(改编)选修35第3讲原子核

1、3-5 第2讲 原子核的组成、放射性、半衰期考点一、(考纲要求)-原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素1天然放射现象、三种射线(1)天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象，首先由法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构(2)三种射线的比较射线名称比较项目射线射线射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电量2ee0质量4mp mp167×1027 kg静止质量为零符号Hee速度0.1c0.99cc垂直电磁场偏转情况偏转偏转不偏转贯穿本领最弱用一张薄纸能挡住较强穿透几厘米厚的铝板最强穿透几厘米厚的铅板对空气的电离作用很强较弱

2、很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光2.原子核的衰变(1)原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变(2)分类衰变：衰变：衰变规律：电荷数守恒、质量数守恒(动量守恒、能量守恒)衰变实质：衰变：2个质子和2个中子结合成一个整体射出 2H2nHe 衰变：中子转化为质子和电子 nHe(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关（4）半衰期描述的是大量原子核的统计行为。3放射性同位素及应用(1)同位素具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，互称同位素有些同位素

3、具有放射性，叫做放射性同位素天然放射性同位素不过四十多种，而人工制造的放射性同位素已达1 000多种(2)放射性同位素的应用放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等 作示踪原子（3）.人造放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制； (2)可以制成各种所需的形状； (3)半衰期很短，废料容易处理考点二、核力、结合能、质量亏损(考纲要求)1.核力核子间的作用力核力是短程强引力，作用范围在1.5×1015 m之内，只在相邻的核子间发生作用2核能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能3质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程Emc2，原

4、子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小m，这就是质量亏损由质量亏损可求出释放的核能Emc2.考点三、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆核反应方程(考纲要求)1裂变反应和聚变反应(1)重核裂变：是重核分裂成中等质量的核的反应过程如：UnBaKr3n.由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应，发生链式反应的条件是：裂变物质的体积大于等于临界体积裂变的应用：原子弹、核反应堆(2)轻核聚变：聚变是两个轻核结合成质量较大的核的反应过程如：HHHen17.6 MeV使核发生聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫热核反应2核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发UThHe衰变

5、自发ThPae人工控制人工转变NHeOH(卢瑟福发现质子)HeBeCn(查德威克发现中子)AlHePn约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子PSie重核裂变比较容易进行人工控制UnBaKr3nHHHen轻核聚变很难控制UnXeSr10n答案D2(2010·全国，14)原子核X与氘核H反应生成一个粒子和一个质子由此可知()AA2，Z1 BA2，Z2CA3，Z3 DA3，Z23氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是()A核力、万有引力、库仑力B万有引力、库仑力、核力C库仑力、核力、万有引力D核力、库仑

6、力、万有引力4下列说法正确的是()A.NHCHe是衰变方程B.HHHe是核聚变反应方程C.UThHe是核裂变反应方程D.HeA1Pn是原子核的人工转变方程5现已建成的核电站发电的能量来自于()A天然放射性元素衰变放出的能量B人工放射性同位素放出的能量C重核裂变放出的能量D化学反应放出的能量7如图1-2-3(甲)是、三种射线穿透能力的示意图，图1-2-3(乙)是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图1-2-3(乙)中的检查是利用了哪种射线()图1-2-3A射线 B射线C射线 D三种射线都可以9太阳的能量来自下面的反应：四个质子(氢核)聚变成一个粒子，同时发射出两个正电子和两个

7、没有静止质量的中微子已知粒子的质量为m，质子的质量为mp，电子的质量为me，则NA表示阿伏加德罗常数，用c表示光速，则太阳上1 kg的氢核聚变成粒子所放出的能量为()A125(4mpm2me)NAc2B250(4mpm2me)NAc2C500(4mpm2me)NAc2D1 000(4mp4m2me)NAc210在未来的中国，从沿海的广东、浙江、福建到内陆的湖北、湖南、江西，几十座核电站将拔地而起发展核电既是中国发展突破能源、交通、环保瓶颈的上策，也符合国务院总理温家宝在政府工作报告中关于“节能减排”的号召下列关于核电站的说法中正确的是()A核反应方程可能是：UBaKr2nB核反应过程中质量和质

8、量数都发生了亏损C在核反应堆中利用控制棒吸收中子从而减小中子对环境的影响D核电站的能量转换过程是：通过核反应堆将核能转化为热能，再通过汽轮机将热能转化为机械能，最后通过发电机将机械能转化为电能考点二核反应方程及核反应类型的判断【典例2】 (1)现有三个核反应方程：NaMgeUnBaKr3nHHHen下列说法正确的是()A是裂变，是衰变，是聚变B是聚变，是裂变，是衰变C是衰变，是裂变，是聚变D是裂变，是聚变，是裂变(2)现有四个核反应：A.HHHenB.UnXKr3nC.NaMgeD.HeBeCn_是发现中子的核反应方程，_是研究原子弹的基本核反应方程，_是研究氢弹的基本核反应方程求B中X的质量

9、数和中子数解析(1)NaMge中Na核释放出粒子，为衰变.UnBaKr3n为铀核在被中子轰击后，分裂成两个中等质量的核，为裂变而HHHen为聚变，故C正确(2)人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核箭头的右边也是常见元素的原子核D是查德威克发现中子的核反应方程，B是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程A是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X质量数为144，电荷数为56，所以中子数为1445688.答案(1)C(2)DBA14488【变式2】 三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核(He)，则

10、下面说法正确的是()AX核比Z核多一个质子BX核比Z核少一个中子CX核的质量数比Z核的质量数大3DX核与Z核的总电荷数是Y核电荷数的2倍解析设X核的核电荷数与质量数分别为a、b，X核放出正电子及Y核与质子的核反应如下：XeY，YHZHe.可见，X核比Z核多2个质子，故A项错X核比Z核多1个中子，故B项错X核的质量数比Z核的质量数大3，故C项对Z核与X核的总电荷数为(2a2)，是Y核的2倍，故D项对答案CD考点三核能的计算【典例3】 裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核U为燃料的反应堆中，当U俘获一个慢中子后发生裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为UnXeSr3n235043 91.

11、008 7138.917 893.915 4反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位)已知1 u的质量对应的能量为9.3×102 MeV，此裂变反应释放出的能量是_MeV.解析由题给核反应方程及其下面的数据可知：裂变之前的总质量为：235.043 9 u1.008 7 u236.052 6 u，裂变之后的总质量为：138917 8 u93.915 4 u3×1.008 7 u235.859 3 u，质量亏损为：m236.052 6 u235.859 3 u0.193 3 u.因为1 u的质量对应的能量约为9.3×102 MeV所以E0.

12、193×9.3×102 MeV1.8×102 MeV答案1.8×102(1)应用质能方程解题的流程图根据Emc2计算，计算时m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，E的单位是“J”根据Em×931.5 MeV计算因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时m的单位是“u”，E的单位是“MeV”根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能核子比结合能×核子数(2)利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算【变式3】 (1)太阳能来源于轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看作是4个氢核(H)

13、结合成1个氦核(He)下表中列出了部分粒子的质量.粒子名称质子p粒子电子e中子n质量/u1.007 34.001 50.000 551.008 7以下说法中正确的是()A核反应方程为4HHe2eB核反应方程为4HHe2eC4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 6 uD聚变反应过程中释放的能量约为24.8 MeV(2)一个氘核(H)和一个氚核(H)结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为m，已知阿伏加德罗常数为NA，真空中的光速为c，若1 mol氘和1 mol 氚完全发生上述核反应，则在核反应中释放的能量为_ANAmc2 B2NAmc2 C.NAmc2 D5NAmc2解析(1)根据

14、电荷数守恒和质量数守恒可得聚变的核反应方程为：4HHe2e，B错误、A正确；质量亏损为：m4mHmHe2me4×1.007 3 u4.001 5 u2×0.000 55 u0.026 6 u，C正确；核反应释放的能量为Emc20.026 6×931.5 MeV24.8 MeV，D正确(2)根据爱因斯坦的质能方程，一个氘核(H)和一个氚核(H)结合成一个氦核并放出一个中子释放的能量为mc2，1 mol氘和1 mol氚完全发生上述核反应，释放的能量为上述反应的NA倍，即NAmc2.答案(1)ACD(2)A考点四核反应与动量守恒的综合应用【典例4】 如图1-2-7所示，

15、印度第一艘自主研发的核潜艇于2009年7月26日正式下水，成为世界第六个拥有核潜艇的国家核动力潜艇是潜艇中的一种类型，指以核反应堆为动力来源设计的潜艇图1-2-7(1)在核反应中有一种是一个U原子核在中子的轰击下发生的一种可能的裂变反应，其裂变方程为UnXSr10n，则下列叙述正确的是()AX原子核中含有54个质子BX原子核中含有53个中子C裂变时释放能量是因为亏损的质量变成了能量D裂变时释放能量，出现质量亏损，质量数不守恒(2)用速度为v0、质量为m1的He核轰击质量为m2的静止的N核，发生核反应，最终产生两种新粒子A和B.其中A为O核，质量为m3，速度为v3；B的质量为m4.计算粒子B的速

16、度vB；粒子A的速度符合什么条件时，粒子B的速度方向与He核的运动方向相反解析(1)由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知：X原子核中含有54个质子，78个中子，故A正确，B、D错，释放能量不是质量变成了能量，而是亏损的质量以能量的形式释放，C错(2)由动量守恒定律有m1v0m3v3m4vB解得vB.B的速度与He核的速度方向相反，即m1v0m3v3<0，解得v3>.答案(1)A(2)v3>【变式4】 一个静止的氡核Rn，放出一个粒子后衰变为钋核Po，同时放出能量为E0.09 MeV的光子假设放出的核能完全转变为钋核与粒子的动能，不计光子的动量已知M氡222.086 63

17、u、m4.002 6 u、M钋218.076 6 u,1 u相当于931.5 MeV的能量(1)写出上述核反应方程(2)求出发生上述核反应放出的能量(3)确定钋核与粒子动能解析(1)RnPoHe.(2)质量亏损m222.086 63 u4.002 6 u218.076 6 u0.007 43 uEmc26.92 MeV.(3)设粒子、钋核的动能分别为Ek、Ek钋，动量分别为p、p钋，由能量守恒定律得：EEkEk钋E不计光子的动量，由动量守恒定律得：0pp钋又Ek，故EkEk钋2184联立上面式子解得Ek钋0.12 MeV，Ek6.54 MeV.答案(1)RnPoHe(2)6.92 MeV(3)

18、0.12 MeV6.54 MeV三、对原子核的考查(高频考查)8(2009·广东单科·2)科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为HeHe2HHe.关于He聚变下列表述正确的是()A聚变反应不会释放能量B聚变反应产生了新的原子核C聚变反应没有质量亏损D目前核电站都采用He聚变反应发电解析聚变反应是轻核变为中等质量核的反应，发生质量亏损，释放能量目前核电站采用重核裂变反应答案B9(2010·广东理综，18)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有()A.UThHe是衰变B.NHeOH是衰变C.H

19、HHen是轻核聚变D.SeKr2e是重核裂变解析衰变是放射出氦核的天然放射现象，A正确；衰变是放射出电子的天然放射现象，而B项是发现质子的原子核人工转变，故B错；C项是轻核的聚变，D项是衰变现象，故C对、D错答案AC10(2010·全国，14)原子核U经放射性衰变变为原子核Th，继而经放射性衰变变为原子核Pa，再经放射性衰变变为原子核U.放射性衰变、和依次为()A衰变、衰变和衰变 B衰变、衰变和衰变C衰变、衰变和衰变 D衰变、衰变和衰变解析由电荷数守恒与质量数守恒可分别写出衰变为UThHe，衰变为ThPae，衰变为PaUe，故知正确答案为A.答案A11(2010·上海单科，8)某放射性元素经过11.4天有的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为()A11.4天 B7.6天 C5.7天 D3.8天解析本题考查原子核的半衰期意在考查考生对半衰期的理解能力由题意，该放射性