高三物理一轮复习：原子核.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date高三物理一轮复习：原子核第十六章原子核命题导向:1.考查内容：粒子散射实验；射线、射线、射线的穿透能力、电离作用及其应 用；核反应方程及核反应类型；同位素及其应用；爱因斯坦质能方程等.2.命题形式：选择题,也可能把核反应方程、核能、质量亏损、爱因斯坦质能方程与动量 守恒、能量守恒、磁场等知识综合起来命题.复习策略：1.重点：核反应方程和核能、质量亏损、爱因斯坦质能方程

2、等命题频率较高. 2.要记准一些常用粒子的符号.如11H、10n、0-1e、0+1e、42He,21H等. 3.复习本章内容要以课本为主,理解和记忆基本概念和史实.第一课时原子核知识要点：一、原子的核式结构模型1.原子、原子核的大小：D原子=10-10m,D核=10-15m2.质子是1919年卢瑟福用粒子轰击氮核发现的：147N+42He178O+11H3.卢瑟福预言了原子核内有中子的存在,它的质量跟质子很相近,不带电.4.查德威克用粒子轰击镀核发现了中子,说明中子是原子核的组成部分： 94Be+42He126C+10n.二、天然放射现象1.贝克勒耳（获1903年诺贝尔奖）首先发现天然放射现象

3、,揭开了人类研究原子核结构的序幕.2.原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性,原子序数小83的天然存在的元素有些也具有放射性,它们放射出的射线共有三种.三、三种射线的本质和特性、核的衰变1.、射线的本质和性质种类组成在电磁场带电量速度对空气的穿透中的情况电离本领本领高速氮核C/10射线42He偏转2e最强最弱高速电子流射线0-1e偏转-eC弱强频率高的光子射线(波长短的不偏0C最弱最强电磁波) 2.两种衰变:衰变、衰变. 3.衰变规律:电荷数守恒、质量数守恒. 4.衰变方程:衰变:23892U23490Th+42HeAZXA-4Z-2Y十42He 衰变:23490Th23491Pa+0

4、-1eAZXAZ+1Y+0-1e5.半衰期（T）:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。M余=m原（1/2）t/T 意义:放射性同位素的原子核有半数发生衰变需要的时间. 放射性元素的半衰期与物质所处的物理状态及化学状态无关,它是一个统计规律,只对大量的原子核才适用.四、放射性同位素1. 应用：利用它的射线；作为示踪原子2. 约里奥居里夫妇使人类首次得到放射性同位素五、核能：原子结构在改变过程中吸收或释放的能量. 1.质能方程：E=mc22.核能的计算：1）写出核反应方程. 2）计算质量亏损m. 3）根据质能方程E=mc2计算核能.注意:(1)在核能计算和表示中常用eV和MeV,1eV=1

5、.602210-19J1MeV=106eV (2)如果质量m以原子质量单位(u)为单位,可用如下相当关系1u=931.5MeV来计算核能(3)如果在某些核反应中,物体的能量增加了,说明该核反应中的物体的质量增加了3.释放能量的过程有:核子结合成原子核. 重核分裂成中等质量的核. 轻核结合成中等质量的核.(1)铀核裂变的一种典型反应：23592U+10n14056Ba+9236kr+310n 裂变前的总质量：mU=390.313910-2kgmn=1.647910-27kg 裂变后的质量：mBa=234.001610-27kg mkr=152.604710-27kg 3mn=5.024710-2

6、7kg 质量亏损：m=(mU+mn)一(mBa十mkr+3mn)=0.537810-27kg 释放的能量：E=mc2=201MeV （2）聚变反应：和裂变相比,聚变反应释放的能量更多.例如：一个氘核和一个氚核发生聚变：21H+31H42He+10n mD=2.014102U mT=3.01605OU m=4.002603U mn=1.008665U 1u=1.660610-27kg,e=1.602210-19C 释放出的能量：E=mc2=17.6MeV平均每个核子放出的能量约为3.3MeV,而铀核裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV.重难疑点：问题一:1.放射性元素衰变的快慢与物质所处的物

7、理状态及化学状态无关,由元素本身决定； 2.一次衰变不能同时产生射线和射线例1：由原子核的衰变规律可知(C)A. 放射性元素一次衰变可同时产生射线和射线B. 放射性元素发生衰变,新核的化学性质不变C.放射性元素衰变的速率跟它所处的状态无关 D.放射性元素发生正电子衰变时,新核质量数不变,核电荷数增加1问题二:1.衰变的实质：10n11H + 0-1e 2.衰变的实质：210n+211H 42He例2：放射性元素发生衰变时所释放的电子是（C） A.原子的最外层电子 B.原子的最内层电子 C.原子核内的中子转化为质子时产生电子 D.原子核内质子转化为中子时产生的电子问题三：不是所有的核反应都是放核

8、能二质量亏损，核子间存在巨大的核力，要把原子核撤成 核子需要巨大的能量。如+21H11H+10n例3：以下说法正确的是(C) A.汤姆生通过对射线的研究.发现了电子,从而提出了原子核式结构学说 B.贝克勒耳通过对天然放射现象的研究,发现了质子和中子 C.1个21H的质量小于1个11H和1个10n的质量之和 D.元论是核子结合成原子核还是原子核分裂为核子,都由于质量亏损而释放出核能方法点拨：一、粒子散射实验例1：在粒子穿过金箱发生大角度散射的过程中,下列的哪些说法是正确的(A) A.粒子一直受到金原子核的斥力作用 B.粒子的动能不断减小C.粒子的电势能不断增大 D.粒子发生散射,是与电子碰撞的结

9、果训练1：在卢瑟福的粒子散射实验中,有少数目粒子发生大角度偏转,其原因是(A)A. 原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B. 正电荷在原子中是均匀分布的 C.原子中存在带负电的电子 D.原子只能处在一系列不连续的能量状态中解析:实验中发现少数粒子发生大角度偏转,从“少数”二字看到原子内部绝大部分空间是“空的”,“大角度的偏转”表明:粒子与核带同种电荷而相互排斥,由动量守恒定律可知, 即使粒子速度有较大的改变,核的速度变化也很小,即核有较大的质量.二、核反应方程的书写（衰变、人工转变、裂变、聚变）1.必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律.有些核反应方程还要考虑到能量守恒规律(例如 裂变和

10、聚变方程常含能量项)2.核反应方程中的箭头()表示核反应进行的方向.不能把箭头写成等号.3.写核反应方程必须要有实验依据,决不能毫无根据地编造.4.在写核反应方程时,应先将已知原子核和已知粒子的符号填人核反应方程一般形式的适 当位置上;然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子)的电荷数 和质量数:最后根据未知核(或未乡哥拉子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子), 并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号.例2：(2003年全国理综)下面列出的是一些核反应方程: 3015P一3014Si+X 94Be+21H一105B+Y 42He+42He一73Li+Z其中（

11、D） A.X是质子,Y是中子,Z是正电子 B.X是正电子,Y是质子,Z是中子 C.X是中子,Y是正电子,Z是质子 D.X是正电子,Y是中子,Z是质子训练2：(2001年全国)在下列四个方程中,1、2、3、和4各代表某种粒子. 23592U+10n一9538Sr+13854Xe+31 21H+2一32He+10n 23892U一23490Th+3 2412Mg+42He一2713Al+4 以下判断正确的是（AC） A.1是中子 B.2是质子C.3是粒子 D.4是氘核三、核能的计算方法1.根据爱因斯坦的质能方程,用核子结合成原子核时质量亏损(m)的千克数乘以真空中光 速的平方(c=3108m/s)

12、,即: E=mc2 2.根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量,用核子结合成原子核时质量亏 损的原子质量单位乘以931.5MeV,即:E=m931.5MeV注意:式中m的单位是千克(kg), E的单位是焦耳(J); 式中m的单位是指原子质量单位u,1u=1.66056610-27kg), E的单位是(MeV) 3.由核能的转化量来计算核能例3：(2002年广东)如下一系列核反应是在恒星内部发生的,P+126C一137N 137N一136C+e+ p+136C一147Np+147N一158O 158O一157N+ e+ P+157N一126C+ 其中p为质子,为粒子, e

13、+为正电子,为一种中微子.已知质子的质量为mp=1.67264810-27kg,粒子的质量为ma=6.64492910-27kg,正电子的质量为me=9.1110-31悔,中微子的质量可忽略不计.真空中的光速C=3.00108m/s.试计算该系列核反应完成后释放的能量. (3.9510-12J)解析:考查爱因斯坦质能方程.注重对分析综合能力和处理问题的能力考查. 为求出系列反应后释放的能量,将题中所给的诸核反应方程左右两则分别相加,消去两侧 相同的项,系列反应最终等效为： 4p一+2e+2 设反应后释放的能量为Q,根据质能关系和能量守担得： 4mPc2=mac2+2mec2+Q 代入数值可得:

14、 Q=3.9510-12J评注:1.求解本题的关键是找到系列反应的等效核反的程式. 2.注意到正电子的质量等于电子的质量,中微子的质量可以不计.训练3：(2000年全国)裂变反应是目前核能利用中常用的反应.以原子核23592U为燃料的反应 堆中,当23592U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式,其中一种可表示为 23592U +10n一13954Xe+9438Sr+310n 235.0439 1.0087 138.9178 93.9154 反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位). 已知lu的质是对应的能量为9.3102MeV,此裂变反应释放出的能量是_

15、MeV.四、核能与动量、动能、带电粒子在磁场中运动的综合例4：(2002年北京春)云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中,一静止的质量为m1的原子核在云室中发生一次衰变,粒子的质量为m2,电量为q,其运动轨迹在与磁场垂直的平面内.现测得粒子运动的轨道半径R,试求在衰变过程中的质量亏损.(注:涉及动量问题时,亏损 的质量可忽略不计) m1(qBR)2/2m2c2(m1- m2)解析:该衰变放出的粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,其轨道半径R与运动速度的关 系,由洛仑力和牛顿定律得：qB=m22/R 核衰变过程都遵守动量守恒,衰变过程亏损质量很小,亏损质量忽略不计时得: O=m2-(m1- m2) 衰变

16、过程粒子和余核的动能都来自于亏损质量: m2c2=(m1- m2)2/2+m22/2 联立解得: m2=m1(qBR)2/2m2c2(m1- m2)训练4:(2001年全国理综)太阳现正处于主序星演化阶段.它主要是由电子和11H、42He等原子核 组成.维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,核反应方程是2e+411H一42He+释放的核 能,这些核能最后转化为辐射能.根据目前关于恒星演化的理论,若由于聚变反应而使太 阳中的11H核数目从现有数减少10%,太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段.为 了简化,假定目前太阳全部由电子和11H核组成. (1)为了研究太阳演化进程,需知道目前太阳的质量

17、M.已知地球半径R=6.4106m,地球质 量m=6.01O24kg,日地中心的距离r=1.51011m,地球表面处的重力加速度g=10m/s2,1 年约为3.2107s,试估算目前太阳的质量M. (2)已知质子质量mp=1.672610-27kg,但42He质量m=6.645810-27kg,电子质量me=0.9 10-31kg,光速C=3108m/s.求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能. (3)又知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上,每秒通过的太阳辐射能=1.35 103W/m2.试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命.(估算结果只要求一位 有效数字).解析:(1)由万有

18、引力和牛顿第二定律有：GMm/r2= mr(2/T)2 地表重力加速度： g=GM/R2 以题给数值代入,得: M=21030kg. (2)核反应每发生一次释放的核能为: E=(4mp+2me一ma)c2=4.210-12J (3)根据题给假定,在太阳继续保持在主序星阶段的时间内,发生题中所述的核聚变反应的 次数为: N=M10%/4mp 因此,太阳总共辐射出的能量为: E=NE 设太阳辐射是各向同性的,则每秒内大阳向外放出的辐射能为:E0=4r2 所以太阳继续保持在主序星的时间为: t=E/ E0 由以上各式解得: t=0.1M(4mp+2me一ma)c2/4mp4r2 以题给数据代入,并以年为单位,可得: t=11010年=1百亿年答案:(1)21030kg(2)4.210-12J(3)100亿年评注:本题没直接给出太阳每秒钟辐射能的数值,而给出了地球上与太阳光垂直的平面上每平方 米每秒中得到的辐射能,关键是构建太阳光辐射模型,运用几何知识计算每秒钟辐射能.-