第十六章　第3课时　原子核-2025年高中物理大一轮复习

第3课时原子核目标要求1.了解天然放射现象及三种射线的性质。2.了解原子核的衰变，掌握半衰期的概念，并会进行有关计算。3.了解四种核反应类型，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程。4.认识原子核的结合能与比结合能，能进行有关核能的计算。考点一原子核的衰变半衰期1.原子核的组成：原子核是由________和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的________。2．天然放射现象放射性元素________地发出射线的现象，首先由________________发现。天然放射现象的发现，说明________________具有复杂的结构。原子序数大于83的元素都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的，有的也能发出射线。3．三种射线的比较名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领α射线__核eq\o\al(4,2)He＋2e4u最____最____β射线____eq\o\ar(0,－1)e－eeq\f(1,1837)u较强较强γ射线光子γ00最____最____4.原子核的衰变(1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。(2)α衰变、β衰变衰变类型α衰变β衰变衰变方程eq\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(M,Z)X→eq\o\ar(M,Z＋1)Y＋eq\o\ar(0,－1)e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\ar(0,－1)e匀强磁场中轨迹形状衰变规律________守恒、质量数守恒(3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。5．半衰期(1)公式：N余＝N原，m余＝m原，式中t为衰变时间，T为半衰期。(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由________________________________决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)和化学状态(如单质、化合物)________(选填“有关”或“无关”)。6．放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素：有________放射性同位素和________放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。(2)应用：放射治疗、培优、保鲜、做________等。(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。1．三种射线按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线。()2．β衰变中的电子来源于原子核外电子。()3．发生β衰变时，新核的电荷数不变。()4．如果现在有100个某放射性元素的原子核，那么经过一个半衰期后还剩50个。()例1(2023·浙江1月选考·9)宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(14,6)C＋eq\o\ar(1,1)H，产生的eq\o\ar(14,6)C能自发进行β衰变，其半衰期为5730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。下列说法正确的是()A.eq\o\ar(14,6)C发生β衰变的产物是eq\o\ar(15,7)NB．β衰变辐射出的电子来自碳原子的核外电子C．近年来由于地球的温室效应，引起eq\o\ar(14,6)C的半衰期发生微小变化D．若测得一古木样品的eq\o\ar(14,6)C含量为活体植物的eq\f(1,4)，则该古木距今约为11460年例2(多选)科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现的古老岩石中铀含量来推算地球的年龄，铀238的相对含量随时间的变化规律如图所示，下列说法正确的是()A．铀238发生α衰变的方程为eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(242,90)Th＋eq\o\ar(4,2)HeB．测得某岩石中现含有的铀是岩石形成初期时的一半，可推算出地球的年龄约为45亿年C．2000个铀核经过90亿年，一定还有500个铀核未发生衰变D．铀238(eq\o\ar(238,92)U)最终衰变形成铅206(eq\o\ar(206,82)Pb)，需经8次α衰变，6次β衰变例3(2022·全国甲卷·17)两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t＝0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t＝2t0时刻，尚未衰变的原子核总数为eq\f(N,3)，则在t＝4t0时刻，尚未衰变的原子核总数为()A.eq\f(N,12)B.eq\f(N,9)C.eq\f(N,8)D.eq\f(N,6)考点二核反应核反应类型1．核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋________β衰变自发eq\o\ar(234,90)Th→eq\o\ar(234,91)Pa＋eq\o\ar(0,－1)e人工转变人工控制(基本粒子轰击原子核)eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(4,2)He→________＋eq\o\ar(1,1)H(卢瑟福发现质子)eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(9,4)Be→eq\o\ar(12,6)C＋eq\o\ar(1,0)n(查德威克发现中子)eq\o\ar(27,13)Ar＋eq\o\ar(4,2)He→_____＋eq\o\ar(1,0)n约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子eq\o\ar(30,15)P→eq\o\ar(30,14)Si＋____重核裂变容易控制(慢中子、链式反应)eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋________eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(136,54)Xe＋eq\o\ar(90,38)Sr＋________轻核聚变现阶段很难控制(需要极高温度——一般由核裂变提供)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→________＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV2.核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子(______)、中子(______)、α粒子(________)、β粒子(______)、正电子(________)、氘核(________)、氚核(________)等。(2)掌握核反应方程遵循的规律：____________守恒，________________守恒。(3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。例4(2023·天津卷·3)关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是()A．核聚变需要在高温下进行B．核聚变中电荷不守恒C．太阳质量不变D．太阳核反应方程式：eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(141,56)Ba＋eq\o\ar(92,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n例5(2023·北京卷·3)下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是()A.eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋()B.eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋()C.eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋()D.eq\o\ar(14,6)C→eq\o\ar(14,7)N＋()例6(2023·全国甲卷·15)在下列两个核反应方程中X＋eq\o\ar(14,7)N→Y＋eq\o\ar(17,8)O、Y＋eq\o\ar(7,3)Li→2X，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则()A．Z＝1，A＝1 B．Z＝1，A＝2C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4考点三质量亏损及核能的计算1．核力和核能(1)核力：原子核内部，________间所特有的相互作用力。核力是强相互作用，为短程力，作用范围只有约10－15m，与电性无关。(2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们________需要的能量，叫作原子核的结合能，也叫核能。(3)比结合能：原子核的结合能与____________之比，叫作比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越________，原子核越________。2．质量亏损凡是释放核能的核反应，反应后各原子核(新生核)及微观粒子的质量(即静止质量)之和________，两者的差值就叫______________。3．质能方程(1)爱因斯坦得出物体的能量与它的质量的关系：________________。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应减少的能量ΔE＝________________。原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝______。4．核能的计算(1)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。①ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位为“kg”，c的单位为“m/s”，则ΔE的单位为“J”。②ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位为“u”，则可直接利用ΔE＝Δm×931.5MeV/u计算，此时ΔE的单位为“MeV”，即1u＝1.6605×10－27kg，相当于931.5MeV，这个结论可在计算中直接应用。(2)利用比结合能计算核能原子核的结合能＝核子的比结合能×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。1．核力就是库仑力。()2．核反应中，出现质量亏损，一定有核能产生。()3．原子核的结合能越大，原子核越稳定。()4．原子核越大，它的结合能越大，比结合能可能越小。()例7(2023·全国乙卷·16)2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J。假设释放的能量来自物质质量的减少，则每秒平均减少的质量量级为(光速为3×108m/s)()A．1019kgB．1024kgC．1029kgD．1034kg例8(多选)(2022·福建卷·2改编)2011年3月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素eq\o\ar(131,53)I，其衰变方程为eq\o\ar(131,53)I→eq\o\ar(131,54)Xe＋eq\o\ar(0,－1)e，半衰期为8天，已知mI＝131.03721u，mXe＝131.03186u，me＝0.000549u，1u相当于931.5MeV，则下列说法正确的是()A．该反应前后质量亏损0.00535uB．该反应中释放的能量约为7.16×10－13JC．放射性元素eq\o\ar(131,53)I发生的衰变为α衰变D．经过16天，75%的eq\o\ar(131,53)I原子核发生了衰变例9(2023·山东济南市历城二中模拟)太阳目前处于主序星阶段，氢燃烧殆尽后将发生“氦闪”，进入红巨星阶段。“氦闪”是氦(eq\o\ar(4,2)He)聚变变成碳，2eq\o\ar(4,2)He→eq\