高考物理總復習第64講原子核講義

1、第64講原子核考情剖析考查內(nèi)容考名腰求考查年份考查詳情能力要求原子核的組成、原子核的盤變半衰期、放射性同位素放射性的應用與防護、核力與結(jié)合能質(zhì)量虧損、核反應方程、裂變反應聚變反應鏈式反應I14年T12a2)一填空，考查核反應方程和原子核的衰父應用數(shù)學處理物理問題15年T12a2)一填空，考查核反應方程和裂變反應的臨界體積T12Q3)計算，考查核反應方程式和結(jié)合能推理、應用數(shù)學處理物理問題17年T12C(1)一選擇，考查結(jié)合能和比結(jié)合能理解核反應方程式書寫錯誤，質(zhì)弱項清單，核反應方程的書寫沒有真正了解衰變的本質(zhì)特征,量虧損的方程AE=Am(2寫錯，對核反應中吸能和放能不理解.核反應方程式書寫錯誤

2、，質(zhì)、天然放射現(xiàn)象.天然放射現(xiàn)象：某些元素放射某些射線的現(xiàn)象稱為天然放射現(xiàn)象，這些元素稱為.2.三種射線的實質(zhì)與對比種類a射線3射線丫射線組成高速流高速流電磁波電性數(shù)微觀粒子符號速度可達c可達cc員身本領(lǐng)最弱用紙能擋住較強穿透幾毫米的鋁板最強穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強較弱很弱3.原子核的組成原子核：由和組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為.(2)核電荷數(shù)(Z):等于核內(nèi),也等于核外,還等于元素周期表中的.(3)核質(zhì)量數(shù)(A):等于核內(nèi)的,即與之和.(4)原子核通常用AX表示.具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的原子核，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱.有放射性的稱放射性.二、原子核的衰變.定義：原子核

3、自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)榈淖兓性雍说?分類a衰變：Zx-A4丫+2He,同時放出丫射線；3衰變：ZX-Z+iAY+0ie,同時放出丫射線.衰期定義：放射性元素的原子核發(fā)生衰變需要的時間.半衰期的大小由放射性元素的決定，跟原子所處的外部條件(如壓強、溫度等)和化學狀態(tài)(如單質(zhì)或化合物)無關(guān).三、放射性同位素及應用.放射性同位素放出的射線應用于工業(yè)、探傷、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等.做示蹤原子.四、核反應用高能粒子轟擊靶核，產(chǎn)生另一種新核的反應過程.典型核反應：.盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程為：174N2Hs1731H.查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程為：；Be+2Hg12C+in.約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位

4、素和正電子的核反應方程為：27Al+2h-35P+in,35P30Si+0e.常見的核反應有：、和.五、核力與結(jié)合能.核力和結(jié)合能由于原子核中的核子間存在強大的核力，使得原子核成為一個堅固的集合體，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功，反之，要把核子集合成一個原子核，就要放出巨大的能量.原子核是核子結(jié)合在一起的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能.原子核越大，結(jié)合能越，因此有意義的是它的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱,也叫平均結(jié)合能.平均結(jié)合能越,表示原子核子核中核子結(jié)合的越牢固，原子核越.質(zhì)能方程(1)質(zhì)能方程：,m物體的質(zhì)量，c是真空中的光速.上述表明：物體的質(zhì)量和能量間有

5、一定聯(lián)系，即物體具有的能量與其質(zhì)量成正比，當物體的能量增加或減小AE,它的質(zhì)量也會相應地增加或減少AmAE與Am的關(guān)系是.(2)質(zhì)量虧損核子結(jié)合成原子核時要釋放能量，按上述關(guān)系，原子核的質(zhì)量要組成原子核的核子總質(zhì)量，這個質(zhì)量差異叫質(zhì)量虧損.獲得核能的途徑1)重核裂變：重核俘獲一個中子后分裂成為兩個(或多個)中等質(zhì)量核的反應過程.重核裂變的同時放出幾個,并釋放出大量核能.重核裂變時發(fā)生鏈式反應的最小體積叫臨界體積.2)輕核聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應過程，同時釋放出大量的核能，要想使笊和瓶核合成氨核，必須達到幾百萬攝氏度以上的高溫，因此聚變反應又叫.方法技巧考點1原子核和原子核的衰變.

6、衰變規(guī)律及實質(zhì)(1)兩種衰變的比較衰變類型a衰艾3衰艾衰笠方程A_.A4_.41zXH*Z2丫+2HeZx-z?1Y+01e衰笠實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子21H+ 20nf2HeII | | u0n 1H+ -ie衰變規(guī)律，電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒（2）丫射線：丫射線衰變規(guī)律經(jīng)常是伴隨著a衰變或3衰變同時產(chǎn)生的21H+ 20nf2HeII | | u0n 1H+ -ie.原子核的人工轉(zhuǎn)變用高能粒子轟擊靶核，產(chǎn)生另一種新核的反應過程.確定衰變次數(shù)的方法（1）設(shè)放射性元素X經(jīng)過n次“衰變和m次3衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Y,則表示該核反應的方程為AX-A乙Y+n4He

7、+m0ie根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程A=A+4n,Z=Z+2nm.（2）確定衰變次數(shù)，因為3衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定a衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定3衰變的次數(shù).半衰期（1）公式：N余=N原,m余=m原七|.式中N原、m原表小技變前的放射性兀素的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表小盤變后尚未發(fā)生暴變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，T表示半衰期.（2）影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)（如溫度、壓強）或化學狀態(tài)（如單質(zhì)、化合物）無關(guān).【典型例題1】（17年徐連宿三模）一靜止的鈾核饋U發(fā)生a衰變后變?yōu)樯绾薚h,放出的a粒子速

8、度為0.1c（c是光在真空中的速度），不考慮相對論效應.（1）試寫出該衰變的核反應方程；（2）求社核的速度大小.訓攤1.（17年鹽城三模）氨222經(jīng)過a衰變變成針218,t=0時氫的質(zhì)量為RD,任意時刻氫的質(zhì)量為m下列四幅圖中周期的是（）2核反應2核反應【學習建議】原子核衰變后剩余質(zhì)量與原質(zhì)量之間的關(guān)系式要熟悉.考點類型及核反應方程的書寫1.核反應的四種類型可控性核反應方程典例衰笠a衰艾自發(fā)238U234Th+4He3衰艾自發(fā)234_.234_090Th91Pa+ie人工轉(zhuǎn)變，人工控制，Nl+4H-01H盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)4Bej+zHe6C+0n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)17A1+4He-35P+0

9、n30P34si+1e,約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子重核裂變，比較容易進行人工控制，235U+0n-1564Ba+39Kr+31n235113690192U+0n-54Xe+38Sr+100n輕核聚變，除氫彈外無法控制，2H+3HR4He+0n2.書寫核反應方程的注意點(1)核反應過程一般都是不可逆的，所以核反應方程只能用單向箭頭表示反應方向，不能用等號連接.(2)核反應的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應方程.(3)核反應遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒.遵循核電荷數(shù)守恒.【典型例題2(17年南京二模)一個靜止的氮核174N俘獲一個速度為

10、1.1X107n/s的氨核變成B、C兩個新核，設(shè)B的速度方向與氨核速度方向相同、大小為4X106n/s,B的質(zhì)量數(shù)是C的17倍，B、C兩原子核的電荷數(shù)之比為8：1.(1)寫出核反應方程；(2)估算C核的速度大小.【學習建議】書寫衰變方程時，注意質(zhì)量數(shù)，電荷數(shù)守恒.。變?nèi)泳p2.(17年蘇北六市聯(lián)考)原子核的能量也是量子化的，社核($Th)的能級圖如圖所示.226AC能發(fā)生3衰變產(chǎn)生社核，社核處于n=3的能級.(1)寫出226AC發(fā)生3衰變的方程；(2)發(fā)生上述衰變時，探測器能接收到丫射線譜線有幾條？求出波長最長丫光子的能量E.門到MeV36,230620,07210考點3關(guān)于核能的計算.應用質(zhì)

11、能方程解題的流程圖利用計算群放的核髓書寫L計一質(zhì)生應方程口利用計算群放的核髓(1)根據(jù)AE=Amc2計算，計算時Am的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，AE的單位是“J”.(2)根據(jù)AE=AmX931.5MeV十算.因1原子質(zhì)量單位(u)相當于931.5MeV勺能量，所以計算時Am的單位是“u”，AE的單位是“MeV.利用質(zhì)能方程計算核能時，不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進行計算.【典型例題3】(17年蘇錫常鎮(zhèn)二模)以一定速度運動的原子核AX放出“粒子后變成靜止的原子核Y,若X、Y和a粒子的靜質(zhì)量分別是Mm和R2,真空中光速為c,不考慮相對論效應.求反應過程中釋放的能量以及a粒子的動能.【典型例題4

12、】太陽能屋頂、太陽能幕墻、太陽能汽車、太陽能動態(tài)景觀科學研究發(fā)現(xiàn)太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氨核的核聚變反應，即在太陽內(nèi)部4個氫核(h轉(zhuǎn)化成一個氨核(2HR和兩個正電子(1e)并放出能量.已知質(zhì)子質(zhì)量mp=1.0073U,a粒子的質(zhì)量ni=4.0015u,電子的質(zhì)量me=0.0005u,1u的質(zhì)量相當于931.5MeV勺能量.(1)寫出該熱核反應方程；一次這樣的熱核反應過程中釋放出多少MeV勺能量？(結(jié)果保留四位有效數(shù)字)當堂檢測1.（多選）科學家使用核反應獲取瓶，再利用笊和瓶核反應獲得能量，核反應方程分別為X+2He+3H+4.9Me切口汨+3HR4He+X+17.6MeV下列表述正

13、確的有（）X是中子Y的質(zhì)子數(shù)是3,中子數(shù)是6C.兩個核反應都沒有質(zhì)量虧損D.笊和瓶的核反應是核聚變反應2.（17年江蘇高考）（多選）原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示，根據(jù)該曲線，下列判斷中正確的有（）第2題圖A4He核的結(jié)合能約為14MeV2He核比3Li核更穩(wěn)定C.兩個2H核結(jié)合成2He核時釋放能量D.925U核中核子的平均結(jié)合能比86Kr核中的大3.大科學工程“人造太陽”主要是將笊核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電.笊核聚變反應方程是：2H?H3He+0n.已知2H的質(zhì)量為2.0136u,2He的質(zhì)量為3.0150u,1n的質(zhì)量為1.0087u,1u=931MeVc2.笊核聚變反應中釋放的核能約為（

14、）A.3.7MeVB.3.3MeV2.7MeVD.0.93MeV4.（17年常州一模）靜止的6Li原子核，俘獲一個速度為7.7X104m/is的中子而發(fā)生核反應放出a粒子后變成一個新原子核，測得a粒子速度為2X104m/s,方向與中子速度方向相同.（1）寫出核反應方程式.（2）求生成的新核的速度大小.1926年美國波士頓的內(nèi)科醫(yī)生盧姆加特等首次應用放射性氡研究人體動、靜脈血管床之間的循環(huán)時間，被譽為“臨床核醫(yī)學之父”氡的放射性同位素有27種，其中最常用的是262Rn.Rn經(jīng)過m次以衰變和n次3衰變后變成穩(wěn)定的20682Pb.1)求m、n的值；2)一個靜止的氫核(R。放出一個“粒子后變成針核(2

15、1：Pc).已知針核的速率V=1X106ms,求a粒子的速率.第64講原子核知識整合基礎(chǔ)自測一、1.自發(fā)地放射性元素.氨核電子正負402He0ie0.10.99.(1)質(zhì)子中子核子(2)質(zhì)子數(shù)電子數(shù)原子序數(shù)(3)核子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)(4)同位素放射性同位素二、1.新核衰變3.(1)有半數(shù)(2)內(nèi)部自身的因素四、3.衰變?nèi)斯まD(zhuǎn)變裂變聚變五、1.大比結(jié)合能大(1)E=mCAE=Anrc2(2)小于(1)中子(2)熱核反應方法技巧,典型例題1,(1)修UH*咎Th+2He(2)工7c【解析】(1)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒得方程：2928LH23Th+2He；(2)設(shè)社核的585 TOC o 1-5 h z

16、質(zhì)量為M反沖速度為v,由動量守恒定律0=nm0.1c)Mv其中或=工大，得丫=M234585變式訓練1B【解析】每經(jīng)過一個半衰期有一半質(zhì)量發(fā)生衰變，則剩余質(zhì)量m=阿付，計算得出，=2(T,t為半衰期，可以知道口t成指數(shù)函數(shù)關(guān)系，所以B選2m2m項是正確的.典型例題2(1)；N+4Hh10+1H(2)2.4X107m/s【解析】(1)根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒得，BC電荷數(shù)之和為9,因為B、C兩原子核的電荷數(shù)之比為8：1.則C的電荷數(shù)為1,B、C質(zhì)量數(shù)之和為18.因為B的質(zhì)量是中子的17倍，則B的質(zhì)量數(shù)為17,144171則C的質(zhì)量數(shù)為1,所以C為質(zhì)子；故核反應方程為：7N+2Hh80+1H;(

17、2)設(shè)氨核的速度方向為正方向；根據(jù)動量守恒得，mHeVHe=,Vb+mvC,計算得出VC=+4X107m/s.變式訓練2(1)226Ac-226Th+01e(2)3條0.0721MeV【解析】(1)根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，3衰變的方程為：226AC-226Th+1e；(2)根據(jù)C3=3知，探測器能接收到丫射線譜線有3條.波長最長對應能級差最小，則波長最長丫光子的能量E=E2-E1=0.0721MeV.2典型例題3(M-mm)c/L(M-mm)c2【解析】根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得AE=AmC=(M-mm)c2;因mi-m2 TOC o 1-5 h z 為反應后存在質(zhì)量虧損，所以反應前后總動能

18、之差等于質(zhì)量虧損而釋放的核能，則有：A12122E=2mv”2Mv=(M-mm)c;反應過程中二個粒子組成的系統(tǒng)動量守恒，則有：Mm=mv”；聯(lián)立計算得出a粒子的動能為R=：mv2=J(M-mm)c2.2mi-m,典型例題4,(1)4；H4He+20e(2)24.87MeV【解析】(1)41HH4He+20e;(2)Am=4mpc2m=4X1.0073u24.0015u2X0.0005u=0.0267u,AE=Am(2=0.0267X931.5MeV=24.87MeV.當堂檢測AD【解析】根據(jù)核反應中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，由2H+3HR2He+X+17.6MeV知X是中子，A正確，由X+Y-4He+1H+4.9MeV可知，Y的質(zhì)