2022届高考物理专题综合复习教案

其次局部原子核学问要点梳理学问点 自然放射现象▲学问梳理.原子核的组成原子核由质子和中子组成，质子与中子统称核子。.自然放射现象物质放射出）射线、0射线、尸射线的性质叫放射性；具有放射性的元素，叫放射性元素。三种射线的性质，如下表：射线射线尸射线实质氮核流电子流电磁波速度约为光速的格外之一约为光速的格外之几光速电离作用很强较弱

很弱穿透力量很弱很强最强衰变方程其依Y+：He第Xf^Y+ge伴随。和鼠线产生▲疑难导析.贝克勒耳觉察自然放射现象，揭开了人类争辩原子核构造的序幕。通过对自然放射现象的争辩，人们觉察原子序数大于83的全部自然存在的元素都具有放射性。原子序数小于83的全部自然存在的元素也有一些具有放射性。.争辩放射线的方法(1)在磁场中偏转(如下图)(1)在磁场中偏转(如下图)厂=竺 .4x1836x£x―5—«360厂=竺 .4x1836x£x―5—«360依据通可得7M 10XX2,则在磁场中。射线比射线偏转的更明显。②在电场中偏转(如下图)②在电场中偏转(如下图)—(―)2 2外匕 %。4—(―)2 2外匕 %。4声(£尸q*m,匕21362 1 136Ri-X- XR#14x18361,可见在电场中/射线比d射线有较明显的偏转。@：如图甲是必氏丁-：种射线穿透力量的小意图，图乙是I：业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了哪种射线？()A.。射线B.。射线C.V射线D.三种射线都可以答案：C解析：由图甲可知y射线的穿透力最强，可用来检查金属内部的伤痕。答案为。学问点二一一原子核的衰变▲学问梳理.原子核的衰变、半衰期原子核由于放射出制线、身线、射威而转变为核的变化叫做原子核的衰变。放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫半衰期。半衰期是反映衰变快慢的物理量，其长短由核内因素打算，与原子所处的物理状态或化学N4*粤状态无关。衰变规律可用公式"或"表示。式中的外、”表示元素在t=0时的原子核数、质量，1■为半衰期，N、m表示这种元素的原子核在经过时间t后尚未衰变的原子核数与质量。半衰期是一个对放射性元素的大量原子核而言的统计概念，对个别原子核来说没有什么意义，因此上述两式也只适用于大量原子核。.放射性同位素具有放射性的同位素叫做放射性同位素。放射性同位素有自然和人造两种。放射性同位素的应用(I)利用它放射出的射线①利用扇线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹：②利用射线的电离作用消退静电积存，防止静电产生的危害；③利用峭线对生物组织的物理、化学效应，使种子发生变异，培育优良品种；④利用放射线的能量，轰击原子核实现原子核的人工转变；⑤在医疗上，常用以把握病变组织的扩大。(2)作为示踪原子把放射性同位素的原子搀到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进展追踪，就可知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的等。我们把做这种用途的放射性同位素叫做示踪原子。①在工业上可用示踪原子检查地下输油管道的漏油状况；②在农业生产中，可用示踪原子确定植物在生长过程中所需的肥料和适宜的施肥时间；③在医学上，可用示踪原子帮助确定肿瘤的部位和范围：④在生物科学争辩方面，放射性同位素示踪法在生物化学和分子生物学领域应用极为广泛。它为提醒体内和细胞内变化过程的隐秘，说明生命活动的物质根底起了极其重要的作用，使生物化学从静态进入动态，从细胞进入分子水平，说明白一系列重大问题。使人类对生命根本现象的生疏开拓了一条的途径。

▲疑难导析.原子核衰变规律衰变类型

d衰变技变衰变方程笑7髭丫+：必学Xf^Y+i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2：H+2\nT：He衰变规律；n-»}H+.?e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒特别提示：(1),射线是伴随着心寰变和凄变同时产生的，放出酬线不转变原子核的质量数和电荷数，其实质是放射性原子核在发生d衰变或/衰变时，产生的某些核，由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子。(2)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生碳变，有的发生+变，同时伴随力射，这时就同时具有三种射线。（3）核反响中一般会发生质量变化，但仍旧遵循质量数守恒。.物理学史上的几个核反响方程（1）觉察质子的核反响方程（第一次实现原子核的人工转变）：?N+*HC^O+}H（卢瑟福）（2）觉察中子的核反响方程：+*He—>7N+nn/土，由冷古、'' 7n（查德威克）（3）觉察放射性同位素的核反响方程：（同时觉察了正电子）"Al+：He4P+：n（约里奥.居里夫妇）耳PYSi+.；e.核反响方程的书写常见的核反响分为衰变、人工转变、裂变、聚变等几种类型。无论写哪种类型的核反响方程，都应留意以下几点：（1）必需遵守电荷数守恒、质量数守恒规律。有些核反响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）核反响过程一般都不是可逆的，所以核反响方程只能用单向箭头（一）表示反响方向，不能用等号连接。（3）写核反响方程必需要有试验依据，决不能毫无依据地编造。（4）在写核反响方程时，应先将原子核和粒子的符号填入核反响方程一般形式的适当位置上；然后依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:最终依据未知核（或未知粒子）的电荷数确定它们是哪种元素（或哪种粒子），并在核反响方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号。.如何确呼、他衰变次数My M?设放射性元素zA经过n次“衰变和m次N衰变后变成稳定的元素Z,则表示该核

反响的方程为:号X""Y+KHe+w_：e依据电荷数守恒和质量数守恒可列方程:M依据电荷数守恒和质量数守恒可列方程:M=M'+An.Z=Z'+2n-mM-M'M-M'叩r ,m= +Z'-Z由以上两式联立解得:o由此可见，确定衰变次数可4 2由以上两式联立解得:o由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。❾ 90Kr▼：铀裂变的产物之一氮90）是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的90Zr错90（加），这些衰变是（）A.1次合衰变，6次"衰变B.4次"衰变C.2次“衰变D.2次“衰变，2次冬变答案：B解析：原子核每经过一次“衰变，质量数减4,核电荷数减2,每经一次"衰变，电荷数加1.质量数不变，设经过x次。衰变y次,变，可列方程组'4x=90-90Jx=0,2^=40-36解得b=4可知经过4”衰变。应选项B正确。学问点三 核反响核能▲学问梳理一、核力.含义原子核里的核子间存在相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。.核力的特征(1)核力是强相互作用力(强力)(2)核力是短程力，作用范围在0.8X10-"〜1.5x10Tm之间。①r>0.8Xl0~”m时表现为吸引力，且随r增大而减小，超过LS'lL'm,核力急剧下降几乎消逝。②r<0.8x10-bni时表现为斥力，因此核子不会融合。(3)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。二、核反响原子核在其他粒子的轰击下生成原子核的过程，称为核反响。与衰变过程一样，在核反响过程中，质量数和核电荷数守恒。三、核能.核反响过程中释放或吸取的能量叫核能。如：；H+M-+中子和质子结合成一个笊核时会释放出2.2MeV能量，这个能量以光子的形式辐射出去。- 一个笊核分拆成中子和质子时需要吸取的能量等于或大于2.2MeV的光子。.质量亏损组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损。消灭质量亏损的核反响才能释放能量。.爱因斯坦质能方程S=mc\E表示物体的能量，m表示物体的质量，c表示光速。依据质量亏损可以计算核反响中释放的核能为：,四、获得方式：重核裂变和轻核聚变.重核的裂变一个重核分裂成两个或两个以上的中等质量的核的反响，叫做重核的裂变。铀235在裂变过程中，会产生2〜3个中子，这些中子再引起其他铀核的裂变，这可以使反响持续不断地进展下去，这种反响叫链式反响。（2）核反响堆——核电站的核心核反响堆的根本构造。一般由5局部组成：①铀棒（即核燃料棒）；②中子减速剂，常用减速剂有石墨、重水或一般水等；③把握棒，由吸取中子力量很强的材料制成，如镉、硼；④冷却系统；⑤水泥防护层，吸取核裂变放出的各种有害的射线，防止对人体的危害。.轻核的聚变（1）轻核结合成质量较大的核叫做聚变。轻核的核子平均质量比中等质量的核的核子的平均质量要大得多，所以轻核聚合为中等核时要释放大量的核能。（2）要使轻核到达发生聚变的距离（1L”rn）,就必需使其具有很大的动能来抑制核间的库仑斥力，其方法就是把它们加热到很高的温度（几百万摄氏度以上），因此聚变反响又叫热核反响。（3）热核反响在宇宙中是很普遍的，在太阳内部及很多恒星内部都进展着剧烈的热核反响。目前除了氢弹以外，人类还不能把握聚变反响，但世界上很多国家都在乐观争辩可控热核反响。（4）热核反响的优越性①热核反响所释放出的能量比一样质量核燃料裂变放出的能量大得多。②热核反响的废料处理比裂变废料处理要简洁得多。③热核反响所用的燃料一笊，在地球上的储量格外丰富。1L海水中大约有0.038g笊，假设用来进展热核反响，放出的能量和燃烧300L汽油相当。因此，海水中的笊就是特别丰富的能源。▲疑难导析.核反响的四种类型类型

可控性

核反响方程典例衰变“衰变自发鬻Uf%Th+；He产衰变自发^Th-»^Pa+>人工转变人工把握强+限->]0强+限->]0+阻（卢瑟福觉察侦子）汨e+：BeT?C+；n（查德威克觉察中子）:He+*A17：：P+：n（约里奥•居里夫妇觉察放射性同位素，同时觉察正电子）重核裂变比较简洁进展人工把握^U+Jn^^Ba+*Kr+Sjn%U+M7i：汉e+栾r+10'n轻核聚变除氢弹外无法把握汨+汨f：He+：n.核子的平均质量准确的试验说明，原子核由核子组成的，但原子核的质量却不等于全部核子质量之和，也就是说，原子核的质量虽然会随着数量的增加而增加，但两者并不成比例。例如：氢核由一个核子（质子）组成：氮核由四个核子（两个中子，两个质子）组成，但氮核的质量却不是氢核的四倍，而是比四倍小。这样在不同的原子核中，用原子核的质量除以核子数所得到的核子的平均质量数就变得不一样了，换一个说法，也就是同样的核子在不同的原子核中质量不同。进一步争辩说明，中等质量的原子核的核子的平均质量较小（铁核的核子平均质量较小），重核和轻核的核子平均质量大，这就为争辩核反响中能量的释放建立了理论根底。当重核分裂成中等质量的原子核时，会发生质量亏损；当轻核聚合成中等质量的原子核时，也会发生质量亏损，由质能方程可知，此时核反响会放出能量。.正确区分原子核能和原子能级原子核能是原子核内核力做正功时释放出来的能量。而原子能级是指原子处于各种定态时的能量（电势能和电子的动能之和），原子跃迁时，库仑力做正功，释放出能量。两种释放出来的能量计算为：核能：原子跃迁产=加=%—”.怎样理解质能方程月=加『（1）质能方程说明，肯定的质量总是跟肯定的能量相联系的。具体地说，肯定质量的物体所具有的总能量是肯定的，等于光速的平方与其质量之积。这里所说的是总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。（2）依据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。物体的质量增加，则总能量随之增加；质量削减，总能量也随之削减，这时质能方程也可写作A/7=A^2o（3）运用质能方程时应留意单位。一般状况下，公式中各量都应取国际制单位。但在微观领域，用国际制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位。一原子质量单位的质量为lu,lu=1.6606XIUkg,由质能方程知，lu的质量所联系的能量为：后=皿2=L6606x10-27x（3xl°8）\=]494X10、=93L5MeV。▼:天文学家测得银河系中氢的含量约为5乐有关争辩说明，宇宙中氢生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后2分钟左右生成的：二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反响生成的。⑴把氢核聚变简化为4个氢核（,J1）聚变成氮核（2 ）,同时放出2个正电子L）和2个中微子（”）,请写出该氢核聚变反响的方程，并计算一次反响释放的能量。②）争辩说明，银河系的年龄约为t=3.8Xl°"s,每秒银河系产生的能量约为1x10”J（p=lx10"j/s）,现假定该能量全部来自上述氢核聚变反响，试估算银河系中氨的含量（最终结果保存一位有效数字）⑶依据你的估算结果，对银河系中氨的主要、生成途径作出推断。（可能用到的数据：银河系的质量约为M=31x1041kg,原子质量单位lu=1.66xl°-27kg,lu相当于l.SXIO-Wj的能量，电子质量m=0.0005u,氮核质量税“=4.0026u,氢核质量倏=1.0087u,中微子%质量为零。解析：⑴41H+*He+2°e+2v0=4叫一也一2叫A/?=A^r2=414x13,Pfw=—=6.1xl039（2）AR kg,m6.1X1039.0/氮的含量材3x10（3）由估算结果可知，k^2%远小于25%的实际值，所以银河系中的氨主要是宇宙诞生后不久生成的。典型例题透析题型 衰变及衰变规律衰变规律可用公式"或 “表示。式中的/您示元素在t=o时的原子核数、质量，舟半衰期，N、m表示这种元素的原子核在经过时间t后尚未衰变的原子核数与质量。说明：（1）半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素打算的，跟原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关。（2）半衰期只对大量原子核衰变才有意义，由于放射性元素的衰变规律是统计规律，对少数原子核衰变不再起作用。

(3)确定衰变次数的方法：依据电荷数守恒和质量数守恒进展确定。▼1、(1)关于放射性元素的半衰期，以下说法正确的有()A.是原子核质量削减一半所需的时间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月、生物年月等(2)设镭226的半衰期为1. 年，质量为100g的镭226经过4.8、1"年后，有多少g镭发生衰变？假设衰变后的镭变为铅206,则此时镭铅质量之比为多少？思路点拨：半衰期是指原子核有半数发生衰变所经受的时间，它是由原子核内部因素打算的，与一般外界环境无关，由2 2可进展有关计算。解析：(1)选BD= =100x1g=12.5g(2)经过三个半g=12.5g已衰变的镭的质量为00°—123)g=87.5g得m=79.8g设生成铅的质量为m,则得m=79.8g所以镭铅质量之比为125:798»并不是原子核的并不是原子核的数量、质量削减一半。(1)半衰期是原子核有半数发生衰变，变成核，(2)要理解半衰期公式中各物理量的含义，在公 7 ,中，n、式是指剩余的原子核的量，而不是衰变的量。举一反三TOC\o"1-5"\h\z【变式】在活着的生物体内，由于陈代谢作用，所含的C元素中有肯定比例的 ,。当生物体死亡后，"C的含量将不再增加，随着时间的推移，“°的数量将因放射性衰变而逐14rl 14cl渐削减。因此，测定生物化石中’的含量，与活的生物体中’含量相比较，就可以推断

14p J 14p诞生物化石的年龄。 ’的半衰期约为5. 年。关于‘原子核的组成以及在考古学中的应用，以下的推断中正确的选项是（）140A.'原子核中包含有14个中子和6个质子14cB.原子核中包含有14个核子，其中有6个中子14ziC.假设测定某一块生物化石’的含量是活的生物体内的1/4,这块生物化石的年龄大中约为1.40'年14©D.假设测定某一块生物化石中’的含量是活的生物体内的1/4,这块生物化石的年龄大约为2.3*10'年答案：C140解析：原子核是由质子和中子组成的， 中有14个核子，其中6个质子，8个中子，应选项A、B错误；140由于’的含量是活体生物的1/4,说明已经经过了两个半衰期，所以化石的年龄为两个半衰期，即2X5.7X1"年=i.MX1“年，应选项c是正确的。题型二——关于核反响方程的理解与分析.核反响方程应留意以下几点：（1）必需遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有的还要考虑能量守恒规律（如裂变和聚变方程常含能量项）。（2）核反响方程中的箭头（一）表示反响进展的方向，不能把箭头写成等号。（3）写核反响方程必需要有试验依据，决不能毫无依据地编造。.核反响类型有：衰变、人工转变、裂变、轻核聚变。▼2,现有五个核反响：汨+汨-汨e+'n 糕J+M-X+数r+2%A. D.C ZMg+冬D.畿Ra7豳Rn+：He汨e+^AlT骰+3t.是觉察中子的核反响方程，是争辩两弹的根本核反响方程。(2)求B项中X的质量数和中子数。(3)推断以上五个核反响的反响类型。思路点拨：依据核反响方程遵循的根本规律，正确书写方程，还要留意衰变、人工转变、裂变、聚变的区分。解析：E是查德威克觉察中子的核反响方程，A是氢弹，B是原子弹的核反响方程。(2)由电荷数守恒和质量数守恒可以判定X质量数为140,电荷数为54,所以中子数为:140-54=86.(3)衰变是原子核自发地放心粒子或房子的反响，C是+变，D是%变，E是人工把握的原子核的变化，属人工转变，裂变是重核吸取中子后分裂成几个中等质量的核的反响，B是裂变，聚变是几个轻核结合成较大质量的核的反响，A是聚变。总结升华：(1)电荷数守恒和质量数守恒是正确书写核反响方程的关键。(2)熟记几种核反响类型的根本概念。举一反三【变式】现有三个核反响：器NaW：Mg+_：e %U+'n-*Ba+*Kr+3M

③汨+汨+M以下说法正确的选项是（）A.①是裂变，②是尸衰变，③是聚变B.①是聚变，②是裂变，③是/变C.①与衰变，②裂变，③聚变D.①是"衰变，②是聚变，③是裂变答案：C解析：原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变，衰变是指原子核自发放出“粒子熊粒子等变成的原子核的变化，如此题中的核反响①；原子核的人工转变是指用高速粒子轰击原子核使之变成的原子核的变化；裂变是重核分裂成质量较小的核，如核反响②;聚变是轻核结合成质量较大的核，如③；综上所述，选项c正确。题型三 核能的计算（1）核能的计算是原子物理中的热点问题，在重核裂变、轻核聚变、放射性衰变以及某些核反响中，都伴随着巨大的核能释放，这里依据不同的题设条件和不同的核反响特征，归纳几种计算方法。①依据人万二人加/计算。计算时八加的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，卜豆的单位是“J”。②依据AE=Sx93L5MeV计算。因1原子质量单位（u）相当于931.5MeV的能量，所以计算时Am的单位是“u”，人卢的单位是“MeV”。③依据比结合能来计算核能。原子核的结合能=核子比结合能X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展计算3,笊核（汨）质量为2.0136u,中子）质量为1.0087u,氮核（汨。）质量为3.015Ou,1u相当于931.5MeV。(1)写出两个笊核聚变成的核反响方程:(1)写出两个笊核聚变成的核反响方程:（2）计算上述核反响中释放的核能（保存三位有效数字）：(3)假设两个笊核以一样的动能0.35MeV做对心碰撞即可发生上述反响，且释放的核能全3tt 1部转化为机械能，则反响后生成的家核(2 )和中子(n)的速度大小之比是多少？思路点拨：先依据定义求核反响过程中的质量亏损 Aw,再由爱因斯坦质能方程A/?=A加户计算核能。依据动量守恒定律求金核(I"。)和中子(、n)的速度大小之比。解析：(1)依据题中条件，可知核反响方程为：iH+iH^oHe+*n(2)质量亏损."=阴1-(%+叽)=2.013611*2-(3.015011+1.008711)=0.003511由于lu的质量与931.5MeV的能量相对应，所以核反响中释放的核能为A月=0.0035X931.5MeV=3.26MeV/、0=Wu.VHa-nLVy,(3)由动量守怛定律有： ““ 、"得Vh,：R=1:3总结升华：核能的计算方法：(1)依据质能方程八月=八加/计算核能。(2)依据结合能计算核能，利用比结合能时，要承受“先拆散再结合”的方法。(3)依据能量守恒和动量守恒来计算核能。涉及核反响所释放的核能全部转化为生成的粒子的动能而无光子辐射的状况下，承受此法。(4)依据阿伏加德罗常数计算核能。举一反三【变式】某核反响方程为汨+汨一瓜+X。汨的质量为2.0136U,汨的质量为3.0180U,♦jre5的质量为4.0026u,X的质量为1.0087u。则(1)X是什么粒子？(2)该反响释放能量还是吸取能量?解析：此题考察了核反响方程中质量数、核电荷数守恒及核能的相关学问,同时考察学生对核反响方程和质能方程的综合应用力量。ln依据核反响前后质量数及电荷数守恒可得X为nn,反响前的总质量为":2.0136u+3.0180U=5.0316u反响后的总质量为"=4.0026u+l.0087u=5.0113u由于犯,故反响过程中释放能量且释放的能量可由质能方程求得。题型四 原子物理的综合应