（通用版）高考物理一輪復(fù)習(xí) 第12章 量子論初步 原子核 第2節(jié) 核反應(yīng)和核能教師用書.doc

第2節(jié)核反應(yīng)和核能知識點(diǎn)1原子核的組成放射性及放射性同位素1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)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x，其中a表示質(zhì)量數(shù)，z表示核電荷數(shù)2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)放射性和放射性元素：物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫放射性具有放射性的元素叫放射性元素(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是射線、射線、射線3放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)(1)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的原子核(2)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(3)應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等(4)防護(hù)：防止放射性對人體組織的傷害知識點(diǎn)2原子核的衰變、半衰期1原子核的衰變(1)定義：原子核放出粒子或粒子，變成另一種原子核的變化(2)分類：衰變：xyhe衰變：xye輻射：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：衰變：uthhe；衰變：thpae.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)系知識點(diǎn)3核反應(yīng)和核能1核反應(yīng)在核物理學(xué)中，原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒2重核裂變(1)定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程(2)特點(diǎn)：裂變過程中能夠放出巨大的能量；裂變的同時(shí)能夠放出23(或更多)個(gè)中子；裂變的產(chǎn)物不是唯一的對于鈾核裂變有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比較小(3)典型的裂變反應(yīng)方程：unkrba3n.(4)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程(5)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量(6)裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆(7)反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、慢化劑、鎘棒、防護(hù)層3輕核聚變(1)定義：兩輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)(2)特點(diǎn)：聚變過程放出大量的能量，平均每個(gè)核子放出的能量，比裂變反應(yīng)中每個(gè)核子放出的能量大3至4倍聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更劇烈對環(huán)境污染較少自然界中聚變反應(yīng)原料豐富(3)典型的聚變反應(yīng)方程：hhhen17.6 mev4核能核子結(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，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能5質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程emc2，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小m，這就是質(zhì)量虧損由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能emc2.1正誤判斷(1)原子核是由質(zhì)子、中子、電子組成的()(2)射線、射線、射線的組成是三種不同的粒子()(3)半衰期與溫度無關(guān)()(4)重核裂變和輕核聚變都能釋放核能()(5)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒，故沒有質(zhì)量虧損()2對放射性半衰期的考查氡222衰變?yōu)獒?18的半衰期為3.8天.20克氡222經(jīng)7.6天后還剩下()a10 gb5 gc2.5 gd1.25 gb設(shè)發(fā)生衰變的原子的質(zhì)量為m0，經(jīng)過t時(shí)間后，剩余的質(zhì)量為m，則mm0，mm0205 g故b正確3對核反應(yīng)方程的考查(多選)下列說法正確的是()a. nh che是衰變方程b.hhhe是核聚變反應(yīng)方程c.uthhe是核裂變反應(yīng)方程d.healpn是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程bd核反應(yīng)類型分四種，核反應(yīng)的方程特點(diǎn)各有不同衰變方程的左邊只有一個(gè)原子核，右邊出現(xiàn)或粒子聚變方程的左邊是兩個(gè)輕核，右邊是中等原子核裂變方程的左邊是重核與中子，右邊是中等原子核人工核轉(zhuǎn)變方程的左邊是氦核與常見元素的原子核，右邊也是常見元素的原子核，由此可知b、d正確4對核能的考查利用氦3(he)和氘進(jìn)行的聚變安全無污染，容易控制月球上有大量的氦3，每個(gè)航天大國都將獲取氦3作為開發(fā)月球的重要目標(biāo)之一“嫦娥一號”探月衛(wèi)星執(zhí)行的一項(xiàng)重要任務(wù)就是評估月壤中氦3的分布和儲量已知兩個(gè)氘核聚變生成一個(gè)氦3和一個(gè)中子的核反應(yīng)方程是：2hhen3.26 mev，若有2 g氘全部發(fā)生聚變，則釋放的能量是(na為阿伏加德羅常數(shù))() 【導(dǎo)學(xué)號：92492405】a0.53.26 mevb3.26 mevc0.5na3.26 mevdna3.26 mevc2 g氘發(fā)生題述核反應(yīng)所釋放的能量為na3.26 mev0.5na3.26 mev.故c正確原子核的衰變及半衰期1.衰變、衰變的比較衰變類型衰變衰變衰變方程xyhexye衰變實(shí)質(zhì)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體射出1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子2h2nhenhe勻強(qiáng)磁場中軌跡形狀衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒2.三種射線的成分和性質(zhì)名稱構(gòu)成符號電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)射線氦核he2 e4 u最強(qiáng)最弱射線電子ee u較強(qiáng)較強(qiáng)射線光子00最弱最強(qiáng)3.衰變次數(shù)的計(jì)算方法若xynheme則aa4n，zz2nm解以上兩式即可求出m和n.4對半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰變時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對個(gè)別或少量原子核，無半衰期可言(2)根據(jù)半衰期的概率，可總結(jié)出公式n余n原，m余m原.式中n原、m原表示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，表示半衰期題組通關(guān)1(多選)關(guān)于天然放射性，下列說法正確的是()a所有元素都可能發(fā)生衰變b放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性c、和三種射線中，射線的穿透能力最強(qiáng)d一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)放出、和三種射線bc自然界中絕大部分元素沒有放射現(xiàn)象，選項(xiàng)a錯誤；放射性元素的半衰期只與原子核結(jié)構(gòu)有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)，選項(xiàng)b正確；、和三種射線電離能力依次減弱，穿透能力依次增強(qiáng)，選項(xiàng)c正確；原子核發(fā)生衰變時(shí)，不能同時(shí)發(fā)生和衰變，射線伴隨這兩種衰變產(chǎn)生，故選項(xiàng)d錯誤2若元素a的半衰期為4天，元素b的半衰期為5天，則相同質(zhì)量的a和b，經(jīng)過20天后，剩下的質(zhì)量之比mamb為()a3031b3130c12d21c由mm0有mam0，mbm0，得mamb12.c正確1一個(gè)區(qū)別：靜止的原子核在磁場中發(fā)生衰變和衰變時(shí)的軌跡不同，分別為相外切圓和相內(nèi)切圓2兩個(gè)結(jié)論：(1)原子核發(fā)生衰變時(shí)遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒(2)每發(fā)生一次衰變，原子核的質(zhì)量數(shù)減小“4”，每發(fā)生一次衰變，原子核的質(zhì)子數(shù)增大“1”核反應(yīng)類型及核反應(yīng)方程的書寫1核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變衰變自發(fā)uthhe衰變自發(fā)thpae人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂苙heoh(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)hebecn(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)alhepn(約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子)psie重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制unbakr3nunxesr10n輕核聚變很難控制hhhen2.核反應(yīng)方程式的書寫(1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)如質(zhì)子(h)、中子(n)，粒子(he)、粒子(e)、正電子(e)、氘核(h)、氚核(h)等(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)方向題組通關(guān)1(多選)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有()a.uthhe是衰變b.nheoh 是衰變c.hhhen 是輕核聚變d.sekr2e 是重核裂變aca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a、c正確2(2017淮北模擬)鈾是常用的一種核燃料，若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應(yīng)：92unab2n，則ab可能是()a.bakrbxesrc.basrdxekrb核反應(yīng)過程中遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)都守恒，a質(zhì)量數(shù)不守恒，b質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒，c電荷數(shù)不守恒，d質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都不守恒，故b正確3(2016全國丙卷)一靜止的鋁原子核al俘獲一速度為1.0107 m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核si*.下列說法正確的是()a核反應(yīng)方程為palsi*b核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動量守恒c核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒d核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和e硅原子核速度的數(shù)量級為105 m/s，方向與質(zhì)子初速度的方向一致abe核反應(yīng)過程中遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，核反應(yīng)方程為palsi*，說法a正確核反應(yīng)過程中遵從動量守恒和能量守恒，說法b正確，說法c錯誤核反應(yīng)中發(fā)生質(zhì)量虧損，生成物的質(zhì)量小于反應(yīng)物的質(zhì)量之和，說法d錯誤根據(jù)動量守恒定律有mpvpmsivsi，碰撞后硅原子核速度的數(shù)量級為105 m/s，方向與質(zhì)子初速度方向一致，說法e正確兩點(diǎn)提醒1核反應(yīng)方程一定滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒2在確定生成物是哪種元素時(shí)應(yīng)先由電荷數(shù)守恒確定生成物的核電荷數(shù)核能的產(chǎn)生和計(jì)算1.對質(zhì)能方程的理解(1)方程emc2的含義：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系，物體的能量增大，質(zhì)量也增大；物體的能量減少，質(zhì)量也減少(2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損m，其能量也要相應(yīng)減少，即emc2.(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emc2.2核能的計(jì)算方法(1)根據(jù)emc2計(jì)算，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)em931.5 mev計(jì)算因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 mev 的能量，所以計(jì)算時(shí)m的單位是“u”，e的單位是“mev”(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計(jì)算核能：原子核的結(jié)合能核子比結(jié)合能核子數(shù)題組通關(guān)1(多選)關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說法正確的是()a原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量b一重原子核衰變成粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能c銫原子核(cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(pb)的結(jié)合能d比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定abc原子核分解成自由核子時(shí)，需要的最小能量就是原子核的結(jié)合能，選項(xiàng)a正確；重核衰變時(shí)釋放能量，衰變產(chǎn)物更穩(wěn)定，即衰變產(chǎn)物的比結(jié)合能更大，衰變前后核子數(shù)不變，所以衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能，選項(xiàng)b正確；銫核的核子數(shù)比鉛核的核子數(shù)少，其結(jié)合能也小，選項(xiàng)c正確；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，選項(xiàng)d錯誤2钚的放射性同位素pu靜止時(shí)衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)u*和粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)u*立即衰變?yōu)殁櫤藆，并放出能量為0.097 mev 的光子已知：pu、u和粒子的質(zhì)量分別為mpu239.052 1 u、mu235.043 9 u和m4.002 6 u,1 uc2931.5 mev .(1)寫出衰變方程；(2)已知衰變放出的光子的動量可忽略，求粒子的動能. 【導(dǎo)學(xué)號：92492406】【解析】(1)衰變方程為puu*he，u*u.或兩式合并為puuhe.(2