2018-2019学年高中物理 第十九章 原子核章末复习课学案 新人教版选修3-5

第十九章 原子核章末复习课【知识体系】主题1几种重要的核反应和核能的计算1几种重要的核反应类型反应类型核反应方程能量情况原子核的衰变衰变UThHe释放能量衰变ThPae原子核的人工转变质子的发现NHeOH中子的发现BeHeCn放射性同位素的发现AlHePn重核的裂变UnSrXe10n释放能量UnBaKr3n轻核的聚变HHHen释放能量2.核能的计算重核的裂变和轻核的聚变，存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程Emc2，可以判断两种核反应都会向外释放能量，计算核能的方法如下：(1)质能方程Emc2是计算释放核能多少的主要方法，质量亏损m的确定是计算核能的关键(2)核反应中如无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能这种情况下的核能可由下列关系计算：反应前总动能反应过程中释放的核能反应后总动能3核反应方程是该部分知识在高考中考查的重点之一，主要考查反应方程的书写、配平及类型判断等问题书写及配平核反应方程的依据是电荷数、质量数守恒另外要熟记常见粒子的符号，如He、H、n、e、e、H、H等【典例1】已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7u，He核的质量为3.015 0 u两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成He并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能(质量亏损为1 u时，释放的能量为931.5 MeV.除了计算质量亏损外，He的质量可以认为是中子的3倍)(1)写出该核反应的方程式；(2)该核反应释放的核能是多少？(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12 MeV，则反应前每个氘核的动能是多少MeV?解析：(1)核反应方程为2HHen.(2)质量亏损为m2.013 6 u23.015 0 u1.008 7 u0.003 5 u.则释放的核能为Emc20.003 5931.5 MeV3.26 MeV.(3)设中子和He核的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，反应前每个氘核的动能为E0，反应后中子和He核的动能分别为E1、E2.根据动量守恒得：m1v1m2v20，所以.根据Emv2得，即E23.12 MeV1.04 MeV.由能量转化和守恒定律得E1E22E0E.代入数据得E00.45 MeV.答案：(1)2HHen(2)3.26 MeV(3)0.45 MeV名师点评核能计算常见的方法(1)利用质能方程Emc2计算核能(2)利用比结合能计算核能原子核的结合能比结合能核子数核反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新原子核的总结合能之差，等于该次反应所释放(或吸收)的核能(3)据能量守恒和动量守恒定律计算核能(4)应用阿伏加德罗常数计算核能若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，其解题的基本思路为：根据物体的质量m和摩尔质量M，由n求出物质的量，并求出原子核的个数NNAnNA.由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0(或直接从题目中找出E0)再根据ENE0求出总能量针对训练1三个粒子结合成一个碳C，已知碳原子的质量为12.000 0 u，氦原子质量为4.002 6 u.(1)写出核反应方程(2)这个核反应放出的能量是多少焦？(3)这个能量合多少MeV?解析：(1)3HeCE.(2)m34.002 6 u12.000 0 u0.007 8 u，m0.007 81.661027 kg12.9481030 kg，Emc21.1651012 J.(3)E1.1651012/(1.61019) eV7.28106 eV7.28 MeV.答案：(1)3HeCE(2)1.1651012 J(3)7.28 MeV主题2原子核的两种衰变和三种射线1原子核的两种衰变(1)原子核的衰变是指原子核放出粒子或粒子变成新的原子核衰变是原子核放出两个质子和两个中子的结合体，衰变是原子核内的一个中子变成一个质子时发生的，射线是在发生衰变和衰变时，产生的新核由较高能量状态向较低能量状态跃迁时发生的(2)不论发生哪种衰变，衰变前后的电荷数和质量数是守恒的2三种放射性射线三种射线是指射线、射线和射线，三种射线的实质和特性如下表所示射线类型粒子特性射线He(正电)穿透本领小(空气中射程只有几厘米)，电离本领强，速度为射线e(负电)穿透本领大(能穿透几毫米厚的铝板)，电离作用较弱，速度为射线高能光子(中性)穿透本领很大(能穿透几厘米厚的铅板)，电离作用很小3.半衰期放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间计算公式：NN0或mm0，其中n，为半衰期典例2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖.大多数原子核发生核反应的过程中都伴着中微子的产生，例如核裂变、核聚变、衰变等.下列关于核反应的说法正确的是（）A.90Th衰变为86Rn，经过3次衰变，2次衰变B.HHHen是衰变方程，90Th91Pae是衰变方程C.90Un56BaKr3n是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程D.高速运动的粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，其核反应方程为He7N8On解析：90Th衰变为86Rn，经过3次衰变，2次衰变，故A正确；HHHen是核聚变方程，90Th91Pae是衰变方程，故B错误；92Un56BaKr3n是核裂变方程，不是氢弹的核反应方程，故C错误；高速运动的粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，其核反应方程为He7N8OH，故D错误.故A正确，BCD错误.答案：A名师点评确定衰变次数的方法(1)XYnHeme.根据质量数、电荷数守恒得AA4n，ZZ2nm.二式联立求解得衰变次数n和衰变次数m.(2)根据衰变和衰变实质(衰变质量数不变)直接求解 针对训练2.在核电站泄漏的污染物中含有131I和137Cs两种放射性元素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射.在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是和（填入正确选项前的序号）.131I和137Cs原子核中的中子数分别是和.X1BanX2XeeX3Bae X4XeH解析：根据衰变过程中电荷数守恒和质量数守恒，可知X2为I，X3为Cs，中子数等于质量数减去核电荷数，分别为1315378和1375582.答案：7882统揽考情本章内容是介绍原子核物理学中最基础的知识和研究方法，它是进入微观领域的“金钥匙”，它对近代物理及其他技术有极其深远的影响它是高考选考的常考内容，考查内容主要集中在原子核的结构、原子核的衰变及质能联系方程等知识，并以选择题为主 真题例析（2017全国卷）一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为UThHe.下列说法正确的是（）A.衰变后钍核的动能等于粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间D.衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量解析：根据动量守恒定律可知衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小，B正确；根据Ek可知衰变后钍核的动能小于粒子的动能，A错误；半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，C项错误，衰变后质量亏损，因此粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，D项错误.答案：B 针对训练（2017全国卷）大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电.氘核聚变反应方程是：HHHen.已知H的质量为2.013 6 u，He的质量为3.015 0 u，n的质量为1.008 7 u，1 u931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为（）A.3.7 MeVB.3.3 MeVC.2.7 MeV D.0.93 MeV解析：氘核聚变反应的质量亏损m2m氘m氦mn0.003 5 u，则该反应释放的核能为Em931 MeV3.258 5 MeV3.3 MeV.答案：B1.（2017天津卷）我国自主研究制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献.下列核反应方程中属于聚变反应的是（）A.HHHenB.7NHe8OHC.HeAlPnD.92Un56BaKr3n解析：因为HHHen是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，因此A正确；7NHe8OH是卢瑟福发现质子的核反应，他用粒子轰击氮原子核，产生氧的同位素氧17和一个质子，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误；HeAlPn是小居里夫妇用粒子轰击铝箔时发现了放射性磷30，属于人工核反应，故C错误；92Un56BaKr3n是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误.答案：A2.（2017江苏卷）（多选）原子核的比结合能曲线如图所示.根据该曲线，下列判断正确的有（）A.He核的结合能约为14 MeVB.He核比Li核更稳定C.两个H核结合成He核时释放能量D.92U核中核子的平均结合能比Kr核中的大解析：He核里面有四个核子，所以结合能约为28 MeV，A项错误；比结合能越大，原子核越稳定，所以B项正确；两个H核结合成He核时发生聚变反应，比结合能变大，有质量亏损，所以释放能量，C项正确；92U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，D项错误.答案：BC3(2016全国卷)在下列描述核过程的方程中，属于衰变的是_(填正确答案的字母标号，下同)，属于衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_A.CNeB.PSeC.UThHe D.NHeOHE.UnXeSr2nF.HHHen解析：天然放射性元素自发地放出粒子(即氦核He)的衰变属于衰变；放出粒子的衰变属于衰变；重核分裂成几个中等质量原子核的现象为核裂变；轻原子核聚合成较重原子核的反应为核聚变答案：CABEF4.（2017北京卷）在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次衰变。放射出的粒子（He）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以m、q分别表示粒子的质量和电荷量.（1）放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该衰变的核反应方程；（2）粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；（3）设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损m.解析：（1）衰变的核反应方程为XYHe.（2）粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力qv1Bm，T，解得：T.由电流的定义式可得： I.（3）衰变过程中由动量守恒定律可得： mv1Mv2，由能量守恒可知，释放的核能为： EmvMv，由质能方程可得： Emc2.联立以上方程可解得： m.答案：（1）XYHe（2）（3）8