（通用版）高考物理一輪復習 第12章 量子論初步 原子核 第2節(jié) 核反應和核能教師用書.doc

第2節(jié)核反應和核能知識點1原子核的組成放射性及放射性同位素1原子核的組成(1)原子核由質子和中子組成，質子和中子統(tǒng)稱為核子質子帶正電，中子不帶電(2)基本關系核電荷數質子數(z)元素的原子序數核外電子數質量數(a)核子數質子數中子數(3)x元素的原子核的符號為x，其中a表示質量數，z表示核電荷數2天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象：元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復雜的結構(2)放射性和放射性元素：物質發(fā)射某種看不見的射線的性質叫放射性具有放射性的元素叫放射性元素(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是射線、射線、射線3放射性同位素的應用與防護(1)同位素：具有相同質子數和不同中子數的原子核(2)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性同位素的化學性質相同(3)應用：消除靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等(4)防護：防止放射性對人體組織的傷害知識點2原子核的衰變、半衰期1原子核的衰變(1)定義：原子核放出粒子或粒子，變成另一種原子核的變化(2)分類：衰變：xyhe衰變：xye輻射：當放射性物質連續(xù)發(fā)生衰變時，原子核中有的發(fā)生衰變，有的發(fā)生衰變，同時伴隨著輻射(3)兩個典型的衰變方程：衰變：uthhe；衰變：thpae.2半衰期(1)定義：放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變所需的時間(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關系知識點3核反應和核能1核反應在核物理學中，原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程在核反應中，質量數守恒，電荷數守恒2重核裂變(1)定義：質量數較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質量數較小的原子核的過程(2)特點：裂變過程中能夠放出巨大的能量；裂變的同時能夠放出23(或更多)個中子；裂變的產物不是唯一的對于鈾核裂變有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比較小(3)典型的裂變反應方程：unkrba3n.(4)鏈式反應：由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程(5)臨界體積和臨界質量：裂變物質能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積及其相應的質量(6)裂變的應用：原子彈、核反應堆(7)反應堆構造：核燃料、慢化劑、鎘棒、防護層3輕核聚變(1)定義：兩輕核結合成質量較大的核的反應過程輕核聚變反應必須在高溫下進行，因此又叫熱核反應(2)特點：聚變過程放出大量的能量，平均每個核子放出的能量，比裂變反應中每個核子放出的能量大3至4倍聚變反應比裂變反應更劇烈對環(huán)境污染較少自然界中聚變反應原料豐富(3)典型的聚變反應方程：hhhen17.6 mev4核能核子結合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結合能，亦稱核能5質能方程、質量虧損愛因斯坦質能方程emc2，原子核的質量必然比組成它的核子的質量和要小m，這就是質量虧損由質量虧損可求出釋放的核能emc2.1正誤判斷(1)原子核是由質子、中子、電子組成的()(2)射線、射線、射線的組成是三種不同的粒子()(3)半衰期與溫度無關()(4)重核裂變和輕核聚變都能釋放核能()(5)核反應中質量數守恒，故沒有質量虧損()2對放射性半衰期的考查氡222衰變?yōu)獒?18的半衰期為3.8天.20克氡222經7.6天后還剩下()a10 gb5 gc2.5 gd1.25 gb設發(fā)生衰變的原子的質量為m0，經過t時間后，剩余的質量為m，則mm0，mm0205 g故b正確3對核反應方程的考查(多選)下列說法正確的是()a. nh che是衰變方程b.hhhe是核聚變反應方程c.uthhe是核裂變反應方程d.healpn是原子核的人工轉變方程bd核反應類型分四種，核反應的方程特點各有不同衰變方程的左邊只有一個原子核，右邊出現(xiàn)或粒子聚變方程的左邊是兩個輕核，右邊是中等原子核裂變方程的左邊是重核與中子，右邊是中等原子核人工核轉變方程的左邊是氦核與常見元素的原子核，右邊也是常見元素的原子核，由此可知b、d正確4對核能的考查利用氦3(he)和氘進行的聚變安全無污染，容易控制月球上有大量的氦3，每個航天大國都將獲取氦3作為開發(fā)月球的重要目標之一“嫦娥一號”探月衛(wèi)星執(zhí)行的一項重要任務就是評估月壤中氦3的分布和儲量已知兩個氘核聚變生成一個氦3和一個中子的核反應方程是：2hhen3.26 mev，若有2 g氘全部發(fā)生聚變，則釋放的能量是(na為阿伏加德羅常數)() 【導學號：92492405】a0.53.26 mevb3.26 mevc0.5na3.26 mevdna3.26 mevc2 g氘發(fā)生題述核反應所釋放的能量為na3.26 mev0.5na3.26 mev.故c正確原子核的衰變及半衰期1.衰變、衰變的比較衰變類型衰變衰變衰變方程xyhexye衰變實質2個質子和2個中子結合成一個整體射出1個中子轉化為1個質子和1個電子2h2nhenhe勻強磁場中軌跡形狀衰變規(guī)律電荷數守恒、質量數守恒、動量守恒2.三種射線的成分和性質名稱構成符號電荷量質量電離能力貫穿本領射線氦核he2 e4 u最強最弱射線電子ee u較強較強射線光子00最弱最強3.衰變次數的計算方法若xynheme則aa4n，zz2nm解以上兩式即可求出m和n.4對半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，對個別或少量原子核，無半衰期可言(2)根據半衰期的概率，可總結出公式n余n原，m余m原.式中n原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數和質量，n余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數和質量，t表示衰變時間，表示半衰期題組通關1(多選)關于天然放射性，下列說法正確的是()a所有元素都可能發(fā)生衰變b放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性c、和三種射線中，射線的穿透能力最強d一個原子核在一次衰變中可同時放出、和三種射線bc自然界中絕大部分元素沒有放射現(xiàn)象，選項a錯誤；放射性元素的半衰期只與原子核結構有關，與其他因素無關，選項b正確；、和三種射線電離能力依次減弱，穿透能力依次增強，選項c正確；原子核發(fā)生衰變時，不能同時發(fā)生和衰變，射線伴隨這兩種衰變產生，故選項d錯誤2若元素a的半衰期為4天，元素b的半衰期為5天，則相同質量的a和b，經過20天后，剩下的質量之比mamb為()a3031b3130c12d21c由mm0有mam0，mbm0，得mamb12.c正確1一個區(qū)別：靜止的原子核在磁場中發(fā)生衰變和衰變時的軌跡不同，分別為相外切圓和相內切圓2兩個結論：(1)原子核發(fā)生衰變時遵循電荷數守恒和質量數守恒(2)每發(fā)生一次衰變，原子核的質量數減小“4”，每發(fā)生一次衰變，原子核的質子數增大“1”核反應類型及核反應方程的書寫1核反應的四種類型類型可控性核反應方程典例衰變衰變自發(fā)uthhe衰變自發(fā)thpae人工轉變人工控制nheoh(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子)hebecn(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)alhepn(約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子)psie重核裂變比較容易進行人工控制unbakr3nunxesr10n輕核聚變很難控制hhhen2.核反應方程式的書寫(1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應方程的基礎如質子(h)、中子(n)，粒子(he)、粒子(e)、正電子(e)、氘核(h)、氚核(h)等(2)掌握核反應方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據，由于核反應不可逆，所以書寫核反應方程式時只能用“”表示反應方向題組通關1(多選)關于核衰變和核反應的類型，下列表述正確的有()a.uthhe是衰變b.nheoh 是衰變c.hhhen 是輕核聚變d.sekr2e 是重核裂變aca為衰變，b為原子核的人工轉變，c為輕核聚變，d為衰變，故a、c正確2(2017淮北模擬)鈾是常用的一種核燃料，若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應：92unab2n，則ab可能是()a.bakrbxesrc.basrdxekrb核反應過程中遵循質量數守恒和電荷數都守恒，a質量數不守恒，b質量數和電荷數都守恒，c電荷數不守恒，d質量數和電荷數都不守恒，故b正確3(2016全國丙卷)一靜止的鋁原子核al俘獲一速度為1.0107 m/s的質子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核si*.下列說法正確的是()a核反應方程為palsi*b核反應過程中系統(tǒng)動量守恒c核反應過程中系統(tǒng)能量不守恒d核反應前后核子數相等，所以生成物的質量等于反應物的質量之和e硅原子核速度的數量級為105 m/s，方向與質子初速度的方向一致abe核反應過程中遵循質量數守恒和電荷數守恒，核反應方程為palsi*，說法a正確核反應過程中遵從動量守恒和能量守恒，說法b正確，說法c錯誤核反應中發(fā)生質量虧損，生成物的質量小于反應物的質量之和，說法d錯誤根據動量守恒定律有mpvpmsivsi，碰撞后硅原子核速度的數量級為105 m/s，方向與質子初速度方向一致，說法e正確兩點提醒1核反應方程一定滿足質量數守恒和電荷數守恒2在確定生成物是哪種元素時應先由電荷數守恒確定生成物的核電荷數核能的產生和計算1.對質能方程的理解(1)方程emc2的含義：物體具有的能量與它的質量之間存在簡單的正比關系，物體的能量增大，質量也增大；物體的能量減少，質量也減少(2)核子在結合成原子核時出現(xiàn)質量虧損m，其能量也要相應減少，即emc2.(3)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應的質量增加m，吸收的能量為emc2.2核能的計算方法(1)根據emc2計算，計算時m的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，e的單位是“j”(2)根據em931.5 mev計算因1原子質量單位(u)相當于931.5 mev 的能量，所以計算時m的單位是“u”，e的單位是“mev”(3)根據核子比結合能來計算核能：原子核的結合能核子比結合能核子數題組通關1(多選)關于原子核的結合能，下列說法正確的是()a原子核的結合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量b一重原子核衰變成粒子和另一原子核，衰變產物的結合能之和一定大于原來重核的結合能c銫原子核(cs)的結合能小于鉛原子核(pb)的結合能d比結合能越大，原子核越不穩(wěn)定abc原子核分解成自由核子時，需要的最小能量就是原子核的結合能，選項a正確；重核衰變時釋放能量，衰變產物更穩(wěn)定，即衰變產物的比結合能更大，衰變前后核子數不變，所以衰變產物的結合能之和一定大于原來重核的結合能，選項b正確；銫核的核子數比鉛核的核子數少，其結合能也小，選項c正確；比結合能越大，原子核越穩(wěn)定，選項d錯誤2钚的放射性同位素pu靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)u*和粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)u*立即衰變?yōu)殁櫤藆，并放出能量為0.097 mev 的光子已知：pu、u和粒子的質量分別為mpu239.052 1 u、mu235.043 9 u和m4.002 6 u,1 uc2931.5 mev .(1)寫出衰變方程；(2)已知衰變放出的光子的動量可忽略，求粒子的動能. 【導學號：92492406】【解析】(1)衰變方程為puu*he，u*u.或兩式合并為puuhe.(2