(浙江专版)2018年高中物理 第十九章 原子核章末小结学案 新人教版选修3-5.pdf

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1、第十九章第十九章 原子核原子核原子核错误错误! !原子核错误错误! !关于核反应方程1几个重要的核反应方程核反应式错误错误! !U错误错误! !Th错误错误! !He与其相关的重要内容 衰变来源： 2错误错误! !H2错误错误! !n错误错误! !He 衰变来源:1错误错误! !Th错误错误! !Pa错误错误! !e14 7，0n错误错误! !H错误错误! !e卢瑟福N错误错误! !He错误错误! !O错误错误! !H质子的发现（1919 年)错误错误! !Be错误错误! !He错误错误! !C错误错误! !n错误错误! !Al错误错误! !He错误错误! !P中子的发现（1932 年）人工放

2、射性同位素的发现（1934 年）查德威克错误错误! !n错误错误! !P错误错误! !Si 01e235约里奥-居里夫妇约里奥居里夫妇正电子的发现， 92U错误错误! !n错误错误! !Sr错误错误! !Xe10错误错误! !n重核的裂变错误错误! !U错误错误! !n错误错误! !Ba错误错误! !Kr3错误错误! !n错误错误! !H错误错误! !H错误错误! !He ，0n1轻核的聚变2确定衰变次数的方法错误错误! !X错误错误! !Yn错误错误! !Hem错误错误! !e根据质量数、电荷数守恒得ZZ2nmAA4n二式联立求解得 衰变次数n， 衰变次数m。典例 1(多选）天然放射性元素

3、90Th（钍)经过一系列 衰变和 衰变之后，变成错误错误! !Pb(铅）。下列判断中正确的是（）232A铅核比钍核少 24 个中子B铅核比钍核少 8 个质子C衰变过程中共有 4 次 衰变和 8 次 衰变D衰变过程中共有 6 次 衰变和 4 次 衰变解析选 BD钍核 ， 90Th 比铅核错误错误! !Pb 多 90828 个质子，质量数之差为 23220824，故错误错误! !Pb 比错误错误! !Th 少 24816个中子，B 对,A 错；设从错误错误! !Th错误错误! !Pb 经过了232n次 衰变和m次 衰变，则由质量数守恒和核电荷数守恒,可求出n、m的值。衰变方程为：错误错误! !Th

4、错误错误! !Pbn错误错误! !Hem错误错误! !e。错误错误! !解得n6,m4,即经过 6 次 衰变和 4 次 衰变，选项 D 对，C 错.三种射线性质和衰变规律 射线高速氦核流2e4mp(mp1。6710kg）错误错误! !He27 射线高速电子流e错误错误! !错误错误! !e 射线光子流（高频电磁波)0静止质量为零组成电荷量质量符号速度来源0.1c发生 衰变0.99c发生 衰变c伴随 或 衰变产生衰变( 或 ）产产生机理2 个质子和 2 个中子结为一整体从核中射出核内中子转化为质子时产生生的新核处于激发态时，辐射 光子回到基态衰变后电荷量变化衰变后质量变化电磁场中穿透本领电离作用

5、径迹通过胶片少 2e多 1e不变少 4mp偏转最弱很强粗、短、直感光不变偏转较强较弱细、较长、曲折感光不变不偏转最强最弱最长感光工业中可用来探伤应用原子核人工转变做“炮弹”;消除静电测量物体的厚度和密度等或流水线的自动控制；医疗上用来治疗肿瘤典例 2（多选）下列说法正确的是(）A 射线与 射线都是电磁波B原子核发生 衰变后,新核的质量数比原核的质量数减少 4C原子核内某个中子转化为质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是 衰变D放射性元素的原子核数量越多，半衰期就越长解析选 BC 射线是电磁波， 射线不是电磁波,故选项 A 错误； 衰变是：错误错误! !X错误错误! !Y错误错误! !He

6、，故选项 B 正确； 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，故选项 C 正确；半衰期由原子核自身决定，与外界环境及物质形态无关，与放射性元素的原子核数量的多少无关，故选项 D 错误.四类核反应的比较衰变错误错误! !U 错误错误! !Th人工转变错误错误! !N错误错误! !重核裂变轻核聚变He错误错误! !O错误错误! !H94235， 92U ，012，1H ，13典型反应方程错误错误! !He错误错误! !Th错误错误! !Pa错误错误! !en错误错误! !Ba错误错误! !Kr310H错误错误! !He错误错误! !nBe2He4错误错误! !C错误错误! !nn

7、需要极高温，核才能获得足够的动能克服库仑斥力所有原子序数大于 83 的元产生条件需要人工用高需要中子的轰素及个别小于速粒子进行诱击和一定的临83 的元素自发进行发现了质子、发界体积拉开了人类研中子、正电子人类获得新能人类获得新能意义究原子核结构等基本粒子和源的一种重要源的一种重要的序幕一些人工放射途径性同位素利用放射性元应用举例素的半衰期进行文物年代鉴定等途径得到人工放射性同位素、作示踪原子核电站、核潜氢弹、热核反艇、原子弹等应典例 3（多选）在下列四个核反应中,X 表示中子的是哪些？_。在以下核反应中哪些属于原子核的人工转变?_。A.错误错误! !N错误错误! !He错误错误! !OXB。错

8、误错误! !Al错误错误! !He错误错误! !PXC.错误错误! !H错误错误! !H错误错误! !HeXD. 92UX错误错误! !Sr错误错误! !Xe10X解析在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒，据此，可以判断未知粒子属于什么粒子.在 A 中,未知粒子的质量数为：14417x,x1，其电荷数为：728y，y1，即未知粒子是质子( ，1H)；对 B，未知粒子的质量数：27430 x，x1，其电荷数为：13215y,y0，所以是中子(错误错误! !n）;对 C，未知粒子的质量数为：234x，x1，电荷数为：112y，y0，也是中子（0n）；对 D，未知粒子质量

9、数为 235x9013610 x，x1，电荷数为:92y385410y，y0，也是中子( ，0n)，故核反应 X 是中子的核反应为 B、C、D.人工转变核反应的特点：有粒子作为“炮弹”轰击原子核 ,并且能够在实验室中进行。因此，A、B 为原子核的人工转变.答案BCDAB111235核反应的守恒规律与核能的计算原子核的变化叫核反应，常见的核反应有：衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型。不论是哪种类型的核反应，都遵守质量数守恒和电荷数守恒，这是写核反应方程的重要依据。但是,写核反应方程时，应以实验事实为依据，而不能仅仅根据这两条守恒定律随意去写实际上不存在的核反应；需要特别注意的是，核反应通常是不

10、可逆的，方程只能用箭头符号“”来连接，并指示反应的方向，而不能用“=连接核反应方程。同时，对核反应方程的理解和应用中还包含着质量守恒(“亏损质量”与释放的核能相当)；能量守恒；在衰变和人工转变等过程中遵从动量守恒定律。核反应过程通常伴有巨大的能量转化。为了使核能释放，主要的途径有：重核的裂变和轻核的聚变。重核的裂变和轻核的聚变之所以都能释放能量，关键是因为反应中发生了质量亏损。研究表明:不同元素的原子核其核子的平均质量不同，其中以铁核的核子平均质量最小 ,以铁元素为基准,随元素的原子序数的增大或减小，其核子的平均质量都随之增大，这就是重核裂变成质量较小的核和轻核聚变成质量较大的核都要发生质量亏

11、损的原因。爱因斯坦的质能方程Emc2，说明物体的质量和能量之间存在着一定关系。质量的变化必然引起能量的变化，即 Emc。由于核反应中发生质量亏损，因此将伴随着能量释放，故根据 Emc是计算释放核能的主要方法。需要明确的是：核反应中的质量亏损并不是核子个数的亏损，核子个数是守恒的，所谓质量亏损，也不是质量的消失，只是在核反应过程中伴随着能量的辐射所体现出相应部分的质量.如果在核反应中无光子辐射的情况下,核反应中释放的能量转化为生成的新核和新粒子的动能，因而在这种情况下,可利用力学中的动量守恒和能量守恒来处理有关问题。如果核反应处在某一电场或磁场中，反应后的带电粒子必然在电场或磁场中发生偏转，这样

12、就会出现核反应与电场和磁场知识的综合,即带电粒子在电场、磁场中的运动，用前面所学知识、方法处理即可.典例 4曾落在日本广岛上爆炸的原子弹,相当于 2 万吨 TNT 炸药放出的能量.原子弹放出的能量约 8.410 J，试问有多少个错误错误! !U 原子核进行分裂？该原子弹中含铀错误错误! !U 的质量最小限度为多少千克？(一个铀错误错误! !U 原子核分裂时产生的能量约为200 MeV，NA6.0210 mol )解析一个 92U 原子核分裂时所产生的能量约为200 MeV20010 eV2。010 1.610设共有n个错误错误! !U 核发生裂变,则68192352311322 J3。2101

13、1 J.n错误错误! !2。61024(个）铀的质量m23510错误错误! !kg1.015 kg。3答案2.610 个1。015 kg专题训练1(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有（)A。错误错误! !U错误错误! !Th错误错误! !He 是 衰变B。错误错误! !N错误错误! !He错误错误! !O错误错误! !H 是 衰变C.错误错误! !H错误错误! !H错误错误! !He错误错误! !n 是轻核聚变D.错误错误! !Se错误错误! !Kr2错误错误! !e 是重核裂变解析:选 AC核反应错误错误! !U错误错误! !Th错误错误! !He 放出了 粒子，是 衰变，A

14、正确；错误错误! !N2He错误错误! !O错误错误! !H 是 粒子轰击氮核产生新核的反应,属于原子核的人工转变,B 错误；2424，1H1H错误错误! !He错误错误! !3n 是氘、氚聚合成氦核的聚变反应，C 正确；34Se错误错误! !Kr2错误错误! !e 是 衰变，D 错误。2（多选)如图所示，国际原子能机构 2007 年 2 月 15 日公布核辐射警示新标志，新标志为黑框经底三角，内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形。核辐射会向外释放三种射线： 射线带正电， 射线带负电， 射线不带电。现有甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中，其中一个核放出一个 粒子，另一个核

15、放出一个 粒子,得出如图所示的四条径迹,则(）82A磁场的方向一定垂直于纸面向里B甲核放出的是 粒子，乙核放出的是 粒子Ca为 粒子的径迹，d为 粒子的径迹Db为 粒子的径迹,c为 粒子的径迹解析:选 BD衰变过程中满足动量守恒，释放粒子与新核的动量大小相等、方向相反，根据带电粒子在磁场中的运动可知：若轨迹为外切圆 ,则为 衰变；若轨迹为内切圆,则为 衰变。又由R错误错误! !知半径与电荷量成反比，可知答案为 B、D 项。3完成下列四个核反应,并在方程式后面写出方程类型。(1)错误错误! !U错误错误! !n错误错误! !Sr错误错误! !Xe_错误错误! !n_(2） ， 84Po错误错误!

16、 !Pb_ _（3）1H ，1H错误错误! !He_（4)错误错误! !U错误错误! !Np_解析:(1）错误错误! !U错误错误! !n错误错误! !Sr错误错误! !Xe10错误错误! !n裂变(2） ， 84Po错误错误! !Pb错误错误! !He 衰变(3) ，1H错误错误! !H错误错误! !He错误错误! !n聚变（4） ， 92U错误错误! !Np错误错误! !e 衰变答案：见解析4 衰变是指放射性元素的原子核自发地放出 射线的衰变。（1)设元素 X 是放射性元素，其质量数和核电荷数分别为A、Z239221023210, 衰变后的原子核是 Y，写出核反应方程。（2） 衰变释放的能

17、量称为 衰变能，用Q表示，设原子核 X、Y 和 粒子的质量分别是mX、mY、m,求Q.（3）若 衰变能是以反冲核和 粒子的动能的形式释放的,已知自发式 衰变多数发生在核质量数大于 209 的重核里，试证明 衰变能的 98%以上表现为 粒子的动能。解析：（1)错误错误! !X错误错误! !Y错误错误! !He。(2)Q(mXmYm）c。(3）放射性元素 X 可看做是静止的，由 衰变动量守恒知：mYvYmv;由能量守恒可得:Q错误错误! !错误错误! !；所以Q错误错误! !错误错误! !mv错误错误! !错误错误! !Ek；变形得Ek错误错误! !Q当mY取 209 时,Ek错误错误! !Q，即

18、Ek98.12Q。答案:（1） ，ZX错误错误! !Y错误错误! !He（2）（mXmYm)c(3）见解析22A(时间：45 分钟满分:100 分)一、单项选择题(本题共 6 小题，每小题 4 分，共 24 分)1下列关于原子和原子核的说法正确的是(）A 衰变现象说明:电子是原子核的组成部分B玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化C放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固解析：选 B原子核是由质子和中子组成， 衰变是核内中子转变成为质子同时生成了电子,即 粒子,故 A 错；半衰期由原子核本身决定，与外界环境因素无关,C 错；比结合能越大表示原子核中核子结合

19、得越牢固， D 错;玻尔提出的氢原子能级不连续就是原子能量量子化,B 对。2.如图所示,天然放射性元素，放出 、 三种射线同时射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直，进入场区后发现 射线和 射线都沿直线前进，则 射线()A向右偏C直线前进 B向左偏 D无法判断解析:选 A 射线不带电故在电磁场中不偏转， 射线不偏转是因为所受电场力与洛伦兹力是一对平衡力,故EqBqv即v ,而 射线的速度远比 射线小,因此 射线进入场区后，受向右的电场力远大于向左的洛伦兹力,故 射线向右偏，A 正确，B、C、D 错。3（北京高考)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当

20、一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是（c表示真空中的光速)(）A(mm2m3)cB（m1m2m3)cC(m1m2m3)cD（m1m2m3)c解析：选 C一个质子和一个中子结合成氘核时 ,质量亏损 mm1m2m3,根据质能方程，释放的能量 Emc（m1m2m3）c，选项 C 正确,A、B、D 错误.4某放射性元素的原子核发生 2 次 衰变和 6 次 衰变，关于它的原子核的变化，下列说法中正确的是（)A中子数减少 8C质子数增加 2 B质子数减少 2 D核子数减少 102222EB解析：选 C发生 2 次 衰变，质量数减少 8,电荷数减少 4，发生 6 次 衰变，质量数不变,电荷数增加 6

21、，最终质量数减少 8，电荷数增加 2。所以核子数减少 8，质子数增加 2，中子数减少 10，选项 C 正确。5(天津高考）下列说法正确的是(）A原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律B 射线、 射线、 射线都是高速运动的带电粒子流C氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子D发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关解析：选 C原子核发生衰变时,遵守质量数、电荷数守恒，而不是遵守电荷守恒和质量守恒的规律,A 项错误； 射线、 射线是高速运动的带电粒子流，射线是不带电的光子，B 项错误；氢原子从激发态向基态跃迁时，只能辐射能量等于两能级差的频率特定的光子，C 项正确;由光电效应方

22、程知，发生光电效应时，光电子的动能只与入射光的频率有关，D项错误。6(重庆高考)碘 131 的半衰期约为 8 天。若某药物含有质量为m的碘 131，经过 32 天后，该药物中碘 131 的含量大约还有A. B. C。错误错误! ! D。错误错误! !48解析:选 C经过 32 天即 4 个半衰期,碘 131 的含量变为m错误错误! !错误错误! !，C 项正确。二、多项选择题（本题共 4 小题,每小题 4 分，共 16 分)7天然放射现象显示出（)A原子不是单一的基本粒子B原子核不是单一的基本粒子C原子核具有复杂的结构D原子内部大部分是空的解析：选 BC天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，它

23、是可分的,故不是单一的基本粒子。B、C 正确.8据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界上第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试.下列关于“人造太阳”的说法正确的是（）A“人造太阳”的核反应方程是错误错误! !H错误错误! !H错误错误! !He错误错误! !nB“人造太阳的核反应方程是错误错误! !U错误错误! !n错误错误! !Ba错误错误! !Kr3错误错误! !nC“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是 EmcD“人造太阳”核能大小的计算公式是E错误错误! !mc解析：选 AC“人造太阳发生的是氢核聚变，所以核反应方程式为错误错误! !H错误错误! !H错误

24、错误! !He错误错误! !n，A 正确;而 B 选项中的核反应是核裂变,故 B 错误；“人造太阳”释放的能量22mm大小的计算公式是 Emc,C 正确;而核能大小的计算公式为Emc,D 错误.9已知 介子、 介子都是由一个夸克(夸克 u 或夸克 d)和一个反夸克(反夸克错误错误! !或反夸克错误错误! !）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷.22ud错误错误! !错误错误! !1带电量eee3错误错误! !e错误错误! !e错误错误! !e下列说法正确的是()A 由 u 和错误错误! !组成B 由 d 和错误错误! !组成C 由 u 和d组成 D 由 d 和u组成解析:选 AD

25、 带电量为e，u 带电量为错误错误! !e，错误错误! !带电量为错误错误! !e，故 由1u 和d组成，A 对，B 错; 带电量为e,d 带电量为e，u带电量为错误错误! !e,故 3由 d 和错误错误! !组成，D 对,C 错。102013 年 12 月中旬,中国自行研制的“玉兔”号月球车，在 38 万千米之外的月球表面闲庭信步。月球的表面长期受到宇宙射线的照射,使得“月壤中的错误错误! !He 含量十分丰富，科学家认为错误错误! !He 是发生核聚变的极好原料，将来错误错误! !He 也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大.关于错误错误! !He,下列说法正确的是(）A.错误错误

26、! !He 的原子核内有三个中子、两个质子B.2He 的原子核内有一个中子、两个质子C.2He 发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损D.错误错误! !He 原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起解析：选 BC错误错误! !He 是氦元素的一种同位素，质量数是 3,电荷数是 2，原子核内有两个质子、一个中子，所以 A 错误,B 正确；发生核聚变放出能量就会有质量亏损，C 正确;原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引力，D 错误。三、非选择题(本题共 5 小题，共 60 分)11（8 分）一质子束入射到静止靶核错误错误! !Al 上，产生如下核反应:p错误错误! !AlXn，式

27、中 p 代表质子，n 代表中子，X 代表核反应产生的新核。由反应式可知，新核 X 的质子数为_，中子数为_.解析：根据质量数守恒可知 X 的质量数为 27，根据核电荷数守恒可知其质子数为 14，所以中子数为 13。答案：141312（10 分)放射性元素错误错误! !Po 衰变为错误错误! !Pb，此衰变过程的核反应方程是_；用此衰变过程中发出的射线轰击错误错误! !F，可得到质量数为 22 的氖（Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是_。解析：根据衰变规律,此衰变过程的核反应方程是， 84Po错误错误! !Pb错误错误! !He.用 射线轰击 9F，得到质量数为 22 的氖(Ne）元素

28、和另一种粒子，此核反应过程的方程是：错误错误! !He错误错误! !F错误错误! !1921033Ne错误错误! !H.答案： 84Po错误错误! !Pb错误错误! !He错误错误! !He错误错误! !F错误错误! !Ne错误错误! !H21013（12 分)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到 10 K时,可以发生“氦燃烧”.(1）完成“氦燃烧”的核反应方程：错误错误! !He_错误错误! !Be。8（2)错误错误! !Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为2。6107.8101616 s.一定质量的错误错误! !Be，经 s 后所剩错误错误! !Be 占开始时的_。

29、解析：（1）根据质量数和电荷数守恒可知错误错误! !He错误错误! !He错误错误! !Be。(2)经历半衰期的次数n错误错误! !错误错误! !3，故剩余的错误错误! !Be 占开始时的错误错误! !错误错误! !。答案：(1)错误错误! !He（或 ）(2)错误错误! !（或 12。5)14(15 分）太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能量来源。（mp1。007 3 u，mHe4。002 6 u,me0。00055 u）(1）写出这个核反应方程.(2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为 3。810 J，则太阳

30、每秒减少的质量为多少千克？解析：(1)核反应方程是 4错误错误! !H错误错误! !He错误错误! !X，而错误错误! !X 只能是 2 个正电子，因此核反应方程应是 41H错误错误! !He2 01e。（2）反应前的总质量为1263m14mp41.007 3 u4.029 2 u反应后的总质量为m2mHe2me4。002 6 u20.000 55 u4.003 7 u质量亏损为 mm1m20。025 5 u根据爱因斯坦质能方程得释放的能量为E0。025 5931。5 MeV23.75 MeV.(3)根据爱因斯坦质能方程得太阳每秒减少的质量为m错误错误! !错误错误! !kg4。210 kg.

31、答案:(1）4 ，1H错误错误! !He2 01e（2）23。75 MeV(3）4。210 kg15（15 分）三个 粒子结合成一个碳 6C，已知碳原子的质量为 12。000 0 u,氦原子质量为 4.002 6 u。(1)写出核反应方程;(2)这个核反应放出的能量是多少焦?（3）这个能量为多少 MeV？解析：（1）3 ，2He错误错误! !CE。(2)m34.002 6 u12.000 0 u0。007 8 u，m0.007 81。661012。9481023027412919 kg kg,12Emc1.16510 J。6(3）E错误错误! !eV7。2810 eV7.28 MeV。答案：（

32、1）3错误错误! !He错误错误! !CE（2）1。16510(3）7。28 MeV12 J尊敬的读者：本文由我和我的同事在百忙中收集整编出来，本文档在发布之前我们对内容进行仔细校对，但是难免会有不尽如人意之处，如有疏漏之处请指正，希望本文能为您解开疑惑,引发思考。文中部分文字受到网友的关怀和支持，在此表示感谢！在往后的日子希望与大家共同进步，成长。This article is collected and compiled by my colleagues and I in ourbusy schedule. We proofread the content carefully before

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