高中物理粤教版5第四章原子核 第4章章末分层突破

章末分层突破[自我校对]①电离②穿透③有半数④核子⑤氮核⑥铍核⑦质量数⑧电荷数⑨Δmc2四类核反应及其核反应方程1.书写原则：核反应遵循质量数和电荷数守恒．2．常见的核反应方程及相关内容核反应式与其相关的重要内容eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heα衰变实质2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)eβ衰变实质eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)eeq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H质子的发现(1919年)卢瑟福eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n中子的发现(1932年)查德威克eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n人工放射性同位素的发现约里奥·居里夫妇eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e正电子的发现(1934年)约里奥·居里夫妇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)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n重核裂变eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n轻核聚变3.关于核反应的四点说明(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．(4)四类核反应的判断技巧：衰变方程的箭头左侧只有一项且箭头右侧必有eq\o\al(4,2)He或eq\o\al(0,－1)e；人工转变的箭头左侧都含有一个用来轰击的小粒子，多为质子、中子、α粒子或β粒子，且被轰击核多为中等质量核；重核裂变的箭头左侧多为铀235，且有中子；聚变方程的箭头左侧的原子序数都很小多为前4号元素．下列说法正确的是()\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是聚变\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)n是裂变\o\al(226,98)Ra→eq\o\al(222,96)Rn＋eq\o\al(4,2)He是α衰变\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e是裂变\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是聚变【解析】聚变是两个轻核结合成质量较大的核，A正确E错误；裂变反应指的是质量较大的核分解成几块中等质量的核，B正确，D错误；放射性元素自发的放射出α粒子的现象是α衰变，C正确．【答案】ABC核反应中的“守恒规律”原子核物理中，常提及核反应的“守恒规律”与“核能的计算”问题．事实上，在核反应过程中，由于核力对核子做功，会引起“核反应系统”(以下简称“系统”)的能量变化．我们就把系统释放或吸收的这部分能量，叫做核能．从而，核反应即可分为质量亏损、释放核能和质量增加、吸收核能两大类型．其中，又以研究发生质量亏损、释放核能的一类核反应为学习的重点．欲解决核反应中有关“守恒规律”与“核能的计算”问题，可利用以下几条“依据”：1．五个守恒(1)质量数守恒．(2)质子数(电荷数)守恒．(3)质量守恒(“亏损质量”与释放的“核能”相当)．(4)能量守恒．(5)动量守恒．2．两个方程(1)质能方程：E＝mc2，m指物体的质量．(2)核能：ΔE＝Δmc2.3．一个半衰期(T1/2)(1)剩余核数：N＝N0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,T1/2)).(2)剩余质量：m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,T1/2)).如图4­1所示，有界匀强磁场磁感应强度为B＝T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界，在磁场中A处放一个放射源，内装eq\o\al(226,88)Ra(镭)，eq\o\al(226,88)Ra放出某种放射线后衰变成eq\o\al(222,86)Rn(氡)．试写出eq\o\al(226,88)Ra衰变的方程．若A距磁场的左边界MN的距离OA＝m时，放在MN左侧的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线m，则此时可以推断出一静止镭核eq\o\al(226,88)Ra衰变时放出的能量是多少？(保留两位有效数字，取1u＝×10－27kg，电子电量e＝×10－19C)图4­1【解析】eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He.镭衰变放出α粒子和氡核，在磁场中做匀速圆周运动，α粒子垂直于MN边界射出被接收器接收，α粒子在磁场中的轨迹为1/4圆周，得圆半径为R＝mα粒子的动量mαv＝qBR＝×10－20kg·m/sα粒子的动能为E1＝eq\f(1,2)mαv2＝eq\f(p2,2mα)＝×10－14J衰变过程中动量守恒，有mαv＝MRnv1氡核反冲的动能为E2＝eq\f(1,2)MRnveq\o\al(2,1)＝eq\f(mαE1,MRn)衰变过程释放出的能量为E1＋E2＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1＋\f(mα,MRn)))E1≈×10－14J.【答案】eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He×10－14J如果在核反应中无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能．在这种情况下计算核能的主要依据是：1．核反应过程中只有内力作用，故动量守恒．2．反应前后总能量守恒．常见的反应类型：反应前总动能＋反应过程中释放的核能＝反应后总动能．1．(2023·长沙一中检测)下列关于核裂变和核辐射的方程中正确的是()\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋10eq\o\al(1,0)n\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He\o\al(137,55)Cs→eq\o\al(137,56)Ba＋eq\o\al(0,－1)e\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(0,－1)e\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,－1)e【解析】选项A中，质量数不守恒，选项E中，电荷数不守恒，故A、E错误；核辐射是放出α、β、γ三种射线，选项B为α衰变，放出α射线，选项C、D为β衰变，放出β射线，故B、C、D正确．【答案】BCD2．(2023·南昌一中检测)下列说法正确的是()A．自由核子结合成原子核时，一定遵守质量守恒B．在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量C．发生核反应时，若反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应是放能反应D．发生核反应时，若反应前的总质量小于反应后的总质量，这个反应必定吸收能量E．不论哪种核反应，都遵守质量数守恒和电荷数守恒【解析】当自由核子结合成原子核时，一定存在质量亏损；核反应前后一般存在质量的变化，若质量减少则放出能量，反之吸收能量，由此知C、D正确，A、B错误．由核反应规律知E项正确．【答案】CDE3．(2023·郑州一中检测)如图4­2所示，国际原子能机构2007年2月15日公布核辐射警示新标志，新标志为黑框经底三角，内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形．核辐射会向外释放三种射线：α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．现有甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中，其中一个核放出一个α粒子，另一个核放出一个β粒子，得出如图所示的四条径迹，则()图4­2A．磁场的方向一定垂直于纸面向里B．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子C．a为α粒子的径迹D．b为α粒子的径迹E．c为β粒子的径迹【解析】衰变过程中满足动量守恒，释放粒子与新核的动量大小相等、方向相反，根据带电粒子在磁场中的运动不难分析：若轨迹为外切圆，则为α衰变；若轨迹为内切圆，则为β衰变．又因为R＝mv/qB知半径与电荷量成反比，可知答案为B、D、E项．【答案】BDE4．(2023·全国丙卷)一静止的铝原子核eq\o\al(27,13)Al俘获一速度为×107m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核eq\o\al(28,14)Si*.下列说法正确的是()A．核反应方程为p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*B．核反应过程中系统动量守恒C．核反应过程中系统能量不守恒D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和E．硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子初速度的方向一致【解析】核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*，说法A正确．核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，说法B正确，说法C错误．核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，说法D错误．根据动量守恒定律有mpvp＝mSivSi，碰撞后硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子初速度方向一致，说法E正确．【答案】ABE5．(2023·全国甲卷)在下列描述核过程的方程中，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)\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e\o\al(32,15)P→eq\o\al(32,16)S＋eq\o\al(0,－1)e\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H\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)n\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n【解析】α衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出α粒子的现象，选项C为α衰变；β衰变为衰变过程中释放出β粒子的现象，选项A、B均为β衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项E是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项F是典型的核聚变