第十七章原子核

1、考綱展示考向指南知識點(diǎn)要求1.考查核反應(yīng)類型、核反應(yīng)方程的書寫，常為選擇題或計(jì)算題的某一問2.考查愛因斯坦質(zhì)能方程和核能的計(jì)算，有選擇，有時(shí)也涉及計(jì)算3.考查人類對近代物理學(xué)的研究歷程、物理學(xué)發(fā)展史，常以選擇題形式4.本章內(nèi)容與光學(xué)、電磁波知識的綜合考查，常以選擇題形式5.對涉及生活、生產(chǎn)和高科技為背景的問題的考查.粒子散射實(shí)驗(yàn)，原子的核式結(jié)構(gòu)原子核的組成，天然放射現(xiàn)象，射線、射線、射線，衰變，半衰期原子核的人工轉(zhuǎn)變，核反應(yīng)方程，放射性同位素及其應(yīng)用放射性污染和保護(hù)核能，質(zhì)量虧損，愛因斯坦的質(zhì)能方程重核的裂變，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，核反應(yīng)堆1原子的核式結(jié)構(gòu)模型原子的核式結(jié)構(gòu)模型(1)1897年，年，發(fā)現(xiàn)了

2、電子發(fā)現(xiàn)了電子(2)19091911年，英國物理學(xué)家年，英國物理學(xué)家進(jìn)行了進(jìn)行了粒子散射粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型湯姆生湯姆生盧瑟福盧瑟福 (3)粒子散射實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)粒子沿原方向前進(jìn)，少數(shù)粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)較大偏轉(zhuǎn) (4)核式結(jié)構(gòu)模型：原子中心有一個很小的 ，原子的全部和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的在核外的空間運(yùn)動正電荷正電荷核核電子電子 2原子核的組成 (1)原子核由 和 組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為 (2)原子核的核電荷數(shù)數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù) (3)同位素：具有相同的 和不同的的同一類原子質(zhì)子質(zhì)子中子中子核子核子質(zhì)子

3、質(zhì)子質(zhì)子數(shù)中子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)中子數(shù) 11896年，法國物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象 2三種射線 (1)射線：高速粒子流，粒子實(shí)際上就是 ，符號為. (2)射線：高速，符號為 . (3)射線：不帶電、能量很高、波長很短的 貝克勒爾貝克勒爾氦原子核氦原子核He電子流電子流e電磁波電磁波 3衰變和半衰期 (1)定義：原子核自發(fā)地放出和 后，就變成新的原子核 (2)規(guī)律：原子核衰變時(shí)， 和都守恒 (3)半衰期：放射性元素的原子核有發(fā)生衰變所需的時(shí)間由原子核內(nèi)部本身的因素決定，與原子所處的狀態(tài)無關(guān)粒子粒子粒子粒子電荷數(shù)電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)半數(shù)半數(shù)物理或化學(xué)物理或化學(xué) (4)放射性同位素的應(yīng)用

4、 放射性同位素放出的射線應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等 用作示蹤原子 1核反應(yīng)：原子核在其它 的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程 2核能 (1)核能是 中放出的能量 (2)質(zhì)量虧損：組成原子核的 與 之差 (3)愛因斯坦質(zhì)能方程：E ，m是物質(zhì)的質(zhì)量，c是真空中的光速 (4)獲得核能的兩種途徑：重核、輕核粒子粒子質(zhì)量質(zhì)量核子質(zhì)量核子質(zhì)量mc2裂變裂變聚變聚變原子核原子核 1.1如下圖所示為盧瑟福和他的同事們做粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時(shí)，下述對觀察到現(xiàn)象的說法中正確的是() A放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 B放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到

5、屏上的閃光次數(shù)只比A位置時(shí)稍少些 C放在C、D位置時(shí)，屏上觀察不到閃光 D放在D位置時(shí)，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少 【解析】粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是，絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但是有少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)因此，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時(shí)，在相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)分別為絕大多數(shù)、少數(shù)、極少數(shù)故A、D正確 【答案】AD 12(2009年浙江卷)氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成，這兩個質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是() A核力、萬有引力、庫侖力 B萬有引力、庫侖力、核力 C庫侖力、核力、萬有引力 D

6、核力、庫侖力、萬有引力 【解析】在原子核大小范圍內(nèi)，有強(qiáng)相互作用存在即核力是最大的，由于質(zhì)子的質(zhì)量比較小，由萬有引力定律和庫侖定律可知，庫侖力比萬有引力大，所以選D. 【答案】D 21放射性同位素釷232經(jīng)、衰變會生成氡，其衰變方程為 Th Rnxy，其中 () Ax1，y3 Bx2，y3 Cx3，y1 Dx3，y2 【解析】考查原子物理中衰變、衰變規(guī)律由衰變、衰變規(guī)律可得2322204x,90862xy.聯(lián)立解得衰變次數(shù)x3，衰變次數(shù)y2. 【答案】D【答案】【答案】B 31印度第一艘自主研發(fā)的核潛艇于2009年7月26日正式下水，成為世界第六個擁有核潛艇的國家核動力潛艇是潛艇中的一種類型，

7、指以核反應(yīng)堆為動力來源設(shè)計(jì)的潛艇在核反應(yīng)中有一種是一個 U原子核在中子的轟擊下發(fā)生的一種可能的裂變反應(yīng)，其裂變方程為 U nX Sr10 n，則下列敘述正確的是 () AX原子核中含有54個質(zhì)子 BX原子核中含有53個中子 C裂變時(shí)釋放能量是因?yàn)樘潛p的質(zhì)量變成了能量 D裂變時(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，質(zhì)量數(shù)不守恒 【解析】由核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知：X原子核中含有54個質(zhì)子，78個中子，故A正確，B、D錯，釋放能量不是質(zhì)量變成了能量，而是虧損的質(zhì)量以能量的形式釋放，C錯 【答案】A【答案】【答案】AB 一、兩種衰變對照表 射線是伴隨著衰變或衰變同時(shí)發(fā)生的，放出射線不改變原子核的電荷

8、數(shù)和質(zhì)量數(shù) 二、三種射線的本質(zhì)和特征種類射線射線射線貫穿本領(lǐng)最弱，用紙能擋住較強(qiáng)，穿透幾毫米的鋁板最強(qiáng)，穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱在空氣中的徑跡粗、短、直細(xì)、較長、曲折最長通過膠片感光感光感光 1.下列說法正確的是() A射線與射線都是電磁波 B射線為原子的核外電子電離后形成的電子流 C用加溫、加壓或改變其化學(xué)狀態(tài)的方法都不能改變原子核衰變的半衰期 D原子核經(jīng)過衰變生成新核，則新核的質(zhì)量總等于原核的質(zhì)量 【答案】C 2一天然放射性物質(zhì)射出三種射線，經(jīng)過一個勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場共存的區(qū)域(方向如右圖所示)，調(diào)整電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小，使得在MN上只有兩個點(diǎn)受到射線照射下面

9、的哪種判斷是正確的 (C) A射到b點(diǎn)的一定是射線 B射到b點(diǎn)的一定是射線 C射到b點(diǎn)的一定是射線或射線 D射到b點(diǎn)的一定是射線 【答案】C 核反應(yīng)方程一般都不是可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接 下列說法正確的是() A是裂變，是衰變，是聚變 B是聚變，是裂變，是衰變 C是衰變，是裂變，是聚變 D是衰變，是聚變，是裂變 【解析】原子核的變化通常包括衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變，衰變是指原子核放出粒子和粒子后，變成新的原子核的變化，像本題中的核反應(yīng)；原子核的人工轉(zhuǎn)變是指在其他粒子的轟擊下變成新的原子核的變化；裂變是重核分裂成質(zhì)量較小的核，像核反應(yīng)；聚變是輕核結(jié)合成質(zhì)

10、量較大的核，像核反應(yīng)；綜上所述，C項(xiàng)正確 【答案】C A1次衰變，6次衰變 B4次衰變 C2次衰變 D2次衰變，2次衰變【答案】【答案】B 11：如下圖所示甲是、三種射線穿透能力的示意圖，圖乙是工業(yè)上利用射線的穿透性來探測金屬內(nèi)部的傷痕的示意圖，請問圖乙中的檢查是利用() A射線B射線 C射線 D三種射線都可以 【解析】由題圖甲可知射線的穿透力最強(qiáng)，可用來檢查金屬內(nèi)部的傷痕答案為C. 【答案】C 太陽的能量來自下面的反應(yīng)：四個質(zhì)子(氫核)聚變成一個粒子，同時(shí)發(fā)射兩個正電子和兩個沒有靜止質(zhì)量的中微子已知粒子的質(zhì)量為m，質(zhì)子的質(zhì)量為mp，電子的質(zhì)量為me，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)，用c表示光速，則

11、太陽上2 kg的氫核聚變成粒子時(shí)所放出的能量為 () A125(4mpm2me)NAc2 B250(4mpm2me)NAc2 C500(4mpm2me)NAc2 D1 000(4mpm2me)NAc2 【解析】四個質(zhì)子聚變成粒子的核反應(yīng)方程為 ,2 kg的氫核含有的氫核的摩爾數(shù)為2 000 mol，共有氫核的個數(shù)為2 000 NA，每4個氫核進(jìn)行一次聚變反應(yīng)，共虧損的質(zhì)量為(4mpm2me)，因此2 000 NA氫核聚變共虧損的質(zhì)量為500 NA(4mpm2me)，根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程可求得釋放的能量為500 NA(4mpm2me)c2，C項(xiàng)正確 【答案】C 核能的計(jì)算方法 (1)若m以kg

12、為單位，則Emc2，E的單位焦耳 (2)若m以原子的質(zhì)量u為單位，則Em931.5 MeV (3)根據(jù)能量守恒定律來計(jì)算核能 21：(2009年廣東卷)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的 (氦3)它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為 . 關(guān)于 聚變下列表述正確的是 () A聚變反應(yīng)不會釋放能量 B聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核 C聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損 D目前核電站都采用 聚變反應(yīng)發(fā)電【答案】【答案】B 用速度幾乎是零的慢中子轟擊靜止的硼核(105B)，產(chǎn)生鋰核(73Li)和粒子已知中子質(zhì)量mn1.008 98 u，硼核質(zhì)量mB10.016 77 u，鋰核質(zhì)量mLi7.01

13、8 22 u，粒子質(zhì)量m4.003 88 u. (1)寫出該反應(yīng)的核反應(yīng)方程； (2)求出反應(yīng)放出的能量E； (3)若核反應(yīng)中放出的能量全部變成生成物的動能，則鋰和粒子的動能各是多少？(1 u相當(dāng)于931 MeV) 根據(jù)能量守恒有EkLiEkE3.40 MeV 解得生成物的動能分別為： EkLi1.24 MeV，Ek2.16 MeV. 核反應(yīng)和力學(xué)中的彈性碰撞模型相似，遵守動量守恒和能量守恒定律，因此我們可以結(jié)合動量守恒和能量守恒定律來計(jì)算核能 可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是_(填寫選項(xiàng)前的字母) A0和0B0和1 C1和0 D1和1 (2)上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，與電

14、子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子()，即01 e01 e2 已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.11031 kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個光子的能量約為_J.正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€光子，原因是_ (3)試通過分析比較，具有相同動能的中子和電子的物質(zhì)波波長的大小 【解析】(1)根據(jù)方程的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒，判斷出質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)均為零(2)利用質(zhì)能方程可得出每個光子的能量，正電子與電子相遇遵循動量守恒不可能只轉(zhuǎn)化為一個光子 1美國有線電視新聞網(wǎng)2007年8月31日報(bào)道，一架運(yùn)送4位美國議員的美軍用飛機(jī)在離開伊拉克首都巴格達(dá)前往約旦首都安曼時(shí)遭到火箭彈攻擊機(jī)組人員發(fā)射了照明彈作為防御措施，照

15、明彈成功地引開了火箭彈，飛機(jī)最終安全抵達(dá)目的地火箭彈上裝有熱制導(dǎo)系統(tǒng)，它能夠自動跟蹤高溫物體照明彈的溫度比飛機(jī)的發(fā)動機(jī)、尾氣溫度高得多，因此，火箭彈在照明彈的引導(dǎo)下，朝著照明彈飛去，如下圖所示，照明彈能夠引導(dǎo)火箭彈的主要原因是() A照明彈發(fā)出了強(qiáng)烈的紅外線 B照明彈發(fā)出了強(qiáng)烈的紫外線 C照明彈發(fā)出了強(qiáng)烈的X射線 D照明彈發(fā)出了強(qiáng)烈的射線 【解析】照明彈是高溫物體，應(yīng)該是發(fā)出了強(qiáng)烈的紅外線 【答案】A【答案】【答案】B 【解析】由核反應(yīng)過程中必須遵守的質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒知X是42He.放出熱量分別為Q1和Q2的兩個核反應(yīng)中質(zhì)量虧損分別為0.002 1 u和0.005 3 u，故Q2Q1. 【答