江苏2019年高考物理总复习第64讲原子核讲义.docx

第64讲原子核考情剖析考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求原子核的组成、原子核的衰变半衰期、放射性同位素放射性的应用与防护、核力与结合能质量亏损、核反应方程、裂变反应聚变反应链式反应14年T12C(2)填空，考查核反应方程和原子核的衰变应用数学处理物理问题15年T12C(2)填空，考查核反应方程和裂变反应的临界体积T12C(3)计算，考查核反应方程式和结合能推理、应用数学处理物理问题17年T12C(1)选择，考查结合能和比结合能理解弱项清单,核反应方程的书写没有真正了解衰变的本质特征，核反应方程式书写错误，质量亏损的方程Emc2写错，对核反应中吸能和放能不理解知识整合一、天然放射现象1天然放射现象：某些元素_放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称为_2三种射线的实质与对比种类射线射线射线组成高速_流高速_流电磁波电性_质量数_微观粒子符号_速度可达_c可达_cc贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱3.原子核的组成(1)原子核：由_和_组成，质子和中子统称为_(2)核电荷数(Z)：等于核内_，也等于核外_，还等于元素周期表中的_(3)核质量数(A)：等于核内的_，即_与_之和(4)原子核通常用X表示具有相同质子数和不同中子数的原子核，在元素周期表中处于同一位置，因而互称_有放射性的称放射性_二、原子核的衰变1定义：原子核自发地放出某种粒子而转变为_的变化叫原子核的_2分类(1)衰变：XYHe，同时放出射线；(2)衰变：XYe，同时放出射线3半衰期(1)定义：放射性元素的原子核_发生衰变需要的时间(2)半衰期的大小由放射性元素的_决定，跟原子所处的外部条件(如压强、温度等)和化学状态(如单质或化合物)无关三、放射性同位素及应用1放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等2做示踪原子四、核反应用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程典型核反应：1卢瑟福发现质子的核反应方程为：NHeOH.2查德威克发现中子的核反应方程为：BeHeCn.3约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：AlHePn，PSie.常见的核反应有：_、_、_和_五、核力与结合能1核力和结合能由于原子核中的核子间存在强大的核力，使得原子核成为一个坚固的集合体，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功，反之，要把核子集合成一个原子核，就要放出巨大的能量原子核是核子结合在一起的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能原子核越大，结合能越_，因此有意义的是它的结合能与核子数之比，称_，也叫平均结合能平均结合能越_，表示原子核子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定2质能方程(1)质能方程：_，m是物体的质量，c是真空中的光速上述表明：物体的质量和能量间有一定联系，即物体具有的能量与其质量成正比，当物体的能量增加或减小E，它的质量也会相应地增加或减少m，E与m的关系是_(2)质量亏损核子结合成原子核时要释放能量，按上述关系，原子核的质量要_组成原子核的核子总质量，这个质量差异叫质量亏损3获得核能的途径(1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个(或多个)中等质量核的反应过程重核裂变的同时放出几个_，并释放出大量核能重核裂变时发生链式反应的最小体积叫临界体积(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能，要想使氘和氚核合成氦核，必须达到几百万摄氏度以上的高温，因此聚变反应又叫_方法技巧考点1原子核和原子核的衰变1衰变规律及实质(1)两种衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变方程XYHeXYe衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子2H2nHenHe衰变规律,电荷数守恒、质量数守恒(2)射线：射线衰变规律经常是伴随着衰变或衰变同时产生的其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子2原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程3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XA，Z，YnHeme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4半衰期(1)公式：N余N原，m余m原.式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，表示半衰期(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关【典型例题1】(17年徐连宿三模)一静止的铀核U发生衰变后变为钍核Th，放出的粒子速度为0.1c(c是光在真空中的速度)，不考虑相对论效应(1)试写出该衰变的核反应方程；(2)求钍核的速度大小1.(17年盐城三模)氡222经过衰变变成钋218，t0时氡的质量为m0，任意时刻氡的质量为m，下列四幅图中周期的是()ABCD【学习建议】原子核衰变后剩余质量与原质量之间的关系式要熟悉考点2核反应类型及核反应方程的书写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UThHe衰变自发ThPae人工转变,人工控制,NHeOH(卢瑟福发现质子)BeHeCn(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,除氢弹外无法控制,HHHen2.书写核反应方程的注意点(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒遵循核电荷数守恒【典型例题2】(17年南京二模)一个静止的氮核N俘获一个速度为1.1107 m/s的氦核变成B、C两个新核，设B的速度方向与氦核速度方向相同、大小为4106 m/s，B的质量数是C的17倍，B、C两原子核的电荷数之比为81.(1)写出核反应方程；(2)估算C核的速度大小【学习建议】书写衰变方程时，注意质量数，电荷数守恒2.(17年苏北六市联考)原子核的能量也是量子化的，钍核(Th)的能级图如图所示.Ac能发生衰变产生钍核，钍核处于n3的能级(1)写出Ac发生衰变的方程；(2)发生上述衰变时，探测器能接收到射线谱线有几条？求出波长最长光子的能量E.考点3关于核能的计算1应用质能方程解题的流程图(1)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”(2)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”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【典型例题3】(17年苏锡常镇二模)以一定速度运动的原子核X放出粒子后变成静止的原子核Y，若X、Y和粒子的静质量分别是M、m1和m2，真空中光速为c，不考虑相对论效应求反应过程中释放的能量以及粒子的动能【典型例题4】太阳能屋顶、太阳能幕墙、太阳能汽车、太阳能动态景观科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部4个氢核(H)转化成一个氦核(He)和两个正电子(e)并放出能量已知质子质量mp1.0073 u，粒子的质量m4.0015 u，电子的质量me0.0005 u，1 u的质量相当于931.5 MeV的能量(1)写出该热核反应方程；(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少MeV的能量？(结果保留四位有效数字)当堂检测1.(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XYHeH4.9 MeV和HHHeX17.6 MeV，下列表述正确的有() AX是中子 BY的质子数是3，中子数是6 C两个核反应都没有质量亏损 D氘和氚的核反应是核聚变反应2(17年江苏高考)(多选)原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有()第2题图 A.He核的结合能约为14 MeV B.He核比Li核更稳定 C两个H核结合成He核时释放能量 D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大3大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电氘核聚变反应方程是：HHHen.已知H的质量为2.0136 u，He的质量为3.0150 u，n的质量为1.0087 u，1 u931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为() A3.7 MeV B3.3 MeV C2.7 MeV D0.93 MeV4(17年常州一模)静止的Li原子核，俘获一个速度为7.7104 m/s的中子而发生核反应放出粒子后变成一个新原子核，测得粒子速度为2104 m/s，方向与中子速度方向相同(1)写出核反应方程式(2)求生成的新核的速度大小51926年美国波士顿的内科医生卢姆加特等首次应用放射性氡研究人体动、静脉血管床之间的循环时间，被誉为“临床核医学之父”氡的放射性同位素有27种，其中最常用的是Rn.Rn经过m次衰变和n次衰变后变成稳定的Pb.(1)求m、n的值；(2)一个静止的氡核(Rn)放出一个粒子后变成钋核(Po)已知钋核的速率v1106 m/s，求粒子的速率第64讲原子核知识整合基础自测一、1.自发地放射性元素2氦核电子正负40He 01e0.1099 3(1)质子中子核子(2)质子数电子数原子序数(3)核子数质子数中子数(4)同位素放射性同位素二、1.新核衰变3.(1)有半数(2)内部自身的因素四、3.衰变人工转变裂变聚变五、1.大比结合能大2(1)Emc2Emc2(2)小于3(1)中子(2)热核反应方法技巧典型例题1 (1)UThHe(2)c【解析】(1)质量数与电荷数守恒得方程： UThHe；(2)设钍核的质量为M，反冲速度为v，由动量守恒定律0m(0.1c)Mv其中，得vc.变式训练1B【解析】每经过一个半衰期有一半质量发生衰变，则剩余质量mm0，计算得出，为半衰期，可以知道与t成指数函数关系，所以B选项是正确的典型例题2(1)NHeOH(2)2.4107 m/s【解析】(1)根据电荷数守恒、质量数守恒得，B、C电荷数之和为9，因为B、C两原子核的电荷数之比为81.则C的电荷数为1，B、C质量数之和为18.因为B的质量是中子的17倍，则B的质量数为17，则C的质量数为1，所以C为质子； 故核反应方程为： NHeOH；(2)设氦核的速度方向为正方向； 根据动量守恒得， mHevHemBvBmCvC，计算得出vC24107 m/s.变式训练2(1)AcThe (2)3条0.0721 MeV【解析】(1)根据电荷数守恒、质量数守恒知， 衰变的方程为： AcThe；(2)根据C3知，探测器能接收到射线谱线有3条. 波长最长对应能级差最小，则波长最长光子的能量EE2E10.0721 MeV.典型例题3(Mm1m2)c2(Mm1m2)c2【解析】根据爱因斯坦质能方程得Emc2(Mm1m2)c2; 因为反应后存在质量亏损，所以反应前后总动能之差等于质量亏损而释放的核能，则有： Ekm2vMv(Mm1m2)c2；反应过程中三个粒子组成的系统动量守恒，则有： MvXm2v； 联立计算得出粒子的动能为Ekm2v(Mm1m2)c2.典型例题4(1)4HHe2e(2)24.87 MeV【解析】(1)4HHe2e；(2)m4mpm2me41.0073 u4.0015 u20.0005 u0.0267 u，Emc20.0267931.5 MeV24.87 MeV. 当堂检测1AD【解析】根据核反应中质量数、电荷数守恒，由HHHeX17.6 MeV知X是中子，A正确，由XYHeH4.9 MeV，可知，Y的质量为6，电荷数为3，可以确定该核的质子数为3，中子数为3.B错误因两个核反应都向外辐射能量，所以两个反应质量亏损氘和氚的核反应是轻核聚变反应2BC【解析】由图可以知道，氦核的结合能大约为7 MeV，氦核的核子数为4，则氦核的结合能大约为28 MeV，故A错误由图可以知道，氦核的比结合能大，所以B选项是正确的两个H核结合成He核时有质量亏损，释放能量，所以C选项是正确的由图可以知道， U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，故D错误. 3B【解析】质量亏损为m0.0035 u，释放的核能为Emc20.003593132585 MeV，约为3.3 MeV，故B项正确4(1)L