2019年高考物理一轮复习第十二章近代物理初步第2讲原子核和核能学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 2 讲 原子核和核能 微知识 1 天然放射现象 1天然放射现象：某些元素 自发地 放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称为放射性元素 。 2三种射线的本质： 射线是 氦核流 ， 射线是 电子流 ， 射线是 电磁波 。 微知识 2 原子核的衰变 1定义 原子核自发地放出某种粒子而转变为 新核 的变化叫原子核的 衰变 。 2分类 (1) 衰变： AZX A 4Z 2Y 42He，同时放出 射线。 (2) 衰变： AZX AZ 1Y 0 1e，同时放出 射线。 3半衰期 (1)定义：放射性元素的原子核 有半数 发生衰变需要的时间。 (2)半衰期的大小由放射性元

2、素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的 物理状态 (如压强、温度等 )或 化学状态 (如单质或化合物 )无关。 微知识 3 放射性同位素及应用 1同位素 有些原子的原子核电荷数 相同 ，但质量数 不同 ，这样一些具有相同核电荷数和不同质量数的原子互称为同位素。 2放射性同位素的应用 (1)放射性同位素放出的射线应用于工业探伤 、农业、医疗等。 (2)做示踪原子。 微知识 4 核反应 用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程。 典型核反应： (1)卢瑟福发现质子的核反应方程。 147N42He 178O11H。 (2)查德威克发现中子的核反应方程。 94Be42He 126C10n。 (

3、3)约里奥居里夫妇 发现放射性同位素和正电子的核反应方程。 2713Al42He 3015P10n, 3015P 3014Si01e。 常见的核反应有： 衰变 、 人工转变 、 裂变 和 聚变 。 【 精品教育资源文库 】 微知识 5 核能 1核能 由于原子核中的核子间存在强大的核力，使得原子核成为一个坚固的集合体，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功，反之，要把核子 集合成一个原子核，就要放出巨大的能量。 2质能方程 (1)质能方程： E mc2， m 是物体的质量， c 是真空中的光速。 上述表明：物体的质量和能量间有一定联系，即物体具有的能量与其质量成正比，当物体的能量增加

4、或减小 E，它的质量也会相应地增加或减少 m， E 与 m 的关系是 E m c2。 (2)质量亏损：核子结合成原子核时要释放能量，按上述关系，原子核的质量要 小于 组成原子核的核子总质量，这个质量差也叫质量亏损。 3获得核能的途径 (1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个 (或多个 )中等质量核的反应过程 。重核裂变的同时放出几个 中子 ，并释放出大量核能。铀 235 裂变时发生链式反应。 (2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能，要想使氘和氚核合成氦核，必须达到几百万摄氏度以上的高温，因此聚变反应又叫 热核反应 。 一、思维辨析 (判断正误，正确的画

5、 “” ，错误的画 “” 。 ) 1原子核是由质子和中子组成的。 () 2 射线中的电子是原子核外的电子。 () 3半衰期是一个统计规律，对少数原子核不适用。 () 4核力是弱相互作用。 () 5质能方程表明在一定条件下，质量可以转变 为能量。 () 6所有的核反应都是释放能量的反应。 () 二、对点微练 1 (三种射线的性质 )放射性元素衰变时放出的三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是 ( ) A 射线， 射线， 射线 B 射线， 射线， 射线 C 射线， 射线， 射线 D 射线， 射线， 射线 解析 贯穿能力最强的是 射线， 射线次之， 射线最弱，故正确答案为 B 项。 答案 B 2

6、(核反应方程 )原子核 238 92U 经放射性衰变 变为原子核 234 90Th，继而经放射 性衰变 变为原子核 234 91Pa，再经放射性衰变 变为原子核 234 92U。放射性衰变 和 依次为 ( ) A 衰变、 衰变和 衰变 B 衰变、 衰变和 衰变 C 衰变、 衰变和 衰变 D 衰变、 衰变和 衰变 解析 本题考查核反应特点、 衰变和 衰变特点，意在考查考生理解和识记 衰变和【 精品教育资源文库 】 衰变特点的能力，以及分析判断能力。根据核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒特点， 238 92U 核与 234 90Th 核比较可知，核反应的另一产物为 42He，所以衰变 为 衰变

7、， BC 项排除； 234 90Th 与 234 91Pa， 234 91Pa 核与 234 92U 核比较可知，核反应的另一产物为 0 1e，所以衰变 为 衰变， A 项正确。 答案 A 3 (核能的计算 )以下是物理学史上 3 个著名的核反应方程 x 73Li2y y 14 7Nx 17 8O y 94Bez 12 6C x、 y 和 z 是 3 种不同的粒子，其中 z 是 ( ) A 粒子 B质子 C中子 D电子 解析 根据质量数和电荷数守恒，三个核反应方程为 11H 73Li2 42He， 42He 14 7N 11H 17 8O， 42He 94Be 10n 12 6C， z 为中子

8、， C 项正确。 答案 C 见学生用书 P186 微考点 1 原子核的衰变 半衰期 核 |心 |微 |讲 1衰变规律及实质 (1) 衰变和 衰变的比较 (2) 射线： 射线经常是伴随 衰变或 衰变产生的。 2半衰期 半衰期的计算：根据半衰期的概念，可总结出公式。 N 余 N 原 ? ?12t ， m余 m 原 ? ?12t ，式中 N原 ， m 原 表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余 、 m 余 表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量， t 表示衰变时间， 表示【 精品教育资源文库 】 半衰期。 3确定 、 衰变次数的方法 典 |例 |微 |探 【例 1】 (多选 )目前

9、，在居家装修中，经常用到花岗 岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有铀、钍的花岗岩等岩石都会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出 、 、 射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是 ( ) A 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的 B 射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力 C已知氡的半衰期为 3.8 天，若取 1 g 氡放在天平左盘上，砝码放于右盘，左右两边恰好平衡，则 7.6 天后，需取走 0.75 砝码 天平才能再次平衡 D发生 衰变时，生成核与原来的

10、原子核相比，中子数减少了 2 【解题导思】 (1) 衰变和 衰变的实质是什么？ 答： 衰变的实质是每次 衰变释放一个 粒子， 衰变的实质是中子转化为质子时释放出一个电子。 (2)半衰期是大量原子核衰变时统计规律，对吗？ 答： 对。 解析 衰变是原子核内的中子转化成质子同时释放一个电子， A 项正确， B 项错误；半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是原子核的质量减少一半，且质量基本不变，故 C 项错误； 粒子为氦原子核，根据质量数守恒和电荷数守恒可知，发生 衰变 时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了 2， D 项正确。 答案 AD 题 |组 |微 |练 1 (2018 湖南师大

11、附中摸底考试 )某放射性元素经过 11.4 天有 1516的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为 ( ) 【 精品教育资源文库 】 A 11.4 天 B 7.6 天 C 3.8 天 D 2.85 天 解析 经过 4 个半衰期，原子有 1516发生衰变，所以 T 11.44 天 2.85 天。 答案 D 2 (多选 )放射性同位素电池是一种新型电池，它是利用放射性同位素衰变放出的高速带电粒子 ( 射 线、 射线 )与物质相互作用，射线的动能被吸收后转变为热能，再通过换能器转化为电能的一种装置。其构造大致是最外层是由合金制成的保护层，次外层是防止射线泄漏的辐射屏蔽层，第三层是把热能转化成电能的换能

12、器，最里层是放射性同位素。 电池使用的三种放射性同位素的半衰期和发出的射线如下表： 同位素 90Sr 210Po 238Pu 射线 半衰期 28 年 138 天 89.6 年 若选择上述某一种同位素作为放射源，使用相同材料制成的辐射屏蔽层，制造用于执行长期航天任务的核电池，则下列论述正确的是 ( ) A 90Sr 的半衰期较长，使用寿命较长，放出的 射线比 射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄 B 210Po 的半衰期最短，使用寿命最长，放出的 射线比 射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄 C 238Pu 的半衰期最长，使用寿命最长，放出的 射线比 射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄 D放射

13、性同位素在发生衰变时，出现质量亏损，但衰变前后的总质量数不变 解析 原子核衰变时，释放出高速运动的射线，这些射线的能量来自原子核的质量亏损，即质量减小，但质量数不变， D 项对；从表格中显示 Sr 的半衰期为 28 年、 Po 的半衰期 为 138天、 Pu 的半衰期为 89.6 年，故 Pu 的半衰期最长，其使用寿命也最长， 射线的穿透能力没有 射线强，故较薄的屏蔽材料即可挡住 射线的泄漏， C 项对。 答案 CD 微考点 2 核反应类型 核反应方程 核 |心 |微 |讲 1核反应的四种类型：衰变、人工转变、裂变和聚变。 2核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单箭头连接并表示反应

14、方向，不能用等号连接。 3核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程。 4核反应遵循质量数守恒 而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化。 5核反应遵循电荷数守恒。 【 精品教育资源文库 】 典 |例 |微 |探 【例 2】 (多选 )能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列释放核能的反应方程，表述正确的有 ( ) A.31H 21H 42He 10n 是核聚变反应 B.31H 21H 42He 10n 是 衰变 C.235 92U 10n 144 56Ba 8936Kr 310n 是核裂变反应 D.235 9