物理第十二章 近代物理 第3節(jié) 原子核及核反應(yīng) 新人教版

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1、第3節(jié)原子核及核反應(yīng)-2-知識梳理考點自診一、原子核的組成1.原子核由質(zhì)子和中子組成,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為 核子。質(zhì)子帶正電,中子不帶電。2.基本關(guān)系(1)核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)(Z)=元素的原子序數(shù)= 核外電子數(shù)。(2)質(zhì)量數(shù)(A)= 核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)。3.X元素的原子核的符號為,其中A表示 質(zhì)量數(shù),Z表示核電荷數(shù)。-3-知識梳理考點自診二、天然放射現(xiàn)象1.天然放射現(xiàn)象元素 自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象,首先由 貝可勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),說明原子核具有 復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。2.放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)(1)放射性同位素:有 天然放射性同位素和 人工放射性同位素兩類,放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同。(2)應(yīng)用

2、:消除靜電、工業(yè)探傷、做 示蹤原子等。(3)防護(hù):防止放射性對人體組織的傷害。-4-知識梳理考點自診三、原子核的衰變、半衰期1.原子核的衰變(1)原子核放出粒子或粒子,變成另一種 原子核的變化稱為原子核的衰變。(2)分類衰變:當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時,原子核中有的發(fā)生衰變,有的發(fā)生衰變,同時伴隨著輻射。(3)兩個典型的衰變方程-5-知識梳理考點自診2.半衰期(1)定義:放射性元素的原子核有 半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。(2)影響因素:放射性元素衰變的快慢是由核 內(nèi)部自身的因素決定的,跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。-6-知識梳理考點自診四、核力和核能1.原子核內(nèi)部, 核子間所特有的相互作

3、用力,叫核力。2.核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損m,其對應(yīng)的能量E= mc2。3.原子核分解成核子時要吸收一定的能量,相應(yīng)的質(zhì)量增加m,吸收的能量為E= mc2。4.結(jié)合能和比結(jié)合能(1)結(jié)合能: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,叫作原子核的結(jié)合能,亦稱核能。(2)比結(jié)合能:原子核的結(jié)合能與 核子數(shù)之比,稱做比結(jié)合能,也叫平均結(jié)合能。-7-知識梳理考點自診1.物理學(xué)重視邏輯,崇尚理性,其理論總是建立在對事實觀察的基礎(chǔ)上。下列說法正確的是()A.天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的B.電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識到原子具有核式結(jié)構(gòu)C.粒子散射實驗的重要發(fā)現(xiàn)是電荷量是量子化

4、的D.密立根油滴實驗表明核外電子的軌道是不連續(xù)的 答案解析解析關(guān)閉天然放射現(xiàn)象中釋放出了其他粒子,說明原子核內(nèi)部具有一定的結(jié)構(gòu),A正確;電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識到,原子是可以分割的,是由更小的微粒組成的,B錯誤;粒子散射實驗否定了湯姆孫提出的棗糕式原子模型,建立了核式結(jié)構(gòu)模型,C錯誤;密立根油滴實驗測定了電子的電荷量,D錯誤。 答案解析關(guān)閉A-8-知識梳理考點自診2.下列核反應(yīng)方程中,屬于衰變的是() 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-9-知識梳理考點自診3.雷蒙德戴維斯因研究來自太陽的電子中微子(c)而獲得諾貝爾物理學(xué)獎。他探測中微子所用的探測器的主體是一個貯滿615t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的

5、巨桶。電子中微子可以將一個氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐灰陨蠑?shù)據(jù),可以判斷參與上述反應(yīng)的電子中微子的最小能量為()A.0.82MeVB.0.31MeVC.1.33MeVD.0.51MeV 答案解析解析關(guān)閉最小質(zhì)量對應(yīng)著最小能量,中微子的最小質(zhì)量應(yīng)為36.95691u+0.00055u-36.95658u=0.00088u,根據(jù)質(zhì)能方程E=mc2,可知中微子最小能量是E=0.00088931.5MeV=0.820MeV,選項A正確。 答案解析關(guān)閉A-10-命題點一命題點二命題點三原子核的衰變原子核的衰變半衰期半衰期1.衰變規(guī)律及實質(zhì)(1)衰變、衰變的比較-11-命題點一命題點二命題點三(2)射線:射線經(jīng)常是伴隨著

6、衰變或衰變同時產(chǎn)生的。其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變的過程中,產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(原子核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子。-12-命題點一命題點二命題點三2.三種射線的成分和性質(zhì) 3.半衰期的理解 衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量,N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量,t表示衰變時間,表示半衰期。-13-命題點一命題點二命題點三例1(多選)(2017廣東梅州一模)關(guān)于天然放射現(xiàn)象,以下敘述正確的是()A.若使某放射性物質(zhì)的溫度升高,其半衰期將變短B.衰變所釋放的電子是原子核外的電子電離形成的C.在、這三種射線中,射線的穿透能力最強(qiáng),射線的電離能力最強(qiáng) 答案解析解析

7、關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-14-命題點一命題點二命題點三確定衰變次數(shù)的方法 注意為了確定衰變次數(shù),一般是由質(zhì)量數(shù)的改變先確定衰變的次數(shù),這是因為衰變的次數(shù)的多少對質(zhì)量數(shù)沒有影響,然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定衰變的次數(shù)。-15-命題點一命題點二命題點三即學(xué)即練即學(xué)即練1.(2017重慶期末)放射源放入鉛制容器中,射線只能從容器的小孔射出,成為細(xì)細(xì)的一束。在射線經(jīng)過的空間施加磁場,發(fā)現(xiàn)射線分成三束,如圖所示。關(guān)于這三種射線及其性質(zhì),下列說法正確的是()A.射線a的電離本領(lǐng)最弱B.射線b是高速中子流,速度可達(dá)光速C.射線c是原子的核外電子電離產(chǎn)生的D.若將放射源置于高溫高壓環(huán)境中,射線強(qiáng)度將不變化 答案解析解析

8、關(guān)閉根據(jù)射線的偏轉(zhuǎn)情況可知:a為射線,b為射線,c為射線,由三種射線的特性可判選項A、B、C均錯;放射性與元素存在的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān),選項D正確。 答案解析關(guān)閉D-16-命題點一命題點二命題點三列說法正確的是()A.鉛核比釷核少8個質(zhì)子B.鉛核比釷核少16個中子C.共經(jīng)過4次衰變和6次衰變D.共經(jīng)過6次衰變和4次衰變-17-命題點一命題點二命題點三(2)約里奧居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性元素而獲得了1935年的諾 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-18-命題點一命題點二命題點三核反應(yīng)方程及核反應(yīng)類型核反應(yīng)方程及核反應(yīng)類型1.核反應(yīng)的四種類型-19-命題點一命題點二命題點三-20-命題點一命題點二命

9、題點三2.核反應(yīng)方程式的書寫 (2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律,是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù),由于核反應(yīng)不可逆,所以書寫核反應(yīng)方程式時只能用“”表示反應(yīng)方向。(3)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒。-21-命題點一命題點二命題點三例2(2017江蘇徐州期末)(1)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型,下列表述正確的有。是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程,是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程,是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程。B項中X的質(zhì)量數(shù)為,中子數(shù)為。 答案解析解析關(guān)閉(1)A為衰變,B為原子核的人工轉(zhuǎn)變,C為輕核聚變,D為衰變,故只有D正確。(2)D為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程;B是研究原子彈的基本

10、核反應(yīng)方程;A是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程;C是一種衰變反應(yīng)。X的質(zhì)量數(shù)為(235+1)-(89+3)=144X的質(zhì)子數(shù)為92-36=56X的中子數(shù)為144-56=88。 答案解析關(guān)閉(1)D(2)DBA14488-22-命題點一命題點二命題點三1.核反應(yīng)的四種類型:衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變。2.核反應(yīng)過程一般是不可逆的,所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭連接并表示反應(yīng)方向,不能用等號連接。3.核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ),不能只依據(jù)兩個守恒規(guī)律憑空杜撰。4.核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒,核反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化。-23-命題點一命題點二命題點三即學(xué)即練即學(xué)即練3.(2017天津卷

11、)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(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證,這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻(xiàn)。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是()“人造太陽”核心部件首獲國際認(rèn)證 答案解析解析關(guān)閉核聚變是指質(zhì)量小的原子核,比如氘和氚,在一定條件下互相聚合,生成新的質(zhì)量更大的原子核,故A正確。B、C項,屬于發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子的人工轉(zhuǎn)變方程,D項屬于重核裂變方程,故B、C、D錯。 答案解析關(guān)閉A-24-命題點一命題點二命題點三4.(2016江蘇卷)貝可勒爾在120年前首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象,如今原子核的放射性在眾多領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。下列屬于放射性衰變的是() 答案解析解析關(guān)閉在自發(fā)狀態(tài)下放出粒子或電子

12、的核反應(yīng)為衰變,故A項正確;B項為鈾核裂變反應(yīng);C項為輕核聚變反應(yīng),D項為原子核的人工轉(zhuǎn)變,故A選項正確。 答案解析關(guān)閉A-25-命題點一命題點二命題點三5.(2016全國卷)在下列描述核過程的方程中,屬于衰變的是,屬于衰變的是,屬于裂變的是,屬于聚變的是。(填正確答案標(biāo)號) 答案解析解析關(guān)閉衰變放出粒子,C為衰變;衰變放出電子,A、B都屬于衰變;裂變指一個較大的原子核裂變成兩個大小差不多的原子核,E屬于裂變;聚變是指兩個較小原子核聚變成一個較大原子核的過程,F屬于聚變。 答案解析關(guān)閉CABEF-26-命題點一命題點二命題點三核力與核能核力與核能1.應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖書寫核反應(yīng)方程計算質(zhì)

13、量虧損m利用E=mc2計算釋放的核能(1)根據(jù)E=mc2計算時,m的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,E的單位是“J”。(2)根據(jù)E=m931.5MeV計算時m的單位是“u”,E的單位是“MeV”。2.根據(jù)比結(jié)合能來計算核能:原子核的結(jié)合能=比結(jié)合能核子數(shù)。-27-命題點一命題點二命題點三同時放出能量為E=0.09MeV的光子。假設(shè)放出的核能完全轉(zhuǎn)變?yōu)獒暫伺c粒子的動能,不計光子的動量。已知m氡=222.08663u、m=4.0026u、m釙=218.0766u,1u相當(dāng)于931.5MeV的能量。(1)寫出上述核反應(yīng)方程;(2)求出發(fā)生上述核反應(yīng)放出的能量;(3)確定釙核與粒子的動能。(2)

14、6.92MeV(3)0.12MeV6.71MeV-28-命題點一命題點二命題點三(2)質(zhì)量虧損m=222.08663u-4.0026u-218.0766u=0.00743uE=mc2=0.00743931.5MeV=6.92MeV。(3)設(shè)粒子、釙核的動能分別為Ek、Ek釙,動量分別為p、p釙,由能量守恒定律得E=Ek+Ek釙+E不計光子的動量,由動量守恒定律得:0=p+p釙聯(lián)立解得Ek釙=0.12MeV,Ek=6.71MeV。-29-命題點一命題點二命題點三思維點撥(1)質(zhì)量虧損放出的能量等于新核動能、粒子動能與光子能量之和。(2)不計光子的動量,新核與粒子總動量等于衰變前氡核的動量。-30

15、-命題點一命題點二命題點三即學(xué)即練即學(xué)即練6.(2017全國卷)大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)1.0087u,1u=931MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為()A.3.7MeVB.3.3MeV C.2.7MeVD.0.93MeV 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-31-命題點一命題點二命題點三7.(多選)(2017廣東肇慶三模)已知氘核的平均結(jié)合能是1.09MeV,氚核的平均結(jié)合能是2.78MeV,氦核的平均結(jié)合能是7.03MeV。在某次核反應(yīng)中,1個氘核和1個氚核結(jié)合生成1個氦核和一個中子,并放出17.6MeV的能量,下列說法正確的是()A.這是一個裂變反應(yīng)C.目前核電站都

16、采用上述核反應(yīng)發(fā)電D.該核反應(yīng)會有質(zhì)量虧損 答案解析解析關(guān)閉核反應(yīng)方程如B所述,不是裂變反應(yīng),故A錯誤,B正確。該反應(yīng)釋放能量,故有質(zhì)量虧損,D正確。目前核電站利用的是核裂變,故C錯誤。 答案解析關(guān)閉BD-32-命題點一命題點二命題點三8.1930年英國物理學(xué)家考克饒夫和瓦爾頓建造了世界上第一臺粒子加速器,他們獲得了高速運動的質(zhì)子,用來轟擊靜止的鋰7原子核,形成一個不穩(wěn)定的復(fù)合核后又分解成兩個相同的原子核。(1)寫出核反應(yīng)方程式;(2)已知質(zhì)子的質(zhì)量為m,初速度為v0,反應(yīng)后產(chǎn)生的一個原子核速度大小為v0,方向與質(zhì)子運動方向相反,求反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個原子核的速度以及反應(yīng)過程中釋放的核能(設(shè)反應(yīng)過程釋放的核能全部轉(zhuǎn)變?yōu)樵雍说膭幽?。-33-命題點一命題點二命題點三解析:(1)根據(jù)題意和核反應(yīng)規(guī)律,則有