高中物理 第四章章末总结（含解析）粤教版选修3-5

【步步高】2014-2015学年高中物理 第四章章末总结（含解析）粤教版选修3-5一、对核反应方程及类型的理解 1四类核反应方程的比较名称核反应方程时间其它衰变衰变UThHe1896年贝可勒尔衰变ThPae裂变UnSrXe10n141MeV1938年原子弹原理聚变HHHen17.6 MeV氢弹原理人工转变正电子AlHePnPSie1934年约里奥居里夫妇发现质子NHeOH1919年卢瑟福发现中子BeHeCn1932年查德威克2.解题时注意事项(1)熟记一些粒子的符号粒子(He)、质子(H)、中子(n)、电子(e)、氘核(H)、氚核(H)(2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒例1在下列四个核反应中，X不表示中子的是_；属于原子核的人工转变的是_A.NHeOXB.AlHePXC.HHHeXD.UXSrXe10X解析在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒，据此，可以判断未知粒子属于什么粒子，在A中，未知粒子的质量数为x：14417x，x1，其电荷数为y：728y，y1，即未知粒子是质子(H)；对B，未知粒子的质量数：27430x，x1，电荷数：13215y，y0，所以是中子(n)；对C，未知粒子的质量数：234x，x1，电荷数：112y，y0，也是中子(n)；对D，未知粒子质量数235x9013610x，x1，电荷数：92y385410y，y0，也是中子(n)，故方程中X不是中子的核反应只有A.A、B为原子核的人工转变答案AAB二、半衰期及衰变次数的计算1半衰期：原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间计算公式：NN0()n或mm0()n，其中n，T1/2为半衰期2确定衰变次数的方法(1)XYnHeme根据质量数、电荷数守恒得AA4nZZ2nm二式联立求解得衰变次数n和衰变次数m.(2)根据衰变和衰变(衰变质量数不变)直接求解例2(单选)某放射性元素经过11.4天有的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为()A11.4天 B7.6天C5.7天 D3.8天解析根据()，得3，因为t11.4天，所以T1/23.8天，选D.答案D例3图1(单选)放射性元素U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Tl，X和Tl最后都变成Pb，衰变路径如图1所示则()Aa82，b211B.BiX是衰变，BiTl是衰变C.BiX是衰变，BiTl是衰变D.Tl经过一次衰变变成Pb解析由BiX，质量数不变，说明发生的是衰变，同时知a84.由BiTl是核电荷数减2，说明发生的是衰变，同时知b206，由TlPb发生了一次衰变故选B.答案B三、核能的计算方法1利用质能方程来计算核能(1)根据核反应方程，计算核反应前与核反应后的质量亏损m.(2)根据爱因斯坦质能方程Emc2或Emc2计算核能方程Emc2中若m的单位用“kg”、c的单位用“m/s”，则E的单位为“J”；若m的单位用“u”，可直接用质量与能量的关系式1 u相当于931.5 MeV推算E，此时E的单位为“兆电子伏(MeV)”，即原子质量单位1 u对应的能量为931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用2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)的核能例4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、碳核、粒子和中子的质量分别为mBe9.012 19 u，mC12.000 u，m4.002 6 u，mn1.008 665 u1 u1.660 5661027kg)解析核反应方程为BeHe6CnE，核反应中的质量亏损为mmBemmCmn9.012 19 u4.002 6 u12.000 0 u1.008 665 u0.006 125 uEmc20.006 125931.5 MeV5.705 MeV或E0.006 1251.660 5661027(3108)2 J9.151013 J答案5.705 MeV(或9.151013 J)例5(单选)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HHHe，因氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，故氘核的结合能为E121.1 MeV，氦核的结合能E247.1 MeV，于是吸收的能量为E2E1E224.0 MeV，式中负号表示释放核能，故选C.答案C四、原子核物理与动量、能量相结合的综合问题1核反应过程中满足四个守恒：质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒、能量守恒2核反应过程若在匀强磁场中发生，粒子在磁场中做匀速圆周运动，衰变后的新核和放出的粒子(粒子、粒子)形成外切圆或内切圆例6用中子轰击锂核(Li)发生核反应，生成氚核(H)和粒子，并放出4.8 MeV的能量(1)写出核反应方程(2)求出质量亏损(3)若中子和锂核是以等大反向的动量相碰，则氚核和粒子的动能比是多少？(4)粒子的动能是多大？解析(1)核反应方程为LinHHe4.8 MeV(2)依据Emc2得m u0.005 2 u(3)根据题意有m1v1m2v2式中m1、m2、v1、v2分别为氚核和粒子的质量和速度，由上式及动能Ek，可得它们的动能之比为Ek1Ek2m2m143.(4)粒子的动能Ek2(Ek1Ek2)4.8 MeV2.06 MeV答案(1)LinHHe4.8 MeV(2)0.005 2 u(3)43(4)2.06 MeV1(单选)下列说法不正确的是()A.HHHen是聚变B.UnXeSr2n是裂变C.RaRnHe是衰变D.NaMge是裂变答案D解析原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变衰变是指原子核放出粒子或粒子后，变成新的原子核的变化，如本题中的C和D两选项原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下产生新的原子核的过程裂变是重核分裂成质量较小的核，如B选项聚变是轻核结合成质量较大的核，如A选项由上述可知D选项是错误的2(单选)一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m.那么下列说法中正确的有()A经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了B经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有m/4发生了衰变C经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8D经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M/2答案C解析经过两个半衰期后铀元素的质量还剩m/4，A、B项均错误；经过三个半衰期后，铀元素的质量还剩m/8，C项正确；经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M，故D项错误3(双选)图2U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Tl，X和Tl最后都变成Pb，衰变路径如图2所示则图中的()Aa84，b206B是衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的C是衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的D.U经过10次衰变，8次衰变可变成Pb答案AB解析是衰变，是衰变，因此a84，b206，U经过10次衰变和8次衰变可变成质量数为206，电荷数为86的元素4一个铀核衰变为钍核时释放出一个粒子，已知铀核的质量为3.853 1311025 kg，钍核的质量为3.786 5671025 kg，粒子的质量为6.646 721027 kg.在这个衰变过程中释放出的能量等于_J(保留两位有效数字)答案8.71013解析因为mmUmThm3.853 1311025 kg3.786 5671025 kg6.646 721027 kg9.71030 kg故Emc29.71030(3108)2 J8.71013 J5两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：HHHH.(1)此核反应中放出的能量E为_(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氚核具有的动能是_(已知mH2.013 6 u，mH3.015 6 u，mH1.007 3 u)答案(1)4.005 MeV(2)1.001 MeV解析(1)此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为：m(22.013 63.015 61.007 3) u0.004 3 u，Emc20.004 3931.5 MeV4.005 MeV.(2)因碰前两氘核动能相同，相向正碰，故碰前的总动量为零因核反应中的动量守恒，故碰后质子和氚核的总动量也为零设其动量分别为p1、p2，必有p1p2.设碰后质子和氚核的动能分别为Ek1和Ek2，质量分别为m1和m2.则，故新生的氚核具有的动能为Ek2E4.005 MeV1.001 MeV.6假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦核的同位素和中子，已知氘核的质量是2.013 6 u，中子的质量是1.008 7 u，氦核同位素的质量是3.015 0 u.(1)聚变的核反应方程是_，在聚变核反应中释放出的能量为_MeV(保留两位有效数字)(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，核反应方程为HHeLi，已知各核子平均结合能分别为EH1.112 MeV、EHe7.075 MeV、ELi5.603 MeV，试求此核反应过程中释放的核能答案(1)HHHen3.3(2)7.585 MeV解析(1)根据题中条件，可知核反应方程为HHHen核反应过程中的质量亏损：m2mH(mHemn)22.013 6 u(3.015 01.008 7)u