2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)第十二章波粒二象性原子結(jié)構(gòu)原子核3原子結(jié)構(gòu)學(xué)案

PAGE7-第3講原子核必備學(xué)問(wèn)一、原子核的組成、放射性、放射性同位素、射線的危害與防護(hù)1.自然放射現(xiàn)象:放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象,首先由貝可勒爾發(fā)覺(jué)。自然放射現(xiàn)象的發(fā)覺(jué)說(shuō)明白原子核具有困難的結(jié)構(gòu)。2.三種射線的比較:名稱構(gòu)成電量(e)質(zhì)量(u)射出速度電離實(shí)力貫穿本事α氦核+240.1c最強(qiáng)最弱:一張很薄的紙就能攔住β電子-110.99c較強(qiáng)能穿過(guò)幾毫米厚的鋁板γ光子00c最弱最強(qiáng):能穿過(guò)幾厘米厚的鉛板3.原子核的組成:(1)原子核由質(zhì)子和中子組成,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。質(zhì)子帶正電,中子不帶電。(2)原子核中的兩種數(shù)量關(guān)系。①核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)(Z)=元素的原子序數(shù)=核外電子數(shù)②質(zhì)量數(shù)(A)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)(3)X元素的原子核符號(hào)為

ZAX,其中A表示質(zhì)量數(shù),Z表示4.放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù):(1)同位素:具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的原子核。(2)放射性同位素:有自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(xué)性質(zhì)相同。(3)應(yīng)用:消退靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等。(4)防護(hù):防止放射性對(duì)人體組織的損害。二、原子核的衰變、半衰期、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損1.原子核的衰變:(1)原子核放出α粒子或β粒子,變成另一種原子核的改變稱為原子核的衰變。(2)分類:γ輻射:當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時(shí),原子核中有的發(fā)生α衰變,有的發(fā)生β衰變,同時(shí)伴隨著γ輻射。(3)兩個(gè)典型的衰變方程。2.半衰期:(1)定義:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。(2)影響因素:放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素確定的,跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒(méi)有關(guān)系。3.核力:(1)定義:原子核內(nèi)部核子間特有的相互作用力。(2)核力的特點(diǎn)。①是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn);②是短程力,作用范圍在1.5×10-15m③每個(gè)核子只能與與其相鄰的核子發(fā)生核力作用。4.結(jié)合能:核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)汲取的能量,叫作原子核的結(jié)合能,也稱核能。5.比結(jié)合能:(1)定義:原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比,稱作比結(jié)合能,也叫平均結(jié)合能。(2)特點(diǎn):不同原子核的比結(jié)合能不同,原子核的比結(jié)合能越大,表示原子核中核子結(jié)合得越堅(jiān)固,原子核越穩(wěn)定。6.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損:愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,原子核的質(zhì)量必定比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm,這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE=Δmc2。三、核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程1.重核裂變:(1)重核裂變定義:質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過(guò)程。(2)重核裂變的特點(diǎn)。①裂變過(guò)程中釋放出巨大的能量;②裂變的同時(shí)能夠釋放出2～3(或更多)個(gè)中子;③裂變的產(chǎn)物不是唯一的。對(duì)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(yīng)方程:(4)鏈?zhǔn)椒磻?yīng):由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代接著下去的過(guò)程。(5)臨界體積和臨界質(zhì)量:裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量。(6)裂變的應(yīng)用:原子彈、核反應(yīng)堆。(7)反應(yīng)堆構(gòu)造:核燃料、減速劑、鎘棒、防護(hù)層。2.輕核聚變:(1)定義:兩輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過(guò)程。輕核聚變反應(yīng)必需在高溫下進(jìn)行,因此又叫熱核反應(yīng)。(2)特點(diǎn)。①聚變過(guò)程放出大量的能量,平均每個(gè)核子放出的能量,比裂變反應(yīng)中每個(gè)核子放出的能量大3至4倍。②聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更猛烈。③對(duì)環(huán)境污染較少。④自然界中聚變反應(yīng)原料豐富。(3)典型的聚變反應(yīng)方程:3.人工轉(zhuǎn)變:基礎(chǔ)小題1.推斷下列題目的正誤。(1)β衰變中的電子來(lái)源于原子核外電子。 ()(2)半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)少數(shù)原子核不適用。 ()(3)三種射線,按穿透實(shí)力由強(qiáng)到弱的排列依次是γ射線、β射線、α射線。 ()(4)目前核電站多數(shù)采納核聚變反應(yīng)發(fā)電。 ()(5)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程反映了物質(zhì)的質(zhì)量就是能量,它們之間可以相互轉(zhuǎn)化。 ()(6)人們相識(shí)原子核具有困難結(jié)構(gòu)是從盧瑟福發(fā)覺(jué)質(zhì)子起先的。 ()提示:(1)×。β衰變是原子核的衰變,β衰變中的電子來(lái)源于原子核中的中子。(2)√。放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變時(shí)所須要的時(shí)間叫半衰期,半衰期是對(duì)大量的放射性元素的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,在微觀領(lǐng)域不能確定某一個(gè)體的規(guī)律,只能描述它們的大量的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。(3)√。α射線貫穿實(shí)力很弱,電離作用很強(qiáng),是高速氦核流,β射線能貫穿幾毫米厚的鋁板,電離作用較強(qiáng),γ射線貫穿實(shí)力最強(qiáng),能穿透幾厘米厚的鉛板。(4)×。目前核電站采納核裂變反應(yīng)發(fā)電。(5)×。愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,不能說(shuō)明能量和質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系,只是說(shuō)明肯定質(zhì)量的物體會(huì)有相應(yīng)數(shù)量的能量,系統(tǒng)能量削減時(shí),其質(zhì)量也相應(yīng)削減。(6)×。人們相識(shí)原子核具有困難結(jié)構(gòu)是從貝克勒爾發(fā)覺(jué)自然放射現(xiàn)象起先的。2.(教材改編題)90232Th經(jīng)過(guò)一系列α衰變和β衰變后變成

82208Pb,則

82208A.16個(gè)中子,8個(gè)質(zhì)子 B.8個(gè)中子,16個(gè)質(zhì)子C.24個(gè)中子,8個(gè)質(zhì)子 D.8個(gè)中子,24個(gè)質(zhì)子【解析】選A。

82208Pb比

90232Th質(zhì)子數(shù)少(90-82)=8個(gè),核子數(shù)少(232-208)=24個(gè),所以中子數(shù)少(24-8)=16個(gè),故A正確,B、3.某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論,其中的兩個(gè)核反應(yīng)方程為

11H+612C→713N+Q1,

方程中Q1、Q2表示釋放的能量,相關(guān)的原子核質(zhì)量見(jiàn)下表:原子核

1

2

2

6

7

7質(zhì)量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推斷正確的是 ()A.X是

23He,Q2>Q1 B.X是

24C.X是

23He,Q2<Q1 D.X是

24【解析】選B。由核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知:X是

24He,解除A、C;前一核反應(yīng)過(guò)程的質(zhì)量虧損Δm1=(1.0078+12.0000-13.0057)u=0.0021u,而后一核反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm2=(1.0078+15.0001-12.0000-4.0026)0.0053u,Δm2>Δm1,故Q2>Q1,D錯(cuò)誤,B正確,故選B。4.如圖所示,表示原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)A的關(guān)系,據(jù)此下列說(shuō)法中正確的是 ()A.重的原子核,例如,鈾核(92235U),因?yàn)樗暮俗佣?核力大B.鋰核(36Li)的核子的比結(jié)合能比鈾核的比結(jié)合能小C.原子核結(jié)合的松緊程度可以用“比結(jié)合能”來(lái)表征,比結(jié)合能的定義是每個(gè)核子的平均結(jié)合能;比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定D.以上三個(gè)表述都錯(cuò)誤【解析】選C。原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量,而組成原子核的核子越多,它的結(jié)合能并不是越高,只有當(dāng)比結(jié)合能越大,原子核中的核子結(jié)合得越堅(jiān)固,原子核越穩(wěn)定,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。5.幽門螺標(biāo)菌可以引發(fā)多種胃病,因此能否精確、快速地檢測(cè)病人是否受到感染,對(duì)于治療方案的選擇是個(gè)關(guān)鍵。幽門螺桿菌在生命過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一種酶,它使尿素分解,生成物中包括二氧化碳。假如在檢測(cè)前讓病人服下少量尿素,依據(jù)呼出的氣體中是否含有酶分解尿素產(chǎn)生的二氧化碳,即可做出診斷。然而,正常新陳代謝也會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。為了將二者區(qū)分,可以請(qǐng)病人服下用14C合成的尿素,14C具有放射性,能夠自發(fā)地進(jìn)行β衰變,因此檢測(cè)呼出的二氧化碳是否具有放射性即可精確推斷。但是射線對(duì)人體有害,所以這不是很好的方法?，F(xiàn)在醫(yī)院里普遍選用的尿素是用無(wú)放射性的13C合成的,用質(zhì)譜儀或光譜分析的方法檢測(cè)呼出的二氧化碳中是否含有13C,就可以推斷病人的胃部是否被幽門螺桿菌感染,A.12C、13CB.12C、13CC.14C衰變后變?yōu)镈.14C衰變后生成的新核比【解析】選B。12C、13C、14C都是碳的同位素,它們的化學(xué)性質(zhì)是相同的,故A錯(cuò)誤;12C、13C、14C都是碳的同位素,由于它們的質(zhì)量數(shù)不同,所以原子的能級(jí)不同,則它們的原子光譜不同,故B正確;14C具有放射性,能夠自發(fā)地進(jìn)行β衰變,依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知,衰變的產(chǎn)物的質(zhì)量數(shù):m=14-0=14,電荷數(shù):6+1=7,可知14C衰變后變成14N,故C錯(cuò)誤;14C6.原子核的平均結(jié)合能與原子序數(shù)有如圖所示的關(guān)系。下列關(guān)于原子核結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)的說(shuō)法中正確的是 ()A.原子核a和b聚變成原子核c時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損,要放出能量B.原子核f裂變成原子核d和e時(shí)會(huì)有質(zhì)量增加,要汲取能量C.原子核c中核子的平均質(zhì)量要比原子核b的大D