2012年高考物理備考沖刺之易錯點點睛系列 專題15 原子核（學(xué)生版）

1、PAGE PAGE 14用心 愛心 專心2012年高考物理備考沖刺之易錯點點睛系列 專題15 原子核（學(xué)生版）【高考預(yù)測】近代物理初步具有面向宏宇、面向微觀、面向未來的特點。（1）能級與光譜、核反應(yīng)方程及規(guī)律、光電效應(yīng)三部分考的最頻繁，其次是質(zhì)能方程及核能、相關(guān)物理史，光子論等內(nèi)容的題目。（2）非頻繁考試內(nèi)容在各年的考試中有所輪換，07年各地考題有所增加（多為兩題），考題還有從單選向多選轉(zhuǎn)化的趨勢。（3）雖然本章點多面廣，考點分散，但仍注重能力的考查，主要是考查理解能力、推理能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力。（4）近代物理初步知識特點是“點多面寬”，“考點分散”，這三部分內(nèi)容主要是從對基本概念

2、的理解、辨別方面進(jìn)行考查，包括閱讀理解部分，題型主要以選擇題為主，有單選向多選轉(zhuǎn)化的趨勢，在近幾年高考試卷中幾乎每年都考。【知識導(dǎo)學(xué)】一、原子的核式結(jié)構(gòu)模型 (1)粒子散射實驗說明:a.整個實驗過程在真空中進(jìn)行.b.金箔很薄,粒子(He核)很容易穿過.實驗現(xiàn)象與結(jié)果絕大多數(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)生了較大角度的偏轉(zhuǎn).極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角超過90,有的幾乎達(dá)到180,沿原路返回.(2)原子的核式結(jié)構(gòu)盧瑟福依據(jù)粒子散射實驗的結(jié)果,提出了原子的核式結(jié)構(gòu):在原子中心有一個很小的核,叫原子核,原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里,帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn).(3)原

3、子核的電荷與尺度原子核的電荷:原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù),等于核外電子數(shù),接近于原子序數(shù).原子核的尺度:對于一般的原子核,核半徑的數(shù)量級為10-15m,而原子半徑的數(shù)量級為10-10m,兩者相差十萬倍,可見原子內(nèi)部是十分空曠的.二、天然放射現(xiàn)象知識講解知識講解(1)元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象.首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),說明原子核還有復(fù)雜的結(jié)構(gòu).(2)具有放射性的元素叫做放射性元素,一般原子序數(shù)大于83的所有天然元素都具有放射性,原子序數(shù)小于83的天然存在的元素有些也有放射性,它們放射出來的射線共有三種.(3)三種射線的本質(zhì)和特征三、原子核的組成知識講解原子核是由

4、質(zhì)子,中子構(gòu)成的,質(zhì)子帶正電,中子不帶電.不同的原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的個數(shù)并不相同.(1)原子核中的三個整數(shù)核子數(shù):質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小,兩者統(tǒng)稱為核子,所以質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù).電荷數(shù)(Z):原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍,通常用這個整數(shù)表示原子核的電荷量,叫做原子核的電荷數(shù).質(zhì)量數(shù)(A):原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和,而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相等,所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個核子質(zhì)量的整數(shù)倍,這個整數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù).(2)原子核中的兩個等式核電荷數(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)同位素子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子,

5、形成衰變.射線是伴隨衰變或衰變而產(chǎn)生的.2e3.半衰期意義:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間.用希臘字母表示.公式:N余=N原（）t/ m余=m原（）t/式中N原、m原分別表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余分別表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，表示半衰期.半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定,跟原子所處的物理狀態(tài)(如壓強、溫度等）或化學(xué)狀態(tài)（如單質(zhì)或化合物）無關(guān).五、核能知識講解1.核能核子結(jié)合成原子核需要放出能量,這叫原子的結(jié)合能,稱為核能.2.質(zhì)量虧損裂變：重核分裂成兩個質(zhì)量較小的原子核的核反應(yīng)叫裂變.鏈?zhǔn)椒磻?yīng):裂變要在一定的

6、條件下才能進(jìn)行,比如鈾235核受到中子轟擊時會發(fā)生裂變,而裂變時又要放出一些中子,這些中子又可引起其他的鈾235核裂變,而使裂變反應(yīng)不斷進(jìn)行下去,這種反應(yīng)叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng).2.輕核的聚變聚變:輕核結(jié)合成質(zhì)量較大原子核的核反應(yīng)稱為聚變.熱核反應(yīng):聚變必須在輕核間的距離十分接近,即達(dá)到10-15m時才能進(jìn)行.在極高溫度下,原子核可以獲得足夠的動能克服庫侖斥力而發(fā)生聚變,這種聚變反應(yīng)叫做熱核反應(yīng).【解題方法技巧】一、衰變規(guī)律的運用技法講解運用衰變規(guī)律重點要掌握“退二進(jìn)一”規(guī)律，即原子核發(fā)生衰變后，新核在元素周期表上要退2位，質(zhì)量數(shù)減4；而衰變后，新核比舊核在元素周期表上的位置進(jìn)1位，但質(zhì)量數(shù)不變，另外在

7、分析推理的過程中始終要牢記質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒.例1、下列說法正確的是（）A. Ra衰變?yōu)镽n要經(jīng)過1次衰變和1次衰變B. U衰變?yōu)镻a要經(jīng)過1次衰變和1次衰變C. Th衰變?yōu)镽b要經(jīng)過6次衰變和4次衰變D. U衰變?yōu)镽n要經(jīng)過4次衰變和4次衰變238=234+4n,92=91+2n-m.解得n=1,m=1.選項B正確.同理可知選項C正確，選項D錯誤.所以，正確答案為B、C.答案：BC二、核能的計算方法歸納技法講解核能的計算是原子物理的重點知識和高考的熱點問題,其基本方法是:(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計算,步驟如下a.根據(jù)核反應(yīng)方程,計算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損m.b.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2

8、或E=mc2計算核能.c.計算過程中m的單位是千克,E的單位是焦耳.(2)利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計算原子核的結(jié)合能=核子的平均結(jié)合能核子數(shù).核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差,就是該次核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能.(4)根據(jù)能量守恒和動量守恒來計算核能參與核反應(yīng)的粒子所組成的系統(tǒng),在核反應(yīng)過程中的動量和能量是守恒的,因此,在題給的條件中沒有涉及質(zhì)量虧損,或者核反應(yīng)所釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為生成的新粒子的動能而無光子輻射的情況下,根據(jù)動量和能量的守恒可以計算出核能的變化.(5)應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計算核能若要計算具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核都發(fā)生核反應(yīng)

9、所放出的總能量,應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計算核能較為簡便.a.根據(jù)物體的質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量M,由n=,求出物質(zhì)的量，并求出原子核的個數(shù)N=NAn=NA.b.由題設(shè)條件求出一個原子核與另一個原子核反應(yīng)放出或吸收的能量E0（或直接從題目中找出E0）.c.再根據(jù)E=NE0求出總能量.答案：8.710-13J例3、氘核和氚核聚變時的核反應(yīng)方程為已知H的平均結(jié)合能是2.78 MeV, H的平均結(jié)合能是1.09 MeV, He的平均結(jié)合能是7.03 MeV,試計算核反應(yīng)時釋放的能量.解析：聚變反應(yīng)前氘核和氚核的總結(jié)合能E1=(1.092+2.783)MeV=10.52MeV反應(yīng)后生成的氦核的結(jié)合能E2=7.034

10、 MeV=28.12MeV由于單個核子無結(jié)合能，所以聚變過程釋放出的能量E=E2-E1=(28.12-10.52)MeV=17.6MeV【易錯點點睛】易錯點l a粒子散射實驗及原子子的核式結(jié)構(gòu) 1下列說法中正確的是 ( ) A.瑪麗居里首先提出原子的核式結(jié)構(gòu) B盧瑟福在a粒子散射實驗中發(fā)現(xiàn)了電子 C.查德威克在原子核人工轉(zhuǎn)變的實驗中發(fā)現(xiàn)了中子 d.愛因斯坦為解釋光電效應(yīng)的實驗規(guī)律提出了光子說 【錯誤答案】B 【正確解答】AC 中子質(zhì)量略大于質(zhì)子質(zhì)量，質(zhì)量數(shù)都是1，兩個質(zhì)子之間存在庫侖力，質(zhì)子和質(zhì)子間，質(zhì)子和中子間，中子和中子間存在核力，核力作用距離很小，在10-1410-15米的距離內(nèi)，且隨著

11、距離的增大而迅速減小，綜上所述，可知本題答案為選項AC易錯點2 核反應(yīng)，衰變，半衰期 1鈾裂變的產(chǎn)物之一氪90(Kr)是不穩(wěn)定的，它經(jīng)過一系列衰變最終成穩(wěn)定的鋯90(Zr)，這些衰變是 ( ) A. 1次a衰變，6次衰變B4次衰變 C. 2次a衰變 D2次a衰變，2次衰變 【錯誤答案】A 【錯解分析】未注意反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都應(yīng)守恒 【錯誤答案】C 【錯解分析】未弄清兩種衰變過程中原子核電荷數(shù)的變化情況 【正確解答】B由于P是F的同位素，設(shè)它們的電荷數(shù)為Z，則根據(jù)衰變過程中電荷數(shù)守恒，可知E，P，S的電荷數(shù)均為Z，互為同位素Q，C的電荷數(shù)均為Z+l，互為同位素R，E的電荷數(shù)均為Z+2，互為

12、同位素H的電荷數(shù)為Z-1，故本題答案為B選項3完成核反應(yīng)方程： .衰變?yōu)閷巋的半衰期是12分鐘，則64克經(jīng)過6分鐘還有 克尚未衰變【錯誤答案】不能得出正確答案【錯解分析】對半衰期概念理解不透，未掌握衰變公式【正確解答】由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知該反應(yīng)移出的粒子為由衰變公式，可得尚未衰變的質(zhì)量為(克)易錯點3 核能，質(zhì)量虧損，質(zhì)能方程 1中子n、質(zhì)子p、氘核0的質(zhì)量分別為mn、mp、mD.現(xiàn)用光子能量為E的射線照射靜止氘核使之分解，反應(yīng)的方程為若分解后中子、質(zhì)子的動能可視為相等，則中子的動能是 ( ) A(mD-mp-mn)c2-E B(mD+mn-mp)c2-E C(mD-mp-mn)c2+E

13、D(mD+mn-mp)c2-E 【錯誤答案】A 【錯解分析】氘核分解成質(zhì)子和中予后質(zhì)量將增大，而不是虧損，能量關(guān)系不清 【正確解答】氘核分解成中子，質(zhì)子時，質(zhì)量增加Am =mp+mn-mD.故有2EK=E(mpmn-md)c2得中子動能EK=(mD-mmn)c2+E故本題答案為C選項 2如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的 【正確解答】解：為求出該系列反應(yīng)后釋放的能量，將題中所給的諸核反應(yīng)方程式左右兩側(cè)分別相加，消去兩側(cè)相同的項，該系列反應(yīng)最終等效為,釋放的能量E=mc2=(4mp-m-2me)c2=395 10-12 J【典型習(xí)題導(dǎo)練】 一、選擇題1科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的eq oal(3

14、,2)He(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eq oal(3,2)Heeq oal(3,2)He2eq oal(1,1)Heq oal(4,2)He.關(guān)于eq oal(3,2)He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eq oal(3,2)He聚變反應(yīng)發(fā)電 4某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個核反應(yīng)方程為eq oal(1,1)Heq oal(12,6)Ceq oal(13,7)NQ1，eq oal(1,1)Heq oal(15,7)Neq oal(12,6)

15、CXQ2方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表：原子核eq oal(1,1)Heq oal(3,2)Heeq oal(4,2)Heeq oal(12,6)Ceq oal(13,7)Neq oal(15,7)N質(zhì)量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推斷正確的是()AX是eq oal(3,2)He，Q2Q1BX是eq oal(4,2)He，Q2Q1CX是eq oal(3,2)He，Q2Q1 DX是eq oal(4,2)He，Q2Q1 5在勻強磁場中有一個原來靜止的碳14原子核，它放射出的粒子與反沖核的軌跡是兩個內(nèi)切圓，圓直徑比為7

16、1，如圖所示，則碳14的衰變方程為 ()A.eq oal(14,6)Ceq oal(0,1)eeq oal(14,5)BB.eq oal(14,6)Ceq oal(4,2)Heeq oal(10,4)BeC.eq oal(14,6)Ceq oal(2,2)Heq oal(12,5)BD.eq oal(14,6)Ceq oal(0,1)eeq oal(14,7)N 6北京奧運會的相關(guān)場館建設(shè)大量采用對環(huán)境有益的新技術(shù)，如奧運會場館周圍80%的路燈利用了太陽能發(fā)電技術(shù)，奧運會90%的洗浴熱水采用了全玻真空太陽能集熱技術(shù)太陽能的產(chǎn)生是太陽內(nèi)部高溫高壓條件下的核反應(yīng)形成的，下列說法正確的是 ()A該核

17、反應(yīng)的方程可能是4eq oal(1,1)Heq oal(4,2)He2eq oal(0,1)eB該核反應(yīng)的方程可能是eq oal(235, )92Ueq oal(1,0)neq oal(136, )54Xeeq oal(90,38)Sr10eq oal(1,0)nC4eq oal(1,1)Heq oal(4,2)He2eq oal(0,1)e反應(yīng)之所以釋放出能量，是因為eq oal(1,1)H核子的平均質(zhì)量較eq oal(4,2)He的大D4eq oal(1,1)Heq oal(4,2)H2eq oal(0,1)e反應(yīng)之所以釋放出能量，是因為eq oal(1,1)H核子的平均質(zhì)量較eq oal

18、(4,2)He的小 7太陽內(nèi)部發(fā)生的核反應(yīng)主要是輕核的聚變，太陽中存在的主要元素是氫，氫核的聚變反應(yīng)可以看作是4個氫核(eq oal(1,1)H)結(jié)合成1個氦核(eq oal(4,2)He)下表中列出了部分粒子的質(zhì)量(1u相當(dāng)于931.5MeV的能量)粒子名稱質(zhì)子p粒子電子e中子n質(zhì)量/u1.00734.00150.000551.0087以下說法中正確的是()A核反應(yīng)方程式為4eq oal(1,1)Heq oal(4,2)He2eq oal(0,1)eB核反應(yīng)方程式為4eq oal(1,1)Heq oal(4,2)He2eq oal(0,1)eC4個氫核結(jié)合成1個氦核時的質(zhì)量虧損約為0.0266uD聚變反應(yīng)過程中釋放的能量約為24.8MeV 914C是一種半衰期為573