(新高考)高考物理一轮复习课件第16章第2讲《原子核》(含解析)

第十六章

近代物理第2讲原子核1.了解原子核的组成及核力的性质，了解半衰期及其统计意义.2.认识原子核的结合能，了解核裂变及核聚变，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程.目标要求内容索引考点一原子核的衰变及半衰期考点二核反应及核反应类型考点三质量亏损及核能的计算课时精练考点一原子核的衰变及半衰期1.原子核的组成：原子核是由

和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的

.2.天然放射现象放射性元素

地发出射线的现象，首先由

发现.天然放射现象的发现，说明

具有复杂的结构.夯实必备知识基础梳理质子质子数贝克勒尔自发原子核3.三种射线的比较名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领α射线

核＋2e4u最____最___β射线______－eu较强较强γ射线光子γ00最___最___氦电子强弱弱强4.原子核的衰变(1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种

的变化称为原子核的衰变.(2)α衰变、β衰变原子核衰变类型α衰变β衰变衰变方程衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子衰变规律

守恒、质量数守恒电荷数(3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的.5.半衰期(1)公式：N余＝N原

，m余＝m原

.(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由

决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)______(选填“有关”或“无关”).核内部自身的因素无关6.放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素：有

放射性同位素和

放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同.(2)应用：消除静电、工业探伤、做

等.(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害.天然人工示踪原子1.三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线.(

)2.β衰变中的电子来源于原子核外电子.(

)3.发生β衰变时，新核的电荷数不变.(

)4.如果现在有100个某放射性元素的原子核，那么经过一个半衰期后还剩50个.(

)×√××例1

(多选)天然放射性元素

(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成.下列判断中正确的是A.衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变B.铅核比钍核少8个质子C.β衰变所放出的电子来自原子核外D.钍核比铅核多24个中子√考向1原子核的衰变√由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数，x＝

＝6，再结合电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数(设为y)，2x－y＝90－82＝8，y＝2x－8＝4，钍核中的中子数为232－90＝142，铅核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子，β衰变所放出的电子来自原子核内，A、B正确.例2

(多选)有一匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，一个原来静止在A处的原子核，发生衰变放射出某种粒子，两个新核的运动轨迹如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2.下列说法正确的是A.原子核发生α衰变，根据已知条件可以算出两个新核

的质量比B.衰变形成的两个粒子带同种电荷C.衰变过程中原子核遵循动量守恒定律D.衰变形成的两个粒子电荷量的关系为q1∶q2＝r1∶r2√√衰变后两个新核速度方向相反，受力方向也相反，根据左手定则可判断出，带同种电荷，所以衰变是α衰变，衰变后的新核由洛伦兹力提供向心力，有Bqv＝

，可得r＝

，衰变过程遵循动量守恒定律，即mv相同，所以电荷量与半径成反比，有q1∶q2＝r2∶r1，但无法求出质量，故A、D错误，B、C正确.例3

(2021·全国乙卷·17)医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线，而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的.对于质量为m0的113Sn，经过时间t后剩余的113Sn质量为m，其

－t图线如图所示.从图中可以得到13Sn的半衰期为A.67.3d B.101.0dC.115.1d D.124.9d√考向2半衰期考点二核反应及核反应类型1.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发β衰变自发人工转变人工控制(卢瑟福发现质子)(查德威克发现中子)约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子重核裂变容易控制轻核聚变现阶段很难控制(2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒.(3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向.例4下列说法正确的是√根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A选项反应中的X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，核反应类型为α衰变，选项A错误；B选项反应中的Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变，选项B错误；C选项反应中的K质量数总数为10，电荷数为0，则K为10个中子，核反应类型为重核裂变，选项C正确；D选项反应中的Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工转变，选项D错误.例5

(多选)(2020·全国卷Ⅰ·19)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有√√考点三质量亏损及核能的计算夯实必备知识基础梳理核力和核能(1)核力：原子核内部，

间所特有的相互作用力.(2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们

需要的能量，叫作原子的结合能，也叫核能.(3)比结合能：原子核的结合能与

之比，叫作比结合能，也叫平均结合能.

越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.(4)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝

.原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝

.核子分开核子数比结合能Δmc2Δmc21.原子核的结合能越大，原子核越稳定.(

)2.核反应中，出现质量亏损，一定有核能产生.(

)×√核能的计算方法(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”.(2)根据ΔE＝Δm×931.5MeV计算.因1原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”.(3)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.提升关键能力方法技巧√因电子质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计，核反应质量亏损Δm＝4×1.0078u－4.0026u＝0.0286u，释放的能量ΔE＝0.0286×931MeV≈26.6MeV，选项C正确.√√√铀块需达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去，故C正确；例8花岗岩、砖砂、水泥等建筑材料是室内氡的最主要来源.人呼吸时，氡气会随气体进入肺脏，氡衰变放出的α射线像小“炸弹”一样轰击肺细胞，使肺细胞受损，从而引发肺癌、白血病等.一静止的氡核

发生一次α衰变生成新核钋(Po)，此过程动量守恒且释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能.已知m氡＝222.0866u，mα＝4.0026u，m钋＝218.0766u,1u相当于931MeV的能量.(结果保留3位有效数字)(1)写出上述核反应方程；根据质量数和电荷数守恒有(2)求上述核反应放出的能量ΔE；答案

6.89MeV质量亏损Δm＝222.0866u－4.0026u－218.0766u＝0.0074uΔE＝Δm×931MeV解得ΔE＝0.0074u×931MeV≈6.89MeV(3)求α粒子的动能Ekα.答案

6.77MeV设α粒子、钋核的动能分别为Ekα、Ek钋，动量分别为pα、p钋，由能量守恒定律得ΔE＝Ekα＋Ek钋由动量守恒定律得0＝pα

＋p钋又Ek＝故Ekα∶Ek钋＝218∶4解得Ekα≈6.77MeV.课时精练1.(2021·湖南卷·1)核废料具有很强的放射性，需要妥善处理.下列说法正确的是A.放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽B.原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒C.改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期D.过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则

没有伤害√必备基础练12345678910根据半衰期的定义可知，放射性元素经过两个完整的半衰期后，还剩原来的

未衰变，故A错误；原子核衰变时满足电荷数守恒，质量数守恒，故B错误；放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的，而与物理环境如压力、温度或浓度无关，与化学状态无关，故C错误；过量放射性辐射包含大量的射线，对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害，故D正确.123456789102.2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置(HL－2M)在成都建成并首次实现利用核聚变放电.下列方程中，正确的核聚变反应方程是12345678910√A项方程是核聚变，B项方程为α衰变，C项方程为重核裂变，D项方程为人工核转变.故选A.3.(2021·河北卷·1)银河系中存在大量的铝同位素26Al，26Al核β衰变的衰变方程为

，测得26Al核的半衰期为72万年，下列说法正确的是A.26Al核的质量等于26Mg核的质量B.26Al核的中子数大于26Mg核的中子数C.将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变D.银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg12345678910√1234567891026Al和26Mg的质量数均为26，相等，但是二者原子核中的质子数和中子数不同，所以质量不同，A错误；半衰期是原子核固有的属性，与外界环境无关，C正确；质量为m的26Al的半衰期为72万年，144万年为2个半衰期，剩余质量为

m，不会全部衰变为26Mg，D错误.12345678910下列说法正确的是A.(1)(2)式核反应没有释放能量B.(1)(2)(3)式均是原子核衰变方程C.(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程D.利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一√√12345678910(1)是α衰变，(2)是β衰变，均有能量放出，故A错误；(3)是人工核转变，故B错误；(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程，故C正确；利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一，故D正确.5.(2021·全国甲卷·17)如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为A.6B.8C.10D.1412345678910√12345678910由题图分析可知，核反应方程为经过a次α衰变，b次β衰变，由电荷数与质量数守恒可得238＝206＋4a；92＝82＋2a－b，解得a＝8，b＝6，故放出6个电子，故选A.12345678910能力综合练√√根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，A正确，B错误；123456789107.(2020·全国卷Ⅱ·18)氘核

可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式

表示.海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107J,1MeV＝1.6×10－13J，则M约为A.40kg B.100kgC.400kg D.1000kg√1234567891012345678910根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15MeV的能量，1kg海水中的氘核反应释放的能量为E＝

×43.15MeV≈7.19×1022

MeV≈1.15×1010J，则相当于燃烧的标准煤的质量为M＝

kg≈396.6kg，约为400kg.8.(多选)(2020·浙江7月选考·14)太阳辐射的总功率约为4×1026W，其辐射的能量来自于聚变反应.在聚变反应中，一个质量为1876.1MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核()和一个质量为2809.5MeV/c2的氚核()结合为一个质量为3728.4MeV/c2的氦核(

)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6MeV的能量.下列说法正确的是A.X粒子是质子B.X粒子的质量为939.6MeV/c2C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109kgD.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6MeV/c212345678910√√12345678910该核反应中质量的减少量Δm1＝17.6MeV/c2，由质能方程知，m氘＋m氚＝m氦＋mX＋Δm1，代入数据知1876.1MeV/c2＋2809.5MeV/c2＝3728.4MeV/c2＋mX＋17.6MeV/c2，故mX＝939.6MeV/c2，故B正确；太阳每秒辐射能量ΔE＝PΔt＝4×1026J，由质能方程知Δm＝

，故太阳每秒因为辐射损失的质量Δm＝

kg≈4.4×109kg，故C正确；因为ΔE＝4×1026J＝

eV＝2.5×1039MeV，则太阳每秒因为辐射损失的质量为Δm＝

＝2.5×1039MeV/c2，故D错误.9.A、B是两种放射性元素的原子核，原来都静止在同一匀强磁场，其中一个放出α粒子，另一个放出β粒子，运动方向都与磁场方向垂直.图中a、b与c、d分别表示各粒子的运动轨迹，下列说法中正确的是A.A放出的是α粒子，B放出的是β粒子B.a为α粒子运动轨迹，d为β粒子运动轨迹C.a轨迹中的粒子比b轨迹中的粒子动量小D.磁场方向一定垂直纸面向外12345678910√12345678910放射性元素放出α粒子时，α粒子与反冲