高中物理 第十九章 原子核章末分层突破学案 新人教版选修3-5.doc

第十九章 原子核自我校对电离穿透有半数核子氮核铍核质量数电荷数mc2四类核反应及其核反应方程1.书写原则：核反应遵循质量数和电荷数守恒2常见的核反应方程及相关内容核反应式与其相关的重要内容uthhe衰变实质2h2nhethpae衰变实质nhenheoh质子的发现(1919年)卢瑟福behecn中子的发现(1932年)查德威克alhepn人工放射性同位素的发现约里奥居里夫妇psie正电子的发现(1934年)约里奥居里夫妇unsrxe10nunbakr3n重核裂变hhhen轻核聚变3.关于核反应的四点说明(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；遵循电荷数守恒(4)四类核反应的判断技巧：衰变方程的箭头左侧只有一项且箭头右侧必有he或e；人工转变的箭头左侧都含有一个用来轰击的小粒子，多为质子、中子、粒子或粒子，且被轰击核多为中等质量核；重核裂变的箭头左侧多为铀235，且有中子；聚变方程的箭头左侧的原子序数都很小多为前4号元素下列说法正确的是()a.hhhen是聚变b.unxesr2n是裂变c.rarnhe是衰变d.namge是裂变e.nheoh是聚变【解析】聚变是两个轻核结合成质量较大的核，a正确e错误；裂变反应指的是质量较大的核分解成几块中等质量的核，b正确，d错误；放射性元素自发的放射出粒子的现象是衰变，c正确【答案】abc核反应中的“守恒规律”原子核物理中，常提及核反应的“守恒规律”与“核能的计算”问题事实上，在核反应过程中，由于核力对核子做功，会引起“核反应系统”(以下简称“系统”)的能量变化我们就把系统释放或吸收的这部分能量，叫做核能从而，核反应即可分为质量亏损、释放核能和质量增加、吸收核能两大类型其中，又以研究发生质量亏损、释放核能的一类核反应为学习的重点欲解决核反应中有关“守恒规律”与“核能的计算”问题，可利用以下几条“依据”：1五个守恒(1)质量数守恒(2)质子数(电荷数)守恒(3)质量守恒(“亏损质量”与释放的“核能”相当)(4)能量守恒(5)动量守恒2两个方程(1)质能方程：emc2，m指物体的质量(2)核能：emc2.3一个半衰期(t)(1)剩余核数：nn0.(2)剩余质量：mm0.如图191所示，有界匀强磁场磁感应强度为b0.05 t，磁场方向垂直于纸面向里，mn是磁场的左边界，在磁场中a处放一个放射源，内装ra(镭)，ra放出某种放射线后衰变成rn(氡)试写出ra衰变的方程若a距磁场的左边界mn的距离oa1.0 m时，放在mn左侧的粒子接收器收到垂直于边界mn方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过oa的直线1.0 m，则此时可以推断出一静止镭核ra衰变时放出的能量是多少？(保留两位有效数字，取1 u1.61027 kg，电子电量e1.61019 c)图191【解析】rarnhe.镭衰变放出粒子和氡核，在磁场中做匀速圆周运动，粒子垂直于mn边界射出被接收器接收，粒子在磁场中的轨迹为1/4圆周，得圆半径为r1.0 m粒子的动量mvqbr1.61020 kgm/s粒子的动能为e1mv22.01014 j衰变过程中动量守恒，有mvmrnv1氡核反冲的动能为e2mrnv衰变过程释放出的能量为e1e2e12.041014 j.【答案】rarnhe2.041014 j如果在核反应中无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能.在这种情况下计算核能的主要依据是：(1)核反应过程中只有内力作用，故动量守恒.(2)反应前后总能量守恒.常见的反应类型：反应前总动能反应过程中释放的核能反应后总动能.(教师用书独具)1(2016合肥一中检测)下列关于核裂变和核辐射的方程中正确的是()a.unbakr10nb.puuhec.csbaed.ixeee.psie【解析】选项a中，质量数不守恒，选项e中，电荷数不守恒，故a、e错误；核辐射是放出、三种射线，选项b为衰变，放出射线，选项c、d为衰变，放出射线，故b、c、d正确【答案】bcd2(2016长沙一中检测)下列说法正确的是()a自由核子结合成原子核时，一定遵守质量守恒b在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量c发生核反应时，若反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应是放能反应d发生核反应时，若反应前的总质量小于反应后的总质量，这个反应必定吸收能量e不论哪种核反应，都遵守质量数守恒和电荷数守恒【解析】当自由核子结合成原子核时，一定存在质量亏损；核反应前后一般存在质量的变化，若质量减少则放出能量，反之吸收能量，由此知c、d正确，a、b错误由核反应规律知e项正确【答案】cde3(2016济南一中检测)如图192所示，国际原子能机构2007年2月15日公布核辐射警示新标志，新标志为黑框经底三角，内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形核辐射会向外释放三种射线：射线带正电，射线带负电，射线不带电现有甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中，其中一个核放出一个粒子，另一个核放出一个粒子，得出如图所示的四条径迹，则()图192a磁场的方向一定垂直于纸面向里b甲核放出的是粒子，乙核放出的是粒子ca为粒子的径迹db为粒子的径迹ec为粒子的径迹【解析】衰变过程中满足动量守恒，释放粒子与新核的动量大小相等、方向相反，根据带电粒子在磁场中的运动不难分析：若轨迹为外切圆，则为衰变；若轨迹为内切圆，则为衰变又因为rmv/qb知半径与电荷量成反比，可知答案为b、d、e项【答案】bde4(2016全国丙卷)一静止的铝原子核al俘获一速度为1.0107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核si*.下列说法正确的是()a核反应方程为palsi*b核反应过程中系统动量守恒c核反应过程中系统能量不守恒d核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和e硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致【解析】核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为palsi*，说法a正确核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，说法b正确，说法c错误核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，说法d错误根据动量守恒定律有mpvpmsivsi，碰撞后硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度方向一致，说法e正确【答案】abe5(2016全国甲卷)在下列描述核过程的方程中，属于衰变的是_，属于衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_(填正确答案标号)a. cneb.psec. uthhed. nheohe. unxesr2nf.hhhen【解析】衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出粒子的现象，选项c为衰变；衰变为衰变过程中释放出粒子的现象，选项a、b均为衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项e是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项f是典型的核聚变过程【答案】cabef章末综合测评(时间：50分钟满分：100分)一、选择题(本题包括8小题，每小题6分，共48分在每小题给出的5个选项中有3项符合题目要求，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得6分每选错1个扣3分，最低得分为0分)1在人类认识原子与原子核结构的过程中，符合物理学史的是()a查德威克通过实验证实了卢瑟福关于中子的猜想是正确的b汤姆孙首先提出了原子的核式结构学说c居里夫人首先发现了天然放射现象d卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子e贝克勒尔首先发现了天然放射现象【答案】ade2典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出x个中子：unbakrxn，铀235质量为m1，中子质量为m2，钡144质量为m3，氪89的质量为m4，下列说法正确的是()a该核反应类型属于人工转变b该反应放出能量(m12m2m3m4)c2cx的值是3d该核反应比聚变反应对环境的污染少e该核反应属于核裂变，比聚变反应对环境的污染重【解析】该核反应是核裂变，不是人工转变，故a错误；核反应方程unbakrxn中根据质量数守恒，有：235114489x，解得：x3；根据爱因斯坦质能方程，该反应放出能量为：emc2(m1m2m3m43m2)c2(m1m3m42m2)c2，故b、c正确；该核反应生成两种放射性元素，核污染较大，故d错误，e正确【答案】bce3关于近代物理，下列说法正确的是()a射线是高速运动的氦原子核b核聚变反应方程hhhen中，n表示质子c从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比d玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征e爱因斯坦给出了物体的能量与它的质量的关系，emc2【解析】射线是氦原子核，a对；n表示中子，b错；据光电效应方程ekmhw0可知，光电子的最大初动能随照射光的频率的增大而增大，并不成正比，c错；玻尔的量子观念能解释氢原子光谱，d对，是爱因斯坦给出了emc2.【答案】ade4(2016全国丙卷)一静止的铝原子核al俘获一速度为1.0107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核si*.下列说法正确的是()a核反应方程为palsi*b核反应过程中系统动量守恒c核反应过程中系统能量不守恒d核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和e硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致【解析】核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为palsi*，说法a正确核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，说法b正确，说法c错误核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，说法d错误根据动量守恒定律有mpvpmsivsi，碰撞后硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度方向一致，说法e正确【答案】abe5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t1最后都变成pb，衰变路径如图1所示则()图1aa84bb206c.bix是衰变，bitl是衰变d.bix是衰变，bitl是衰变e.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【答案】abc6下列说法中正确的是()a粒子散射实验证明了原子核还可以再分b天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构c分别用x射线和紫光照射同一金属表面都能发生光电效应，则用x射线照射时光电子的最大初动能较大d基态氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，可能发射多种频率的光子e要使轻核聚变，必须使它们的距离达到1015 m以内【解析】粒子散射实验揭示了原子的核式结构，天然放射现象证明了原子核还可以再分，选项a、b均错误；x射线的频率高于紫光的频率，用x射线照射金属时获得光电子的最大初动能会更大，选项c正确；基态氢原子吸收一个光子发生跃迁，当跃迁到较高的能级时(n3)，就可能发射多种频率的光子，选项d正确要使轻核发生聚变必须使它们的距离达到1015以内，核力才能起作用e正确【答案】cde7“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，即原子核俘获一个核外电子核内一个质子变为中子，原子核衰变成一个新核，并且放出一个中微子(其质量小于电子质量且不带电)若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”(电子的初动量可不计)，则 ()a生成的新核与衰变前的原子核质量数相同b生成新核的核电荷数增加c生成的新核与衰变前的原子核互为同位素d生成的新核与中微子的动量大小相等e在发生“轨道电子俘获”的过程中，系统动量守恒【解析】质子与中子的质量数相同，所以发生“轨道电子俘获”后新核与原核质量数相同，a正确；新核质子数减少，故核电荷数减少，b错误；新核与原核质子数不同，不能称它们互为同位素，c错误；以静止原子核及被俘获电子为系统，系统动量守恒，系统初动量为零，所以生成的新核与中微子的动量大小相等，方向相反，d、e正确【答案】ade8太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看做是4个氢核(h)结合成1个氦核(he)下表中列出了部分粒子的质量(1 u相当于931.5 mev的能量)，以下说法中正确的是 ()粒子名称质子p粒子电子e中子n质量/u1.007 34.001 50.000 551.008 7a.核反应方程式为4hhe2eb核反应方程式为4hhe2ec4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 6 ud4个氢核聚变反应过程中释放的能量约为24.8 meve四个氢核聚变反应过程中释放的能量约为24.8 j【解析】根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒关系可判断a正确，b错误；根据质能方程可知c、d正确，e错误【答案】acd二、非选择题(本题共5小题，共52分)9(4分)由图2所示可得出结论质子和中子的质量之和_氘核的质量，氘核分解为质子和电子时要_能量图2【解析】由图可以看出，氘核分解为质子和中子的过程中是吸收能量的，因此两个核子质量之和大于氘核的质量【答案】大于吸收10(8分)(2016全国甲卷)在下列描述核过程的方程中，属于衰变的是_，属于衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_(填正确答案标号)a.6c7n 01eb.ps 01ec.92u90thhed.7nhe8ohe.92un54xesr2nf.hhhen【解析】衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出粒子的现象，选项c为衰变；衰变为衰变过程中释放出粒子的现象，选项a、b均为衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项e是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项f是典型的核聚变过程【答案】cabef11(10分)1926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)已知钋核的速度v1106 m/s，求粒子的速率. 【导学号：66390061】【解析】(1)4m222206，m486822mn，n4(2)由动量守恒定律得mvmpov0解得v5.45107 m/s【答案】(1)44(2)5.45107 m/s12(14分)为测定某水库的存水量，将一瓶放射性同位素溶液倒入水库中，已知这杯溶液每分钟衰变8107次，这种同位素的半衰期为2天，10天以后从水库取出1 m3的水，并测得每分钟衰变10次，求水库的存水