2016-2017学年高中物理 全一册粤教版选修3-5_13

1 章末复习课 【知识体系】 原 子 核 答案填写 质子 射线 X Y He X Y e 质量AZ A 4Z 2 42 AZ AZ 1 0 1 数 电荷数 核本身性质 重核裂变 主题 1 对核反应方程及类型的理解 1核反应 常见核反应分为衰变、人工转变、裂变、聚变等几种类型 (1)衰变 衰变： U Th He(核内 2 H2 n He)23892 23490 42 1 10 42 衰变： Th Pa e(核内 n H e)23490 23491 0 1 10 1 0 1 衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级 衰变反应的特点：衰变是原子核自发地转变成另一种原子核，反应物只有一个放射性 核，生成物中除 有一个新核外，还有 粒子或 粒子 (2)人工转变 N He O H(发现质子的核反应)147 42 178 1 Be He C n(发现中子的核反应)94 42 126 10 人工转变特点：以高能微观粒子轰击原子核为标志，反应物中除有一个原子核外，还 有一个入射粒子，如 粒子、质子、中子等 (3)裂变 U n Ba Kr3 n.23592 10 14156 9236 10 裂变特点：质量较大的重核捕获中子分裂成两个以上中等质量的核，并放出几个中 子 (4)聚变 H H He n21 31 42 10 聚变特点：反应物中为 n个质量较小的轻核，生成物包含一个质量较大的核 2核反应方程的书写 (1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有些核反应方程还要考虑到能量守恒规 律 2 (2)核反应方程中的箭头()表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号 (3)写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造 (4)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式 的适当位置上；然后根据质量数守恒和电 荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子)的电荷 数和质量数；最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子)， 并在 核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号 【典例 1】 (2015江苏卷)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电， 92U是核电站常用的核燃料. 92U受一个中子轰击后裂变成 Ba和 Kr两部分，并235 235 14456 8936 产生_个中子要使链式反应发生，裂变物质的体积要_(选填“大于”或 “小于”)它的临界体积 解析：由质量数守恒和电荷数守恒可知： U n Ba Kr 3 n，可见产生了23592 10 14456 8936 10 3个中子，链式反应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积 答案：3 大于 针对训练 1(2015北京卷)实验观察到，静止在匀强磁场中 A点的原子核发生衰变，衰变产生 的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图，则( ) A轨迹 1是电子的，磁场方向垂直纸面向外 B轨迹 2是电子的，磁场方向垂直纸面向外 C轨迹 1是新核的，磁场方向垂直纸面向里 D轨迹 2是新核的，磁场方向垂直纸面向里 解析：静止的核发生 衰变( X AZ1Y e)由内力作用，满足动量守恒，则新AZ 0 1 核 Y和电子的动量等大反向，垂直射入匀强磁场后均做匀速圆周运动，由 qvB m 可知 v2r r ，则两个新核的运动半径与电量成反比，即 ，则新核为小圆，电子为大圆；而新 mvqB 1Z 1 核带正电，电子带负电，由左手定则可知磁场方向垂直纸面向里，选项 D正确 答案：D 主题 2 核能的计算 核能的计算是原子核物理中的热点问题，在重核的裂变、轻核的聚变、放射性衰变以 及某些人工转变的核反应中，都伴随着巨大的核能释放，根据不同的题设条件和不同的核 反应特征，归纳以下几种计算方法： 3 (1)根据质量亏损计算( E mc2或 E mc2) 根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损 m. 根据爱因斯坦质能方程 E mc2或 E mc2计算核能 计算过程中 m的单位是千克， E的单位是焦耳 (2)利用原子单位 u和电子伏特计算( E m931.5 MeV) 明确原子单位 u和电子伏特间的关系 因 1 u1.660610 27 kg， 则 E mc21.660 610 27 (3.0108)2 J1.49410 10 J. 又 1 eV1.610 19 J， 则 E1.49410 10 J931.5 MeV. 根据 1原子质量单位(u)相当于 931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的 原子质量单位数乘以 931.5 MeV，即 E m931.5 MeV. 上式中， m单位是 u， E的单位是 MeV. (3)利用平均结合能来计算核能 原子核的结合能核子的平均结合能核子数核反应中反应前系统内所有原子核的 总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核 能 (4)根据能量守恒和动量守恒来计算核能 参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在 题给条件中没有涉及质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能 而无光子辐射的情况下，从动量和能量守恒可以计算出核能的变化 (5)应用阿伏加德罗常数计算核能 若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏 加德罗常数计算核能更为简便 根据物体的质量 m和摩尔质量 M，由 n 求出摩尔数，并求出原子核的个数 mM N NAn NA . mM 由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量 E0(或直接从题 目中找 出 E0) 再根据 E NE0求出总能量 【典例 2】 已知氘核的平均结合能为 1.1 MeV，氦核的平均结合能为 7.1 MeV，则两 个氘核结合成一个氦核时( ) A释放出 4.9 MeV的能量 B释放出 6.0 MeV的能量 4 C释放出 24.0 MeV的能量 D吸收 4.9 MeV的能量 解析：依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为 H H He，因氘21 21 42 核的平均结合能为 1.1 MeV，氦核的平均结合能为 7.1 MeV，故核反应过程释放能 量 E47.1 MeV221.1 MeV24.0 MeV，故选 C. 答案：C 针对训练 2试计算用 粒子轰击铍( Be)核发现中子的核反应中所释放的能量(已知铍核、碳94 核、 粒子和中子的质量分别为 mBe9.012 19 u， mC12.000 0 u， m 4.002 6 u， mn1.008 665 u1 u1.660 566 1027 kg) 解析：核反应方程为 Be He 6C n E，核反应中的质量亏损为94 42 12 10 m mBe m mC mn (9.012 194.002 612.000 01.008 665)u0.006 125 u， E mc20.006 125931.5 MeV5.705 MeV 或 E0.006 1251.660 56610 27 (3108)2 J9.15 1013 J. 答案：5.705 MeV(或 9.151013 J) 统揽考情 半衰期、质能方程的应用、计算和核反应方程的书写是高考的热点问题，试题一般以 基础知识为主，较简单 真题例析 (2014课标全国卷)(多选)关于天然放射性，下列说法正确的是_ A所有元素都可能发生衰变 B放射性元素的半衰期与外界的温度无关 C放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D 、 和 三种射线中， 射线的穿透能力最强 E一个原子核在一次衰变中可同时放出 、 和 三种射线 解析：并不是所有的元素都能发生衰变，只有原子序号超过 83的元素才都能发生衰变， 选项 A错放射性元素的半衰期由原子核内部的结构决定，与外界温度无关，选项 B 对放射性元素其放射性来自于原子核内部，与其他元素形成化合物并没有改变其内部原 子核结构，所以仍具有放射性，选项 C对 、 和 三种射线中， 射线能量最高， 5 穿透能力最强，选项 D对一个原子核在一次衰变中，要么是 衰变要么是 衰变，同 时伴随着能量的释放，选项 E错 答案：BCD 针对训练 (2014课标全国卷)(多选)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了 非常重要的作用下列说法符合历史事实的是_ A密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值 B贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核 C居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(P 0)和镭(R a)两种新元素 D卢瑟福通过 粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子 E汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的 粒子组成，并测出了该粒子的比荷 解析：密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值为 1.60 1019 C，A 对；贝克勒尔通过对天然放射性的研究，证明了原子核有复杂结构，B 错；居 里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素，C 对；卢瑟福通过 粒子散射 实验，得出了原子的核式结构理论，D 错；汤姆孙通过对阴极射线在电场及在磁场中偏转 的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测定了粒子的比荷，E 对 答案：ACE 1(2015重庆卷)下图中曲线 a、 b、 c、 d为气泡室中某放射物质发生衰变放出的部 分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直纸面向里以下判断可能正确的是( ) A a、 b为 粒子的径迹 B a、 b为 粒子的径迹 C c、 d为 粒子的径迹 D c、 d为 粒子的径迹 解析： 射线是不带电的光子流，在磁场中不偏转，故选项 B错误 粒子为氦核带 正电，由左手定则知受到向上的洛伦兹力向上偏转，故选项 A、C 错误； 粒子是带负电 的电子流，应向下偏转，选项 D正确 答案：D 2(2015北京卷)下列核反应方程中，属于 衰变的是( ) A. N He O H B. U Th He147 42 178 1 23892 23490 42 6 C. H H He n D. Th Pa e21 31 42 10 23490 23491 0 1 解析： 用人工方法 He核轰击 N产生质子，选项 A错误；衰变是原子核自发放射粒42 147 子的核反应，选项 B正确；两个轻核结合成中核的反应为轻核聚变反应，选项 C错误；D 为 衰变 答案：B 3(2015山东卷)(多选) 14C发生放射性衰变为 14N，半衰期约为 5 700年已知植物存活其间，其体内 14C与 12C的比例不变；生命活动结束后， 14C的比例 持续减少现通过测量得知，某古木样品中 14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之 一下列说法正确的是( ) A该古木的年代距今约为 5 700年 B 12C、 13C、 14C具有相同的中子数 C 14C衰变为 14N的过程中放出 射线 D增加样品测量环境的压强将加速 14C的衰变 解析：因古木样品中 14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的 时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为 5 700年，选项 A正确； 12C、 13C、 14C具有 相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项 B错误；根据核反应方程可知， 14C 衰变为 14N的过程中放出电子，即发出 射线，选项 C正确；外界环境不影响放射性元素 的半衰期，选项 D错误 答案：AC 4(2015福建卷)下列是有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是( ) A 射线是高速运动的电子流 B氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大 C太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变 D. Bi的半衰期是 5天，100 克 Bi经过 10天后还剩下 50克21083 21083 解析： 射线是光子流，所以 A错误；氢原子辐射光子后，从高轨道跃迁到低轨道， 其绕核运动的电子速度增大，动能增大，所以 B正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳中 发生的轻核聚变，所以 C错误；半衰期是大量的统计规律，少数原子核不适应，100 克 Bi经过 10天后还剩 25克 ，所以 D错误21083 答案：B 5(2015广东卷)(多选)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚核反应获得能量， 核反应方程分别为：XY He H4.9 MeV和 H H HeX17.6 MeV，下列表述正42 31 21 31 42 确的有( ) AX 是中子 BY 的质子数是 3，中子数是 6 7 C两个核反应都没有质量亏损 D氘和氚