高中物理教科版5第三章原子核 第3章章末分層突破

章末分層突破[自我校對]①電離②穿透③有半數(shù)④核子⑤氮核⑥鈹核⑦質(zhì)量數(shù)⑧電荷數(shù)⑨mc2四類核反應(yīng)及其核反應(yīng)方程1.書寫原則：核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒．2．常見的核反應(yīng)方程及相關(guān)內(nèi)容核反應(yīng)式與其相關(guān)的重要內(nèi)容eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heα衰變實(shí)質(zhì)2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)eβ衰變實(shí)質(zhì)eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)eeq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)(1919年)盧瑟福eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n中子的發(fā)現(xiàn)(1932年)查德威克eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n人工放射性同位素的發(fā)現(xiàn)約里奧—居里夫婦eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e正電子的發(fā)現(xiàn)(1934年)約里奧—居里夫婦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)neq\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)n重核裂變eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n輕核聚變3.關(guān)于核反應(yīng)的四點(diǎn)說明(1)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接．(2)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程．(3)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守恒．(4)四類核反應(yīng)的判斷技巧：衰變方程的箭頭左側(cè)只有一項(xiàng)且箭頭右側(cè)必有eq\o\al(4,2)He或eq\o\al(0,－1)e；人工轉(zhuǎn)變的箭頭左側(cè)都含有一個(gè)用來轟擊的小粒子，多為質(zhì)子、中子、α粒子或β粒子，且被轟擊核多為中等質(zhì)量核；重核裂變的箭頭左側(cè)多為鈾235，且有中子；聚變方程的箭頭左側(cè)的原子序數(shù)都很小多為前4號元素．下列說法正確的是()\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是聚變\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n是裂變\o\al(226,98)Ra→eq\o\al(222,96)Rn＋eq\o\al(4,2)He是α衰變\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e是裂變\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是聚變【解析】聚變是兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，A正確，E錯(cuò)誤；裂變反應(yīng)指的是質(zhì)量較大的核分解成幾塊中等質(zhì)量的核，B正確，D錯(cuò)誤；放射性元素自發(fā)的放射出α粒子的現(xiàn)象是α衰變，C正確．【答案】ABC核反應(yīng)中的“守恒規(guī)律”原子核物理中，常提及核反應(yīng)的“守恒規(guī)律”與“核能的計(jì)算”問題．事實(shí)上，在核反應(yīng)過程中，由于核力對核子做功，會(huì)引起“核反應(yīng)系統(tǒng)”(以下簡稱“系統(tǒng)”)的能量變化．我們就把系統(tǒng)釋放或吸收的這部分能量，叫做核能．從而，核反應(yīng)即可分為質(zhì)量虧損、釋放核能和質(zhì)量增加、吸收核能兩大類型．其中，又以研究發(fā)生質(zhì)量虧損、釋放核能的一類核反應(yīng)為學(xué)習(xí)的重點(diǎn)．欲解決核反應(yīng)中有關(guān)“守恒規(guī)律”與“核能的計(jì)算”問題，可利用以下幾條“依據(jù)”：1．五個(gè)守恒(1)質(zhì)量數(shù)守恒．(2)質(zhì)子數(shù)(電荷數(shù))守恒．(3)質(zhì)量守恒(“虧損質(zhì)量”與釋放的“核能”相當(dāng))．(4)能量守恒．(5)動(dòng)量守恒．2．兩個(gè)方程(1)質(zhì)能方程：E＝mc2，m指物體的質(zhì)量．(2)核能：ΔE＝Δmc2.3．一個(gè)半衰期(T)(1)剩余核數(shù)：N＝N0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,T)).(2)剩余質(zhì)量：m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,T)).如圖3-1所示，有界勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝T，磁場方向垂直于紙面向里，MN是磁場的左邊界，在磁場中A處放一個(gè)放射源，內(nèi)裝eq\o\al(226,88)Ra(鐳)，eq\o\al(226,88)Ra放出某種放射線后衰變成eq\o\al(222,86)Rn(氡)．試寫出eq\o\al(226,88)Ra衰變的方程．若A距磁場的左邊界MN的距離OA＝m時(shí)，放在MN左側(cè)的粒子接收器收到垂直于邊界MN方向射出的質(zhì)量較小的粒子，此時(shí)接收器距過OA的直線m，則此時(shí)可以推斷出一靜止鐳核eq\o\al(226,88)Ra衰變時(shí)放出的能量是多少？(保留兩位有效數(shù)字，取1u＝×10－27kg，電子電量e＝×10－19C)圖3-1【解析】eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He.鐳衰變放出α粒子和氡核，在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，α粒子垂直于MN邊界射出被接收器接收，α粒子在磁場中的軌跡為1/4圓周，得圓半徑為R＝mα粒子的動(dòng)量mαv＝qBR＝×10－20kg·m/sα粒子的動(dòng)能為E1＝eq\f(1,2)mαv2＝eq\f(p2,2mα)＝×10－14J衰變過程中動(dòng)量守恒，有mαv＝MRnv1氡核反沖的動(dòng)能為E2＝eq\f(1,2)MRnveq\o\al(2,1)＝eq\f(mαE1,MRn)衰變過程釋放出的能量為E1＋E2＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1＋\f(mα,MRn)))E1≈×10－14J.【答案】eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He×10－14J如果在核反應(yīng)中無光子輻射，核反應(yīng)釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新核的動(dòng)能和新粒子的動(dòng)能.在這種情況下計(jì)算核能的主要依據(jù)是：,1核反應(yīng)過程中只有內(nèi)力作用，故動(dòng)量守恒.,2反應(yīng)前后總能量守恒.,常見的反應(yīng)類型：反應(yīng)前總動(dòng)能＋反應(yīng)過程中釋放的核能＝反應(yīng)后總動(dòng)能.1.(2023·全國甲卷)在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________．(填正確答案標(biāo)號)\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,-1)e\o\al(32,15)P→eq\o\al(32,16)S＋eq\o\al(0,-1)e\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n【解析】α衰變是一種元素衰變成另一種元素過程中釋放出α粒子的現(xiàn)象，選項(xiàng)C為α衰變；β衰變?yōu)樗プ冞^程中釋放出β粒子的現(xiàn)象，選項(xiàng)A、B均為β衰變；重核裂變是質(zhì)量較大的核變成質(zhì)量較小的核的過程，選項(xiàng)E是常見的一種裂變；聚變是兩個(gè)較輕的核聚合成質(zhì)量較大的核的過程，選項(xiàng)F是典型的核聚變過程．【答案】CABEF2．(2023·全國丙卷)一靜止的鋁原子核eq\o\al(27,13)Al俘獲一速度為×107m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核eq\o\al(28,14)Si*.下列說法正確的是()A．核反應(yīng)方程為p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*B．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒C．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒D．核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和E．硅原子核速度的數(shù)量級為105m/s，方向與質(zhì)子初速度的方向一致【解析】核反應(yīng)過程中遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，核反應(yīng)方程為p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*，說法A正確．核反應(yīng)過程中遵從動(dòng)量守恒和能量守恒，說法B正確，說法C錯(cuò)誤．核反應(yīng)中發(fā)生質(zhì)量虧損，生成物的質(zhì)量小于反應(yīng)物的質(zhì)量之和，說法D錯(cuò)誤．根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mpvp＝mSivSi，碰撞后硅原子核速度的數(shù)量級為105m/s，方向與質(zhì)子初速度方向一致，說法E正確．【答案】ABE3．(2023·南昌一中檢測)如圖3-2所示，國際原子能機(jī)構(gòu)2007年2月15日公布核輻射警示新標(biāo)志，新標(biāo)志為黑框紅底三角，內(nèi)有一個(gè)輻射波標(biāo)記、一個(gè)骷髏頭標(biāo)記和一個(gè)逃跑的人形．核輻射會(huì)向外釋放三種射線：α射線帶正電，β射線帶負(fù)電，γ射線不帶電．現(xiàn)有甲、乙兩個(gè)原子核原來都靜止在同一勻強(qiáng)磁場中，其中一個(gè)核放出一個(gè)α粒子，另一個(gè)核放出一個(gè)β粒子，得出如圖所示的四條徑跡，則()圖3-2A．磁場的方向一定垂直于紙面向里B．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子C．a(chǎn)為α粒子的徑跡D．b為α粒子的徑跡E．c為β粒子的徑跡【解析】衰變過程中滿足動(dòng)量守恒，釋放粒子與新核的動(dòng)量大小相等、方向相反，根據(jù)帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)不難分析：若軌跡為外切圓，則為α衰變；若軌跡為內(nèi)切圓，則為β衰變．又因?yàn)镽＝mv/qB知半徑與電荷量成反比，可知答案為B、D、E項(xiàng)．【答案】BDE4．(2023·太原一中檢測)一個(gè)電子(質(zhì)量為m，電荷量為－e)和一個(gè)正電子(質(zhì)量為m，電荷量為e)，以相等的初動(dòng)能Ek相向運(yùn)動(dòng)，并撞到一起，發(fā)生“湮滅”，產(chǎn)生兩個(gè)頻率相同的光子，設(shè)產(chǎn)生光子的頻率為ν；若這兩個(gè)光子的能量都是hν，動(dòng)量分別為p和p′，則hν＝________；p________－p′(選填“＞”“＜”或“＝”).【導(dǎo)學(xué)號：11010056】【解析】能量守恒和動(dòng)量守恒為普適定律，故以相等動(dòng)能相向運(yùn)動(dòng)發(fā)生碰撞而湮滅的正負(fù)電子總能量為：2Ek＋2mc2，化為兩個(gè)光子后，總動(dòng)量守恒且為零，故p＝－p′，且2Ek＋2mc2＝2hν，即hν＝Ek＋mc2.【答案】mc2＋Ek＝5．(2023·衡水一中檢測)鈾238的半衰期是×109年，假設(shè)一塊礦石中含有2kg鈾238，求：(1)經(jīng)過45億年后還剩下多少鈾238；假設(shè)發(fā)生衰變的鈾238均變成了鉛206，則此礦石中含有多少鉛；(2)若測出某塊礦石中的鈾、鉛含量比為119∶309，求此礦石的年齡．【解析】(1)45億年即×109年，由m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,T))知剩余的鈾238質(zhì)量為m＝2×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,T))kg＝1kg；在此45億年中將有1kg鈾238發(fā)生衰變并獲得了鉛206，故有m′＝eq\f(206,238)(m0－m)．則m′＝eq\f(206,238)kg＝kg，即礦石中含有鉛kg.(2)設(shè)此礦石原來的質(zhì)量為m0，年齡為t，則現(xiàn)在剩余的鈾238為m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,T))，那么在時(shí)間t內(nèi)發(fā)生了衰變的鈾238為m0－m＝eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(\f(t,T))))m0，設(shè)鉛206的質(zhì)量為mx，則eq\f(238,m0－m)＝eq\f(206,mx)，即mx＝eq\f(206,238)eq\b\lc\[\rc\](