广东省汕头市澄海中学高三物理复习 第13章 原子核与放射性　核能学案.DOC

广东省汕头市澄海中学高三物理复习第13章 学案63 原子核与放射性核能一、概念规律题组1若用x代表一个中性原子的核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对90th的原子来说()ax90，y90，z234bx90，y90，z144cx144，y144，z90dx234，y234，z3242关于天然放射现象，下列说法正确的是()a放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期b放射性物质放出的射线中，粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强c当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生衰变d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3关于放射性元素的半衰期，下列说法中正确的是()a原子核全部衰变所需要的时间的一半b原子核有半数发生衰变所需要的时间c原子量减少一半所需要的时间d元素质量减半所需要的时间4关于质能方程，下列哪些说法是正确的()a质量减小，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量b物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值c物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系d某一定量的质量总是与一定量的能量相联系二、思想方法题组 一、确定衰变次数的方法 规范思维二、对半衰期的理解1根据半衰期的概念，可总结出公式n余n原()t/，m余m原()t/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3只有对大量原子核衰变时谈半衰期才有意义，因为半衰期为统计规律，对少数原子核不适用【例2】 (2011山东38(1)碘131核不稳定，会发生衰变，其半衰期为8天(1)碘131核的衰变方程：_(衰变后的元素用x表示)(2)经过_天有75%的碘131核发生了衰变针对训练1某考古队发现一古生物骸骨考古专家根据骸骨中的含量推断出了该生物死亡的年代已知此骸骨中的含量为活着的生物体中的1/4，的半衰期为5 730年该生物死亡时距今约_年三、核反应的四种类型特别提示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【例3】 (2009天津卷)下列说法正确的是()a.nhche是衰变方程b.hhhe是核聚变反应方程c.uthhe是核裂变反应方程d.healpn是原子核的人工转变方程【例4】 (2009安徽卷)原子核聚变有望给人类的未来提供丰富的洁净能源当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出热量这几种反应的总效果可以表示为6hkhedh2n43.15 mev由平衡条件可知()ak1，d4 bk2，d2ck1，d6 dk2，d3四、核能的计算1核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时释放的能量为质量亏损(m)数乘以真空中光速(c3108 m/s)的平方即emc2(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(mev)能量，用核子结合成原子核时释放的能量为亏损的原子质量单位数乘以931.5 mev，即em931.5 mev(3)注意式中m的单位是kg，e的单位是j；式中m的单位是指原子质量单位u(1 u1.6605661027 kg)，e的单位是兆电子伏特(mev)2核反应中释放的核能，在无光子辐射的情况下，将转化为生成的新核和新粒子的动能因此在此情况下可应用动量守恒定律和能量守恒及转化定律来计算核能【例5】 (2009山东卷)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 mev的质子h轰击静止的x，生成两个动能均为8.9 mev的he.(1 mev1.61013 j)(1)写出上述反应方程；(2)求出上述反应中的质量亏损针对训练2原来静止的铀u和钍234同时在同一匀强磁场中，由于衰变而开始做匀速圆周运动铀238发生了一次衰变，钍234发生了一次衰变(1)试画出铀238发生一次衰变时所产生的新核及粒子在磁场中运动轨迹的示意图(2)试画出钍234发生一次衰变时所产生的新核及粒子在磁场中运动轨迹的示意图【基础演练】1(2009北京卷)下列现象中，与原子核内部变化有关的是()a粒子散射现象 b天然放射现象c光电效应现象 d原子发光现象2(2009上海卷)放射性元素衰变时放出的三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是()a射线，射线，射线 b射线，射线，射线c射线，射线，射线 d射线，射线，射线a衰变、衰变和衰变 b衰变、衰变和衰变c衰变、衰变和衰变 d衰变、衰变和衰变4(2010全国卷14)原子核x与氘核h反应生成一个粒子和一个质子由此可知()aa2，z1 ba2，z2ca3，z3 da3，z25关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的有()a是原子核质量减少一半所需的时间b是原子核有半数发生衰变所需的时间c把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的半衰期d可以用来测定地质年代、生物年代等6雷蒙德戴维斯因研究来自太阳的中微子(e)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖他探测中微子所用的探测器主体是一个贮满615 t四氯乙烯(c2cl4)液体的巨桶中微子可以将一个氯核转变为一个氩核和一个电子，其核反应方程式为eclare.已知 cl核的质量为36.956 58 u，ar核的质量为36.956 91 u，e的质量为0.000 55 u，1 u质量对应的能量为931.5 mev.根据以上信息，可以判断()a中微子不带电b中微子就是中子c.c1和ar是同位素d参与上述反应的中微子的最小能量约为0.82 mev7某科学家提出了年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为方程中q1、q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：原子核hhehe6c7n7n质量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1以下推断正确的是()ax是he，q2q1 bx是he，q2q1cx是he，q2q1 dx是he，q2q18美国研究人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用铜和半衰期长达100年的放射性同位素镍63(ni)这两种金属作为长寿命电池的材料将镍63置于中央，四周包上铜皮，利用镍63发生衰变时释放电子给铜片，可用镍63和铜片作电池两极，为外接负载提供电能下列有关该电池的说法正确的是()a镍63的衰变方程是niecub镍63的衰变方程是niecuc外接负载时镍63的电势比铜片高d该电池内电流方向是从铜片到镍【能力提升】9(2009福建29(1)14c测年法是利用14c衰变规律对古生物进行年代测定的方法若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14c的质量，m0为t0时14c的质量下面四幅图中能正确反映14c衰变规律的是()题号123456789答案10.(1)下列叙述中正确的有()a光的粒子性被光电效应和康普顿效应所证实b在粒子散射实验的基础上，卢瑟福提出了原子的核式结构模型c紫外线照射某金属表面时发生了光电效应，则红外线也一定可以使该金属发生光电效应d氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经过7.6天后就一定只剩下一个氡原子核(2)氢原子能级如图1所示，则要使一个处于基态的氢原子释放出一个电子而变为氢离子，该氢原子需要吸收的能量至少是_ev，一群处于n4能级的氢原子回到n2的状态过程中，可能辐射_种不同频率的光子图1(3)静止的锂核li俘获一个速度为8106 m/s的中子，发生核反应后若只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦he，它的速度大小是8106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相同完成此核反应的方程式linhe_.反应后产生的另一个粒子的速度大小为_m/s，方向_11某实验室工作人员，用初速度v00.09c(c为真空中的光速)的粒子轰击静止的氮原子核，产生了质子h.若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核与质子同方向运动，垂直磁场方向射入磁场，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为120，已知质子质量为m.(1)写出核反应方程；(2)求出质子的速度v；(3)若用两个上述质子发生对心弹性碰撞，则每个质子的动量变化量是多少？(保留两位有效数字)12如图2所示，图2一个有界的匀强磁场，磁感应强度b0.50t，磁场方向垂直于纸面向里，mn是磁场的左边界在距磁场左边界mn 1.0 m处有一个放射源a，内装放射性物质88ra(镭)，88ra发生衰变生成新核rn(氡)放在mn左侧的粒子接收器可以接收到垂直于边界mn方向射出的粒子，此时接收器位置距直线oa的距离为1.0 m.(1)试写出ra的衰变方程；(2)求衰变后rn(氡)的速率(质子、中子的质量为1.61027 kg，电子电荷量e1.61019 c)学案63原子核与放射性核能【课前双基回扣】1b在90th中，左下标为质子数，左上标为质量数，则y90；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x90；中子数等于质量数减去质子数，z23490144，所以b选项对2d本题是对天然放射现象基本概念的考查半衰期的概念是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是原子核内的核子半数发生衰变所需的时间，选项a错误；放射性物质放出的射线中，粒子的动能很大，但由于它与外界物质的原子核碰撞时很容易损失能量，因此它贯穿物质的本领很小，选项b错误；放射性元素发生衰变是因为原子核不稳定所引起的，与核外电子的能量高低无关，选项c错误；放射性元素发生衰变后的新核从高能级向低能级跃迁时会以光子的形式放出能量，射线即为高能的光子流，选项d正确3bd放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫做这种元素的半衰期，它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核，原来的放射性元素原子核的个数不断减少，当原子核的个数减半时，放射性元素的原子核的质量也减半故选项b、d正确4bd质能方程emc2，表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据emc2来计算5ax原子核中的核子数为(2351)(942)140个，b错误中子数为140(9238)86个，a正确裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，c、d错6c裂变是重核变为中等质量的核，是；衰变有衰变和衰变，衰变的结果是释放氦核，衰变的结果是从中子中释放电子，是；聚变是质量较小的核结合成质量较大的核，是综上所述c正确思维提升1原子核是由中子和质子组成2核反应方程共有四种：衰变、人工转变、裂变、聚变3衰变中射线的实质he，衰变中射线的实质是电子流射线是伴随着衰变或衰变同时产生的，是一种光子4半衰期为统计规律，对少数原子核没有意义半衰期的长短决定于原子核内部因素5质能方程：emc2，质量亏损：emc2.【核心考点突破】例1 d由质量数和电荷数守恒可得解得：x3，y2.规范思维确定衰变次数首先要明确两种衰变规律例2 (1)(2)16解析(1)根据衰变过程电荷数守恒与质量数守恒可得衰变方程：；(2)每经1个半衰期，有半数原子核发生衰变，经2个半衰期将剩余，即有75%发生衰变，即经过的时间为16天例3 bda为人工核反应，b为核聚变反应，c为衰变方程，d为人工转变方程，故b、d正确例4 b根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒得解得，b对例5 (1)hxhehe或hlihehe(2)3.11029 kg解析(1)根据核反应过程中质量数和电荷数守恒得解得，为li，所以反应方程为hxhehe或hlihehe(2)设反应前质子的动能为ek0，反应后he的动能为ek，由于质量亏损而释放的能量为e2ekek0(28.90.5) mev17.3 mev根据爱因斯坦质能方程，有m106 kg3.11029 kg例6 (1)见解析(2)5.034 mev 针对训练111 460解析根据公式mm0()(其中m、m0分别是现在与原来的质量，t为距今的时间，为半衰期)得()，所以t11 460(年)2见解析解析(1)铀238发生衰变时，由于放出粒子而产生了新核，根据动量守恒定律，它们的总动量为零，即：m1v1m2v20因为它们都带正电，衰变后的速度的方向正好相反，所以，受到的洛伦兹力方向也相反，因而决定了它们做圆周运动的轨迹圆是外切的它们做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供即：mbqv.所以r.又因为m1v1m2v2.所以，由于q12，q292290，因而.如图所示，其中轨道a为粒子的径迹，轨道半径为r1，轨道b为新核的径迹，其轨道半径为r2.(r1r2)(2)同理，钍234发生一次衰变放出的粒子与产生的新核的动量大小相等，方向相反，即总动量为零可是，粒子带负电，新核带正电，它们衰变后的速度方向相反，但受的洛伦兹力方向相同，所以，它们的两个轨迹圆是内切的，且粒子的轨道半径大于新核的轨道半径，它们的轨迹示意图如图所示，其中，c为粒子的径迹，d为新核的径迹思想方法总结1核衰变次数的计算原子核由质子和中子组成，它的原子序数就等于它的质子数；质子数和中子数总和(核子数)就等于它的质量数确定方法是：根据衰变不改变质量数，首先由质量数改变确定衰变次数，然后根据核电荷数守恒确定衰变次数2核能的计算方法：根据emc2计算核能时，质量亏损m是质量不是质量数，其单位是“kg”，c的单位是“m/s”，e的单位是“j”根据em931.5 mev计算核能时因一原子质量单位(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”3、衰变过程与动量守恒及带电粒子在匀强磁场中的运动的综合应用问题(1)、衰变过程系统的动量守恒，若原核是静止的，则有：mvm新v新由带电粒子在磁场中运动的轨道半径及旋转方向可判断或粒子的半径大，新核的半径小，两圆内切为衰变，两圆外切为衰变；由两圆半径关系可推知新核及原核的核电荷数(2)放射性元素衰变时放出的三种射线，不论是垂直进入匀强磁场，还是垂直进入匀强电场，偏转角度大的(或半径小的)是粒子，偏转角度小的(或半径大的)是粒子【课时效果检测】1b粒子散射现象表明了原子有核式结构；光电效应现象说明光的粒子性；原子发光现象是由原子中电子的跃迁产生的；天然放射现象说明原子核具有复杂结构，故选b.2b3a4.d5bd原子核衰变后变成新核，新核与未衰变的核在一起，故半衰期并不是原子核的数量、质量减少一半，a错，b对；衰变快慢由原子核内部的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，常用其测定地质年代、生物年代等，故c错，d对6ad7.b8acd镍63的衰变方程为niecu，镍63发生衰变时核内一个中子转化为一个质子和一个电子，电子聚集到铜片上而