高中物理人教版5第十九章原子核单元测试 第十九章本章优化总结

本章优化总结eq\a\vs4\al(\x(\a\al(原,子,核))\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(天然放射现象：三种射线\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(α射线：氦核流，穿透能力最弱，电离本领最强,β射线：高速电子流，产生实质的核反应方程为eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e,γ射线：伴随α衰变和β衰变而产生)),原子核的组成\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(质子（eq\o\al(1,1)H）,中子（eq\o\al(1,0)n）)),原子核的衰变\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(意义：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核,衰变法则\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(α衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He,β衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(\a\vs4\al(A),Z＋1)Y＋eq\o\al(\a\vs4\al(0),－1)e)),规律：衰变过程遵守电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒；释放的能量以放,出粒子和反冲核的动能及γ光子能量（伴随γ衰变时）的形式表现出来,半衰期：大量原子核有半数发生衰变需要的时间，它由核本身决定，一般,与物理、化学性质无关)),探测射线的方法：威耳逊云室、气泡室、盖革—米勒计数器,人工转变\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(质子的发现：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H,中子的发现：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n,正电子的发现：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)e)),核反应与核能\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(核力：短程力，只与相邻核子发生作用,比结合能（平均结合能）：比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，,原子核越稳定,爱因斯坦质能方程：E＝mc2或ΔE＝Δmc2,重核的裂变：eq\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,轻核的聚变：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n)),粒子与宇宙\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(粒子的分类是：强子、轻子、媒介子,四种相互作用是：万有引力、电磁力、强相互作用、弱相互作用,宇宙大爆炸理论)))))专题一原子核的三种衰变和三种放射性射线1．原子核的三种衰变(1)①α衰变是原子核放出两个质子和两个中子的结合体．②β衰变是原子核内的一个中子变成一个质子时发生的．③β＋衰变是原子核内的质子转变成一个中子时产生的．γ射线是在发生α衰变、β衰变和β＋衰变时，产生的新核由较高能量状态向较低能量状态跃迁时发生的．(2)不论发生哪种衰变，衰变前后的电荷数和质量数是守恒的．2．三种放射性射线三种射线是指α射线、β射线和γ射线，三种射线的实质和特性如下表所示．粒子特性α射线eq\o\al(4,2)He(正电)穿透本领小(空气中射程只有几厘米)，电离本领强，速度为eq\f(c,10)β射线eq\o\al(0,－1)e(负电)穿透本领大(能穿透几毫米厚的铝板)，电离作用较弱，速度为eq\f(9c,10)γ射线高能光子(中性)穿透本领很大(能穿透几厘米厚的铅板)，电离作用很小3.半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．计算公式：N＝N0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(n)或m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(n)，其中n＝eq\f(t,τ)，τ为半衰期．在核电站泄漏的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是______和______(填入正确选项前的字母).131I和137Cs原子核中的中子数分别是______和______．A．X1→eq\o\al(137,56)Ba＋eq\o\al(1,0)n B．X2→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(0,－1)eC．X3→eq\o\al(137,56)Ba＋eq\o\al(0,－1)e D．X4→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(1,1)p[解析]根据衰变过程中电荷数守恒和质量数守恒可知，X2为eq\o\al(131,53)I，X3为eq\o\al(137,55)Cs，中子数等于质量数减去核电荷数，分别为131－53＝78和137－55＝82.[答案]BC7882确定衰变次数的方法(1)eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e根据质量数、电荷数守恒得A＝A′＋4nZ＝Z′＋2n－m二式联立求解得α衰变次数n和β衰变次数m.(2)根据α衰变和β衰变实质(β衰变质量数不变)直接求解．1.(多选)(2023·河北正定检测)关于原子核的有关知识，下列说法正确的是()A．天然放射性射线中的β射线实际就是电子流，它来自原子的核内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经过衰变为钋218的半衰期为天，一个氡222原子核四天后一定衰变为钋218D．比结合能越大，原子越容易发生衰变解析：选AB.因为半衰期是统计规律，对单个核子没有意义，所以C项错．比结合能描述原子核的稳定性，比结合能越大，原子越稳定，越不易发生衰变，所以D项错．专题二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他衰变α衰变eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He1896年贝可勒尔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)n＋141MeV1938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＋MeV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(17,8)O＋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或p)、中子(eq\o\al(1,0)n)、电子(eq\o\al(0,－1)e)、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．(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，表述正确的有()\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚变反应\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是β衰变\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n是核裂变反应\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α衰变[解析]A、B所列反应是核聚变，不是β衰变，β衰变要放出电子，故A对B错；C、D两种反应都是核裂变，故C对D错．[答案]AC2.在下列四个核反应中，X表示中子的是________，属于原子核的人工转变的是________．\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋X\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋X\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X\o\al(235,92)U＋X→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10X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，未知粒子的质量数为：14＋4＝17＋x，x＝1，其电荷数为：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，其电荷数为：13＋2＝15＋y，y＝0，所以是中子(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，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，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．答案：BCDAB专题三核能的计算1．利用质能方程来计算核能(1)首先根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm.(2)再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1u相当于MeV推算ΔE，此时ΔE的单位为“兆电子伏(MeV)”，即原子质量单位1u对应的能量为MeV.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，就是该核反应所释放(或吸收)的核能．3．利用能量守恒定律计算核反应中如无光子辐射，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．这种情况下的核能可由下列关系计算：反应前总动能＋反应过程中释放的核能＝反应后总动能．已知氘核质量为6u，中子质量为7u，eq\o\al(3,2)He核的质量为0u．两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成eq\o\al(3,2)He并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能．(质量亏损为1u时，释放的能量为MeV.除了计算质量亏损外，eq\o\al(3,2)He的质量可以认为是中子的3倍)(1)写出该核反应的反应方程式；(2)该核反应释放的核能是多少？(3)若测得反应后生成中子的动能是MeV，则反应前每个氘核的动能是多少MeV?[解析](1)核反应方程为2eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n.(2)质量亏损为Δm＝6u×2－0u－7u＝5u.则释放的核能为ΔE＝Δmc2＝5×MeV＝MeV.(3)设中子和eq\o\al(3,2)He核的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，反应前每个氘核的动能为E0，反应后中子和eq\o\al(3,2)He核的动能分别为E1、E2.根据动量守恒得：m1v1－m2v2＝0所以eq\f(v1,v2)＝eq\f(m2,m1)＝eq\f(3,1)根据E＝eq\f(1,2)mv2得eq\f(E2,E1)＝eq\f(\f(1,2)m2veq\o\al(2,2),\f(1,2)m1veq\o\al(2,1))＝eq\f(3,1)×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))eq\s\up12(2)＝eq\f(1,3)即E2＝eq\f(E1,3)＝eq\f(1,3)×