人教版(新教材)高中物理選擇性必修3第五章 原子核網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與學(xué)科素養(yǎng)提升

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE1網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與學(xué)科素養(yǎng)提升一、核廢料污染與防護(hù)——科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng)新能源是21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具決定力的五大技術(shù)領(lǐng)域之一。核能是一種相對(duì)高效、清潔的新能源，是煤、石油等能源的有效替代品。但核廢料放出的射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，發(fā)生電離和激發(fā)作用，對(duì)生物體會(huì)引起輻射損傷。尤其是在發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)，核電站受損后會(huì)泄漏部分放射性物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成污染。因此在核設(shè)施的建造，核廢料的處理上都要采取嚴(yán)格的安全措施?！祭?〗(多選)日本福島第一核電站在地震后，數(shù)秒內(nèi)就將控制棒插入核反應(yīng)堆芯，終止了鈾的裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。但海嘯摧毀了機(jī)組的冷卻系統(tǒng)，因裂變遺留的產(chǎn)物銫、鋇等繼續(xù)衰變不斷釋放能量，核燃料棒溫度不斷上升，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生了巨大的危害。則下列說(shuō)法正確的是()A.控制棒通過(guò)吸收中子來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)核反應(yīng)的控制B.日本后來(lái)向反應(yīng)堆灌注海水，可以降溫，但大量的被污染的海水外泄，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生了巨大的危害C.核裂變遺留物銫、鋇等原子的質(zhì)量可能比鈾原子質(zhì)量大D.核泄漏中放射性物質(zhì)對(duì)人類是有害的〖解析〗控制棒通過(guò)吸收中子來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)核反應(yīng)速度的控制，選項(xiàng)A正確；日本后來(lái)向反應(yīng)堆灌注海水，大量的被污染的海水外泄，泄漏中放射性物質(zhì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生了巨大的危害，選項(xiàng)B、D正確；因?yàn)楹朔磻?yīng)有能量釋放，可知銫、鋇等原子的質(zhì)量比鈾原子質(zhì)量小，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤?！即鸢浮紸BD〖素養(yǎng)提升練1〗(多選)14C發(fā)生放射性衰變成為14N，半衰期約5700年。已知植物存活期間，其體內(nèi)14N與12C的比例不變；生命活動(dòng)結(jié)束后，14C的比例持續(xù)減少?，F(xiàn)通過(guò)測(cè)量得知，某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一。下列說(shuō)法正確的是()A.該古木的年代距今約5700年B.12C、13C、14C具有相同的中子數(shù)C.14C衰變?yōu)?4N的過(guò)程中放出β射線D.增加樣品測(cè)量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C的衰變〖解析〗古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一，說(shuō)明該古木樣品中14C有半數(shù)發(fā)生衰變，由于其半衰期約5700年，可推斷該古木樣品距今約5700年，故A項(xiàng)正確；12C、13C、14C為同位素，具有相同的質(zhì)子數(shù)，由于質(zhì)量數(shù)不同，故中子數(shù)不同，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；14C衰變?yōu)?4N的過(guò)程中放出β射線，為β衰變，故C項(xiàng)正確；半衰期由原子核內(nèi)部因素決定，與溫度、壓強(qiáng)等外界因素?zé)o關(guān)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。〖答案〗AC二、“形異質(zhì)同”類問(wèn)題——比較思維能力的培養(yǎng)兩類核衰變?cè)诖艌?chǎng)中的徑跡靜止核在磁場(chǎng)中自發(fā)衰變，其軌跡為兩相切圓，α衰變時(shí)兩圓外切，β衰變時(shí)兩圓內(nèi)切，根據(jù)動(dòng)量守恒m1v1＝m2v2和r＝eq\f(mv,qB)知，半徑小的為新核，半徑大的為α粒子或β粒子，其特點(diǎn)對(duì)比如下表：α衰變eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡兩圓外切，α粒子半徑大β衰變eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡兩圓內(nèi)切，β粒子半徑大〖例2〗一個(gè)靜止的放射性同位素的原子核eq\o\al(30,15)P衰變?yōu)閑q\o\al(30,14)Si，另一個(gè)靜止的天然放射性元素的原子核eq\o\al(234,90)Th衰變?yōu)閑q\o\al(234,91)Pa，在同一磁場(chǎng)中，得到衰變后粒子的運(yùn)動(dòng)徑跡1、2、3、4，如圖所示，則這四條徑跡依次是()A.電子、eq\o\al(234,91)Pa、eq\o\al(30,14)Si、正電子B.eq\o\al(234,91)Pa、電子、正電子、eq\o\al(30,14)SiC.eq\o\al(30,14)Si、正電子、電子、eq\o\al(234,91)PaD.正電子、eq\o\al(30,14)Si、eq\o\al(234,91)Pa、電子〖解析〗eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e(正電子)，產(chǎn)生的兩個(gè)粒子，都帶正電，應(yīng)是外切圓，由R＝eq\f(mv,qB)知，電荷量大的半徑小，故3是正電子，4是eq\o\al(30,14)Si。eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e(電子)，產(chǎn)生的兩個(gè)粒子，一個(gè)帶正電，一個(gè)帶負(fù)電，應(yīng)是內(nèi)切圓，由R＝eq\f(mv,qB)知，電荷量大的半徑小，故1是eq\o\al(234,91)Pa，2是電子，故B項(xiàng)正確。〖答案〗B〖素養(yǎng)提升練〗2.實(shí)驗(yàn)觀察到，靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中A點(diǎn)的原子核發(fā)生β衰變，衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)方向和軌跡示意圖如圖，則()A.軌跡1是電子的，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外B.軌跡2是電子的，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外C.軌跡1是新核的，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里D.軌跡2是新核的，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里〖解析〗根據(jù)動(dòng)量守恒定律，原子核發(fā)生β衰變后產(chǎn)生的新核與電子的動(dòng)量大小相等，設(shè)為p，根據(jù)qvB＝eq\f(mv2,r)，得軌道半徑r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)，故電子的軌跡半徑較大，即軌跡1是電子的，軌跡2是新核的。根據(jù)左手定則，可知磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，選項(xiàng)D正確?！即鸢浮紻3.如圖甲所示，靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的eq\o\al(6,3)Li核俘獲一個(gè)速度為v0＝7.7×104m/s的中子而發(fā)生核反應(yīng)，即eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He，若已知eq\o\al(4,2)He的速度v2＝2.0×104m/s，其方向與反應(yīng)前中子速度方向相同，試求：(1)eq\o\al(3,1)H的速度大小和方向；(2)在圖乙中，已畫(huà)出并標(biāo)明兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，請(qǐng)計(jì)算出軌道半徑之比；(3)當(dāng)eq\o\al(4,2)He旋轉(zhuǎn)三周時(shí)，粒子eq\o\al(3,1)H旋轉(zhuǎn)幾周？〖解析〗(1)反應(yīng)前、后動(dòng)量守恒：m0v0＝m1v1＋m2v2(v1為氚核速度，m0、m1、m2分別代表中子、氚核、氦核質(zhì)量)代入數(shù)值可解得：v1＝－1.0×103m/s，方向與v0相反。(2)eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(4,2)He在磁場(chǎng)中均受洛倫茲力，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比r1∶r2＝eq\f(m1v1,q1B)∶eq\f(m2v2,q2B)＝3∶40。(3)eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(4,2)He做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期之比T1∶T2＝