2019-2020年高三物理一輪復(fù)習(xí) 原子核學(xué)案.doc

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2019-2020年高三物理一輪復(fù)習(xí) 原子核學(xué)案 【基礎(chǔ)知識回顧】 一、原子核的組成 1、1919年盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子即氫原子核。核反應(yīng)方程______________。 2、盧瑟福預(yù)想到原子內(nèi)存在質(zhì)量跟質(zhì)子相等的不帶電的中性粒子，即中子。查德威克經(jīng)過研究，證明：用天α射線轟擊鈹時，會產(chǎn)生一種看不見的貫穿能力很強（10-20厘米的鉛板）的不帶電粒子，用其轟擊石蠟時，竟能從石蠟中打出質(zhì)子，此貫穿能力極強的射線即為設(shè)想中的中子。核反應(yīng)方程___ ______________。 3、質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子，原子核的電荷數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的和。具有相同質(zhì)子數(shù)的原子屬于同一種元素；具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的原子互稱同位素。 4、天然放射現(xiàn)象 （1）人類認(rèn)識原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和它的變化規(guī)律，是從天然放射現(xiàn)象開始的。 （2）1896年貝克勒耳發(fā)現(xiàn)放射性，在他的建議下，瑪麗居里和皮埃爾居里經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)了新元素釙和鐳。 （3）用磁場來研究放射線的性質(zhì)（圖見3-5第74頁）： ①α射線帶正電，偏轉(zhuǎn)較小，α粒子就是氦原子核，貫穿本領(lǐng)很小，電離作用很強，使底片感光作用很強；②β射線帶負(fù)電，偏轉(zhuǎn)較大，是高速電子流，貫穿本領(lǐng)很強（幾毫米的鋁板），電離作用較弱；③γ射線中電中性的，無偏轉(zhuǎn)，是波長極短的電磁波，貫穿本領(lǐng)最強（幾厘米的鉛板），電離作用很小。 二、原子核的衰變 半衰期 1、原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ?。在衰變中電荷?shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的（注意：質(zhì)量并不守恒。）。γ射線是伴隨α射線或β射線產(chǎn)生的，沒有單獨的γ衰變（γ衰變：原子核處于較高能級，輻射光子后躍遷到低能級。）。α衰變舉例 ；β衰變舉例 。 2、半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間。放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部本身的因素決定，與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，它是對大量原子的統(tǒng)計規(guī)律。N= ， m= 。 三、放射性的應(yīng)用與防護 放射性同位素 1、放射性同位素的應(yīng)用：a、利用它的射線（貫穿本領(lǐng)、電離作用、物理和化學(xué)效應(yīng)）；b、做示蹤原子。 2、放射性同位素的防護：過量的射線對人體組織有破壞作用，這些破壞往往是對細胞核的破壞，因此，在使用放射性同位素時，必須注意人身安全，同時要放射性物質(zhì)對空氣、水源等的破壞。 四、核力與結(jié)合能 質(zhì)量虧損 1、由于核子間存在著強大的核力（核子之間的引力，特點：①核力與核子是否帶電無關(guān)②短程力，其作用范圍為，只有相鄰的核子間才發(fā)生作用），所以核子結(jié)合成原子核（例_______________________）或原子核分解為核子（例_______ _____）時，都伴隨著巨大的能量變化。核子結(jié)合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量叫原子核的結(jié)合能，亦稱核能。 2、我們把核子結(jié)合生成原子核，所生成的原子核的質(zhì)量比生成它的核子的總質(zhì)量要小些，這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。愛因斯坦在相對論中得出物體的質(zhì)量和能量間的關(guān)系式_________________，就是著名的質(zhì)能聯(lián)系方程，簡稱質(zhì)能方程。 1u=_____________kg 相當(dāng)于____________MeV （此結(jié)論在計算中可直接應(yīng)用）。 五、原子核的人工轉(zhuǎn)變原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新核的過程，稱為核反應(yīng)（原子核的人工轉(zhuǎn)變）。在核反應(yīng)中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的。 舉例：（1）如α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子；（2）1934年，約里奧居里和伊麗芙居里夫婦在用α粒子轟擊鋁箔時，除探測到預(yù)料中的中子外，還探測到了正電子。核反應(yīng)方程______ ___________________這是第一次用人工方法得到放射性同位素。 六、重核的裂變 輕核的聚變 1、凡是釋放核能的核反應(yīng)都有質(zhì)量虧損。核子組成不同的原子核時，平均每個核子的質(zhì)量虧損是不同的，所以各種原子核中核子的平均質(zhì)量不同。核子平均質(zhì)量小的，每個核子平均放的能多。鐵原子核中核子的平均質(zhì)量最小，所以鐵原子核最穩(wěn)定。凡是由平均質(zhì)量大的核，生成平均質(zhì)量小的核的核反應(yīng)都是釋放核能的。 2、1938年德國化學(xué)家哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)重核裂變，即一個重核在俘獲一個中子后，分裂成幾個中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程,這發(fā)現(xiàn)為核能的利用開辟了道路。鈾核裂變的核反應(yīng)方程________ _____________。 3、由于中子的增殖使裂變反應(yīng)能持續(xù)地進行的過程稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。為使其容易發(fā)生，最好使用純鈾235。因為原子核非常小，如果鈾塊的體積不夠大，中子從鈾塊中通過時，可能還沒有碰到鈾核就跑到鈾塊外面去了，因此存在能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體積，即臨界體積。 發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件是裂變物的體積大于臨界體積，并有中子進入。應(yīng)用有原子彈、核反應(yīng)堆。 4、輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核叫聚變。（例： ________）發(fā)生聚變的條件是：超高溫（幾百萬度以上），因此聚變又叫熱核反應(yīng)。 太陽的能量產(chǎn)生于熱核反應(yīng)?？梢杂迷訌梺硪馃岷朔磻?yīng)。應(yīng)用有氫彈、可控?zé)岷朔磻?yīng)。 要點講練： 【例1】鈾裂變的產(chǎn)物之一氪90（）是不穩(wěn)定的,它經(jīng)過一系列衰變最終成為穩(wěn)定的鋯86（）,這些衰變 是 （ ） A.1次衰變,6次衰變 B.4次衰變 C.2次衰變 D.2次衰變,2次衰變 【例2】放射性同位素在技術(shù)上有很多應(yīng)用,不同的放射源可用于不同的目的,下表列出一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射線: 對于以下幾種用途,分別選取表中哪一種放射性元素作放射源. （1）塑料公司生產(chǎn)聚乙烯薄膜,方法是讓較厚的聚乙烯膜通過軋輥壓薄,利用適當(dāng)?shù)姆派渚€來測定通過軋輥后的薄膜厚度是否均勻. （2）醫(yī)生用放射性方法治療腫瘤. （3）放射源和控制器間相隔很小一段距離,若它們之間煙塵濃度比達某一設(shè)定的臨界值,探測器探測到的射線強度將比正常情況下小得多,從而可通過自動控制裝置,觸發(fā)電鈴,可發(fā)生火災(zāi)警報,預(yù)防火災(zāi). （4）用放射性同位素作示蹤原子,用來診斷人體內(nèi)的器官是否正常.方法是給被檢查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物質(zhì),當(dāng)這些物質(zhì)的一部分到達要檢查的器官時,可根據(jù)放射性同位素的射線情況分析器官正常 與否. 例3.一個U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng),其裂變方程為U +n→X+Sr+n,則下列敘述正確的是 （ ） A.X原子核中含有86個中子 B.X原子核中含有141個核子 C.因為裂變時釋放能量,根據(jù)E=mc2,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加 D.因為裂變時釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少 【例4】一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氘核,同時輻射一個光子.已知質(zhì)子、中子、氘核 的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c.下列說法正確的是 （ ） A.核反應(yīng)方程是 B.聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3 C.輻射出的光子的能量E=（m3-m1-m2）c D.光子的波長= 【例5】有下列4個核反應(yīng)方程 （1）a、b、c、d四種粒子依次是 （ ） （2）上述核反應(yīng)依次屬于 （ ） A.衰變、人工轉(zhuǎn)變、人工轉(zhuǎn)變、聚變 B.裂變、裂變、聚變、聚變 C.衰變、衰變、聚變、聚變 D.衰變、裂變、人工轉(zhuǎn)變、聚變 強化練習(xí)： 1. xx年美國和俄羅斯的科學(xué)家利用回旋加速器,通過Ca（鈣48）轟擊Cf（锎249）發(fā)生核反應(yīng),成功合成了第118號元素,這是迄今為止門捷列夫元素周期表中原子序數(shù)最大的元素.實驗表明,該元素的原子核先放出3個相同的粒子x,再連續(xù)經(jīng)過3次衰變后,變成質(zhì)量數(shù)為282的第112號元素的原子核,則上述過程中的粒子x是 （ ） A.中子 B.質(zhì)子 C.電子 D.粒子 2.U放射性衰變有多種可能途徑,其中一種途徑是先變成Bi,而Bi可以經(jīng)一次①衰變變成X（X代表某種元素）,也可以經(jīng)一次②衰變變成Ti,X和Ti最后都變成Pb,衰變路徑如圖所示.則圖中的 （ ） A.a=84,b=206 B.①是β衰變,放出電子,電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時產(chǎn)生的 C.②是β衰變,放出電子,電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時產(chǎn)生的 D. U經(jīng)過10次β衰變,8次衰變可變成Pb 4.正電子（PET）發(fā)射計算機斷層顯像,它的基本原理是:將放射性同位素15O注入人體,參與人體的代謝過程.15O在人體內(nèi)衰變放出正電子,與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子,被探測器探測到,經(jīng)計算機處理后產(chǎn)生清晰的圖象.根據(jù)PET原理,回答下列問題: （1）寫出15O的衰變和正負(fù)電子湮滅的方程式. （2）將放射性同位素15O注入人體,15O的主要用途是 （ ） A.利用它的射線 B.作為示蹤原子C.參與人體的代謝過程 D.有氧呼吸 （3）設(shè)電子質(zhì)量為m,電荷量為q,光速為c,普朗克常量為h,則探測到的正負(fù)電子湮滅后生成的光子的波長= . （4）PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng) （填“長”或“短”或“長短均可”） 5.在下列四個核反應(yīng)方程中,x表示He,且屬于聚變的反應(yīng)是 （ ） A.U+n→Sr+Xe+3x B.H+H→x+n C.P→Si+x D.Mg+x→Al+H 12.一個原來靜止的鋰核（）俘獲一個速度為7.7104 m/s的中子后,生成一個氚核和一個氦核,已知氚核的速度 大小為1.0103 m/s,方向與中子的運動方向相反. （1）試寫出核反應(yīng)方程. （2）求出氦核的速度. （3）若讓一個氘核和一個氚核發(fā)生聚變時,可產(chǎn)生一個氦核同時放出一個中子,求這個核反應(yīng)釋放出的能量.（已知氘核質(zhì)量為mD=2.014 102 u,氚核質(zhì)量為mT=3.016 050 u,氦核的質(zhì)量mHe=4.002 603 u,中子質(zhì)量mn=1.008 665 u, 1 u=1.660 610-27 kg）