(新高考)高考物理一輪復(fù)習(xí)課件第16章第2講《原子核》(含解析)

第十六章

近代物理第2講原子核1.了解原子核的組成及核力的性質(zhì)，了解半衰期及其統(tǒng)計意義.2.認(rèn)識原子核的結(jié)合能，了解核裂變及核聚變，能根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程.目標(biāo)要求內(nèi)容索引考點一原子核的衰變及半衰期考點二核反應(yīng)及核反應(yīng)類型考點三質(zhì)量虧損及核能的計算課時精練考點一原子核的衰變及半衰期1.原子核的組成：原子核是由

和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的

.2.天然放射現(xiàn)象放射性元素

地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由

發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明

具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu).夯實必備知識基礎(chǔ)梳理質(zhì)子質(zhì)子數(shù)貝克勒爾自發(fā)原子核3.三種射線的比較名稱構(gòu)成符號電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)α射線

核＋2e4u最____最___β射線______－eu較強較強γ射線光子γ00最___最___氦電子強弱弱強4.原子核的衰變(1)衰變：原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，變成另一種

的變化稱為原子核的衰變.(2)α衰變、β衰變原子核衰變類型α衰變β衰變衰變方程衰變實質(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)子和電子衰變規(guī)律

守恒、質(zhì)量數(shù)守恒電荷數(shù)(3)γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的.5.半衰期(1)公式：N余＝N原

，m余＝m原

.(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由

決定的，跟原子所處的外部條件(如溫度、壓強)或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)______(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”).核內(nèi)部自身的因素?zé)o關(guān)6.放射性同位素的應(yīng)用與防護(1)放射性同位素：有

放射性同位素和

放射性同位素兩類，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同.(2)應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、做

等.(3)防護：防止放射性對人體組織的傷害.天然人工示蹤原子1.三種射線，按穿透能力由強到弱的排列順序是γ射線、β射線、α射線.(

)2.β衰變中的電子來源于原子核外電子.(

)3.發(fā)生β衰變時，新核的電荷數(shù)不變.(

)4.如果現(xiàn)在有100個某放射性元素的原子核，那么經(jīng)過一個半衰期后還剩50個.(

)×√××例1

(多選)天然放射性元素

(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變之后，變成.下列判斷中正確的是A.衰變過程共有6次α衰變和4次β衰變B.鉛核比釷核少8個質(zhì)子C.β衰變所放出的電子來自原子核外D.釷核比鉛核多24個中子√考向1原子核的衰變√由于β衰變不會引起質(zhì)量數(shù)的減少，故可先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的減少確定α衰變的次數(shù)，x＝

＝6，再結(jié)合電荷數(shù)的變化情況和衰變規(guī)律來判定β衰變的次數(shù)(設(shè)為y)，2x－y＝90－82＝8，y＝2x－8＝4，釷核中的中子數(shù)為232－90＝142，鉛核中的中子數(shù)為208－82＝126，所以釷核比鉛核多16個中子，鉛核比釷核少8個質(zhì)子，β衰變所放出的電子來自原子核內(nèi)，A、B正確.例2

(多選)有一勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，方向垂直紙面向外，一個原來靜止在A處的原子核，發(fā)生衰變放射出某種粒子，兩個新核的運動軌跡如圖所示，已知兩個相切圓半徑分別為r1、r2.下列說法正確的是A.原子核發(fā)生α衰變，根據(jù)已知條件可以算出兩個新核

的質(zhì)量比B.衰變形成的兩個粒子帶同種電荷C.衰變過程中原子核遵循動量守恒定律D.衰變形成的兩個粒子電荷量的關(guān)系為q1∶q2＝r1∶r2√√衰變后兩個新核速度方向相反，受力方向也相反，根據(jù)左手定則可判斷出，帶同種電荷，所以衰變是α衰變，衰變后的新核由洛倫茲力提供向心力，有Bqv＝

，可得r＝

，衰變過程遵循動量守恒定律，即mv相同，所以電荷量與半徑成反比，有q1∶q2＝r2∶r1，但無法求出質(zhì)量，故A、D錯誤，B、C正確.例3

(2021·全國乙卷·17)醫(yī)學(xué)治療中常用放射性核素113In產(chǎn)生γ射線，而113In是由半衰期相對較長的113Sn衰變產(chǎn)生的.對于質(zhì)量為m0的113Sn，經(jīng)過時間t后剩余的113Sn質(zhì)量為m，其

－t圖線如圖所示.從圖中可以得到13Sn的半衰期為A.67.3d B.101.0dC.115.1d D.124.9d√考向2半衰期考點二核反應(yīng)及核反應(yīng)類型1.核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)β衰變自發(fā)人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)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?nèi)菀卓刂戚p核聚變現(xiàn)階段很難控制(2)掌握核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律：質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒.(3)由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時只能用“→”表示反應(yīng)方向.例4下列說法正確的是√根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，A選項反應(yīng)中的X質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，為α粒子，核反應(yīng)類型為α衰變，選項A錯誤；B選項反應(yīng)中的Y質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，為中子，核反應(yīng)類型為輕核聚變，選項B錯誤；C選項反應(yīng)中的K質(zhì)量數(shù)總數(shù)為10，電荷數(shù)為0，則K為10個中子，核反應(yīng)類型為重核裂變，選項C正確；D選項反應(yīng)中的Z質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為1，為質(zhì)子，核反應(yīng)類型為人工轉(zhuǎn)變，選項D錯誤.例5

(多選)(2020·全國卷Ⅰ·19)下列核反應(yīng)方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有√√考點三質(zhì)量虧損及核能的計算夯實必備知識基礎(chǔ)梳理核力和核能(1)核力：原子核內(nèi)部，

間所特有的相互作用力.(2)結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們

需要的能量，叫作原子的結(jié)合能，也叫核能.(3)比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與

之比，叫作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能.

越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定.(4)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對應(yīng)的能量ΔE＝

.原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝

.核子分開核子數(shù)比結(jié)合能Δmc2Δmc21.原子核的結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定.(

)2.核反應(yīng)中，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，一定有核能產(chǎn)生.(

)×√核能的計算方法(1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計算，計算時Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”.(2)根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計算.因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量，所以計算時Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”.(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能：原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子數(shù).提升關(guān)鍵能力方法技巧√因電子質(zhì)量遠小于質(zhì)子的質(zhì)量，計算中可忽略不計，核反應(yīng)質(zhì)量虧損Δm＝4×1.0078u－4.0026u＝0.0286u，釋放的能量ΔE＝0.0286×931MeV≈26.6MeV，選項C正確.√√√鈾塊需達到臨界體積才能維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)持續(xù)不斷進行下去，故C正確；例8花崗巖、磚砂、水泥等建筑材料是室內(nèi)氡的最主要來源.人呼吸時，氡氣會隨氣體進入肺臟，氡衰變放出的α射線像小“炸彈”一樣轟擊肺細胞，使肺細胞受損，從而引發(fā)肺癌、白血病等.一靜止的氡核

發(fā)生一次α衰變生成新核釙(Po)，此過程動量守恒且釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子和釙核的動能.已知m氡＝222.0866u，mα＝4.0026u，m釙＝218.0766u,1u相當(dāng)于931MeV的能量.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(1)寫出上述核反應(yīng)方程；根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒有(2)求上述核反應(yīng)放出的能量ΔE；答案

6.89MeV質(zhì)量虧損Δm＝222.0866u－4.0026u－218.0766u＝0.0074uΔE＝Δm×931MeV解得ΔE＝0.0074u×931MeV≈6.89MeV(3)求α粒子的動能Ekα.答案

6.77MeV設(shè)α粒子、釙核的動能分別為Ekα、Ek釙，動量分別為pα、p釙，由能量守恒定律得ΔE＝Ekα＋Ek釙由動量守恒定律得0＝pα

＋p釙又Ek＝故Ekα∶Ek釙＝218∶4解得Ekα≈6.77MeV.課時精練1.(2021·湖南卷·1)核廢料具有很強的放射性，需要妥善處理.下列說法正確的是A.放射性元素經(jīng)過兩個完整的半衰期后，將完全衰變殆盡B.原子核衰變時電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)不守恒C.改變壓力、溫度或濃度，將改變放射性元素的半衰期D.過量放射性輻射對人體組織有破壞作用，但輻射強度在安全劑量內(nèi)則

沒有傷害√必備基礎(chǔ)練12345678910根據(jù)半衰期的定義可知，放射性元素經(jīng)過兩個完整的半衰期后，還剩原來的

未衰變，故A錯誤；原子核衰變時滿足電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，故B錯誤；放射性元素的半衰期是由原子核的自身結(jié)構(gòu)決定的，而與物理環(huán)境如壓力、溫度或濃度無關(guān)，與化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故C錯誤；過量放射性輻射包含大量的射線，對人體組織有破壞作用，但輻射強度在安全劑量內(nèi)則沒有傷害，故D正確.123456789102.2020年12月4日，新一代“人造太陽”裝置——中國環(huán)流器二號M裝置(HL－2M)在成都建成并首次實現(xiàn)利用核聚變放電.下列方程中，正確的核聚變反應(yīng)方程是12345678910√A項方程是核聚變，B項方程為α衰變，C項方程為重核裂變，D項方程為人工核轉(zhuǎn)變.故選A.3.(2021·河北卷·1)銀河系中存在大量的鋁同位素26Al，26Al核β衰變的衰變方程為

，測得26Al核的半衰期為72萬年，下列說法正確的是A.26Al核的質(zhì)量等于26Mg核的質(zhì)量B.26Al核的中子數(shù)大于26Mg核的中子數(shù)C.將鋁同位素26Al放置在低溫低壓的環(huán)境中，其半衰期不變D.銀河系中現(xiàn)有的鋁同位素26Al將在144萬年后全部衰變?yōu)?6Mg12345678910√1234567891026Al和26Mg的質(zhì)量數(shù)均為26，相等，但是二者原子核中的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不同，所以質(zhì)量不同，A錯誤；半衰期是原子核固有的屬性，與外界環(huán)境無關(guān)，C正確；質(zhì)量為m的26Al的半衰期為72萬年，144萬年為2個半衰期，剩余質(zhì)量為

m，不會全部衰變?yōu)?6Mg，D錯誤.12345678910下列說法正確的是A.(1)(2)式核反應(yīng)沒有釋放能量B.(1)(2)(3)式均是原子核衰變方程C.(3)式是人類第一次實現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程D.利用激光引發(fā)可控的(4)式核聚變是正在嘗試的技術(shù)之一√√12345678910(1)是α衰變，(2)是β衰變，均有能量放出，故A錯誤；(3)是人工核轉(zhuǎn)變，故B錯誤；(3)式是人類第一次實現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程，故C正確；利用激光引發(fā)可控的(4)式核聚變是正在嘗試的技術(shù)之一，故D正確.5.(2021·全國甲卷·17)如圖，一個原子核X經(jīng)圖中所示的一系列α、β衰變后，生成穩(wěn)定的原子核Y，在此過程中放射出電子的總個數(shù)為A.6B.8C.10D.1412345678910√12345678910由題圖分析可知，核反應(yīng)方程為經(jīng)過a次α衰變，b次β衰變，由電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒可得238＝206＋4a；92＝82＋2a－b，解得a＝8，b＝6，故放出6個電子，故選A.12345678910能力綜合練√√根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，為中子，A正確，B錯誤；123456789107.(2020·全國卷Ⅱ·18)氘核

可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量，其總效果可用反應(yīng)式

表示.海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個，若全都發(fā)生聚變反應(yīng)，其釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時釋放的熱量相等；已知1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107J,1MeV＝1.6×10－13J，則M約為A.40kg B.100kgC.400kg D.1000kg√1234567891012345678910根據(jù)核反應(yīng)方程式，6個氘核聚變反應(yīng)可釋放出43.15MeV的能量，1kg海水中的氘核反應(yīng)釋放的能量為E＝

×43.15MeV≈7.19×1022

MeV≈1.15×1010J，則相當(dāng)于燃燒的標(biāo)準(zhǔn)煤的質(zhì)量為M＝

kg≈396.6kg，約為400kg.8.(多選)(2020·浙江7月選考·14)太陽輻射的總功率約為4×1026W，其輻射的能量來自于聚變反應(yīng).在聚變反應(yīng)中，一個質(zhì)量為1876.1MeV/c2(c為真空中的光速)的氘核()和一個質(zhì)量為2809.5MeV/c2的氚核()結(jié)合為一個質(zhì)量為3728.4MeV/c2的氦核(

)，并放出一個X粒子，同時釋放大約17.6MeV的能量.下列說法正確的是A.X粒子是質(zhì)子B.X粒子的質(zhì)量為939.6MeV/c2C.太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量約為4.4×109kgD.太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量約為17.6MeV/c212345678910√√12345678910該核反應(yīng)中質(zhì)量的減少量Δm1＝17.6MeV/c2，由質(zhì)能方程知，m氘＋m氚＝m氦＋mX＋Δm1，代入數(shù)據(jù)知1876.1MeV/c2＋2809.5MeV/c2＝3728.4MeV/c2＋mX＋17.6MeV/c2，故mX＝939.6MeV/c2，故B正確；太陽每秒輻射能量ΔE＝PΔt＝4×1026J，由質(zhì)能方程知Δm＝

，故太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量Δm＝

kg≈4.4×109kg，故C正確；因為ΔE＝4×1026J＝

eV＝2.5×1039MeV，則太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量為Δm＝

＝2.5×1039MeV/c2，故D錯誤.9.A、B是兩種放射性元素的原子核，原來都靜止在同一勻強磁場，其中一個放出α粒子，另一個放出β粒子，運動方向都與磁場方向垂直.圖中a、b與c、d分別表示各粒子的運動軌跡，下列說法中正確的是A.A放出的是α粒子，B放出的是β粒子B.a為α粒子運動軌跡，d為β粒子運動軌跡C.a軌跡中的粒子比b軌跡中的粒子動量小D.磁場方向一定垂直紙面向外12345678910√12345678910放射性元素放出α粒子時，α粒子與反沖