高中物理粤教版5第四章原子核 章末复习课

章末复习课【知识体系】eq\a\vs4\al(原子核)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(原子核的组成\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(①,中子))核子,原子核的衰变\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(三种射线：α射线、β射线，②,衰变分类\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(α衰变：③,β衰变：④)),衰变规律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(⑤守恒,⑥守恒)),半衰期\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(意义：表示衰变快慢,公式：m＝m0\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up6(\f(t,T1/2)))),决定因素：由⑦决定)),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(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e,放射性同位素及应用与防护)),核力与结合能\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(核力\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义,特点)),结合能,平均结合能,核能的利用\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(⑧,轻核聚变)))),小粒子和大宇宙\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(粒子,夸克模型))))[答案填写]①质子②γ射线③eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He④eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e⑤质量数⑥电荷数⑦核本身性质⑧重核裂变主题1对核反应方程及类型的理解1．核反应．常见核反应分为衰变、人工转变、裂变、聚变等几种类型．(1)衰变．α衰变：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(核内2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He)．β衰变：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e(核内eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e)．γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级．衰变反应的特点：衰变是原子核自发地转变成另一种原子核，反应物只有一个放射性核，生成物中除有一个新核外，还有α粒子或β粒子．(2)人工转变．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(发现质子的核反应)．eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(发现中子的核反应)．人工转变特点：以高能微观粒子轰击原子核为标志，反应物中除有一个原子核外，还有一个入射粒子，如α粒子、质子、中子等．(3)裂变．eq\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.裂变特点：质量较大的重核捕获中子分裂成两个以上中等质量的核，并放出几个中子．(4)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聚变特点：反应物中为n个质量较小的轻核，生成物包含一个质量较大的核．2．核反应方程的书写．(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有些核反应方程还要考虑到能量守恒规律．(2)核反应方程中的箭头(→)表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号．(3)写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造．(4)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上；然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子)的电荷数和质量数；最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子)，并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号．【典例1】(2023·江苏卷)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，eq\o\al(235,)92U是核电站常用的核燃料.eq\o\al(235,)92U受一个中子轰击后裂变成eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr两部分，并产生________个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积．解析：由质量数守恒和电荷数守恒可知：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，可见产生了3个中子，链式反应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积．答案：3大于针对训练1．(2023·北京卷)实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图，则()A．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外C．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里解析：静止的核发生β衰变(eq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋eq\o\al(0,－1)e)由内力作用，满足动量守恒，则新核Y和电子的动量等大反向，垂直射入匀强磁场后均做匀速圆周运动，由qvB＝meq\f(v2,r)可知r＝eq\f(mv,qB)，则两个新核的运动半径与电量成反比，即eq\f(1,Z＋1)，则新核为小圆，电子为大圆；而新核带正电，电子带负电，由左手定则可知磁场方向垂直纸面向里，选项D正确．答案：D主题2核能的计算核能的计算是原子核物理中的热点问题，在重核的裂变、轻核的聚变、放射性衰变以及某些人工转变的核反应中，都伴随着巨大的核能释放，根据不同的题设条件和不同的核反应特征，归纳以下几种计算方法：(1)根据质量亏损计算(E＝mc2或ΔE＝Δmc2)．①根据核反应方程，计算核反应前和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．③计算过程中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳．(2)利用原子单位u和电子伏特计算(ΔE＝Δm×MeV)．①明确原子单位u和电子伏特间的关系．因1u＝×10－27kg则E＝mc2＝6×10－27××108)2J＝×10－10J.又1eV＝×10－19J，则E＝×10－10J＝MeV.②根据1原子质量单位(u)相当于MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以MeV，即ΔE＝Δm×MeV.③上式中，Δm单位是u，ΔE的单位是MeV.(3)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．(4)根据能量守恒和动量守恒来计算核能．参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题给条件中没有涉及质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，从动量和能量守恒可以计算出核能的变化．(5)应用阿伏加德罗常数计算核能．若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏加德罗常数计算核能更为简便．①根据物体的质量m和摩尔质量M，由n＝eq\f(m,M)求出摩尔数，并求出原子核的个数N＝NAn＝NAeq\f(m,M).②由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0(或直接从题目中找出E0)．③再根据E＝NE0求出总能量．【典例2】已知氘核的平均结合能为MeV，氦核的平均结合能为MeV，则两个氘核结合成一个氦核时()A．释放出MeV的能量B．释放出MeV的能量C．释放出MeV的能量D．吸收MeV的能量解析：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MeV，氦核的平均结合能为MeV，故核反应过程释放能量．ΔE＝4×MeV－2×2×MeV＝MeV，故选C.答案：C针对训练2．试计算用α粒子轰击铍(eq\o\al(9,4)Be)核发现中子的核反应中所释放的能量(已知铍核、碳核、α粒子和中子的质量分别为mBe＝19u，mC＝0u，mα＝6u，mn＝665u．1u＝566×10－27kg解析：核反应方程为eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n＋ΔE，核反应中的质量亏损为Δm＝mBe＋mα－mC－mn＝19＋6－0－665)u＝125u，ΔE＝Δmc2＝125×MeV≈MeV或ΔE＝125×566×10－27×(3×108)2J≈×10－13J.答案：MeV(或×10－13J)统揽考情半衰期、质能方程的应用、计算和核反应方程的书写是高考的热点问题，试题一般以基础知识为主，较简单．真题例析(2023·课标全国Ⅰ卷)(多选)关于天然放射性，下列说法正确的是________．A．所有元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强E．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线解析：并不是所有的元素都能发生衰变，只有原子序号超过83的元素才都能发生衰变，选项A错．放射性元素的半衰期由原子核内部的结构决定，与外界温度无关，选项B对．放射性元素其放射性来自于原子核内部，与其他元素形成化合物并没有改变其内部原子核结构，所以仍具有放射性，选项C对．α、β和γ三种射线中，γ射线能量最高，穿透能力最强，选项D对．一个原子核在一次衰变中，要么是α衰变要么是β衰变，同时伴随着能量的释放，选项E错．答案：BCD针对训练(2023·课标全国Ⅱ卷)(多选)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法符合历史事实的是________．A．密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值B．贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(P0)和镭(Ra)两种新元素D．卢瑟福通过α粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子E．汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷解析：密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值为×10－19C，A对；贝克勒尔通过对天然放射性的研究，证明了原子核有复杂结构，B错；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素，C对；卢瑟福通过α粒子散射实验，得出了原子的核式结构理论，D错；汤姆孙通过对阴极射线在电场及在磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测定了粒子的比荷，答案：ACE1．(2023·重庆卷)下图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物质发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直纸面向里．以下判断可能正确的是()A．a、b为β粒子的径迹 B．a、b为γ粒子的径迹C．c、d为α粒子的径迹 D．c、d为β粒子的径迹解析：γ射线是不带电的光子流，在磁场中不偏转，故选项B错误．α粒子为氦核带正电，由左手定则知受到向上的洛伦兹力向上偏转，故选项A、C错误；β粒子是带负电的电子流，应向下偏转，选项D正确．答案：D2．(2023·北京卷)下列核反应方程中，属于α衰变的是()\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(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n \o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e解析：用人工方法eq\o\al(4,2)He核轰击eq\o\al(14,7)N产生质子，选项A错误；衰变是原子核自发放射粒子的核反应，选项B正确；两个轻核结合成中核的反应为轻核聚变反应，选项C错误；D为β衰变．答案：B3．(2023·山东卷)(多选)14C发生放射性衰变为14N，5700年．已知植物存活其间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中A．该古木的年代距今约为5700年B．12C、13C、C．14C衰变为14ND．增加样品测量环境的压强将加速14C解析：因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5700年，选项A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项B错误；根据核反应方程可知，14C衰变为14N的过程中放出电子，答案：AC4．(2023·福建卷)下列是有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是()A．γ射线是高速运动的电子流B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变\o\al(210,83)Bi的半衰期是5天，100克eq\o\al(210,83)Bi经过10天后还