高三物理一轮复习原子核

1、第十六章原子核命题导向:1.考查内容：粒子散射实验；射线、射线、射线的穿透能力、电离作用及其应 用；核反应方程及核反应类型；同位素及其应用；爱因斯坦质能方程等.2.命题形式：选择题,也可能把核反应方程、核能、质量亏损、爱因斯坦质能方程与动量 守恒、能量守恒、磁场等知识综合起来命题.复习策略：1.重点：核反应方程和核能、质量亏损、爱因斯坦质能方程等命题频率较高. 2.要记准一些常用粒子的符号.如11H、10n、0-1e、0+1e、42He,21H等. 3.复习本章内容要以课本为主,理解和记忆基本概念和史实.第一课时原子核知识要点：一、原子的核式结构模型1.原子、原子核的大小：D原子=10-10m

2、,D核=10-15m2.质子是1919年卢瑟福用粒子轰击氮核发现的：147N+42He178O+11H3.卢瑟福预言了原子核内有中子的存在,它的质量跟质子很相近,不带电.4.查德威克用粒子轰击镀核发现了中子,说明中子是原子核的组成部分： 94Be+42He126C+10n.二、天然放射现象1.贝克勒耳（获1903年诺贝尔奖）首先发现天然放射现象,揭开了人类研究原子核结构的序幕.2.原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性,原子序数小83的天然存在的元素有些也具有放射性,它们放射出的射线共有三种.三、三种射线的本质和特性、核的衰变1.、射线的本质和性质种类组成在电磁场带电量速度对空气的穿透

3、中的情况电离本领本领高速氮核C/10射线42He偏转2e最强最弱高速电子流射线0-1e偏转-eC弱强频率高的光子射线(波长短的不偏0C最弱最强电磁波) 2.两种衰变:衰变、衰变. 3.衰变规律:电荷数守恒、质量数守恒. 4.衰变方程:衰变:23892U23490Th+42HeAZXA-4Z-2Y十42He 衰变:23490Th23491Pa+0-1eAZXAZ+1Y+0-1e5.半衰期（T）:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。M余=m原（1/2）t/T 意义:放射性同位素的原子核有半数发生衰变需要的时间. 放射性元素的半衰期与物质所处的物理状态及化学状态无关,它是一个统计规律,只对大

4、量的原子核才适用.四、放射性同位素1. 应用：利用它的射线；作为示踪原子2. 约里奥·居里夫妇使人类首次得到放射性同位素五、核能：原子结构在改变过程中吸收或释放的能量. 1.质能方程：E=mc22.核能的计算：1）写出核反应方程. 2）计算质量亏损m. 3）根据质能方程E=mc2计算核能.注意:(1)在核能计算和表示中常用eV和MeV,1eV=1.6022×10-19J1MeV=106eV (2)如果质量m以原子质量单位(u)为单位,可用如下相当关系1u=931.5MeV来计算核能(3)如果在某些核反应中,物体的能量增加了,说明该核反应中的物体的质量增加了3.释放能量的过程

5、有:核子结合成原子核. 重核分裂成中等质量的核. 轻核结合成中等质量的核.(1)铀核裂变的一种典型反应：23592U+10n14056Ba+9236kr+310n 裂变前的总质量：mU=390.3139×10-2kgmn=1.6479×10-27kg 裂变后的质量：mBa=234.0016×10-27kg mkr=152.6047×10-27kg 3mn=5.0247×10-27kg 质量亏损：m=(mU+mn)一(mBa十mkr+3mn)=0.5378×10-27kg 释放的能量：E=mc2=201MeV （2）聚变反应：和裂变相比

6、,聚变反应释放的能量更多.例如：一个氘核和一个氚核发生聚变：21H+31H42He+10n mD=2.014102U mT=3.01605OU m=4.002603U mn=1.008665U 1u=1.6606×10-27kg,e=1.6022×10-19C 释放出的能量：E=mc2=17.6MeV平均每个核子放出的能量约为3.3MeV,而铀核裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV.重难疑点：问题一:1.放射性元素衰变的快慢与物质所处的物理状态及化学状态无关,由元素本身决定； 2.一次衰变不能同时产生射线和射线例1：由原子核的衰变规律可知(C)A. 放射性元素一次衰变可

7、同时产生射线和射线B. 放射性元素发生衰变,新核的化学性质不变C.放射性元素衰变的速率跟它所处的状态无关 D.放射性元素发生正电子衰变时,新核质量数不变,核电荷数增加1问题二:1.衰变的实质：10n11H + 0-1e 2.衰变的实质：210n+211H 42He例2：放射性元素发生衰变时所释放的电子是（C） A.原子的最外层电子 B.原子的最内层电子 C.原子核内的中子转化为质子时产生电子 D.原子核内质子转化为中子时产生的电子问题三：不是所有的核反应都是放核能二质量亏损，核子间存在巨大的核力，要把原子核撤成 核子需要巨大的能量。如+21H11H+10n例3：以下说法正确的是(C) A.汤姆

8、生通过对射线的研究.发现了电子,从而提出了原子核式结构学说 B.贝克勒耳通过对天然放射现象的研究,发现了质子和中子 C.1个21H的质量小于1个11H和1个10n的质量之和 D.元论是核子结合成原子核还是原子核分裂为核子,都由于质量亏损而释放出核能方法点拨：一、粒子散射实验例1：在粒子穿过金箱发生大角度散射的过程中,下列的哪些说法是正确的(A) A.粒子一直受到金原子核的斥力作用 B.粒子的动能不断减小C.粒子的电势能不断增大 D.粒子发生散射,是与电子碰撞的结果训练1：在卢瑟福的粒子散射实验中,有少数目粒子发生大角度偏转,其原因是(A)A. 原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.

9、 正电荷在原子中是均匀分布的 C.原子中存在带负电的电子 D.原子只能处在一系列不连续的能量状态中解析:实验中发现少数粒子发生大角度偏转,从“少数”二字看到原子内部绝大部分空间是“空的”,“大角度的偏转”表明:粒子与核带同种电荷而相互排斥,由动量守恒定律可知, 即使粒子速度有较大的改变,核的速度变化也很小,即核有较大的质量.二、核反应方程的书写（衰变、人工转变、裂变、聚变）1.必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律.有些核反应方程还要考虑到能量守恒规律(例如 裂变和聚变方程常含能量项)2.核反应方程中的箭头()表示核反应进行的方向.不能把箭头写成等号.3.写核反应方程必须要有实验依据,决不能毫无根

10、据地编造.4.在写核反应方程时,应先将已知原子核和已知粒子的符号填人核反应方程一般形式的适 当位置上;然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子)的电荷数 和质量数:最后根据未知核(或未乡哥拉子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子), 并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号.例2：(2003年全国理综)下面列出的是一些核反应方程: 3015P一3014Si+X 94Be+21H一105B+Y 42He+42He一73Li+Z其中（D） A.X是质子,Y是中子,Z是正电子 B.X是正电子,Y是质子,Z是中子 C.X是中子,Y是正电子,Z是质子 D.X是正电子,Y是

11、中子,Z是质子训练2：(2001年全国)在下列四个方程中,1、2、3、和4各代表某种粒子. 23592U+10n一9538Sr+13854Xe+31 21H+2一32He+10n 23892U一23490Th+3 2412Mg+42He一2713Al+4 以下判断正确的是（AC） A.1是中子 B.2是质子C.3是粒子 D.4是氘核三、核能的计算方法1.根据爱因斯坦的质能方程,用核子结合成原子核时质量亏损(m)的千克数乘以真空中光 速的平方(c=3×108m/s),即: E=mc2 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质量亏 损的原

12、子质量单位乘以931.5MeV,即:E=m×931.5MeV注意:式中m的单位是千克(kg), E的单位是焦耳(J); 式中m的单位是指原子质量单位u,1u=1.660566×10-27kg), E的单位是(MeV) 3.由核能的转化量来计算核能例3：(2002年广东)如下一系列核反应是在恒星内部发生的,P+126C一137N 137N一136C+e+ p+136C一147Np+147N一158O 158O一157N+ e+ P+157N一126C+ 其中p为质子,为粒子, e+为正电子,为一种中微子.已知质子的质量为mp=1.672648×10-27kg,粒子的

13、质量为ma=6.644929×10-27kg,正电子的质量为me=9.11×10-31悔,中微子的质量可忽略不计.真空中的光速C=3.00×108m/s.试计算该系列核反应完成后释放的能量. (3.95×10-12J)解析:考查爱因斯坦质能方程.注重对分析综合能力和处理问题的能力考查. 为求出系列反应后释放的能量,将题中所给的诸核反应方程左右两则分别相加,消去两侧 相同的项,系列反应最终等效为： 4p一+2e+2 设反应后释放的能量为Q,根据质能关系和能量守担得： 4mPc2=mac2+2mec2+Q 代入数值可得: Q=3.95×10-12J

14、评注:1.求解本题的关键是找到系列反应的等效核反的程式. 2.注意到正电子的质量等于电子的质量,中微子的质量可以不计.训练3：(2000年全国)裂变反应是目前核能利用中常用的反应.以原子核23592U为燃料的反应 堆中,当23592U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式,其中一种可表示为 23592U +10n一13954Xe+9438Sr+310n 235.0439 1.0087 138.9178 93.9154 反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位). 已知lu的质是对应的能量为9.3×102MeV,此裂变反应释放出的能量是_MeV.四、核

15、能与动量、动能、带电粒子在磁场中运动的综合例4：(2002年北京春)云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中,一静止的质量为m1的原子核在云室中发生一次衰变,粒子的质量为m2,电量为q,其运动轨迹在与磁场垂直的平面内.现测得粒子运动的轨道半径R,试求在衰变过程中的质量亏损.(注:涉及动量问题时,亏损 的质量可忽略不计) m1(qBR)2/2m2c2(m1- m2)解析:该衰变放出的粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,其轨道半径R与运动速度的关 系,由洛仑力和牛顿定律得：qB=m22/R 核衰变过程都遵守动量守恒,衰变过程亏损质量很小,亏损质量忽略不计时得: O=m2-(m1- m2) 衰变过程粒子和余核

16、的动能都来自于亏损质量: m2c2=(m1- m2)2/2+m22/2 联立解得: m2=m1(qBR)2/2m2c2(m1- m2)训练4:(2001年全国理综)太阳现正处于主序星演化阶段.它主要是由电子和11H、42He等原子核 组成.维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,核反应方程是2e+411H一42He+释放的核 能,这些核能最后转化为辐射能.根据目前关于恒星演化的理论,若由于聚变反应而使太 阳中的11H核数目从现有数减少10%,太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段.为 了简化,假定目前太阳全部由电子和11H核组成. (1)为了研究太阳演化进程,需知道目前太阳的质量M.已知地球半

17、径R=6.4×106m,地球质 量m=6.0×1O24kg,日地中心的距离r=1.5×1011m,地球表面处的重力加速度g=10m/s2,1 年约为3.2×107s,试估算目前太阳的质量M. (2)已知质子质量mp=1.6726×10-27kg,但42He质量m=6.6458×10-27kg,电子质量me=0.9× 10-31kg,光速C=3×108m/s.求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能. (3)又知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上,每秒通过的太阳辐射能=1.35× 103W/m2.试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命.(估算结果只要求一位 有效数字).解析:(1)由万有引力和牛顿第二定律有：GMm/r2= mr(2/T)2 地表重力加速度： g=GM/R2 以题给数值代入,得: M=2×1030kg. (2)核反应每发生一次释放的核能为: E=(4mp+2me一ma)c2=4.2×10-12J (3)根据题给假定,在太阳继续保持在主序星阶段的时间内,发生题中所述的核聚变反应的 次数为: N=M×10%/4mp 因此,太阳总共辐射