研究表明，放射性元素镭、钍、锕在放射性衰变中都能形成质子数为86的三个不同原子，分别称为“镭射气”、“钍射气”、“锕射气”，可分别表示为，下列说法正确的是
        　　A．它们互为同分异构体
        　　B．尽管它们结构不同，但化学性质相似
        　　C．它们都具有放射性
        　　D．它们原子最外层均为8个电子
        　　解析：根据同位素的原子数相同，中子数不同，化学性质相同，所以答案D正确。
        　　点评：天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构，天然放射现象就是原子核的衰变现象．在核的天然衰变中，核变化的最基本的规律是质量数守恒和电荷数守恒。
        　　例4 为测定某水库的存水量，将一瓶放射性同位素溶液倒入水库中，已知这杯溶液每分钟衰变8×107次，这种同位素半衰期为2天，10天以后从水库取出1m3的水，并测得每分钟衰变10次，求水库的存水量为多少？
        　　解析：由每分钟衰变次数与其质量成正比出发，运用半衰期知识可求出存水量。设放射性同位素知识可求出存水量为m0，10天后其质量剩余为m，水库存水量为Qm3，由每分钟衰变次数与其质量成正比可得：，由半衰期公式得：

120213KD-0.gif

        。以上两式联立并代入数据得：，解得水库存量为Q=2．5×103m3。
        　　点评：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。（对大量原子核的统计规律）计算式为：

12021355Q-1.gif

N表示核的个数，此式也可以演变成

1202133360-2.gif

或

120213I96-3.gif

，式中m表示放射性物质的质量，n 表示单位时间内放出的射线粒子数。以上各式左边的量都表示时间t后的剩余量。
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