全国版2019版高考物理一轮复习第13章近代物理初步第49课时原子核及核反应学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 49 课时 原子核及核反应 考点 1 原子核的衰变与半衰期 1原子核的衰变 (1)原子核放出 粒子 或 粒子 ，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变，原子核衰变时 电荷数 和 质量数 都守恒。 (2)分类： 衰变： AZX A 4Z 2Y 42He； 衰变： AZX AZ 1Y 0 1e； 辐射：当放射性物质连 续发生衰变时，原子核中有的发生 衰变，有的发生 衰变，同时伴随着 辐射。 (3)两个典型的衰变方程： 衰变： 238 92U 234 90Th 42He。 衰变： 234 90Th 234 91Pa 0 1e。 2三种射线的比较 3半衰期 (1)定义：

2、放射性元素的原子核有 16半数 发生衰变所需的时间。 (2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核 17内部 自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。 1下列说法中正确的是 ( ) A贝克勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象，从而揭示出原子核具有复杂结构 B太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应 C把放射性元素放入温度很低的冷冻室中，其衰变变慢，半衰期变长 D利用 射线的贯穿性可以为金属探伤，也可以进行人体的透视 答案 A 解析 贝克勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象，从而揭示出原子核具有复杂 结【 精品教育资源文库 】 构，拉开了人们认识原子核的序幕， A 正确；太阳

3、辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应， B 错误；放射性元素的半衰期与外界条件无关， C 错误；利用 射线的贯穿性可以为金属探伤，不能对人体进行透视，因为射线对人体细胞有伤害， D 错误。 2如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出 、 、 三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是 ( ) A 表示 射线， 表示 射线 B 表示 射线， 表示 射线 C 表示 射线， 表示 射线 D 表示 射线， 表示 射线 答案 C 解析 射线为电磁波，不带 电，在电场、磁场中均不偏转，故 和 表示 射线，A、 B、 D 错误； 射线中的 粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转

4、，故 表示 射线，由左手定则可知在匀强磁场中 射线向左偏，故 表示 射线； 射线带负电，同理可以分析 和 表示 射线。 C 正确。 3 (多选 )在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图所示，由图可以判定 ( ) 【 精品教育资源文库 】 A该核发生的是 衰变 B该核发生的是 衰变 C磁场方向一定垂直纸面向里 D磁场方向向里还是向外不能判定 答案 BD 解析 原来静止的核，放出粒子后，总动量守恒，所以粒子和反冲核的速度方向一定相反，根据图示，它们在同一磁场中是向同一侧偏转的，由左手定则可知它们必带异种电荷，故应为 衰变；由于不知它们

5、的旋转方向，因而无法判定磁场是向里还是向外，即都有可能，故 B、 D 正确。 考点 2 核反应类型与核反应方程 1重核裂变 (1)定义：质量数较 大 的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较 小 的原子核的过程。 (2)特点： 裂变过程中释放出 巨大 能量。 裂变的同时能够释放出 2 3(或更多 )个 中子 。 裂变 的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比较小。 (3)典型的裂变反应方程： 23592U10n 8936Kr14456Ba 310n。 (4)链式反应：由重核裂变产生的 中子 使裂变反应一代接一代继续下去的过程。 (5)临界体积和临

6、界质量：裂变物质能够发生 链式反应 的最小体积及其相应的质量。 (6)裂变的应用： 原子弹 、核反应堆 。 (7)反应堆构造：核燃料、减速剂、 镉棒 、防护层。 2轻核聚变 (1)定义：两轻核结合成质量 10较大 的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫 11热核 反应。 (2)特点： 聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比裂变反应中每个核子放出的能量大 3 至 4 倍。 聚变反应比裂变反应更剧烈。 对环境污染较少。 自然界中聚变反应原料丰富。 (3)典型的聚变反应方程： 21H31H 42He10n 17.6 MeV 3人工转变 (1)卢瑟福发现质子： 1214 7

7、N 42He 17 8O 11H。 【 精品教育资源文库 】 (2)查德威克发现中子： 1394Be 42He 12 6C 10n。 1中国最新一代 “ 人造太阳 ” 实验装置，于 2006 年 9 月 28 日在合肥成功放电，这是世界首个投入运行的全超导非圆截面核聚变实验装置。 “ 人造太阳 ” 以探索无限而清洁的核聚变能源为目标，由于它和太阳产生能量的原理相同，都是热核聚变反应，所以被外界称为“ 人造太阳 ” 。你认为 “ 人造太阳 ” 中所涉及的核反应方程是 ( ) A.235 92U 10n 9038Sr 136 54Xe 1010n B.14 7N 42H 17 8O 11H C.

8、21H 31H 42He 10n D.238 92U 234 90Th 42He 答案 C 解析 聚变反应是质量较轻的核聚变生成质量较大的核 ，由题目知 C 正确，故选 C。 2关于重核的裂变，以下说法正确的是 ( ) A核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B中子从铀块中通过时，一定发生链式反应 C重核裂变释放大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少 D重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能 答案 D 解析 重核裂变释放的能量来源于质量亏损，其能量远大于俘获中子吸收的能量， A 错误、 D 正确；只有铀块体积大于临界体积才能发生链式反应，否则中子穿过铀块也不会发生，B

9、错误；重核裂变遵循质量数守恒， C 错误。 3 (2016 全国 卷 )在下列描述核过程的方程中，属于 衰变的是 _，属于 衰变的是 _，属于裂变的是 _，属于聚变的是 _。 (填正确答案标号 ) A.14 6C 14 7N 0 1e B.3215P 3216S 0 1e C.238 92U 234 90Th 42He D.14 7N 42He 17 8O 11H E.235 92U 10n 140 54Xe 9438Sr 210n F.31H 21H 42He 10n 答案 C AB E F 解析 天然放射性元素自发地放出 粒子 (即氦核 42He)的衰变属于 衰变；放出 粒子的衰变属于 衰

10、变；重核分裂成几个中等质量原子核的现象为核裂变；轻原子核聚合成较重原子核的反应为核聚变。 D 属于人工转变。 考点 3 核能 1核力 (1)定义：原子核内部 核子 间特有的相互作用力。 (2)核力的特点： 【 精品教育资源文库 】 是强相互作用的一种表现； 是 短程 力，作用范围在 1.510 15 m 之内； 每个核子只能与 其相邻的核子 发生核力作用。 2结合能：核子结合为原子核 时 释放的能量 或原子核分解为核子时 吸收的能量 ，叫做原子核的结合能，也称核能。 3比结合能 (1)定义：原子核的结合能与 核子数 之比，称作比结合能，也叫平均结合能。 (2)特点：不同原子核的比结合能不同，

11、原子核的比结合能越 大 ，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 4质能方程、质量亏损：爱因斯坦质能方程是 E mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小 m，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能 E mc2。 例 用速度大小为 v 的中子轰击静止的锂核 63Li，发生核反应后生成氚核和 粒子，生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反，氚核与 粒子的速度之比为 7 8，中子的质量为 m，质子的质量可近似看作 m，光速为 c。 (1)写出核反应方程； (2)求氚核和 粒子的速度大小； (3)若核反应过程中放出的核能全部转化为 粒子和氚核的动能，求出质量亏损。 解析 (1)根据质

12、量数守恒与电荷数守恒，则有核反应方程为： 10n 63Li 31H 42He。 (2)由动量 守恒定律得： mnv mHv1 mHev2 由题意得： v1 v2 7 8 解得 v1 7v11， v2 8v11。 (3)氚核和 粒子的动能之和为： Ek 123 mv21 124 mv22 403242mv2 释放的核能为： E Ek Ekn 403242mv2 12mv2 141121mv2 由爱 因斯坦质能方程 E mc2得，质量亏损为 m Ec2 141mv2121c2 。 答案 (1)10n 63Li 31H 42He (2)7v11 8v11 (3)141mv2121c2 (1)应用质能

13、方程解题的流程图 【 精品教育资源文库 】 根据 E mc2计算，计算时 m 的单位是 “kg” ， c 的单位是 “m/s” ， E 的单位是 “J” 。 根据 E m931.5 MeV 计算，因 1 原子质量单位 (u)相当于 931.5 MeV 的能量，所以计算时 m 的单位是 “u” ， E 的单位是 “MeV” 。 (2)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能核子比结合能 核子数。 (3)利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算。 1核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设规模，核泄漏中的钚 (Pu)是一种具有放射性的超铀元

14、素，它可破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险。已知钚的一种同位素 239 94Pu 的半衰期为 24100 年，其衰变方程为 239 94PuX 42He ，下列有关说法正确的是 ( ) A X 原子核中含有 92 个中子 B 100 个 239 94Pu 经过 24100 年后一定还剩余 50 个 C由于衰变时释放巨大能量，根据 E mc2，衰变过程总质量增加 D衰变发出的 射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力 答案 D 解析 根据核反应方程遵循的规律， X 原子核中含有 92 个质子， 235 个核 子， 143 个中子， A 错误。半衰期是对大量原子核衰变的统计规律， 100 个 239 94Pu 经过 24100 年后不一定还剩余 50 个， B 错误。由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量减少，放出粒子的质量和生成新核的质量之和小于衰变前核的质量， C 错