第十六章第2讲原子核

第2讲原子核学习目标学后评价1.理解原子核的衰变,会利用半衰期公式做相关计算完成□继续□2.理解原子核的人工转变,会书写核反应方程完成□继续□3.了解原子核的结合能和比结合能,能根据核反应方程计算核能完成□继续□考点一原子核的衰变及半衰期【核心要点】1.两种衰变的比较类型α衰变β衰变γ衰变是伴随着α衰变和β衰变产生的方程

ZAX→Z

ZAX→Z+1实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子211H+20

01nH+匀强磁场中的轨迹外切,新核半径较小内切,新核半径较小规律电荷数、质量数和动量均守恒2.三种射线的比较(1)电离能力取决于带电量,α射线最强,γ射线最弱;(2)贯穿本领取决于速度(频率、能量),γ射线最强,α射线最弱。3.确定衰变次数的方法(1)假设α衰变和β衰变的次数,由电荷数和质量数双守恒,列二元一次方程组求解;(2)先由质量数的变化确定α衰变的次数,再由电荷量变化确定β衰变的次数。4.半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,对个别或少量原子核,半衰期无意义;(2)N余=N原(12)tT,m余=m原(12)tT5.常见的粒子符号:质子

11H、氘核

12H、氚核

13H、中子

01n、α粒子

24【典例剖析】角度1三种射线的比较【典例1】(2023·广东选择考)理论认为,大质量恒星塌缩成黑洞的过程,受核反应

612C+Y→816OA.Y是β粒子,β射线穿透能力比γ射线强B.Y是β粒子,β射线电离能力比γ射线强C.Y是α粒子,α射线穿透能力比γ射线强D.Y是α粒子,α射线电离能力比γ射线强【解析】选D。根据核反应方程满足质量数和电荷数守恒可知,Y是α粒子(24He),三种射线的穿透能力是γ射线最强,α射线最弱;三种射线的电离能力是α射线最强,γ射线最弱,故[变式训练](2024·广西选择考)近期,我国科研人员首次合成了新核素锇-160(76160Os)和钨-156(74156W)。若锇-160经过1次α衰变,钨-156经过1次β+衰变(放出一个正电子),A.电荷数 B.中子数C.质量数 D.质子数【解析】选C。锇-160经过1次α衰变后产生的新核素质量数为156,质子数为74,钨-156经过1次β+衰变后质量数为156,质子数为73,可知两新核素衰变后的新核有相同的质量数。故选C。角度2半衰期及计算【典例2】(多选)教材习题改编(选必三第五章复习与提高B2)医学上用放射性同位素作为示踪剂注射到人体,然后定时检测放射强度以研究病人的病情。钠的放射性同位素

1124Na经过一次衰变后产生稳定的镁(1224Mg)。1124Na的半衰期为15h,将一个放射强度为每秒2.4×104次的

1124Na溶液样本注射到某病人血液中,45h后从该病人体内抽取6mLA.该衰变过程为β衰变B.1124C.45h后样本放射强度变为原来的八分之一D.该病人体内血液的总体积约为4.8L【解析】选A、C。根据核反应质量数和电荷数守恒可得,核反应方程为

1124NaMg+-10e,可知该衰变过程为β衰变,A正确;半衰期由核内部本身的因素决定,与原子所处的物理状态或化学状态无关,

1124Na进入到血液后半衰期不变,B错误;45h后,即经历三个半衰期,样本放射强度变为原来的(12)3=18,C正确;设该病人体内血液的总体积约为V,则有6×10-35L/次[变式训练](2024·山东等级考)2024年是中国航天大年,神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天,部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知

3890Sr衰变为

3990Y的半衰期约为29年;094238Pu衰变为

092234U的半衰期约为87年。现用相同数目的

3890A.

3890Sr衰变为

3990B.094238Pu衰变为

092234C.50年后,剩余的

3890Sr数目大于

D.87年后,剩余的

3890Sr数目小于

【解析】选D。根据质量数守恒和电荷数守恒可知

3890Sr衰变为

3990Y时产生电子,即β粒子,故A错误;根据质量数守恒和电荷数守恒可知

094238Pu衰变为

092234U时产生

24He,即α粒子,故B错误;根据题意可知

094238Pu的半衰期大于

3890Sr的半衰期,现用相同数目的

3890Sr和

094238Pu各做一块核电池,经过相同的时间考点二核反应及核反应类型【核心要点】1.核反应的四种类型分类具体应用自发进行衰变(α衰变、β衰变)人工转变利用粒子撞击原子核使原子核发生变化,如发现质子、中子、同位素、正电子等重核裂变原子弹、现阶段核电站的原理轻核聚变也叫热核反应,氢弹原理、太阳内部发生的反应2.核反应方程的书写方法利用质量数、电荷数双守恒的规律正确书写。【典例剖析】角度1核反应方程的书写【典例3】(2025·河南适应性演练)核电池是利用放射性同位素衰变释放能量发电的装置,并应用在“嫦娥四号”的着陆器和月球车上。某种核电池原料为钚(94238Pu)的氧化物,核反应方程为

94238Pu

92234U+X。则A.-10eB.01nC.【解析】选D。设X为

ZAX,根据质量数守恒和核电荷数守恒可知238=234+A,94=92+Z,解得A=4,Z=2,故X为

24[变式训练](2025·云南适应性测试)我国科学家将放射性元素镅243(95243Am)引入到能量转换器中来提高转换效率。若镅243的衰变方程为:95243Am→

93aX+b4Y,XA.a=239,b=1B.a=239,b=2C.a=247,b=1D.a=247,b=2【解析】选B。由质量数和核电荷数守恒可知243=a+4,95=93+b,解得a=239,b=2,故选B。角度2核反应的类型【典例4】教材习题改编(选必三第五章复习与提高A2)1964年10月16日,我国第一颗原子弹在新疆罗布泊试验成功。下列为原子弹爆炸的核反应方程式是()A.

92235U+01nSr+B.92238UTh+C.12H+13HD.49Be+24He【解析】选A。原子弹的爆炸为重核裂变,A为原子弹爆炸的核反应方程式,B为α衰变,C为轻核聚变,D为发现中子的人工核转变方程。[变式训练](2025·广东开学考试)近代科学家发现了质子和中子等微观粒子,促进了对原子核的认识和利用。下列四个核反应方程式中都有中子

01n,我国利用中子

01nA.

12H+13HB.92235U+01nBa+C.24He+49BeD.24He+1327Al【解析】选B。核裂变是指重核被中子轰击后分裂成两块质量差不多的中等大小的原子核,故根据核裂变的定义只有B选项正确。A选项是轻核聚变,C、D选项都是人工核反应。考点三质量亏损及核能的计算【核心要点】1.结合能和比结合能(1)单独的核子结合为原子核时放出的能量或将原子核分解为单独的核子时吸收的能量都叫结合能,也叫核能。(2)比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。所有元素中,铁元素的比结合能最大。(3)核反应中,比结合能变大,则放出核能。2.核能计算的三种方法方法解读根据质能方程ΔE=Δmc2计算若Δm的单位是“kg”,将c的数值代入即可,求出的ΔE的单位是“J”若Δm的单位是“u”,由ΔE=Δm×931.5MeV计算,ΔE的单位是“MeV”根据核子比结合能计算方程左右两边结合能之差即为核能应用原子个数计算由物体的质量m求出物质的量n,并求出原子核的个数N;由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0(或直接从题目中找出E0);再根据E=NE0求出总能量【提醒】计算核能时,原子的质量要利用真实质量,计算动量和动能时,要利用原子的相对原子质量。【典例剖析】角度1核反应中核能的计算【典例5】(2024·郑州模拟)处于静止状态的铀核(92238U)衰变为氡(86222Rn)的过程中会释放能量,产生α粒子。若铀核比结合能为E1,氦核比结合能为E2,氡核的比结合能为E3,A.铀核衰变为氡核仅经过了4次α衰变B.铀核发生衰变过程中,释放的能量为238E1-4E2-222E3C.铀核发生衰变过程中,释放的能量为16E2+222E3-238E1D.铀核衰变的核反应方程为

92238U424【解析】选C。核反应遵循质量数与电荷数守恒,所以铀核衰变的核反应方程为

92238U424He+

86222Rn+2-10e,即整个过程经过4次α衰变,2次β衰变,A、D错误;铀核发生衰变过程中,释放的能量为ΔE=16E2+222[变式训练]核能被视为人类解决能源问题的终极方案,目前我国在核能应用和研究方面都处于国际领先水平。2个质子和2个中子结合成氦核,并释放出能量。已知中子的质量为mn,质子的质量为mp,氦核的质量为m,真空中光速为c。下列说法正确的是()A.该核反应属于α衰变反应B.该核反应方程中质量亏损为m-(2mn+2mp)C.该核反应释放的核能为(2mn+2mp-m)c2D.氦核的平均结合能为12(2mn+2mp-m)c【解析】选C。2个质子和2个中子结合成氦核的核反应方程为211H+201nHe,该反应为核聚变反应,A错误;该核反应过程中的质量亏损为Δm=2mn+2mp-m,B错误;这个核反应中释放的核能为ΔE=Δmc2=(2mn+2mp-m)c2,C正确;氦核的平均结合能为ΔE4=14(2mn+2mp-角度2核反应中动量和核能结合【典例6】(多选)(2025·南昌模拟)在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核(ZAX)发生α衰变放出了一个α粒子。放射出的α粒子(24He)及生成的新核Y在与磁场垂直的平面内做圆周运动,下列图形表示它们的运动轨迹,箭头表示运动方向。α粒子的运动轨道半径为R,质量为m,电荷量为qA.衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹图是丁B.新核Y与α粒子的周期之比为AC.α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,环形电流大小为qD.若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核Y的动能,则衰变过程中的质量亏损为Δm=A【解析】选A、D。由于原子核

ZAX静止,根据动量守恒定律可知,放射出的粒子(24He)及生成的新核Y在衰变初始位置的速度方向相反,根据左手定则可知,两者圆周运动的轨迹外切且转动方向相同,圆周运动的轨迹半径为r=mvqB,由于衰变过程动量守恒,即mv大小相等,即电荷量越大,轨道半径越小,可知α粒子的轨道半径大一些,可知衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹(箭头表示运动方向)是图丁,A正确;根据质量数与电荷数守恒,该核反应方程为

ZAXHe+Z-2A-4Y,粒子在磁场中运动的周期为T=2πmqB,则新核Y与α粒子的周期之比为TYTα=mYmα·qαqY=A-42(Z-2),B错误;α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,环形电流大小为I=qαTα=q2B2πm,C错误;由题意知,新核Y的质量为mY=(A-4)m4,由p=mv和Ek=12mv2可得Ek=p22m,又有qvB=mv2R,可得p[变式训练](2024·遵义模拟)我国著名的核物理学家王淦昌先生最早提出了证明中微子存在的实验方案,其方案类似以下过程:静止原子核

47Be俘获一个电子(俘获前可视为静止),生成一个新原子核

37Li,此过程中会放出中微子,新的原子核

37Li获得一定的动能与动量,如果我们测得

37LiA.中微子的动量与新核

37B.中微子的动能与