第十二章第3讲原子核学生

第十二章近代物理第3讲原子核、衰变、核反应方程预习学案【学习目标】1．了解原子核的组成、放射性、衰变并掌握半衰期的相关计算。2．了解放射性同位素、核力的概念并掌握核反应方程的相关计算。3．知道结合能与比结合能的概念并掌握相关计算。4．清楚核裂变、聚变时质量、能量变化及核裂变的控制方式。【知识回顾】一、天然放射性现象与原子核的组成1．1896年，法国物理学家发现天然放射性现象揭示了具有复杂结构。物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素。原子序数大于等于的元素，都能自发的发出射线，这种现象称为天然放射现象。2．1919年，用镭放射出的α粒子轰击氮原子核发现，1932年卢瑟福的学生发现中子，原子核由质子和组成。中子的质量比质子稍大，都统称为3．以92235U为例：92为原子序数、也表示原子核的数；235表示原子核的核子数也称为数；核子数等于电荷数与二、放射性元素的衰变原子核放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。把这种变化称为原子核的。其满足数、数守恒、守恒。α射线：高速（）符号42He，α射线：高速（）符号42He，本质是，来源于原子核内部β射线：高速（）符号0-1e，本质是，来源原子核内部中子转变为质子时γ射线：衰变时伴随α或β射线射出的电磁波，穿透能力由于由于衰变一次只能发生，故α、β射线同一时间只能存在一种α射线2.半衰期定义：放射性元素原子核有2.半衰期定义：放射性元素原子核有发生衰变所用的时间公式：m=m0×12特点：半衰期的长短由原子核的性质决定与原子所处的物理状态、化学状态三、四类核反应方程类型可控性典型的核反应方程式备注α衰变自发+方程特征：方程右边一种元素β衰变自发+人工转变人工控制+方程特征：用高速粒子（α粒子或其它粒子）轰击常见的元素原子核，释放出新高能粒子+重核裂变比较容易进行人工控制++方程特征：重核吸收中子后分裂为两个质量中等的原子核应用：原子弹、核反应堆②条件：临界体积++轻核聚变目前无法控制反应速度+应用：氢弹、正在研究中的受控热核反应方程特征：左边为两个或两个以上的轻核。核反应方程式书写的两个原则：数守恒，数守恒四、合力与结合能1.核力3.质量亏损4.质能方程概念：组成原子核的质子与间的相互作用力特点：①强1.核力3.质量亏损4.质能方程概念：组成原子核的质子与间的相互作用力特点：①强相互作用；②短程力，作用距离为10-15m结合能：拆分一个原子核时所需要的能量比结合能：定义：结合能与原子核的核子数的比值，也称比结合能。意义：平均结合能越大原子核越（稳定、不稳定），质量中等的原子核平均结合能比较。2.结合能在释放能量的核反应中，反应前原子的静止质量与反应后原子核的总质量之在释放能量的核反应中，反应前原子的静止质量与反应后原子核的总质量之差叫质量亏损。E=mcE=mc2，在核反应中△E=：意义：一定的质量与一定的质量相对应。在核物理学中，常用eV作为能量单位，原子质量常用相对原子质量单位u，经换算得：△E=△m×931MeV五、核裂变与核聚变1.重核裂变：重核受中子轰击裂变为中等核的核反应叫核裂变，裂变时产生的中子使其他重核发生裂变并持续下去的过程叫核裂变的。核裂变质量，能量，结合能2.核电站：当前普遍适用热中子（慢中子）核反应堆，控制核裂变剧烈程度的方式有使用镉棒或使用慢化剂例如石墨、重水等使中子减速3.轻核聚变：轻核结合成质量较大的核的核反应叫聚变。太阳能是由核聚变产生。核聚变质量亏损，释放能量，结合能增大4.平均核子质量与比结合能图像【预习自测】一、辨析自测1．卢瑟福提出原子的核式模型并发现质子和中子。()2．α衰变时核子数减4、电荷数减2，β衰变时核子数不变、电荷数加1，两种衰变能同时发生。()3．α射线与β射线经过与速度方向垂直的磁场时所受安培力的方向相反。()4．轻核聚变为质量较大的核，质量增加需要吸收能量。()5．核裂变质量亏损，亏损的质量以能量的形式辐射出去。()二、考点自测1．(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2．如图所示，某放射性元素衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强磁场和匀强电场中，关于三种射线，下列说法正确的是()A．①④表示α射线，其速度最慢、电离能力最弱B．②⑤表示γ射线，其穿透能力和电离能力都很强C．②⑤表示γ射线，是原子核内释放出的高频电磁波D．③⑥表示β射线，是高速电子流，可以穿透几毫米厚的铝板3．在核反应方程eq\o(\s\up5(4),\s\do2(2))He＋eq\o(\s\up5(14),\s\do2(7))N→eq\o(\s\up5(17),\s\do2(8))O＋X中，X表示的是()A．质子 B．中子C．电子 D．α粒子4．23592U经过m次α衰变和n次β衰变，变成20782Pb，则()A．m＝7，n＝3 B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9 D．m＝14，n＝185．已知23490Th的半衰期为24天.4g23490Th经过72天还剩下()A．0 B．gC．1g D．g6．下列关于核反应的说法正确的是()A.23492U→23090Th＋42He是铀核的裂变B.21H＋31H→42He＋10n是核聚变反应C．核反应2713Al＋42He→3015P＋X中的X是质子D．卢瑟福发现中子的核反应方程是：42He＋147N→178O＋10n7．(多选)原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的有()A.42He核的结合能约为14MeVB.42He核比63Li核更稳定C.两个21H核结合成42He核时释放能量D.23592U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大8.太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为411H→42He＋201e＋2γ已知11H和42He的质量分别为mp＝8u和mα＝6u，1u＝931MeV/c2，c为光速．在4个11H转变成1个42He的过程中，释放的能量约为()A．8MeV B．16MeVC．26MeV D．52MeV9．某些建筑材料可产生放射性气体——氡，氡可以发生α或β衰变，如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，那么，氡经过人的呼吸道沉积在肺部，并放出大量的射线，从而危害人体健康．原来静止的氡核(22286Rn)发生一次α衰变生成新核钋(Po)，并放出一个能量为E0＝MeV的光子．已知放出的α粒子动能为Eα＝MeV；忽略放出光子的动量，但考虑其能量；1u＝MeV/c2.(保留三位有效数字)(1)写出衰变的核反应方程．(2)衰变过程中总的质量亏损为多少？【预习反思】第3讲原子核、衰变、核反应方程课堂学案【精讲精练】例题1．已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为()A．1∶4 B．1∶2C．2∶1 D．4∶1变式1．放射性原子核23491Pa经过n次α衰变和m次β衰变，最终变为稳定的原子核20682Pb，则()A．n＝7，m＝5 B．n＝5，m＝7C．n＝9，m＝7 D．n＝7，m＝9例题2．(多选)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有()A．21H＋21H→10n＋X1B．21H＋31H→10n＋X2C．23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋3X3D．10n＋63Li→31H＋X4变式2．(多选)关于核反应方程，下列说法正确的是()A．31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应B．铀核裂变的核反应为23592U→14156Ba＋9236Kr＋210nC．在衰变方程23994Pu→AZX＋42He＋γ中，X原子核的质量数是234D．卢瑟福发现了质子的核反应方程为42He＋147N→178O＋11H例题3．原子核的比结合能与核的质量数之间的关系如图所示。下列说法正确的是（）

A．核比核更稳定B．核比核核子数多，比结合能大C．U核比核结合能大，比结合能也大D．两个H核结合成核，需要吸收能量变式3．氘核21H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式621H→242He＋211H＋210n＋43.15MeV表示．海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为×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×107J,1MeV＝×10－13J，则M约为()A．40kg B．100kgC．400kg D．1000kg例题4．人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法错误的是()A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要放出能量B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出能量C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度变式4.如图所示，静止的23892U核发生α衰变后生成反冲Th核，两个产物都在垂直于它们速度方向的匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法错误的是()A．衰变方程可表示为23892U→23490Th＋42HeB．Th核和α粒子的圆周轨道半径之比为1∶45C．Th核和α粒子的动能之比为1∶45D．Th核和α粒子在匀强磁场中旋转的方向相同【课堂反思】第3讲原子核、衰变、核反应方程课后学案1．（多选）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础．下列关于聚变的说法正确的是()A．核聚变比核裂变更为安全、清洁B．任何两个原子核都可以发生聚变C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加2．下列说法正确的是()A．β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子，同时释放出一个电子B．实验表明，只要照射光的强度足够大，就一定能发生光电效应C．钍的半衰期为24天，1g钍经过120天后还剩0.2gD．根据玻尔的原子理论，氢原子从n＝5的激发态跃迁到n＝3的激发态时，核外电子动能减小3．(多选)某次用中子轰击23592U原子核的核反应方程为23592U＋10n→Y＋13654Xe＋1010n，23592U、10n、Y、13638Xe的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c.下列说法正确的是()A．该反应过程中的质量亏损为m1－9m2－m3－m4B．该反应过程中释放的能量为eq\f(1,2)(m1－9m2－m3－m4)c2C．该核反应属于聚变D．Y原子核中含有52个中子4．一个不稳定的原子核质量为M，处于静止状态，放出一个质量为m的粒子后反冲．已知放出的粒子的动能为E0，则原子核反冲的动能为()A．E0B.eq\f(m,M)E0C.eq\f(m,M－m)E0 D.eq\f(Mm,M－m2)E05．有关核反应方程，下列说法正确的是()A．23892U→23490Th＋42He属于α衰变B．147N＋42He→178O＋11H是β衰变C．核反应方程21084Po→y82X＋42He中的y＝206，X的中子个数为128D．铀核裂变的核反应为23592U→14156Ba＋9236Kr＋210n6．国家大科学装置——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为中子的是()A．147N俘获一个α粒子，产生178O并放出一个粒子B．2713Al俘获一个α粒子，产生3015P并放出一个粒子C．115B俘获一个质子，产生84Be并放出一个粒子D．63Li俘获一个质子，产生32He并放出一个粒子7．在轧制钢板时需要动态监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图所示．该装置中探测器接收到的是()A．X射线 B．α射线C．β射线 D．γ射线8．(多选)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为42He＋2713Al→X＋10会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Y＋01e.则()A．X的质量数与Y的质量数相等B．X的电荷数比Y的电荷数少1C．X的电荷数比2713Al的电荷数多2D．X的质量数与2713Al的质量数相等9．(1)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋2713Al→n＋的原子序数和质量数分别为________．A．15和28B．15和30C．16和30D．17和31(2)现有四个核反应：A.21H＋31H→42He＋10nB.23592U＋10n→X＋8936Kr＋310nC.2411Na→2412Mg＋0-1eD.42He＋94Be→126C＋10n________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程．B中X的质量数为________，中子数为________．10．如图所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是（）A．原子核A比原子核F的比结合能大B．原子核D比原子核F更稳定C．由原子核A分裂出原子核B、C的过程一定释放能量D．由原子核D、E结合出原子核F的过程一定吸收能量11．(多选