2017-2018学年高中物理 第十九章 原子核章末总结学案 新人教版选修3-5

第十九章 原子核章末总结一、对核反应方程及类型的理解1四类核反应方程的比较名称核反应方程时间其它衰变衰变UThHe1896年贝可勒尔衰变ThPae裂变UnSrXe10n1938年原子弹原理聚变HHHen17.6 MeV氢弹原理人工转变正电子AlHePnPSie1934年约里奥居里夫妇发现质子NHeOH1919年卢瑟福发现中子BeHeCn1932年查德威克2.解题时注意事项(1)熟记一些粒子的符号粒子(He)、质子(H)、中子(n)、电子(e)、氘核(H)、氚核(H)(2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒例1(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一下列释放核能的反应方程中，表述正确的是()A.HeAlPn是原子核的人工转变B.HHHe是核聚变反应C.FHOHe是衰变D.UnSrXe10n是裂变反应答案ABD解析我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知：A是原子核的人工转变的反应方程式；B是聚变的核反应方程式；C并不是衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不受外界因素的影响；D是裂变的核反应方程式故A、B、D正确针对训练1在下列四个核反应方程式中，X表示中子的是_，属于原子核的人工转变的是_A.NHeOXB.AlHePXC.HHHeXD.UXSrXe10X答案BCDAB解析在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒，据此，可以判断未知粒子属于什么粒子，对A，未知粒子的质量数：14417x，x1，其电荷数：728y，y1，即未知粒子是质子(H)；对B，未知粒子的质量数：27430x，x1，其电荷数：13215y，y0，所以X是中子(n)；对C，未知粒子的质量数为：234x，x1，电荷数为：112y，y0，X也是中子(n)；对D，未知粒子质量数为235x9013610x，x1，电荷数为：92y385410y，y0，X也是中子(n)，故方程中X是中子的核反应为B、C、D，其中A、B为原子核的人工转变二、半衰期及衰变次数的计算1半衰期：大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间计算公式：N余N原()n或m余m原()n，其中n，为半衰期2确定衰变次数的方法(1)XYnHeme根据质量数、电荷数守恒得AA4nZZ2nm两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(衰变质量数不变)直接求解例2(多选)关于原子核的有关知识，下列说法正确的是()A天然放射性射线中射线实际就是电子流，它来自原子核内B放射性原子经过、衰变致使新的原子核处于较高能级，因此不稳定从而产生射线C氡222经过衰变变成钋218的半衰期为3.8天，一个氡222原子核四天后一定衰变为钋218D比结合能越大，原子越容易发生衰变答案AB解析因为半衰期是统计规律，对单个原子核没有意义，所以C项错；比结合能描述原子核的稳定性，比结合能越大，原子核越稳定，越不容易发生衰变，所以D项错针对训练2放射性元素U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Tl，X和Tl最后都变成Pb，衰变路径如图1所示则()图1Aa82，b211B.BiX是衰变，BiTl是衰变C.BiX是衰变，BiTl是衰变D.Tl经过一次衰变变成Pb答案B解析由BiX，质量数不变，说明发生的是衰变，同时知a84.由BiTl，核电荷数减2，说明发生的是衰变，同时知b206，由TlPb发生了一次衰变，故选B.三、核能的计算1利用质能方程来计算核能(1)根据核反应方程，计算核反应前与核反应后的质量亏损m.(2)根据爱因斯坦质能方程Emc2或Emc2计算核能方程Emc2中若m的单位用“kg”、c的单位用“m/s”，则E的单位为“J”；若m的单位用“u”，可直接用质量与能量的关系式推算E，此时E的单位为“兆电子伏(MeV)”，即1 u1.661027 kg，相当于931.5 MeV，即原子质量单位1 u对应的能量为931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用2利用平均结合能来计算核能原子核的结合能核子的平均结合能核子数核反应中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核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能例3已知氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时()A释放出4.9 MeV的能量B释放出6.0 MeV的能量C释放出24.0 MeV的能量D吸收4.9 MeV的能量答案C解析依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为HHHe，因氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，故结合前氘核的能量为E121.1 MeV，结合后氦核的能量E247.1 MeV，可知吸收的能量为E2E1E224.0 MeV，式中负号表示释放核能，故选C.例4用中子轰击锂核(Li)发生核反应，生成氚核(H)和粒子，并放出4.8 MeV的能量已知1 u相当于931.5 MeV的能量(1)写出核反应方程；(2)求出质量亏损；(3)若中子和锂核是以等大反向的动量相碰，且核反应释放的能量全部转化为新生核的动能，则氚核和粒子的动能比是多少？(4)在问题(3)的条件下，粒子的动能是多大？答案(1)LinHHe4.8 MeV(2)0.005 2 u(3)43(4)2.06 MeV解析(1)核反应方程为LinHHe4.8 MeV.(2)依据Emc2得，m u0.005 2 u.(3)根据题意有m1v1m2v2式中m1、v1、m2、v2分别为氚核和粒子的质量和速度，由上式及动能Ek，可得它们的动能之比为Ek1Ek2m2m143.(4)粒子的动能Ek2(Ek1Ek2)4.8 MeV2.06 MeV.1氪90(Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(Zr)，这些衰变是()A1次衰变，6次衰变B4次衰变C2次衰变D2次衰变，2次衰变答案B解析解法一推理计算法根据衰变规律，衰变不影响核的质量数，发生一次衰变，核电荷数增加1；发生一次衰变，质量数减少4，核电荷数减少2，Kr衰变为Zr，质量数不变，故未发生衰变；核电荷数增加4，一定是发生了4次衰变解法二列方程求解设Kr衰变为Zr，经过了x次衰变，y次衰变，则有KrZrxHeye由质量数守恒得90904x由电荷数守恒得36402xy解得x0，y4，即只经过了4次衰变，选项B正确2恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：He_Be.(2)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.61016 s一定质量的Be，经7.81016 s后所剩下的Be占开始时的_答案(1)He(2)(或12.5%)解析(2)由题意可知经过了3个半衰期，故剩余的Be的质量m余m原()3m原3在下列描述核反应过程的方程中，属于衰变的是_，属于衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_(填正确答案标号)A.CNeB.PSeC.UThHeD.NHeOHE.UnXeSr2nF.HHHen答案CABEF4两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：HHHH.(已知H的质量m02.013 6 u，H的质量m13.015 6 u，H的质量m21.007 3 u,1 u相当于931.5 MeV的能量)(1)此核反应中放出的能量E为_(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氚核具有的动能是_答案(1)4.005 MeV(2)1.001 MeV解析(1)此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为：m(22.013 63.015 61.007 3) u0.004 3 u，Emc20.004 3931.5 MeV4.005 MeV.(2)因碰前两氘核动能相同，相向正碰，故碰前的总动量为零因核反应中的动量守恒，故碰后氚核和质子的总动量也为零设其动量分别为p1、p2，必有p1p2.设碰后氚核和质子的动能分别为Ek1和Ek2，则，故新生的氚核具有的动能为Ek1E4.005 MeV1.001 MeV.6