人教版(新教材)高中物理选择性必修3第五章 原子核网络构建与学科素养提升

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE1网络构建与学科素养提升一、核废料污染与防护——科学态度与责任的培养新能源是21世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。核能是一种相对高效、清洁的新能源，是煤、石油等能源的有效替代品。但核废料放出的射线通过物质时，发生电离和激发作用，对生物体会引起辐射损伤。尤其是在发生自然灾害时，核电站受损后会泄漏部分放射性物质，对环境造成污染。因此在核设施的建造，核废料的处理上都要采取严格的安全措施。〖例1〗(多选)日本福岛第一核电站在地震后，数秒内就将控制棒插入核反应堆芯，终止了铀的裂变链式反应。但海啸摧毁了机组的冷却系统，因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量，核燃料棒温度不断上升，对周边环境产生了巨大的危害。则下列说法正确的是()A.控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制B.日本后来向反应堆灌注海水，可以降温，但大量的被污染的海水外泄，对周边环境产生了巨大的危害C.核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大D.核泄漏中放射性物质对人类是有害的〖解析〗控制棒通过吸收中子来实现对核反应速度的控制，选项A正确；日本后来向反应堆灌注海水，大量的被污染的海水外泄，泄漏中放射性物质对周边环境产生了巨大的危害，选项B、D正确；因为核反应有能量释放，可知铯、钡等原子的质量比铀原子质量小，故选项C错误。〖答案〗ABD〖素养提升练1〗(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5700年。已知植物存活期间，其体内14N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14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是()A.该古木的年代距今约5700年B.12C、13C、14C具有相同的中子数C.14C衰变为14N的过程中放出β射线D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变〖解析〗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，说明该古木样品中14C有半数发生衰变，由于其半衰期约5700年，可推断该古木样品距今约5700年，故A项正确；12C、13C、14C为同位素，具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，故B项错误；14C衰变为14N的过程中放出β射线，为β衰变，故C项正确；半衰期由原子核内部因素决定，与温度、压强等外界因素无关，故D项错误。〖答案〗AC二、“形异质同”类问题——比较思维能力的培养两类核衰变在磁场中的径迹静止核在磁场中自发衰变，其轨迹为两相切圆，α衰变时两圆外切，β衰变时两圆内切，根据动量守恒m1v1＝m2v2和r＝eq\f(mv,qB)知，半径小的为新核，半径大的为α粒子或β粒子，其特点对比如下表：α衰变eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He匀强磁场中轨迹两圆外切，α粒子半径大β衰变eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e匀强磁场中轨迹两圆内切，β粒子半径大〖例2〗一个静止的放射性同位素的原子核eq\o\al(30,15)P衰变为eq\o\al(30,14)Si，另一个静止的天然放射性元素的原子核eq\o\al(234,90)Th衰变为eq\o\al(234,91)Pa，在同一磁场中，得到衰变后粒子的运动径迹1、2、3、4，如图所示，则这四条径迹依次是()A.电子、eq\o\al(234,91)Pa、eq\o\al(30,14)Si、正电子B.eq\o\al(234,91)Pa、电子、正电子、eq\o\al(30,14)SiC.eq\o\al(30,14)Si、正电子、电子、eq\o\al(234,91)PaD.正电子、eq\o\al(30,14)Si、eq\o\al(234,91)Pa、电子〖解析〗eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e(正电子)，产生的两个粒子，都带正电，应是外切圆，由R＝eq\f(mv,qB)知，电荷量大的半径小，故3是正电子，4是eq\o\al(30,14)Si。eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e(电子)，产生的两个粒子，一个带正电，一个带负电，应是内切圆，由R＝eq\f(mv,qB)知，电荷量大的半径小，故1是eq\o\al(234,91)Pa，2是电子，故B项正确。〖答案〗B〖素养提升练〗2.实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生β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图如图，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〗根据动量守恒定律，原子核发生β衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为p，根据qvB＝eq\f(mv2,r)，得轨道半径r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)，故电子的轨迹半径较大，即轨迹1是电子的，轨迹2是新核的。根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向里，选项D正确。〖答案〗D3.如图甲所示，静止在匀强磁场中的eq\o\al(6,3)Li核俘获一个速度为v0＝7.7×104m/s的中子而发生核反应，即eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He，若已知eq\o\al(4,2)He的速度v2＝2.0×104m/s，其方向与反应前中子速度方向相同，试求：(1)eq\o\al(3,1)H的速度大小和方向；(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比；(3)当eq\o\al(4,2)He旋转三周时，粒子eq\o\al(3,1)H旋转几周？〖解析〗(1)反应前、后动量守恒：m0v0＝m1v1＋m2v2(v1为氚核速度，m0、m1、m2分别代表中子、氚核、氦核质量)代入数值可解得：v1＝－1.0×103m/s，方向与v0相反。(2)eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(4,2)He在磁场中均受洛伦兹力，做匀速圆周运动的半径之比r1∶r2＝eq\f(m1v1,q1B)∶eq\f(m2v2,q2B)＝3∶40。(3)eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(4,2)He做匀速圆周运动的周期之比T1∶T2＝