2017-2018学年同步备课套餐之物理粤教版选修3-5讲义：第4章 原子核 章末总结

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精章末总结一、对核反应方程及类型的理解1．四类核反应方程的比较名称核反应方程时间其它衰变α衰变eq\o\al(238,92）U→eq\o\al（234,90）Th＋eq\o\al（4，2)He1896年贝克勒尔β衰变eq\o\al(234,90）Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1）e裂变eq\o\al（235,92）U＋eq\o\al(1，0）n→eq\o\al(90，38)Sr＋eq\o\al（136，54)Xe＋10eq\o\al（1，0)n1938年原子弹原理聚变eq\o\al（2，1）H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al（4，2）He＋eq\o\al(1，0)n＋17。6MeV氢弹原理人工转变正电子eq\o\al(27，13)Al＋eq\o\al(4,2）He→eq\o\al（30,15)P＋eq\o\al(1，0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al（30,14）Si＋eq\o\al(0,＋1)e1934年约里奥—居里夫妇发现质子eq\o\al（14,7）N＋eq\o\al（4，2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al（1,1)H1919年卢瑟福发现中子eq\o\al(9，4）Be＋eq\o\al(4，2)He→eq\o\al(12，6)C＋eq\o\al（1,0）n1932年查德威克2。解题时注意事项(1）熟记一些粒子的符号α粒子（eq\o\al(4，2)He）、质子(eq\o\al(1,1)H）、中子(eq\o\al（1,0)n)、电子（0－1e)、氘核（eq\o\al（2,1）H）、氚核(eq\o\al（3,1)H）（2）注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时,还有动量守恒和能量守恒．例1（多选）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．下列释放核能的反应方程中，表述正确的是(）A。eq\o\al（4，2)He＋eq\o\al(27，13）Al→eq\o\al（30，15）P＋eq\o\al(1,0)n是原子核的人工转变B.eq\o\al（3,1）H＋eq\o\al（1,1）H→eq\o\al(4,2）He＋γ是核聚变反应C.eq\o\al（19,9)F＋eq\o\al（1，1）H→eq\o\al（16，8）O＋eq\o\al（4，2）He是α衰变D。eq\o\al(235，92）U＋eq\o\al(1,0）n→eq\o\al（90,38）Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al（1,0)n是裂变反应答案ABD解析我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知：A是原子核的人工转变的反应方程式;B是聚变的核反应方程式；C并不是α衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不受外界因素的影响；D是裂变的核反应方程式．故A、B、D正确．针对训练1在下列四个核反应方程式中，X表示中子的是______，属于原子核的人工转变的是________．A.eq\o\al（14，7）N＋eq\o\al（4,2）He→eq\o\al(17,8)O＋XB。eq\o\al（27，13)Al＋eq\o\al（4,2）He→eq\o\al（30,15)P＋XC.eq\o\al（2,1）H＋eq\o\al（3,1）H→eq\o\al(4，2）He＋XD.eq\o\al（235，92)U＋X→eq\o\al(90，38）Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10X答案BCDAB解析在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒，据此，可以判断未知粒子属于什么粒子，对A,未知粒子的质量数：14＋4＝17＋x，x＝1,其电荷数：7＋2＝8＋y,y＝1，即未知粒子是质子(eq\o\al（1，1)H);对B，未知粒子的质量数：27＋4＝30＋x，x＝1,其电荷数:13＋2＝15＋y，y＝0，所以X是中子(eq\o\al(1,0）n）；对C,未知粒子的质量数为：2＋3＝4＋x，x＝1,电荷数为：1＋1＝2＋y,y＝0，X也是中子(eq\o\al(1,0）n)；对D,未知粒子质量数为235＋x＝90＋136＋10x，x＝1，电荷数为：92＋y＝38＋54＋10y，y＝0，X也是中子（eq\o\al(1，0）n），故方程中X是中子的核反应为B、C、D，其中A、B为原子核的人工转变．二、半衰期及衰变次数的计算例2(多选）关于原子核的有关知识,下列说法正确的是()A．天然放射性射线中β射线实际就是电子流，它来自原子核内B．放射性原子经过α、β衰变致使新的原子核处于较高能级,因此不稳定从而产生γ射线C．氡222经过衰变变成钋218的半衰期为3.8天，一个氡222原子核四天后一定衰变为钋218D．平均结合能越大,原子越容易发生衰变答案AB解析因为半衰期是统计规律，对单个原子核没有意义，所以C项错；平均结合能描述原子核的稳定性，平均结合能越大，原子核越稳定,越不容易发生衰变,所以D项错．针对训练2放射性元素eq\o\al（238，92)U衰变有多种可能途径,其中一种途径是先变成eq\o\al(210，83）Bi，而eq\o\al（210，83）Bi可以经一次衰变变成eq\o\al(210,a)X（X代表某种元素），也可以经一次衰变变成eq\o\al（b，81)Tl，eq\o\al(210,a)X和eq\o\al(b,81)Tl最后都变成eq\o\al（206，82）Pb，衰变路径如图1所示．则（）图1A．a＝82，b＝211B.eq\o\al（210，83）Bi→eq\o\al（210,a)X是β衰变，eq\o\al（210，83)Bi→eq\o\al(b，81)Tl是α衰变C。eq\o\al(210，83)Bi→eq\o\al（210,a）X是α衰变，eq\o\al(210，83)Bi→eq\o\al（b,81）Tl是β衰变D.eq\o\al（b，81)Tl经过一次α衰变变成eq\o\al（206，82)Pb答案B解析由eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al（210,a)X，质量数不变,说明发生的是β衰变，同时知a＝84.由eq\o\al（210，83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl，核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b＝206,由eq\o\al(206,81）Tl→eq\o\al(206,82)Pb发生了一次β衰变,故选B.三、核能的计算1．利用质能方程来计算核能（1)根据核反应方程，计算核反应前与核反应后的质量亏损Δm.(2)根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能．方程ΔE＝Δmc2中若Δm的单位用“kg"、c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”；若Δm的单位用“u”,可直接用质量与能量的关系式推算ΔE，此时ΔE的单位为“兆电子伏（MeV)”，即1u＝1.66×10－27kg，相当于931.5MeV，即原子质量单位1u对应的能量为931。5MeV,这个结论可在计算中直接应用．2．利用平均结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放（或吸收)的核能．例3已知氘核的平均结合能为1.1MeV，氦核的平均结合能为7。1MeV，则两个氘核结合成一个氦核时（)A．释放出4。9MeV的能量B．释放出6.0MeV的能量C．释放出24.0MeV的能量D．吸收4.9MeV的能量答案C解析依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为eq\o\al(2,1）H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4，2)He，因氘核的平均结合能为1.1MeV，氦核的平均结合能为7.1MeV，故结合前氘核的能量为E1＝2×1。1MeV，结合后氦核的能量E2＝4×7.1MeV，可知吸收的能量为ΔE＝2E1－E2＝－24.0MeV，式中负号表示释放核能，故选C.例4用中子轰击锂核（eq\o\al(6，3）Li）发生核反应，生成氚核(eq\o\al(3,1)H）和α粒子，并放出4.8MeV的能量．已知1u相当于931。5MeV的能量．（1)写出核反应方程；(2）求出质量亏损；（3)若中子和锂核是以等大反向的动量相碰，且核反应释放的能量全部转化为新生核的动能，则氚核和α粒子的动能比是多少?（4）在问题（3）的条件下,α粒子的动能是多大?答案（1)eq\o\al（6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3，1）H＋eq\o\al（4，2）He＋4。8MeV（2)0.0052u(3)4∶3（4）2。06MeV解析（1）核反应方程为eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1，0)n→eq\o\al(3,1）H＋eq\o\al（4，2)He＋4。8MeV。（2)依据ΔE＝Δmc2得，Δm＝eq\f(4.8，931.5)u≈0.0052u。(3）根据题意有m1v1＝m2v2式中m1、v1、m2、v2分别为氚核和α粒子的质量和速度,由上式及动能Ek＝eq\f(p2,2m），可得它们的动能之比为Ek1∶Ek2＝eq\f(p2，2m1）∶eq\f(p2,2m2)＝eq\f(1，2m1)∶eq\f（1,2m2)＝m2∶m1＝4∶3。（4)α粒子的动能Ek2＝eq\f（3,7)（Ek1＋Ek2）＝eq\f(3，7）×4.8MeV≈2.06MeV.1．氪90（eq\o\al(90,36）Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(eq\o\al（90,40)Zr),这些衰变是（）A．1次α衰变,6次β衰变B．4次β衰变C．2次α衰变D．2次α衰变，2次β衰变答案B解析解法一推理计算法根据衰变规律,β衰变不影响核的质量数，发生一次β衰变,核电荷数增加1；发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2,eq\o\al（90，36）Kr衰变为eq\o\al(90，40）Zr，质量数不变，故未发生α衰变；核电荷数增加4，一定是发生了4次β衰变．解法二列方程求解设eq\o\al（90，36）Kr衰变为eq\o\al(90,40)Zr，经过了x次α衰变，y次β衰变，则有eq\o\al（90，36)Kr→eq\o\al(90，40）Zr＋xeq\o\al(4,2）He＋yeq\o\al(0,－1）e由质量数守恒得90＝90＋4x由电荷数守恒得36＝40＋2x－y解得x＝0,y＝4，即只经过了4次β衰变，选项B正确．2．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K时，可以发生“氦燃烧”．（1）完成“氦燃烧”的核反应方程：eq\o\al(4，2）He＋____________→eq\o\al（8,4)Be＋γ.(2)eq\o\al(8，4）Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2。6×10－16s．一定质量的eq\o\al(8，4)Be,经7.8×10－16s后所剩下的eq\o\al（8，4)Be占开始时的________________．答案（1）eq\o\al（4,2)He（2）eq\f（1,8)（或12.5%)解析(2)由题意可知经过了3个半衰期,故剩余的eq\o\al（8，4)Be的质量m余＝m原（eq\f（1，2)）3＝eq\f(1,8）m原．3．在下列描述核反应过程的方程中，属于α衰变的是________,属于β衰变的是________,属于裂变的是________，属于聚变的是________．（填正确答案标号）A.eq\o\al（14,6）C→eq\o\al(14，7）N＋eq\o\al(0,－1）eB。eq\o\al（32，15)P→eq\o\al（32，16）S＋eq\o\al（0,－1）eC。eq\o\al(238，92)U→eq\o\al(234，90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD。eq\o\al（14，7)N＋eq\o\al（4,2)He→eq\o\al（17，8）O＋eq\o\al（1，1)HE。eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1，0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al（94，38）Sr＋2eq\o\al(1,0)nF。eq\o\al(3，1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al（4,2)He＋eq\o\al(1,0）n答案CABEF4．两个动能均为1MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：eq\o\al(2，1）H＋eq\o\al（2,1）H→eq\o\al(3，1）H＋eq\o\al(1，1)H。（已知eq\o\al（2,1）H的质量m0＝2.0136u，eq\o\al(3,1）H的质量m1＝3.0156u，eq\o\al(1，1）H的质量m2＝1。0073u,1u相当于931。