2024-2025學(xué)年高中物理第4章章末復(fù)習(xí)課教案粵教版選修3-5

PAGE5-章末復(fù)習(xí)課[自我校對]①電離②穿透③有半數(shù)④核子⑤氮核⑥鈹核⑦質(zhì)量數(shù)⑧電荷數(shù)⑨Δmc2_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________四類核反應(yīng)及其核反應(yīng)方程1.書寫原則：核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒．2．常見的核反應(yīng)方程及相關(guān)內(nèi)容核反應(yīng)式與其相關(guān)的重要內(nèi)容eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heα衰變實質(zhì)2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)eβ衰變實質(zhì)eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)eeq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H質(zhì)子的發(fā)覺(1919年)盧瑟福eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n中子的發(fā)覺(1932年)查德威克eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n人工放射性同位素的發(fā)覺約里奧·居里夫婦eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e正電子的發(fā)覺(1934年)約里奧·居里夫婦eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)neq\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重核裂變eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n輕核聚變3.關(guān)于核反應(yīng)的四點說明(1)核反應(yīng)過程一般都是不行逆的，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．(2)核反應(yīng)的生成物肯定要以試驗為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰誕生成物來寫核反應(yīng)方程．(3)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守恒．(4)四類核反應(yīng)的推斷技巧：衰變方程的箭頭左側(cè)只有一項且箭頭右側(cè)必有eq\o\al(4,2)He或eq\o\al(0,－1)e；人工轉(zhuǎn)變的箭頭左側(cè)都含有一個用來轟擊的小粒子，多為質(zhì)子、中子、α粒子或β粒子，且被轟擊核多為中等質(zhì)量核；重核裂變的箭頭左側(cè)多為鈾235，且有中子；聚變方程的箭頭左側(cè)的原子序數(shù)都很小多為前4號元素．【例1】2017年1月9日，大亞灣反應(yīng)堆中微子試驗工程獲得國家自然科學(xué)一等獎．大多數(shù)原子核發(fā)生核反應(yīng)的過程中都伴有中微子的產(chǎn)生，例如核裂變、核聚變、β衰變等．下列關(guān)于核反應(yīng)的說法，正確的是()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是α衰變方程，eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e是β衰變方程B．高速運動的α粒子轟擊氮核可從氮核中打出中子，其核反應(yīng)方程為eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(234,90)Th衰變?yōu)閑q\o\al(222,86)Rn，經(jīng)過3次α衰變，2次β衰變D.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是核裂變方程，也是氫彈的核反應(yīng)方程C[eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是輕核聚變反應(yīng)方程，eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e是β衰變方程，A選項錯誤；高速運動的α粒子轟擊氮核可從氮核中打出質(zhì)子，其核反應(yīng)方程為eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，B選項錯誤；α衰變的過程中，電荷數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4，在β衰變的過程中，電荷數(shù)多1，質(zhì)量數(shù)不變，eq\o\al(234,90)Th衰變?yōu)閑q\o\al(222,86)Rn，經(jīng)過3次α衰變，2次β衰變，C選項正確；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是核裂變方程，不是氫彈的核反應(yīng)方程，D選項錯誤．]1．(多選)下列說法正確的是()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是聚變B.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n是裂變C.eq\o\al(226,98)Ra→eq\o\al(222,96)Rn＋eq\o\al(4,2)He是α衰變D.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e是裂變ABC[聚變是兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，A正確；裂變反應(yīng)指的是質(zhì)量較大的核分解成幾塊中等質(zhì)量的核，B正確，D錯誤；放射性元素自發(fā)的放射出α粒子的現(xiàn)象是α衰變，C正確．]核反應(yīng)中的“守恒規(guī)律”原子核物理中，常提及核反應(yīng)的“守恒規(guī)律”與“核能的計算”問題．事實上，在核反應(yīng)過程中，由于核力對核子做功，會引起“核反應(yīng)系統(tǒng)”(以下簡稱“系統(tǒng)”)的能量改變．我們就把系統(tǒng)釋放或汲取的這部分能量，叫作核能．從而，核反應(yīng)即可分為質(zhì)量虧損、釋放核能和質(zhì)量增加、汲取核能兩大類型．其中，又以探討發(fā)生質(zhì)量虧損、釋放核能的一類核反應(yīng)為學(xué)習(xí)的重點．欲解決核反應(yīng)中有關(guān)“守恒規(guī)律”與“核能的計算”問題，可利用以下幾條“依據(jù)”：1．五個守恒(1)質(zhì)量數(shù)守恒．(2)質(zhì)子數(shù)(電荷數(shù))守恒．(3)質(zhì)量守恒(“虧損質(zhì)量”與釋放的“核能”相當(dāng))．(4)能量守恒．(5)動量守恒．2．兩個方程(1)質(zhì)能方程：E＝mc2，m指物體的質(zhì)量．(2)核能：ΔE＝Δmc2.3．一個半衰期(T1/2)(1)剩余核數(shù)：N＝N0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up15(\f(t,T1/2)).(2)剩余質(zhì)量：m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up15(\f(t,T1/2)).【例2】如圖所示，有界勻強磁場磁感應(yīng)強度為B＝0.05T，磁場方向垂直于紙面對里，MN是磁場的左邊界，在磁場中A處放一個放射源，內(nèi)裝eq\o\al(226,88)Ra(鐳)，eq\o\al(226,88)Ra放出某種放射線后衰變成eq\o\al(222,86)Rn(氡)．試寫出eq\o\al(226,88)Ra衰變的方程．若A距磁場的左邊界MN的距離OA＝1.0m時，放在MN左側(cè)的粒子接收器收到垂直于邊界MN方向射出的質(zhì)量較小的粒子，此時接收器距過OA的直線1.0m，則此時可以推斷出一靜止鐳核eq\o\al(226,88)Ra衰變時放出的能量是多少？(保留兩位有效數(shù)字，取1u＝1.6×10－27kg，電子電量e＝1.6×10－19C)[解析]eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He.鐳衰變放出α粒子和氡核，在磁場中做勻速圓周運動，α粒子垂直于MN邊界射出被接收器接收，α粒子在磁場中的軌跡為1/4圓周，得圓半徑為R＝1.0mα粒子的動量mαv＝qBR＝1.6×10－20kgα粒子的動能為E1＝eq\f(1,2)mαv2＝eq\f(p2,2mα)＝2.0×10－14J衰變過程中動量守恒，有mαv＝MRnv1氡核反沖的動能為E2＝eq\f(1,2)MRnveq\o\al(2,1)＝eq\f(mαE1,MRn)衰變過程釋放出的能量為E1＋E2＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1＋\f(mα,MRn)))E1≈2.04×10－14J.[答案]eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He2.04×10－14J[一語通關(guān)]假如在核反應(yīng)中無光子輻射，核反應(yīng)釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新核的動能和新粒子的動能．在這種狀況下計算核能的主要依據(jù)是：1．核反應(yīng)過程中只有內(nèi)力作用，故動量守恒．2．反應(yīng)前后總能量守恒．常見的反應(yīng)類型：反應(yīng)前總動能＋反應(yīng)過程中釋放的核能＝反應(yīng)后總動能．2．鈾238的半衰期是4.5×109年，假設(shè)一塊礦石中含有2kg鈾238，求：(1)經(jīng)過45億年后還剩下多少鈾238；假設(shè)發(fā)生衰變的鈾238均變成了鉛206，則此礦石中含有多少鉛；(2)若測出某塊礦石中的鈾、鉛含量比為119∶309，求此礦石的年齡．[解析](1)45億年即4.5×109年，由m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up15(\f(t,T))知剩余的鈾238質(zhì)量為m＝2×eq\f(1,2)kg＝1kg；在45億年中1kg鈾238發(fā)生衰變后獲得的鉛206的質(zhì)量m′＝eq\f(206,238)(m0－m)＝eq\f(206,238)kg＝0.866kg，即礦石中含有鉛0.866kg.(2)設(shè)此礦石年齡為t，原來的質(zhì)量為m0，則現(xiàn)在剩余的鈾238的質(zhì)量為m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up15(\f(t,T))，那么在時間t內(nèi)發(fā)生了衰變的鈾238的質(zhì)量為m－m0＝eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\f(eq\s\up15(\f(t,T)),)))m0，設(shè)鉛206的質(zhì)量為mx，則eq\f(238,m0－m)＝eq\f(206,mx)，即mx＝eq\f(206,238)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\f(eq\s\up15(\f(t,T))