新教材适用2024-2025学年高中物理第5章原子核章末小结学案新人教版选择性必修第三册

章末小结一、对核反应方程及类型的理解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质子的发觉(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中子的发觉(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觉约里奥·居里夫妇eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e正电子的发觉(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)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(eq\o\al(1,1)H)、中子(eq\o\al(1,0)n)、α粒子(eq\o\al(4,2)He)、β粒子(eq\o\al(0,－1)e)、正电子(eq\o\al(0,1)e)、氘核(eq\o\al(2,1)H)、氚核(eq\o\al(3,1)H)等。(2)核反应过程一般都是不行逆的，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。(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)四类核反应的推断技巧：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。典例1(多选)(2024·山东潍坊高二期末)自然界中一些放射性元素往往会发生一系列连续的衰变，形成放射性元素系。每个放射性元素系都有一个半衰期很长的始祖原子核，经过若干次连续衰变，直至生成一个稳定原子核。已知eq\o\al(235,92)U的衰变链如图所示，下列推断正确的是(AD)A．Pa衰变到Ac是α衰变B．eq\o\al(235,92)U衰变最终生成稳定原子核，共有两种不同的衰变路径C．eq\o\al(235,92)U衰变最终生成稳定原子核eq\o\al(207,81)T1D．一个eq\o\al(235,92)U衰变最终生成稳定原子核，共释放4个电子解析：eq\o\al(235,92)U有92个质子和143个中子，可知纵坐标为核电荷数，横坐标为中子数，Pa衰变到Ac由图可知核电荷数少2，中子数少2，可知质量数少4，电荷数少2，所以Pa衰变到Ac是α衰变，故A正确；由图可知，衰变路径有两个分岔，依据排列组合可知eq\o\al(235,92)U衰变最终生成稳定原子核，共有四种不同的衰变路径，故B错误；由图可知，eq\o\al(235,92)U衰变最终生成稳定原子核eq\o\al(207,82)Pb，故C错误；一个eq\o\al(235,92)U衰变最终生成稳定原子核eq\o\al(207,82)Pb，α衰变时质量数少4，电荷数少2，β衰变时质量数不变，电荷数加1，实质是1个中子转变为1个质子和1个电子，所以α衰变次数为x＝eq\f(235－207,4)＝7次，β衰变次数为y＝82＋2×7－92＝4次，共发生4次β衰变，共释放4个电子，故D正确。故选AD。对点训练❶(多选)(2024·天津一中高二期末)下列说法中正确的是(BCD)A．在核反应中满意电荷数守恒，质量守恒B．氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子C．钍核(Th)发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数削减了2D．铀(eq\o\al(238,92)U)经多次α、β衰变形成稳定的铅(eq\o\al(206,82)Pb)的过程中，有6个中子转变成质子解析：在核反应中满意电荷数守恒，质量数守恒，而不是质量守恒，故A错误；第一激发态为其次个定态，依据hν＝E2－E1，可知，氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，故B正确；α粒子是eq\o\al(4,2)He，依据质量数与电荷数守恒可知，钍核(Th)发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，质量数削减4，电荷数削减2，可知中子数削减了4－2＝2，故C正确；若该核反应为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋meq\o\al(4,2)He＋neq\o\al(0,－1)e，依据质量数与电荷数守恒有238＝206＋4m,92＝82＋2m－n，解得n＝6，可知，发生了6次β衰变，即有6个中子转变成质子，故D正确。故选BCD。二、核反应中的“守恒规律”在各种核反应中，存在着一些“守恒量”，这些“守恒量”为我们供应了解决核反应中电荷、质量、能量、动量改变问题的方法和依据。概括为：(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(T)①剩余核数：N＝N0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,T)；②剩余质量：m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,T)。典例2(多选)(2024·唐山开滦第一中学高二期末)eq\o\al(241,95)Am(镅)是一种半衰期长达433年的放射性金属，通过衰变释放射线而被用于烟雾探测器，其衰变方程为eq\o\al(241,95)Am→X＋Y(X为释放射线中的某种粒子，Y为产生的新核)，在该烟雾探测器中装有大约0.3微克的镅－241，其释放的射线可以使腔内空气电离，从而在探测腔内加有低压的电极间形成微小电流。由于该种射线在空气中只能前进几厘米，一张纸就能把它拦住，因此一旦烟雾进入探测器，就会阻挡部分射线而使电流减小引发警报。关于该报警器下列说法中正确的是(BC)A．烟雾颗粒阻挡的是由镅释放的β粒子B．eq\o\al(241,95)Am发生一次衰变所产生的新核Y的中子数比质子数多51个C．0.3微克的镅经过866年剩余eq\o\al(241,95)Am的质量为0.075微克D．发生火灾环境温度上升会使eq\o\al(241,95)Am的半衰期变短解析：三种射线中，α射线简单使空气电离，但穿透实力最弱，在空气中只能前进几厘米，可知镅发出的是α射线，通过镅释放出射线将空气电离，从而产生电流，A项错误；依据质量数守恒可知，衰变产生的射线的质量数：m＝241－4＝237，电荷数：z＝95－2＝93，所以中子数为237－93＝144个，产生的新核的中子数比质子数多51个，B项正确；已知镅的半衰期为433年，则经过866年是经过了两个半衰期，剩余的为m＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))2m0＝0.075微克，C项正确；放射性粒子来自于原子核，半衰期与外界因素无关，D项错误。故选BC。对点训练❷(多选)(2024·石家庄高二期末)钚的放射性同位素eq\o\al(239,94)Pu静止时衰变为铀核eq\o\al(235,92)U和α粒子，并放出能量为0.097MeV的γ光子。已知eq\o\al(239,94)Pu的质量为239.0521u，eq\o\al(235,92)U的质量为235.0439u，α粒子的质量为4.0026u，且lu相当于931.5MeV的能量。若衰变放出光子的动量可忽视，下列说法正确的是(AD)A．eq\o\al(239,94)Pu的衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γB．一个eq\o\al(239,94)Pu核发生衰变后质量亏损为4.0082uC．铀核eq\o\al(235,92)U的动能约为5.129MeVD．α粒子的动能约为5.034MeV解析：依据质量数与电荷数守恒有239＝235＋4,94＝92＋2，则eq\o\al(239,94)Pu的衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ，故A正确；依据上述可知，一个eq\o\al(239,94)Pu核发生衰变后质量亏损为Δm＝239.0521u－235.0439u－4.0026u＝0.0056u，故B错误；由于钚的放射性同位素eq\o\al(239,94)Pu静止时衰变为铀核eq\o\al(235,92)U和α粒子，满意动量守恒，则有mUvU－mαvα＝0，由于放出能量为0.097MeV的γ光子，结合上述质量亏损有0.0056×931.5MeV＝eq\f(1,2)mUveq\o\al(2,U)＋eq\f(1,2)mαveq\o\al(2,α)＋0.097MeV，解得EkU＝eq\f(1,2)mUveq\o\al(2,U)＝0.0857MeV，Ekα＝eq\f(1,2)mαveq\o\al(2,α)＝5.034MeV，故C错误，D正确。故选AD。一、高考真题探析典题(多选)(2024·浙江1月卷，14)2024年12月15日秦山核电站迎来了平安发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给四周居民供热。下列说法正确的是(CD)A．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kgC．核电站反应堆中须要用镉棒限制链式反应的速度D．反应堆中存在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的核反应解析：秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量，故选项A错误；假如不考虑核能与电能的转化效率，则依据爱因斯坦质能方程E＝mc2可以推算出，原子核亏损的质量约为m＝eq\f(E,c2)＝eq\f(6.9×1011×3.6×106,9×1016)kg＝27.6kg，但核能转化为电能的效率不行能达到100%，所以质量亏损应当超过27.6kg，故选项B错误；镉汲取中子的实力强，因此在核电站反应堆中须要用镉棒调整中子的数目，从而限制链式反应的速度，故选项C正确；反应堆利用铀235的裂变，生成多个核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在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的核反应，故选项D正确。二、临场真题练兵1．(2024·北京高考真题)下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是(A)A．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋()B．eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋()C．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋()D．eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋()解析：依据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3(eq\o\al(1,0)n)，故A符合题意；依据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋(eq\o\al(4,2)He)，故B不符合题意；依据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋(eq\o\al(1,1)H)，故C不符合题意；依据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋(eq\o\al(0,－1)e)，故D不符合题意。故选A。2．(2024·天津高考真题)关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是(A)A．核聚变须要在高温下进行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\al(215,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,86)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n解析：因为高温时才能使得粒子的热运动猛烈，才有可能克服他们自身相互间的排斥力，使得它们间的距离缩短，才能发生聚变，故A正确；核聚变中电荷是守恒的，故B错误；因为太阳始终在发生核聚变，须要放出大量能量，依据质能方程可知是要消耗肯定的质量的，故C错误；核聚变的方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，题中为核裂变方程，故D错误。故选A。3．(2024·广东高考真题)理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应eq\o\al(12,6)C＋Y→eq\o\al(16,8)O的影响。下列说法正确的是(D)A．Y是β粒子，β射线穿透实力比γ射线强B．Y是β粒子，β射线电离实力比γ射线强C．Y是α粒子，α射线穿透实力比γ射线强D．Y是α粒子，α射线电离实力比γ射线强解析：依据核反应满意质量数和电荷数守恒可知，Y是α粒子(eq\o\al(4,2)He)，三种射线的穿透实力，γ射线最强，α射线最弱；三种射线的电离实力，α射线最强，γ射线最弱。故选D。4．(2024·浙江高考真题)“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将eq\o\al(238,94)Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。eq\o\al(238,94)Pu的衰变方程为eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(X,92)U＋eq\o\al(4,2)He，则(C)A．衰变方程中的X等于233B．eq\o\al(4,2)He的穿透实力比γ射线强C．eq\o\al(238,94)Pu比eq\o\al(X,92)U的比结合能小D．月夜的寒冷导致eq\o\al(238,94)Pu的半衰期变大解析：依据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋eq\o\al(4,2)He，即衰变方程中的X＝234，故A错误；eq\o\al(4,2)He是α粒子，穿透实力比γ射线弱，故B错误；比结合能越大越稳定，由于eq\o\al(238,94)Pu衰变成为了eq\o\al(234,92)U，故eq\o\al(234,92)U比eq\o\al(238,94)Pu稳定，即eq\o\al(238,94)Pu比eq\o\al(234,92)U的比结合能小，故C正确；半衰期由原子核本身确定的，与温度等外部因素无关，故D错误。故选C。5.(2024·山西高考真题)一电子和一α粒子从铅盒上的小孔O竖直向上射出后，打到铅盒上方水平放置的屏幕P上的a和b两点，a点在小孔O的正上方，b点在a点的右侧，如图所示。已知α粒子的速度约为电子速度的eq\f(1,10)，铅盒与屏幕之间存在匀强电场和匀强磁场，则电场和磁场方向可能为(C)A．电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面对里B．电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面对外C．电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面对里D．电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面对外解析：带电粒子在电场和磁场中运动，打到a点的粒子电场力和洛伦兹力平衡，当电场向左磁场垂直直面对里时，因α粒子带正电，则受到向左的电场力和向左的洛伦兹力，则会打到a点左侧；同理电子带负电，受到向右的电场力和向右的洛伦兹力，则电子会打到a点右侧，A错误；因α粒子带正电，设带电荷量为2q，速度v，电子带负电，电荷量－q，电子速度v′>v，若电场方向向左，磁场方向向外，则假如α粒子打在a点则受到向左的电场力和向右的洛伦兹力平衡2qE＝2qvB，v＝eq\f(E,B)，因电子带负电，电量－q，且电子速度大，受到向左的洛伦兹力qv′B大于向右的电场力qE，则电子从而向左偏转；同理假如电子打在a点，则qE＝qv′B，所以此时α粒子向左的电场力2qE大于向右的洛伦兹力2qvB，则向左偏转，不会打在b点，B错误；电场方向向右，磁场垂直纸面对里，假如α粒子打在a点，即向右的电场力和向左的洛伦兹力平衡2qE＝2qvB，v＝eq\f(E,B)，电子速度大，受到向右的洛伦兹力qv′B大于向左的电场力qE则向右偏转，从而达到b点；同理假如电子打在a，qE＝qv′B则α粒子向右的电场力2qE大于向左的洛伦兹力2qvB从而向右偏转，会打在b点；同理电场向右磁场垂直纸面对外时，α粒子受到向右的电场力和洛伦兹力，电子受到向左的电场力和洛伦兹力不能受力平衡打到a点，故C正确，D错误；故选C。6．(2024·湖南高考真题)2024年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(EAST))创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是(A)A．相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多B．氘氚核聚变的核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(0,－1)eC．核聚变的核反应燃料主要是铀235D．核聚变反应过程中没有质量亏损解析：相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；依据质量数守恒和核电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，B错误；核聚变的核反应燃料主要是氘核和氚核，C错误；核聚变反应过程中放出大量能量，有质量亏损，D错误。故选A。7．(2024·全国高考真题)2024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务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于物质质量的削减，则每秒钟平均削减的质量量级为(光速为3×108m/s)(C)A．1019kg B．1024kgC．1029kg D．1034kg解析：依据质能方程E＝mc2可知，则每秒钟平均削减的质量为Δm＝eq\f(E0,60c2)＝eq\f(1048,60×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3×108))2)＝eq\f(1030,5.4)kg，则每秒钟平均削减的质量量级为1029kg。故选C。8．(2024·山东卷，1)碘125衰变时产生γ射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天，若将肯定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的(B)A．eq\f(1,16) B．eq\f(1,8)C．eq\f(1,4) D．eq\f(1,2)解析：设刚植入时的质量为m0，经过180天后的质量为m，依据m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up10(\f(t,T))，代入数据得m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up10(\f(180,60))＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))3＝eq\f(1,8)m0。9．(2024·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(C)A．eq\f(N,12) B．eq\f(N,9)C．eq\f(N,8) D．eq\f(N,6)解析：设t＝0时刻，甲、乙两种放射性元素原子核数分别为N1、N2，则有N1＋N2＝N，t＝2t0时，甲经过两个半衰期，未衰变原子核数为eq\f(N1,4)，乙经过一个半衰期，未衰变原子核数为eq\f(N2,2)，由已知条件有eq\f(N1,4)＋eq\f(N2,2)＝eq\f(N,3)，解得N1＝eq\f(2,3)N，N2＝eq\f(1,3)N；t＝4t0时，甲经过四个半衰期，未衰变原子核数为eq\f(N1,16)，乙经过两个半衰期，未衰变原子核数为eq\f(N2,4)，则此时未衰变原子核总数为N′＝eq\f(N1,16)＋eq\f(N2,4)，解得N′＝eq\f(N,8)，C项正确。10．(多选)(2024·浙江6月卷，14)秦山核电站生产eq\o\al(14,6)C的核反应方程为eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋X，其产物eq\o\al(14,6)C的衰变方程为eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e。下列说法正确的是(AB)A．X是eq\o\al(1,1)HB．eq\o\al(14,6)C可以用作示踪原子C．eq\o\al(0,－1)e来自原子核外D．经过一个半衰期，10个eq\o\al(14,6)C将剩下5个解析：依据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知X为质子eq\o\al(1,1)H，A正确；由于eq\o\al(14,6)C具有放射性，且C是构成生物体的主要元素之一，所以eq\o\al(14,6)C可以用作示踪原子，B正确；β衰变放出的电子eq\o\al(0,－1)e来自原子核内部，C错误；由于半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核不适用，所以经过一个半衰期，10个eq\o\al(14,6)C不肯定剩下5个，D错误。11．(2024·湖北卷，1)20世纪四十年头初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的试验方案：假如静止原子核eq\o\al(7,4)Be俘获核外K层电子e，可生成一个