2020版高考物理总复习第十二章第3节原子核教学案新人教版.docx

第3节原子核【p214】夯实基础1天然放射现象(1)放射性元素_自发地_发出射线的现象，叫做天然放射现象，1896年由法国物理学家_贝克勒尔_首先发现(2)三种放射线的比较种类射线射线射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2ee0质量4mp静止质量为零符号Hee速度0.1c0.99cc贯穿本领最弱较强最强贯穿实例用纸能挡住穿透几毫米的铝板穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱2.原子核的组成(1)1919年，卢瑟福用粒子轰击氮原子核，发现了_质子_，并猜想原子核内还存在_中子_，1932年，他的学生查德威克通过实验证实了_中子_的存在(2)原子核是由质子和中子组成的常用符号X表示，X为元素符号，A表示核的_质量数_，Z表示核的_电荷数_3原子核的衰变(1)原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变(2)分类衰变，放射出粒子衰变，放射出粒子衰变类型衰变衰变衰变方程XYHeXYe衰变实质核内的2个质子和2个中子结合成一个整体射出核内的一个中子转化为一个质子和一个电子2H2n HenHe衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒(3)半衰期：放射性元素的原子核有_半数_发生衰变所需的时间半衰期由_核内部本身_的因素决定，跟原子所处的_物理或化学状态_无关如果放射性元素初始时刻的质量为m0，它的半衰期是T，则经过时间t，剩下的放射性元素的质量mm0.半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少数原子核，无半衰期可言4放射性同位素及应用(1)同位素具有相同_质子数_而_中子数_不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，互称_同位素_有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素天然放射性同位素不过四十多种，而人工制造的放射性同位素已达1 000多种(2)放射性同位素的应用和防护放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等作示踪原子防护：阻止放射性对人体组织的伤害考点突破例1Th(钍)经过一系列衰变和衰变，变成Pb(铅)，以下说法正确的是()A铅核比钍核少10个质子B铅核比钍核少8个中子C共经过4次衰变和6次衰变D共经过6次衰变和4次衰变【解析】根据质量数和电荷数守恒可知，铅核比钍核少8个质子，少16个中子，故A、B错误；发生衰变是放出He，发生衰变是放出电子e，设发生了x次衰变和y次衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2xy8290，4x208232，解得x6，y4，故衰变过程中共有6次衰变和4次衰变，故C错误，D正确【答案】D例2P是人类首先制造出的放射性同位素，其半衰期为2.5 min，能衰变为Si和一个未知粒子则该衰变的方程为_已知容器中原有纯的P质量为m，则5 min后容器中剩余P的质量为_【解析】衰变的方程为：PSie；半衰期为2.5 min，则5 min经过2个半衰期，则容器中剩余P的质量为：m余m.【答案】PSie【小结】确定衰变次数的方法(1)设放射性元素X经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素Y，则表示该核反应的方程为XYnHeme根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程AA4n，ZZ2nm(2)确定衰变次数，因为衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定衰变的次数，然后再根据衰变规律确定衰变的次数针对训练1.U通过m次衰变和n次衰变，变成Pb，则(A)Am7，n4 Bm7，n3Cm14，n9 Dm14，n18【解析】原子核每发生一次衰变，质量数减少4，电荷数减少2；每发生一次衰变，质量数不变，电荷数增加1.比较两种原子核，质量数减少28，即发生了衰变次数：m7；电荷数应减少14，而电荷数减少10，说明发生了衰变次数：nm2(9282)4，所以A项正确2(多选)关于天然放射性，下列说法正确的是(BCD)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，射线的穿透力最强【解析】有些原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，故A错误；放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度无关，故B正确；放射性元素的放射性与核外电子无关，故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故C正确；、和三种射线，射线的穿透力最强，电离能力最弱，故D正确3下列说法中正确的是(A)A衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的B射线一般伴随着或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力也最强C氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就只剩下一个氡原子核了D发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4【解析】衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，选项A正确；射线一般伴随着或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱，选项B错误；半衰期是大量原子的统计结果，对少数原子不适用，选项C错误；发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2，选项D错误【p215】夯实基础1核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发U ThHe衰变自发ThPae人工转变人工控制NHeOH(卢瑟福发现质子)HeBeCn(查德威克发现中子)AlHePnPSie(约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)重核裂变比较容易进行人工控制UnBaKr3nUnXeSr10n轻核聚变除氢弹外可控核聚变正在研究中HHHen2.核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础如质子(H)、中子(_n_)、粒子(_He_)、粒子(_e_)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(_H_)等(2)掌握核反应方程遵守的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向(3)核反应过程中质量数守恒，核电荷数守恒3核力和核能(1)核力：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能克服库仑力而紧密地结合在一起，这种力称为核力其特点为：核力是_强相互_作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性(2)核能：核子结合成原子核时释放的能量或把原子核分解成核子时需要供给的能量，这就是原子核的_结合能_，简称核能_结合能除以核子数_等于比结合能，比结合能越大，原子核越_稳定_(3)质量亏损：原子核的质量_小于_组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损(4)爱因斯坦质能方程为_Emc2_，若核反应中的质量亏损为m，释放的核能Emc2.(5)释放核能的两条途径：重核_裂变_和轻核_聚变_裂变：重核分裂成质量较小的核的反应如：_UnXeSr10n_聚变：两个轻核结合成质量较大的核的反应如：_HHHen_考点突破例3用中子(n)轰击铀核(U)产生裂变反应，会产生钡核(Ba)和氪核(Kr)并释放出中子(n)，当达到某些条件时可发生链式反应一个铀核(U)裂变时释放的能量约为200 MeV(1 eV1.61019 J)真空中的光速为3108 m/s，下列说法正确的是()A.U的裂变方程为UBaKrnB.U的裂变方程为UnBaKr3nC一个U裂变时，质量亏损约为7.11028 kgD一个U裂变时，质量亏损约为3.61028 kg【解析】U的裂变方程为UnBaKr3 n，方程两边的中子不能相约，故A错误，B正确；一个铀核(U)裂变时，释放的能量约为200 MeV，根据爱因斯坦质能方程得，质量亏损m kg3.61028 kg，故C错误，D正确【答案】BD例4H的质量为3.016 050 u，质子的质量为1.007 277 u，中子的质量为1.008 665 u1 u相当于931.5 MeV.则：(计算结果保留两位有效数字)(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收能量，还是放出能量？吸收或放出的能量又为多少？(2)氚核的结合能和比结合能各为多少？【解析】(1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是H2nH，反应前各核子总质量为mp2mn1.007 277 u21.008 665 u3.024 607 u反应后新核的质量为mH3.0160 50 u质量亏损为m3.024 607 u3.016 050 u0.008 557 u因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放出能量的反应释放的核能为Em931.5 MeV0.008 557931.5 MeV8.0 MeV.(2)氚核的结合能即为此核反应放出的能量，E8.0 MeV.它的比结合能为2.7 MeV.【小结】(1)核能的计算方法根据Emc2计算，计算时m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，E的单位是“J”根据Em931.5 MeV计算因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时m的单位是“u”，E的单位是“MeV”根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能核子比结合能核子数(2)利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算针对训练4完成下列核反应方程：查德威克发现中子BeHe_Cn_；卢瑟福发现质子NHe_OH_；居里夫妇发现放射性同位素AlHe_Pn_【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒，可得发现中子的核反应方程为BeHeCn；发现质子的核反应方程为NHeCH；发现放射性同位素的核反应方程为AlHeCn.5(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是(BD)A比结合能越大，原子核越不稳定B原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量C自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能D一个重原子核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能【解析】比结合能越大，原子核越稳定，故A错误；原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故B正确；自由核子组成原子核时，其质量亏损对应的能量等于该原子核的结合能，故C错误；一重原子核衰变成粒子和另一原子核，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故D正确6一放射性元素的原子核A静止在真空中，某瞬间发生衰变后变成质量为m1的新原子核B，释放出来的粒子的质量为m2.己知此核反应中的质量亏损为m，且释放的能量全部变为原子核B和粒子的动能，光在真空中的传播速度为c.求：(1)原子核A的质量大小；(2)新原子核B的动能【解析】(1)核反应中的质量亏损：mmA(m1m2)解得：mAmm1m2(2)由爱因斯坦质能方程可知，此核反应中释放的能量Emc2由动量守恒：m1v1m2v2因为核反应中释放的能量全部变为新原子核和粒子的动能则Em1vm2v解得：EkBm1vmc2.考 点 集 训【p348】A组1一个氡核 Rn衰变成钋核 Po，其核反应方程为 RnPoX，氡核的半衰期为3.8天下列说法正确的是(C)A方程式中的X是氚核B该核反应前后的质量数和质量都守恒C钋核 Po的比结合能大于氡核 Rn的比结合能D十个氡核 Rn经过3.8天一定还剩五个氡核 Rn【解析】方程式中的X质量数为4，电荷数为2，是氦核，选项A错误；该核反应前后的质量数守恒，因伴随能量产生，故有质量亏损，选项B错误；因钋核Po比氡核Rn更稳定，故钋核Po的比结合能大于氡核Rn的比结合能，选项C正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量的原子核衰变不适用，故选项D错误2关于原子核、原子核的衰变、核能，下列说法正确的是(D)A原子核的结合能越大，原子核越稳定B任何两个原子核都可以发生核聚变C.U衰变成Pb要经过8次衰变和6次衰变D发生衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2【解析】原子核的比结合能越大，原子核越稳定，选项A错误；只有质量较小的原子核才会发生聚变，故B错误；铀核U衰变成铅核Pb的过程中，衰变次数n8，衰变的次数为n88282926，要经过8次衰变和6次衰变，故C错误；粒子为氦核，由两个质子和两种中子组成，所以发生衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2，故D正确3(多选)下列有关核反应的方程中，表述正确的是(AD)A.HHHen是核聚变反应B.HHHen是衰变C.HeHH是核裂变反应D.UnBaKr3n是核裂变反应【解析】A反应是轻核聚变反应，选项A正确，B错误；核裂变是重核在中子轰击下分裂成中等核，并放出大量核能的反应，则C反应不是核裂变反应，D反应是重核裂变反应，选项C错误，D正确4(多选)关于原子和原子核，以下说法正确的是(BD)A汤姆孙首先发现了电子，并提出了原子的核式结构模型B一个氢原子从n3的能级发生跃迁，可能只辐射1种频率的的光子C10个U原子核经过一个半衰期后，一定还剩5个U原子核没发生衰变D核电站利用的核能主要来源于重核的裂变【解析】汤姆孙首先发现了电子，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，选项A错误；一个处于n3能级的氢原子直接跃迁到n1能级时，只辐射一种频率的光子，选项B正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量的原子核不适用，选项C错误；核电站利用的核能主要来源于重核的裂变，选项D正确5(多选)地球的年龄到底有多大？科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现的最古老的岩石中铀和铅含量的测定，推算出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半铀238衰变后形成铅206，铀238的原子数的相对含量随时间变化规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数由此可以判断出(BD)A铀238的半衰期为90亿年B地球的年龄大致为45亿年C被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为 14D被测定的古老岩石样品在90亿年时铀、铅原子数之比约为13【解析】设t0时刻，纯铀238的原子数为N0，t时刻铀238的原子数为N，则NN0，铀、铅原子数之和为N0，当时，tT45亿年，B对.90亿年时，此时，铅原子数为N0N，D对，选B、D.6(多选)下列说法正确的是(AB)A由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小B对于同一种金属来说，其极限频率恒定，与入射光的频率及光的强度均无关C卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子核内部由核子构成D.Th核发生衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数不变，质量数不变【解析】由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时半径减小，电场力做正功，电势能减小；由库仑力提供向心力得：可知电子的动能增大，故A正确；金属的极限频率是由金属本身决定的，对于同一种金属来说，其极限频率恒定，与入射光的频率及光的强度均无关，故B正确；当粒子穿过原子时，电子对粒子影响很小，影响粒子运动的主要是原子核，离核远则粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小，只有当粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以粒子接近它的机会就很少，因此只有少数粒子发生较大偏转，卢瑟福正是对这些现象的认真研究提出了原子核式结构模型，故C错误；根据衰变的实质可知，在衰变的过程中，原子核内的其中一个中子转化为一个质子和一个电子，所以新核的质量数不变，中子数减少一个，故D错误7(多选)如图所示，是国家国防科技工业局首次发布的“嫦娥二号”月面虹湾局部影像图，科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为HeHe2HHe.关于He聚变下列表述正确的是(BC)A聚变反应不会释放能量B聚变反应产生了新的原子核C聚变反应会有质量亏损D目前核电站都采用氦聚变反应发电【解析】聚变反应和裂变反应是根据爱因斯坦质能方程所发现的两种亏损质量计算能量的核反应方式，C对，A错；聚变反应是两个质量较小的核结合成一个中等质量的核，有新核产生，B对；与裂变相比，聚变反应目前还不能控制反应速度，使用的仅有氢弹，太阳内部发生聚变反应，都不可控，所以核电站所利用的都是铀裂变反应，D错8(多选)下列说法正确的是(AB)A天然放射线中射线实际就是电子流，它来自原子核内B放射性原子经过、衰变致使新的原子核处于较高能级，因此不稳定从而产生射线C氡222经过衰变变成钋218的半衰期为3.8天，一个氡222原子核四天后一定衰变为钋218D比结合能越大，原子越容易发生衰变【解析】天然放射线中射线实际就是电子流，它来自原子核内，故A正确；射线总是伴随衰变或衰变而产生的，放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出射线，故B正确；因为半衰期是统计规律，对单个原子核没有意义，故C错误；比结合能描述原子核的稳定性，比结合能越大，原子核越稳定，越不容易发生衰变，故D错误B组9一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中，由于发生了衰变而形成了如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为116，下列说法正确的是(C)A该原子核发生了衰变B反冲核沿小圆作顺时针方向运动C原静止的原子核的原子序数为15D沿大圆和小圆运动的粒子的周期相同【解析】由运动轨迹可知，衰变产生的新粒子与新核所受洛伦兹力方向相同，依动量守恒知两者运动方向相反，由洛伦兹力作用下的圆周运动的半径公式r得，反冲核必沿小圆周运动，由左手定则可知，反冲核运动方向为逆时针，放出的粒子沿顺时针运动，带负电，故发生的是衰变，A错，故B错误；由A项分析结合公式r，且r1r2116知，反冲核核电荷数为16，故静止的原核的原子序数为15，故C正确；由周期公式T得，周期与比荷有关，而粒子与反冲核比荷不同，周期不同，故D错误；故选C.10(多选)正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素8O注入人体，8O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器采集后，经计算机处理产生清晰图象，则根据PET原理判断下列表述正确的