2022-2023學年高中物理 第四章 原子核章末復習課學案 粵教版選修3-5

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1、2022-2023學年高中物理 第四章 原子核章末復習課學案 粵教版選修3-5 【知識體系】 [答案填寫]?、儋|子?、讦蒙渚€?、踃→Y＋He?、躕→Y＋e?、葙|量數(shù)?、揠姾蓴?shù)?、吆吮旧硇再|　⑧重核裂變 主題1　對核反應方程及類型的理解 1．核反應． 常見核反應分為衰變、人工轉變、裂變、聚變等幾種類型． (1)衰變． α衰變：U→Th＋He(核內2H＋2n→He)． β衰變：Th→Pa＋e(核內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． 衰變反應的特點：衰變是原子核自發(fā)地轉變成另一種原子核，反應物只有一個放射性核，生成物中除有一個新核外，還有

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

3、方程中的箭頭(→)表示核反應進行的方向，不能把箭頭寫成等號． (3)寫核反應方程必須要有實驗依據(jù)，決不能毫無根據(jù)地編造． (4)在寫核反應方程時，應先將已知原子核和已知粒子的符號填入核反應方程一般形式的適當位置上；然后根據(jù)質量數(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)，并在核反應方程一般形式中的適當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

4、 C．3位 D．4位 解析：原子核經(jīng)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粒子與釷核的質量之和等于衰變前鈾核

5、的質量 解析：根據(jù)動量守恒定律可知，生成的釷核的動量與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；由于該反應放出能量，由質能方程可知，衰變后α粒子與釷核的質量之和小于衰變前鈾核的質量，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變的核反應中，都伴隨著巨大的核能釋放，根據(jù)不同的題設條件和不同的核反應特征，歸納以下幾種計算方法： (1)根據(jù)

6、質量虧損計算(E＝mc2或ΔE＝Δmc2)． ①根據(jù)核反應方程，計算核反應前和核反應后的質量虧損Δm. ②根據(jù)愛因斯坦質能方程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＝Δm×931.5 MeV)． ①明確原子單位u和電子伏特間的關系． 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原子質量單位

7、(u)相當于931.5 MeV能量，用核子結合成原子核時質量虧損的原子質量單位數(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)利用平均結合能來計算核能． 原子核的結合能＝核子的平均結合能×核子數(shù)．核反應中反應前系統(tǒng)內所有原子核的總結合能與反應后生成的所有新核的總結合能之差，就是該次核反應所釋放(或吸收)的核能． (4)根據(jù)能量守恒和動量守恒來計算核能． 參與核反應的粒子所組成的系統(tǒng)，在核反應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量虧損，或者核反應所釋放的核能全部轉化為生成的新粒子的動能而無光子輻射的情

8、況下，從動量和能量守恒可以計算出核能的變化． (5)應用阿伏加德羅常數(shù)計算核能． 若要計算具有宏觀質量的物質中所有原子核都發(fā)生核反應所放出的總能量，應用阿伏加德羅常數(shù)計算核能更為簡便． ①根據(jù)物體的質量m和摩爾質量M，由n＝求出摩爾數(shù)，并求出原子核的個數(shù)N＝NAn＝NA. ②由題設條件求出一個原子核與另一個原子核反應放出或吸收的能量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】　已知氘核的平均結合能為1.1 MeV，氦核的平均結合能為7.1 MeV，則兩個氘核結合成一個氦核時(　　) A．釋放出4.9 MeV的能量 B．釋放出6.0 MeV的能量

9、 C．釋放出24.0 MeV的能量 D．吸收4.9 MeV的能量 解析：依據(jù)題意可寫出兩個氘核結合成一個氦核的核反應方程為H＋H→He，因氘核的平均結合能為1.1 MeV，氦核的平均結合能為7.1 MeV，故核反應過程釋放能量．ΔE＝4×7.1 MeV－2×2×1.1 MeV＝24.0 MeV，故選C. 答案：C 針對訓練 2．試計算用α粒子轟擊鈹(Be)核發(fā)現(xiàn)中子的核反應中所釋放的能量(已知鈹核、碳核、α粒子和中子的質量分別為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

10、kg)． 解析：核反應方程為Be＋He→ 6C＋n＋ΔE，核反應中的質量虧損為 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、質能方程的應用、計算和核反應方程的書寫是高考的熱點問題，試題一般以基礎知識為主，較簡單． 真題

11、例析 (2017·全國卷Ⅰ)大科學工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電．氘核聚變反應方程是H＋H→He＋n. 已知H的質量為2.013 6 u, He的質量為3.015 0 u, n的質量為1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2. 氘核聚變反應中釋放的核能約為(　　) 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，

12、故B正確． 答案：B 針對訓練 (2016·全國Ⅱ卷)在下列描述的核過程的方程中，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的反應生成物里都有電子，屬于β衰變，C的反應生成物里有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

13、元素射線性質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)出的射線從其上方小孔向外射出．則(　　) A．a為電源正極，到達A板的為α射線 B．a為電源正極，到達A板的為β射線 C．a為電源負極，到達A板的為α射線 D．a為電源負極，到達A板的為β射線 解析：β射線為高速電子流，質量約為質子質量的，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A板的為β射線；因α粒子帶正電，向右偏轉，說明電場方向水平向右，那么a為電源正極，故B正確

14、，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際上率先通過權威機構認證，這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻．下列核反應方程中屬于聚變反應的是(　　) 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合成一個氦核，同時放出一個中子，屬于聚變反應，故A正確； N＋He→O＋H是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子的核反應，他用α粒子轟擊氮原子核，產生氧的同位素——氧17和一個質子，是人類第一次實現(xiàn)的原子核的人工轉變，屬于人工核反應，故B錯誤； He＋Al→P

15、＋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，故C錯誤； U＋n→Ba＋Kr＋3n是一種典型的鈾核裂變，屬于裂變反應，故D錯誤． 答案：A 3．(2017·江蘇卷)(多選)原子核的平均結合能曲線如圖所示，根據(jù)該曲線，下列判斷中正確的有(　　) A.He核的結合能約為14 MeV B.He核比Li核更穩(wěn)定 C．兩個H核結合成He核時釋放能量 D.U核中核子的平均結合能比Kr核中的大 解析：由圖知He核的平均結合能約為7 MeV，所以結合能約為4×7＝28 (MeV)，故A錯誤； He核比Li核的平均結合能大，所以He核比Li核更穩(wěn)定，故B正確；兩個

16、H核結合成He核時，即由平均結合能小的反應生成平均結合能大的釋放能量，故C正確；由圖知U核中核子的平均結合能比Kr核中的小，故D錯誤． 答案：BC 4．(2016·天津卷)(多選)物理學家通過對實驗的深入觀察和研究，獲得正確的科學認知，推動物理學的發(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，說明原子核有復雜結構 D．盧瑟福通過對陰極射線的研究，提出了原子核式結構模型 解析：根據(jù)物理學史可知，赫茲通過一系列實驗，證實了麥克斯韋關于光的電磁理論，故A正確

17、；查德威克用α粒子轟擊鈹核，產生中子和碳12原子核，故B錯誤；貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射性現(xiàn)象，說明原子核有復雜結構，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構模型，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