2018-2019版物理新導(dǎo)學(xué)筆記人教通用版選修3-5講義：第十九章 原子核 章末總結(jié)

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精章末總結(jié)一、對(duì)核反應(yīng)方程及類(lèi)型的理解1．核反應(yīng)的四種類(lèi)型類(lèi)型可控性核反應(yīng)方程典例衰變?chǔ)了プ冏园l(fā)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al（234,90）Th＋eq\o\al（4,2）Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al（234，91）Pa＋eq\o\al（

0,－1）e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芿q\o\al（14，7）N＋eq\o\al（4，2)He→eq\o\al(17，8)O＋eq\o\al(1，1)H（盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9，4）Be→eq\o\al（12，6)C＋eq\o\al（1,0）n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\al(27,13）Al＋eq\o\al（4，2)He→eq\o\al(30，15）P＋eq\o\al(1，0）n約里奧－居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子eq\o\al（30，15）P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al（

0，＋1)e重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制eq\o\al(235,92）U＋eq\o\al（1,0)n→eq\o\al(144，56）Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1，0）neq\o\al(235,92）U＋eq\o\al(1，0）n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90，38)Sr＋10eq\o\al（1,0)n輕核聚變目前無(wú)法控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3，1）H→eq\o\al(4,2）He＋eq\o\al（1,0)n2。核反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)(1）熟記常見(jiàn)基本粒子的符號(hào)是正確書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)．如質(zhì)子(eq\o\al（1，1)H)、中子(eq\o\al(1,0）n)、α粒子(eq\o\al(4，2)He)、β粒子(eq\o\al(0,－1)e）、正電子(eq\o\al(0，＋1）e）、氘核(eq\o\al(2，1）H)、氚核(eq\o\al（3，1）H）等．(2）掌握核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律是正確書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)，由于核反應(yīng)不可逆,所以書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“→”表示反應(yīng)方向．（3)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒．例1（多選）能源是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問(wèn)題的途徑之一．下列釋放核能的反應(yīng)方程中，表述正確的是(）A。eq\o\al(4，2）He＋eq\o\al（27，13)Al→eq\o\al(30，15）P＋eq\o\al（1,0）n是原子核的人工轉(zhuǎn)變B。eq\o\al（3,1)H＋eq\o\al（1，1)H→eq\o\al（4,2)He＋γ是核聚變反應(yīng)C。eq\o\al（19，9）F＋eq\o\al(1，1)H→eq\o\al(16，8)O＋eq\o\al（4,2)He是α衰變D。eq\o\al（235，92）U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al（90，38）Sr＋eq\o\al（136，54）Xe＋10eq\o\al（1,0)n是裂變反應(yīng)答案ABD解析我們要對(duì)人工轉(zhuǎn)變、聚變、裂變、衰變的定義有深入認(rèn)識(shí),根據(jù)各種定義可知：A是原子核的人工轉(zhuǎn)變的反應(yīng)方程式；B是聚變的核反應(yīng)方程式;C并不是α衰變,而是人工轉(zhuǎn)變，衰變是自發(fā)進(jìn)行的，不受外界因素的影響；D是裂變的核反應(yīng)方程式．故A、B、D正確．針對(duì)訓(xùn)練1在下列四個(gè)核反應(yīng)方程式中,X表示中子的是______，屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變的是________．A.eq\o\al（14，7）N＋eq\o\al(4，2）He→eq\o\al（17,8）O＋XB。eq\o\al（27,13）Al＋eq\o\al（4，2)He→eq\o\al(30,15）P＋XC.eq\o\al(2,1）H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4，2）He＋XD.eq\o\al(235,92）U＋X→eq\o\al（90，38）Sr＋eq\o\al（136，54)Xe＋10X答案BCDAB解析在核反應(yīng)中，不管是什么類(lèi)型的核反應(yīng)，都遵守電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，對(duì)A，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為14＋4－17＝1，其電荷數(shù)為7＋2－8＝1,即未知粒子是質(zhì)子(eq\o\al(1，1)H）；對(duì)B，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為27＋4－30＝1，其電荷數(shù)為13＋2－15＝0,所以X是中子(eq\o\al（1,0）n)；對(duì)C，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為2＋3－4＝1，電荷數(shù)為：1＋1－2＝0，X也是中子（eq\o\al(1,0)n）；對(duì)D，未知粒子質(zhì)量數(shù)為90＋136＋10－235＝1,電荷數(shù)為38＋54－92＝0，X也是中子(eq\o\al（1，0）n）,故方程中X是中子的核反應(yīng)為B、C、D，其中A、B為原子核的人工轉(zhuǎn)變．二、半衰期及衰變次數(shù)的計(jì)算1．半衰期：大量放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間．計(jì)算公式:N余＝N原(eq\f（1，2）)n或m余＝m原（eq\f(1，2）)n，其中n＝eq\f(t,τ）,τ為半衰期．2．確定衰變次數(shù)的方法（1）eq\o\al(A，Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2）He＋meq\o\al（0，－1)e根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得A＝A′＋4nZ＝Z′＋2n－m兩式聯(lián)立求解得α衰變次數(shù)n和β衰變次數(shù)m。(2)根據(jù)α衰變和β衰變(β衰變質(zhì)量數(shù)不變）直接求解．例2(多選）關(guān)于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是(）A．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將變長(zhǎng)B．β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶訒r(shí)產(chǎn)生的C．在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，α射線的電離能力最強(qiáng)D．鈾核(eq\o\al(238,92)U)衰變?yōu)殂U核(eq\o\al（206，82）Pb)的過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)8次α衰變和6次β衰變答案CD解析半衰期的時(shí)間與元素的物理狀態(tài)無(wú)關(guān),若使某放射性物質(zhì)的溫度升高,其半衰期不變，故A錯(cuò)誤；β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的,故B錯(cuò)誤；在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng),α射線的電離能力最強(qiáng)，故C正確；鈾核（eq\o\al(238，92)U)衰變?yōu)殂U核（eq\o\al（206，82)Pb）的過(guò)程中，每經(jīng)過(guò)一次α衰變質(zhì)子數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4；而每經(jīng)過(guò)一次β衰變質(zhì)子數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變；由質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒，可知要經(jīng)過(guò)8次α衰變和6次β衰變，故D正確．針對(duì)訓(xùn)練2放射性元素eq\o\al(238，92）U衰變有多種可能途徑,其中一種途徑是先變成eq\o\al(210,83）Bi,而eq\o\al(210，83）Bi可以經(jīng)一次衰變變成eq\o\al（210,a)X(X代表某種元素)，也可以經(jīng)一次衰變變成eq\o\al（b,81)Tl，eq\o\al(210，a）X和eq\o\al(b,81)Tl最后都變成eq\o\al（206,82）Pb，衰變路徑如圖1所示．則()圖1A．a(chǎn)＝82，b＝211B。eq\o\al（210,83）Bi→eq\o\al（210，a)X是β衰變，eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81）Tl是α衰變C.eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210，a）X是α衰變,eq\o\al(210,83）Bi→eq\o\al（b,81）Tl是β衰變D。eq\o\al（b，81)Tl經(jīng)過(guò)一次α衰變變成eq\o\al（206，82）Pb答案B解析由eq\o\al（210,83)Bi→eq\o\al（210,a）X，質(zhì)量數(shù)不變，說(shuō)明發(fā)生的是β衰變，同時(shí)知a＝84。由eq\o\al(210，83)Bi→eq\o\al（b,81）Tl，核電荷數(shù)減2，說(shuō)明發(fā)生的是α衰變,同時(shí)知b＝206，故eq\o\al（206，81）Tl→eq\o\al(206,82）Pb發(fā)生了一次β衰變．故選B.三、核能的計(jì)算1．利用質(zhì)能方程來(lái)計(jì)算核能(1）根據(jù)核反應(yīng)方程,計(jì)算核反應(yīng)前與核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損Δm.(2)根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2計(jì)算核能．方程ΔE＝Δmc2中若Δm的單位用“kg"、c的單位用“m/s”,則ΔE的單位為“J”；若Δm的單位用“u”，可直接用質(zhì)量與能量的關(guān)系式推算ΔE，此時(shí)ΔE的單位為“兆電子伏（MeV)"，即1u＝1.66×10－27kg，相當(dāng)于931.5MeV，即原子質(zhì)量單位1u對(duì)應(yīng)的能量為931。5MeV，這個(gè)結(jié)論可在計(jì)算中直接應(yīng)用．2．利用平均結(jié)合能來(lái)計(jì)算核能原子核的結(jié)合能＝核子的平均結(jié)合能×核子數(shù)．核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該次核反應(yīng)所釋放（或吸收）的核能．例3已知氘核的平均結(jié)合能為1.1MeV,氦核的平均結(jié)合能為7。1MeV，則兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核時(shí)（)A．釋放出4。9MeV的能量 B．釋放出6。0MeV的能量C．釋放出24。0MeV的能量 D．吸收4.9MeV的能量答案C解析依據(jù)題意可寫(xiě)出兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核的核反應(yīng)方程為eq\o\al(2，1）H＋eq\o\al(2,1）H→eq\o\al（4,2）He，因氘核的平均結(jié)合能為1。1MeV，氦核的平均結(jié)合能為7.1MeV，故釋放的核能為ΔE＝4×7.1MeV－2×2×1.1MeV＝24.0MeV，故選C.例4用中子轟擊鋰核(eq\o\al(6，3)Li）發(fā)生核反應(yīng),生成氚核(eq\o\al（3,1）H)和α粒子，并放出4。8MeV的能量．已知1u相當(dāng)于931。5MeV的能量．(1)寫(xiě)出核反應(yīng)方程；(2）求出質(zhì)量虧損；(3)若中子和鋰核是以等大反向的動(dòng)量相碰，且核反應(yīng)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為新生核的動(dòng)能，則氚核和α粒子的動(dòng)能比是多少？答案（1)eq\o\al（6,3）Li＋eq\o\al（1，0)n→eq\o\al(3，1)H＋eq\o\al(4,2）He＋4.8MeV(2)0。0052u（3)4∶3解析（1）核反應(yīng)方程為eq\o\al（6,3）Li＋eq\o\al（1,0）n→eq\o\al(3,1）H＋eq\o\al（4,2）He＋4.8MeV。（2）依據(jù)ΔE＝Δmc2得，Δm＝eq\f(4.8，931。5）u≈0。0052u.(