高中物理 第四章 原子核章末復(fù)習(xí)課學(xué)案 粵教版選修35

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1、 第四章 原子核 章末復(fù)習(xí)課 【知識體系】 [答案填寫]?、儋|(zhì)子?、讦蒙渚€ ③X→Y+He?、躕→Y+e?、葙|(zhì)量數(shù) ⑥電荷數(shù)?、吆吮旧硇再|(zhì)?、嘀睾肆炎? 主題1 對核反應(yīng)方程及類型的理解 1.核反應(yīng). 常見核反應(yīng)分為衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變、聚變等幾種類型. (1)衰變. α衰變:U→Th+He(核內(nèi)2H+2n→He). β衰變:Th→Pa+e(核內(nèi)n→H+e). γ衰變:原子核處于較高能級,輻射光子后躍遷到低能級. 衰變反應(yīng)的特點:衰變是原子核自發(fā)地轉(zhuǎn)變成另一種原子核,反應(yīng)物只有一個放射性核,生成物中除有一個新核外,還有α粒子或β粒子. (2)人工轉(zhuǎn)變. N

2、+He→O+H(發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)). Be+He→C+n(發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)). 人工轉(zhuǎn)變特點:以高能微觀粒子轟擊原子核為標(biāo)志,反應(yīng)物中除有一個原子核外,還有一個入射粒子,如α粒子、質(zhì)子、中子等. (3)裂變. U+n→Ba+Kr+3n. 裂變特點:質(zhì)量較大的重核捕獲中子分裂成兩個以上中等質(zhì)量的核,并放出幾個中子. (4)聚變. H+H→He+n 聚變特點:反應(yīng)物中為n個質(zhì)量較小的輕核,生成物包含一個質(zhì)量較大的核. 2.核反應(yīng)方程的書寫. (1)必須遵守電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律,有些核反應(yīng)方程還要考慮到能量守恒規(guī)律. (2)核反應(yīng)方程中的箭頭(→)表示核反應(yīng)進(jìn)行的方向,不

3、能把箭頭寫成等號. (3)寫核反應(yīng)方程必須要有實驗依據(jù),決不能毫無根據(jù)地編造. (4)在寫核反應(yīng)方程時,應(yīng)先將已知原子核和已知粒子的符號填入核反應(yīng)方程一般形式的適當(dāng)位置上;然后根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒規(guī)律計算出未知核(或未知粒子)的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù);最后根據(jù)未知核(或未知粒子)的電荷數(shù)確定它們是哪種元素(或哪種粒子),并在核反應(yīng)方程一般形式中的適當(dāng)位置填寫上它們的符號. 【典例1】 (2016上海卷)放射性元素A經(jīng)過2次α衰變和1次β衰變后生成一新元素B,則元素B在元素周期表中的位置較元素A的位置向前移動了(  ) A.1位     B.2位 C.3位 D.4位 解析:原子核經(jīng)

4、過一次α衰變,電荷數(shù)減小2,所以經(jīng)過2次α衰變后電荷數(shù)減小4;同時,經(jīng)過一次β衰變,電荷數(shù)增加1;所以元素A經(jīng)過2次α衰變和1次β衰變后電荷數(shù)減小3,則生成的新元素在元素周期表中的位置向前移3位,故C正確,A、B、D錯誤. 答案:C 針對訓(xùn)練 1.(2017全國卷Ⅱ)一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核,衰變方程為U→Th+He.下列說法正確的是(  ) A.衰變后釷核的動能等于α粒子的動能 B.衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小 C.鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間 D.衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量 解析:根據(jù)動量守恒定律可知,生成的釷

5、核的動量與α粒子的動量等大反向,故B正確;根據(jù)Ek=可知,衰變后釷核的動能小于α粒子的動能,故A錯誤;鈾核的半衰期等于一半數(shù)量的鈾核衰變需要的時間,而放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間是一個原子核衰變的時間,故兩者不等,故C錯誤;由于該反應(yīng)放出能量,由質(zhì)能方程可知,衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和小于衰變前鈾核的質(zhì)量,故D錯誤. 答案:B 主題2 核能的計算 核能的計算是原子核物理中的熱點問題,在重核的裂變、輕核的聚變、放射性衰變以及某些人工轉(zhuǎn)變的核反應(yīng)中,都伴隨著巨大的核能釋放,根據(jù)不同的題設(shè)條件和不同的核反應(yīng)特征,歸納以下幾種計算方法: (1)根據(jù)質(zhì)量虧損計算(E=mc2或ΔE=Δmc2).

6、 ①根據(jù)核反應(yīng)方程,計算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損Δm. ②根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2或ΔE=Δmc2計算核能. ③計算過程中Δm的單位是千克,ΔE的單位是焦耳. (2)利用原子單位u和電子伏特計算(ΔE=Δm931.5 MeV). ①明確原子單位u和電子伏特間的關(guān)系. 因1 u=1.660610-27 kg, 則E=mc2=1.660 610-27(3.0108)2 J=1.49410-10 J. 又1 eV=1.610-19 J, 則E=1.49410-10 J=931.5 MeV. ②根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV能量,用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧

7、損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV,即ΔE=Δm931.5 MeV. ③上式中,Δm單位是u,ΔE的單位是MeV. (3)利用平均結(jié)合能來計算核能. 原子核的結(jié)合能=核子的平均結(jié)合能核子數(shù).核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差,就是該次核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能. (4)根據(jù)能量守恒和動量守恒來計算核能. 參與核反應(yīng)的粒子所組成的系統(tǒng),在核反應(yīng)過程中的動量和能量是守恒的,因此,在題給條件中沒有涉及質(zhì)量虧損,或者核反應(yīng)所釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為生成的新粒子的動能而無光子輻射的情況下,從動量和能量守恒可以計算出核能的變化. (5)應(yīng)用阿伏加德

8、羅常數(shù)計算核能. 若要計算具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核都發(fā)生核反應(yīng)所放出的總能量,應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計算核能更為簡便. ①根據(jù)物體的質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量M,由n=求出摩爾數(shù),并求出原子核的個數(shù)N=NAn=NA. ②由題設(shè)條件求出一個原子核與另一個原子核反應(yīng)放出或吸收的能量E0(或直接從題目中找出E0). ③再根據(jù)E=NE0求出總能量. 【典例2】 已知氘核的平均結(jié)合能為1.1 MeV,氦核的平均結(jié)合能為7.1 MeV,則兩個氘核結(jié)合成一個氦核時(  ) A.釋放出4.9 MeV的能量 B.釋放出6.0 MeV的能量 C.釋放出24.0 MeV的能量 D.吸收4.9 MeV的能量

9、 解析:依據(jù)題意可寫出兩個氘核結(jié)合成一個氦核的核反應(yīng)方程為H+H→He,因氘核的平均結(jié)合能為1.1 MeV,氦核的平均結(jié)合能為7.1 MeV,故核反應(yīng)過程釋放能量.ΔE=47.1 MeV-221.1 MeV=24.0 MeV,故選C. 答案:C 針對訓(xùn)練 2.試計算用α粒子轟擊鈹(Be)核發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)中所釋放的能量(已知鈹核、碳核、α粒子和中子的質(zhì)量分別為mBe=9.012 19 u,mC=12.000 0 u,mα=4.002 6 u,mn=1.008 665 u.1 u=1.660 566 10-27 kg). 解析:核反應(yīng)方程為Be+He→ 6C+n+ΔE,核反應(yīng)中的質(zhì)量

10、虧損為 Δm=mBe+mα-mC-mn= (9.012 19+4.002 6-12.000 0-1.008 665)u=0.006 125 u, ΔE=Δmc2=0.006 125931.5 MeV≈5.705 MeV 或ΔE=0.006 1251.660 56610-27(3108)2 J≈9.15 10-13 J. 答案:5.705 MeV(或9.1510-13 J) 統(tǒng)攬考情 半衰期、質(zhì)能方程的應(yīng)用、計算和核反應(yīng)方程的書寫是高考的熱點問題,試題一般以基礎(chǔ)知識為主,較簡單. 真題例析 (2017全國卷Ⅰ)大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電

11、.氘核聚變反應(yīng)方程是H+H→He+n. 已知H的質(zhì)量為2.013 6 u, He的質(zhì)量為3.015 0 u, n的質(zhì)量為1.008 7 u,1 u=931 MeV/c2. 氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為(  ) A.3.7 MeV     B.3.3 MeV C.2.7 MeV D.0.93 MeV 解析:根據(jù)質(zhì)能方程,釋放的核能ΔE=Δmc2, Δm=2mH-mHe-mn=0.003 5 u, 則ΔE=0.003 5 u931 MeV/c2c2=3.258 5 MeV≈3.3 MeV,故B正確. 答案:B 針對訓(xùn)練 (2016全國Ⅱ卷)在下列描述的核過程的方程中,屬于α衰

12、變的是________,屬于β衰變的是________,屬于裂變的是________,屬于聚變的是________.(填正確答案的標(biāo)號) A.C→N+e B.P→S+e C.U→Th+He D.N+He→O+H E.U+n→Xe+Sr+2n F.H+H→He+n 解析:A和B的反應(yīng)生成物里都有電子,屬于β衰變,C的反應(yīng)生成物里有α粒子,是α衰變,裂變是重核裂變成輕核,屬于裂變的是E,聚變是輕核生成重核,屬于聚變的是F. 答案:C AB E F 1.(2016上海卷)研究放射性元素射線性質(zhì)的實驗裝置如圖所示.兩塊平行放置的金屬板A、 B分別于電源的兩極a、 b連接,放射源發(fā)

13、出的射線從其上方小孔向外射出.則(  ) A.a(chǎn)為電源正極,到達(dá)A板的為α射線 B.a(chǎn)為電源正極,到達(dá)A板的為β射線 C.a(chǎn)為電源負(fù)極,到達(dá)A板的為α射線 D.a(chǎn)為電源負(fù)極,到達(dá)A板的為β射線 解析:β射線為高速電子流,質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量的,速度接近光速;α射線為氦核流,速度約為光速的.在同一電場中,β射線偏轉(zhuǎn)的軌跡曲率半徑小于α射線的曲率半徑,由題圖知,向左偏的為β射線,向右偏的為α射線,即到達(dá)A板的為β射線;因α粒子帶正電,向右偏轉(zhuǎn),說明電場方向水平向右,那么a為電源正極,故B正確,A、C、D錯誤. 答案:B 2.(2017天津卷)我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國

14、際上率先通過權(quán)威機構(gòu)認(rèn)證,這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻(xiàn).下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是(  ) A.H+H→He+n B.N+He→O+H C.He+Al→P+n D.U+n→Ba+Ke+3n 解析:H+H→He+n是一個氘核與一個氚核結(jié)合成一個氦核,同時放出一個中子,屬于聚變反應(yīng),故A正確; N+He→O+H是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng),他用α粒子轟擊氮原子核,產(chǎn)生氧的同位素——氧17和一個質(zhì)子,是人類第一次實現(xiàn)的原子核的人工轉(zhuǎn)變,屬于人工核反應(yīng),故B錯誤; He+Al→P+n是小居里夫婦用α粒子轟擊鋁片時發(fā)現(xiàn)了放射性磷(磷30),屬于人工核反應(yīng),故C錯誤; U+n→Ba

15、+Kr+3n是一種典型的鈾核裂變,屬于裂變反應(yīng),故D錯誤. 答案:A 3.(2017江蘇卷)(多選)原子核的平均結(jié)合能曲線如圖所示,根據(jù)該曲線,下列判斷中正確的有(  ) A.He核的結(jié)合能約為14 MeV B.He核比Li核更穩(wěn)定 C.兩個H核結(jié)合成He核時釋放能量 D.U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大 解析:由圖知He核的平均結(jié)合能約為7 MeV,所以結(jié)合能約為47=28 (MeV),故A錯誤; He核比Li核的平均結(jié)合能大,所以He核比Li核更穩(wěn)定,故B正確;兩個H核結(jié)合成He核時,即由平均結(jié)合能小的反應(yīng)生成平均結(jié)合能大的釋放能量,故C正確;由圖知U核中核子的平均結(jié)

16、合能比Kr核中的小,故D錯誤. 答案:BC 4.(2016天津卷)(多選)物理學(xué)家通過對實驗的深入觀察和研究,獲得正確的科學(xué)認(rèn)知,推動物理學(xué)的發(fā)展,下列說法符合事實的是(  ) A.赫茲通過一系列實驗,證實了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論 B.查德威克用α離子轟擊N獲得反沖核O,發(fā)現(xiàn)了中子 C.貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射性現(xiàn)象,說明原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu) D.盧瑟福通過對陰極射線的研究,提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型 解析:根據(jù)物理學(xué)史可知,赫茲通過一系列實驗,證實了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論,故A正確;查德威克用α粒子轟擊鈹核,產(chǎn)生中子和碳12原子核,故B錯誤;貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射性現(xiàn)象,說明原子核有復(fù)雜

17、結(jié)構(gòu),故C正確;盧瑟福通過對α射線散射的研究提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,故D錯誤. 答案:AC 5.在勻強磁場中有一個原來靜止的碳14原子核,它放射出的粒子與反沖核的徑跡是兩個內(nèi)切的圓,兩圓的直徑之比為7∶1,如圖所示,那么碳14的衰變方程為(  ) A.C→e+B    B.C→He+Be C.C→He+B D.C→e+N 解析:原子核的衰變過程滿足動量守恒,粒子與反沖核的速度方向相反,根據(jù)左手定則判斷得知,粒子與反沖核的電性相反,則知粒子帶負(fù)電,所以該衰變是β衰變,此粒子是β粒子,符號為e.由于兩帶電粒子動量大小相等,方向相反,就動量大小而言有:m1v1=m2v2,由帶電粒

18、子在勻強磁場中圓周運動的半徑公式可得: r=,可見r與q成反比. 由題意,大圓與小圓的直徑之比為7∶1,半徑之比為7∶1,則粒子與反沖核的電荷量之比為1∶7,所以反沖核的電荷量為7e,電荷數(shù)是7,其符號為,所以碳14的衰變方程為C→N+e,故D正確. 答案:D 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375

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