2018-2019學(xué)年高中物理 第四章 原子核章末復(fù)習(xí)課學(xué)案 粵教版選修3-5

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1、 第四章 原子核 章末復(fù)習(xí)課 【知識(shí)體系】 [答案填寫]?、儋|(zhì)子?、讦蒙渚€?、踃→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(duì)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(jí)，輻射光子后躍遷到低能級(jí)． 衰變反應(yīng)的特點(diǎn)：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(gè)放射性核，生成物中除有一個(gè)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(diǎn)：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(gè)原子核外，還有一個(gè)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(diǎn)：質(zhì)量較大的重核捕獲中子分裂成兩個(gè)以上中等質(zhì)量的核，并放出幾個(gè)中子． (4)聚變． H＋H→He＋n 聚變特點(diǎn)：反應(yīng)物中為n個(gè)質(zhì)量較小的輕核，生成物包含一個(gè)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(hào)． (3)寫核反應(yīng)方程必須要有實(shí)驗(yàn)依據(jù)，決不能毫無(wú)根據(jù)地編造． (4)在寫核反應(yīng)方程時(shí)，應(yīng)先將已知原子核和已知粒子的符號(hào)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(jì)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(hào)． 【典例1】　(2016·上海卷)放射性元素A經(jīng)過(guò)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(dòng)了(　　) A．1位　　　　 B．2位 C．3位 D．4位 解析：原子核

4、經(jīng)過(guò)一次α衰變，電荷數(shù)減小2，所以經(jīng)過(guò)2次α衰變后電荷數(shù)減小4；同時(shí)，經(jīng)過(guò)一次β衰變，電荷數(shù)增加1；所以元素A經(jīng)過(guò)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(cuò)誤． 答案：C 針對(duì)訓(xùn)練 1．(2017·全國(guó)卷Ⅱ)一靜止的鈾核放出一個(gè)α粒子衰變成釷核，衰變方程為U→Th＋He.下列說(shuō)法正確的是(　　) A．衰變后釷核的動(dòng)能等于α粒子的動(dòng)能 B．衰變后釷核的動(dòng)量大小等于α粒子的動(dòng)量大小 C．鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)α粒子所經(jīng)歷的時(shí)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(dòng)量守恒定律可知，生成

5、的釷核的動(dòng)量與α粒子的動(dòng)量等大反向，故B正確；根據(jù)Ek＝可知，衰變后釷核的動(dòng)能小于α粒子的動(dòng)能，故A錯(cuò)誤；鈾核的半衰期等于一半數(shù)量的鈾核衰變需要的時(shí)間，而放出一個(gè)α粒子所經(jīng)歷的時(shí)間是一個(gè)原子核衰變的時(shí)間，故兩者不等，故C錯(cuò)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(cuò)誤． 答案：B 主題2　核能的計(jì)算 核能的計(jì)算是原子核物理中的熱點(diǎn)問(wèn)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(jì)算方法： (1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算(E＝mc2或ΔE＝Δmc2)

6、． ①根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)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(jì)算核能． ③計(jì)算過(guò)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(jì)算(ΔE＝Δm×931.5 MeV)． ①明確原子單位u和電子伏特間的關(guān)系． 因1 u＝1.6606×10－27 kg， 則E＝mc2＝1.660 6×10－27×(3.0×108)2 J＝1.494×10－10 J. 又1 eV＝1.6×10－19 J， 則E＝1.494×10－10 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

7、結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 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(lái)計(jì)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(dòng)量守恒來(lái)計(jì)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(guò)程中的動(dòng)量和能量是守恒的，因此，在題給條件中沒(méi)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(dòng)能而無(wú)光子輻射的情況下，從動(dòng)量和能量守恒可以計(jì)算出核能的變化

8、． (5)應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算核能． 若要計(jì)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(jì)算核能更為簡(jiǎn)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(gè)數(shù)N＝NAn＝NA. ②由題設(shè)條件求出一個(gè)原子核與另一個(gè)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(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核時(shí)(　　) 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．

9、吸收4.9 MeV的能量 解析：依據(jù)題意可寫出兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)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(guò)程釋放能量．ΔE＝4×7.1 MeV－2×2×1.1 MeV＝24.0 MeV，故選C. 答案：C 針對(duì)訓(xùn)練 2．試計(jì)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→

10、 6C＋n＋ΔE，核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為 Δm＝mBe＋mα－mC－mn＝ (9.012 19＋4.002 6－12.000 0－1.008 665)u＝0.006 125 u， ΔE＝Δmc2＝0.006 125×931.5 MeV≈5.705 MeV 或ΔE＝0.006 125×1.660 566×10－27×(3×108)2 J≈9.15× 10－13 J. 答案：5.705 MeV(或9.15×10－13 J) 統(tǒng)攬考情 半衰期、質(zhì)能方程的應(yīng)用、計(jì)算和核反應(yīng)方程的書寫是高考的熱點(diǎn)問(wèn)題，試題一般以基礎(chǔ)知識(shí)為主，較簡(jiǎn)單． 真題例析 (2017·全國(guó)卷Ⅰ)大科學(xué)工程“

11、人造太陽(yáng)”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來(lái)發(fā)電．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 u×931 MeV/c2×c2＝3.258 5 MeV≈3.3 MeV，故B正確． 答案：B 針對(duì)訓(xùn)練 (2

12、016·全國(guó)Ⅱ卷)在下列描述的核過(guò)程的方程中，屬于α衰變的是________，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(hào)) 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(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．兩塊平行放

13、置的金屬板A、 B分別于電源的兩極a、 b連接，放射源發(fā)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(chǎng)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(shuō)明電場(chǎng)方向水平向右，那么a為電源正極，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤． 答案：B 2.(2

14、017·天津卷)我國(guó)自主研發(fā)制造的國(guó)際熱核聚變核心部件在國(guó)際上率先通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國(guó)對(duì)國(guó)際熱核聚變項(xiàng)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(gè)氘核與一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)氦核，同時(shí)放出一個(gè)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(gè)質(zhì)子，是人類第一次實(shí)現(xiàn)的原子核的人工轉(zhuǎn)變，屬于人工核反應(yīng)，故B錯(cuò)誤； He＋Al→P＋n是小居里夫婦用α粒子轟擊鋁片時(shí)發(fā)現(xiàn)了放

15、射性磷(磷30)，屬于人工核反應(yīng)，故C錯(cuò)誤； U＋n→Ba＋Kr＋3n是一種典型的鈾核裂變，屬于裂變反應(yīng)，故D錯(cuò)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(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)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4×7＝28 (MeV)，故A錯(cuò)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(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)，即由平均結(jié)合能小的反應(yīng)

16、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)合能比Kr核中的小，故D錯(cuò)誤． 答案：BC 4．(2016·天津卷)(多選)物理學(xué)家通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的深入觀察和研究，獲得正確的科學(xué)認(rèn)知，推動(dòng)物理學(xué)的發(fā)展，下列說(shuō)法符合事實(shí)的是(　　) A．赫茲通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，證實(shí)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(shuō)明原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu) D．盧瑟福通過(guò)對(duì)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(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，證實(shí)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1

17、2原子核，故B錯(cuò)誤；貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射性現(xiàn)象，說(shuō)明原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，故C正確；盧瑟福通過(guò)對(duì)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(cuò)誤． 答案：AC 5．在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)原來(lái)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(gè)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(guò)程滿足動(dòng)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(hào)為e.由于兩帶電粒子動(dòng)量大小相等，方向相反，就動(dòng)量大小而言有：m1v1＝m2v2，由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)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(hào)為，所以碳14的衰變方程為C→N＋e，故D正確． 答案：D 8