高中物理粵教版5第四章原子核 章末復(fù)習(xí)課

章末復(fù)習(xí)課【知識(shí)體系】eq\a\vs4\al(原子核)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(原子核的組成\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(①,中子))核子,原子核的衰變\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(三種射線：α射線、β射線，②,衰變分類\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(α衰變：③,β衰變：④)),衰變規(guī)律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(⑤守恒,⑥守恒)),半衰期\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(意義：表示衰變快慢,公式：m＝m0\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up6(\f(t,T1/2)))),決定因素：由⑦決定)),人工轉(zhuǎn)變\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H,中子的發(fā)現(xiàn)：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n,正電子的發(fā)現(xiàn)：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e,放射性同位素及應(yīng)用與防護(hù))),核力與結(jié)合能\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(核力\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定義,特點(diǎn))),結(jié)合能,平均結(jié)合能,核能的利用\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(⑧,輕核聚變)))),小粒子和大宇宙\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(粒子,夸克模型))))[答案填寫]①質(zhì)子②γ射線③eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He④eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e⑤質(zhì)量數(shù)⑥電荷數(shù)⑦核本身性質(zhì)⑧重核裂變主題1對(duì)核反應(yīng)方程及類型的理解1．核反應(yīng)．常見(jiàn)核反應(yīng)分為衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變、聚變等幾種類型．(1)衰變．α衰變：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(核內(nèi)2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He)．β衰變：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e(核內(nèi)eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e)．γ衰變：原子核處于較高能級(jí)，輻射光子后躍遷到低能級(jí)．衰變反應(yīng)的特點(diǎn)：衰變是原子核自發(fā)地轉(zhuǎn)變成另一種原子核，反應(yīng)物只有一個(gè)放射性核，生成物中除有一個(gè)新核外，還有α粒子或β粒子．(2)人工轉(zhuǎn)變．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng))．eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng))．人工轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：以高能微觀粒子轟擊原子核為標(biāo)志，反應(yīng)物中除有一個(gè)原子核外，還有一個(gè)入射粒子，如α粒子、質(zhì)子、中子等．(3)裂變．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n.裂變特點(diǎn)：質(zhì)量較大的重核捕獲中子分裂成兩個(gè)以上中等質(zhì)量的核，并放出幾個(gè)中子．(4)聚變．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n聚變特點(diǎn)：反應(yīng)物中為n個(gè)質(zhì)量較小的輕核，生成物包含一個(gè)質(zhì)量較大的核．2．核反應(yīng)方程的書寫．(1)必須遵守電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律，有些核反應(yīng)方程還要考慮到能量守恒規(guī)律．(2)核反應(yīng)方程中的箭頭(→)表示核反應(yīng)進(jìn)行的方向，不能把箭頭寫成等號(hào)．(3)寫核反應(yīng)方程必須要有實(shí)驗(yàn)依據(jù)，決不能毫無(wú)根據(jù)地編造．(4)在寫核反應(yīng)方程時(shí)，應(yīng)先將已知原子核和已知粒子的符號(hào)填入核反應(yīng)方程一般形式的適當(dāng)位置上；然后根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒規(guī)律計(jì)算出未知核(或未知粒子)的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)；最后根據(jù)未知核(或未知粒子)的電荷數(shù)確定它們是哪種元素(或哪種粒子)，并在核反應(yīng)方程一般形式中的適當(dāng)位置填寫上它們的符號(hào)．【典例1】(2023·江蘇卷)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電，eq\o\al(235,)92U是核電站常用的核燃料.eq\o\al(235,)92U受一個(gè)中子轟擊后裂變成eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr兩部分，并產(chǎn)生________個(gè)中子．要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要________(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積．解析：由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，可見(jiàn)產(chǎn)生了3個(gè)中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一個(gè)條件是鈾燃料的體積必須大于或等于臨界體積．答案：3大于針對(duì)訓(xùn)練1．(2023·北京卷)實(shí)驗(yàn)觀察到，靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中A點(diǎn)的原子核發(fā)生衰變，衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向和軌跡示意如圖，則()A．軌跡1是電子的，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外B．軌跡2是電子的，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外C．軌跡1是新核的，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里D．軌跡2是新核的，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里解析：靜止的核發(fā)生β衰變(eq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋eq\o\al(0,－1)e)由內(nèi)力作用，滿足動(dòng)量守恒，則新核Y和電子的動(dòng)量等大反向，垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后均做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由qvB＝meq\f(v2,r)可知r＝eq\f(mv,qB)，則兩個(gè)新核的運(yùn)動(dòng)半徑與電量成反比，即eq\f(1,Z＋1)，則新核為小圓，電子為大圓；而新核帶正電，電子帶負(fù)電，由左手定則可知磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，選項(xiàng)D正確．答案：D主題2核能的計(jì)算核能的計(jì)算是原子核物理中的熱點(diǎn)問(wèn)題，在重核的裂變、輕核的聚變、放射性衰變以及某些人工轉(zhuǎn)變的核反應(yīng)中，都伴隨著巨大的核能釋放，根據(jù)不同的題設(shè)條件和不同的核反應(yīng)特征，歸納以下幾種計(jì)算方法：(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算(E＝mc2或ΔE＝Δmc2)．①根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損Δm.②根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2計(jì)算核能．③計(jì)算過(guò)程中Δm的單位是千克，ΔE的單位是焦耳．(2)利用原子單位u和電子伏特計(jì)算(ΔE＝Δm×MeV)．①明確原子單位u和電子伏特間的關(guān)系．因1u＝×10－27kg則E＝mc2＝6×10－27××108)2J＝×10－10J.又1eV＝×10－19J，則E＝×10－10J＝MeV.②根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于MeV能量，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以MeV，即ΔE＝Δm×MeV.③上式中，Δm單位是u，ΔE的單位是MeV.(3)利用平均結(jié)合能來(lái)計(jì)算核能．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(dòng)量守恒來(lái)計(jì)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(guò)程中的動(dòng)量和能量是守恒的，因此，在題給條件中沒(méi)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(dòng)能而無(wú)光子輻射的情況下，從動(dòng)量和能量守恒可以計(jì)算出核能的變化．(5)應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算核能．若要計(jì)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)所放出的總能量，應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算核能更為簡(jiǎn)便．①根據(jù)物體的質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量M，由n＝eq\f(m,M)求出摩爾數(shù)，并求出原子核的個(gè)數(shù)N＝NAn＝NAeq\f(m,M).②由題設(shè)條件求出一個(gè)原子核與另一個(gè)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)．③再根據(jù)E＝NE0求出總能量．【典例2】已知氘核的平均結(jié)合能為MeV，氦核的平均結(jié)合能為MeV，則兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核時(shí)()A．釋放出MeV的能量B．釋放出MeV的能量C．釋放出MeV的能量D．吸收MeV的能量解析：依據(jù)題意可寫出兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核的核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He，因氘核的平均結(jié)合能為MeV，氦核的平均結(jié)合能為MeV，故核反應(yīng)過(guò)程釋放能量．ΔE＝4×MeV－2×2×MeV＝MeV，故選C.答案：C針對(duì)訓(xùn)練2．試計(jì)算用α粒子轟擊鈹(eq\o\al(9,4)Be)核發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)中所釋放的能量(已知鈹核、碳核、α粒子和中子的質(zhì)量分別為mBe＝19u，mC＝0u，mα＝6u，mn＝665u．1u＝566×10－27kg解析：核反應(yīng)方程為eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n＋ΔE，核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝mBe＋mα－mC－mn＝19＋6－0－665)u＝125u，ΔE＝Δmc2＝125×MeV≈MeV或ΔE＝125×566×10－27×(3×108)2J≈×10－13J.答案：MeV(或×10－13J)統(tǒng)攬考情半衰期、質(zhì)能方程的應(yīng)用、計(jì)算和核反應(yīng)方程的書寫是高考的熱點(diǎn)問(wèn)題，試題一般以基礎(chǔ)知識(shí)為主，較簡(jiǎn)單．真題例析(2023·課標(biāo)全國(guó)Ⅰ卷)(多選)關(guān)于天然放射性，下列說(shuō)法正確的是________．A．所有元素都可能發(fā)生衰變B．放射性元素的半衰期與外界的溫度無(wú)關(guān)C．放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性D．α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)E．一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)放出α、β和γ三種射線解析：并不是所有的元素都能發(fā)生衰變，只有原子序號(hào)超過(guò)83的元素才都能發(fā)生衰變，選項(xiàng)A錯(cuò)．放射性元素的半衰期由原子核內(nèi)部的結(jié)構(gòu)決定，與外界溫度無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B對(duì)．放射性元素其放射性來(lái)自于原子核內(nèi)部，與其他元素形成化合物并沒(méi)有改變其內(nèi)部原子核結(jié)構(gòu)，所以仍具有放射性，選項(xiàng)C對(duì)．α、β和γ三種射線中，γ射線能量最高，穿透能力最強(qiáng)，選項(xiàng)D對(duì)．一個(gè)原子核在一次衰變中，要么是α衰變要么是β衰變，同時(shí)伴隨著能量的釋放，選項(xiàng)E錯(cuò)．答案：BCD針對(duì)訓(xùn)練(2023·課標(biāo)全國(guó)Ⅱ卷)(多選)在人類對(duì)微觀世界進(jìn)行探索的過(guò)程中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)起到了非常重要的作用．下列說(shuō)法符合歷史事實(shí)的是________．A．密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)得了基本電荷的數(shù)值B．貝克勒爾通過(guò)對(duì)天然放射性現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)了原子中存在原子核C．居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了釙(P0)和鐳(Ra)兩種新元素D．盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了在原子核內(nèi)存在質(zhì)子E．湯姆孫通過(guò)陰極射線在電場(chǎng)和在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成，并測(cè)出了該粒子的比荷解析：密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)出了基本電荷的數(shù)值為×10－19C，A對(duì)；貝克勒爾通過(guò)對(duì)天然放射性的研究，證明了原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，B錯(cuò)；居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了釙(Po)和鐳(Ra)兩種新元素，C對(duì)；盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，得出了原子的核式結(jié)構(gòu)理論，D錯(cuò)；湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線在電場(chǎng)及在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成，并測(cè)定了粒子的比荷，答案：ACE1．(2023·重慶卷)下圖中曲線a、b、c、d為氣泡室中某放射物質(zhì)發(fā)生衰變放出的部分粒子的徑跡，氣泡室中磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里．以下判斷可能正確的是()A．a(chǎn)、b為β粒子的徑跡 B．a(chǎn)、b為γ粒子的徑跡C．c、d為α粒子的徑跡 D．c、d為β粒子的徑跡解析：γ射線是不帶電的光子流，在磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤．α粒子為氦核帶正電，由左手定則知受到向上的洛倫茲力向上偏轉(zhuǎn)，故選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；β粒子是帶負(fù)電的電子流，應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)D正確．答案：D2．(2023·北京卷)下列核反應(yīng)方程中，屬于α衰變的是()\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H \o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n \o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e解析：用人工方法eq\o\al(4,2)He核轟擊eq\o\al(14,7)N產(chǎn)生質(zhì)子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；衰變是原子核自發(fā)放射粒子的核反應(yīng)，選項(xiàng)B正確；兩個(gè)輕核結(jié)合成中核的反應(yīng)為輕核聚變反應(yīng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D為β衰變．答案：B3．(2023·山東卷)(多選)14C發(fā)生放射性衰變?yōu)?4N，5700年．已知植物存活其間，其體內(nèi)14C與12C的比例不變；生命活動(dòng)結(jié)束后，14C的比例持續(xù)減少．現(xiàn)通過(guò)測(cè)量得知，某古木樣品中A．該古木的年代距今約為5700年B．12C、13C、C．14C衰變?yōu)?4ND．增加樣品測(cè)量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C解析：因古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一，則可知經(jīng)過(guò)的時(shí)間為一個(gè)半衰期，即該古木的年代距今約為5700年，選項(xiàng)A正確；12C、13C、14C具有相同的質(zhì)子數(shù)，由于質(zhì)量數(shù)不同，故中子數(shù)不同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)核反應(yīng)方程可知，14C衰變?yōu)?4N的過(guò)程中放出電子，答案：AC4．(2023·福建卷)下列是有關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核的認(rèn)識(shí)，其中正確的是()A．γ射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流B．氫原子輻射光子后，其繞核運(yùn)動(dòng)的電子動(dòng)能增大C．太陽(yáng)輻射能量的主要來(lái)源是太陽(yáng)中發(fā)生的重核裂變\o\al(210,83)Bi的半衰期是5天，100克eq\o\al(210,83)Bi經(jīng)過(guò)10天后還