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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí),原子核中有的發(fā)生衰變,有的發(fā)生衰變,同時(shí)伴隨著輻射。(3)兩個(gè)典型的衰變方程-5-知識梳理考點(diǎn)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(shí)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(diǎn)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(shí)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(shí)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(shí) 釋放的能量或原子核分解為核子時(shí) 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(diǎn)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(shí)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(shí)驗(yàn)的重要發(fā)現(xiàn)是電荷量是量子化

4、的D.密立根油滴實(shí)驗(yàn)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(cuò)誤;粒子散射實(shí)驗(yàn)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(cuò)誤;密立根油滴實(shí)驗(yàn)測定了電子的電荷量,D錯(cuò)誤。 答案解析關(guān)閉A-8-知識梳理考點(diǎn)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(diǎn)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(jiǎng)。他探測中微子所用的探測器的主體是一個(gè)貯滿615t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的

5、巨桶。電子中微子可以將一個(gè)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(xiàng)A正確。 答案解析關(guān)閉A-10-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(shí)質(zhì)(1)衰變、衰變的比較-11-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三(2)射線:射線經(jīng)常是伴隨著

6、衰變或衰變同時(shí)產(chǎn)生的。其實(shí)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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(shí)間,表示半衰期。-13-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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?yàn)樗プ兊拇螖?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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(xiàng)A、B、C均錯(cuò);放射性與元素存在的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān),選項(xiàng)D正確。 答案解析關(guān)閉D-16-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三列說法正確的是()A.鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子B.鉛核比釷核少16個(gè)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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三-20-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命

9、題點(diǎn)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(gè)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(shí)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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(xiàng)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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),不能只依據(jù)兩個(gè)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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(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()“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(xiàng),屬于發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子的人工轉(zhuǎn)變方程,D項(xiàng)屬于重核裂變方程,故B、C、D錯(cuò)。 答案解析關(guān)閉A-24-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(xiàng)正確;B項(xiàng)為鈾核裂變反應(yīng);C項(xiàng)為輕核聚變反應(yīng),D項(xiàng)為原子核的人工轉(zhuǎn)變,故A選項(xiàng)正確。 答案解析關(guān)閉A-25-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(gè)較大的原子核裂變成兩個(gè)大小差不多的原子核,E屬于裂變;聚變是指兩個(gè)較小原子核聚變成一個(gè)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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(jì)算質(zhì)

13、量虧損m利用E=mc2計(jì)算釋放的核能(1)根據(jù)E=mc2計(jì)算時(shí),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(jì)算時(shí)m的單位是“u”,E的單位是“MeV”。2.根據(jù)比結(jié)合能來計(jì)算核能:原子核的結(jié)合能=比結(jié)合能核子數(shù)。-27-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三同時(shí)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(jì)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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(jì)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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三思維點(diǎn)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(jì)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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(gè)氘核和1個(gè)氚核結(jié)合生成1個(gè)氦核和一個(gè)中子,并放出17.6MeV的能量,下列說法正確的是()A.這是一個(gè)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(cuò)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(cuò)誤。 答案解析關(guān)閉BD-32-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)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(yùn)動的質(zhì)子,用來轟擊靜止的鋰7原子核,形成一個(gè)不穩(wěn)定的復(fù)合核后又分解成兩個(gè)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(gè)原子核速度大小為v0,方向與質(zhì)子運(yùn)動方向相反,求反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個(gè)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(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三解析:(1)根據(jù)題意和核反應(yīng)規(guī)律,則有