2022-2023学年高中物理 第四章 原子核章末复习课学案 粤教版选修3-5

2022-2023学年高中物理 第四章 原子核章末复习课学案 粤教版选修3-5【知识体系】答案填写质子射线XYHeXYe质量数电荷数核本身性质重核裂变主题1对核反应方程及类型的理解1核反应常见核反应分为衰变、人工转变、裂变、聚变等几种类型(1)衰变衰变：UThHe(核内2H2nHe)衰变：ThPae(核内nHe)衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级衰变反应的特点：衰变是原子核自发地转变成另一种原子核，反应物只有一个放射性核，生成物中除有一个新核外，还有粒子或粒子(2)人工转变NHeOH(发现质子的核反应)BeHeCn(发现中子的核反应)人工转变特点：以高能微观粒子轰击原子核为标志，反应物中除有一个原子核外，还有一个入射粒子，如粒子、质子、中子等(3)裂变UnBaKr3n.裂变特点：质量较大的重核捕获中子分裂成两个以上中等质量的核，并放出几个中子(4)聚变HHHen聚变特点：反应物中为n个质量较小的轻核，生成物包含一个质量较大的核2核反应方程的书写(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有些核反应方程还要考虑到能量守恒规律(2)核反应方程中的箭头()表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号(3)写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造(4)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上；然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子)的电荷数和质量数；最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子)，并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号【典例1】(2016上海卷)放射性元素A经过2次衰变和1次衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了()A1位B2位C3位 D4位解析：原子核经过一次衰变，电荷数减小2，所以经过2次衰变后电荷数减小4；同时，经过一次衰变，电荷数增加1；所以元素A经过2次衰变和1次衰变后电荷数减小3，则生成的新元素在元素周期表中的位置向前移3位，故C正确，A、B、D错误答案：C 针对训练1(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，生成的钍核的动量与粒子的动量等大反向，故B正确；根据Ek可知，衰变后钍核的动能小于粒子的动能，故A错误；铀核的半衰期等于一半数量的铀核衰变需要的时间，而放出一个粒子所经历的时间是一个原子核衰变的时间，故两者不等，故C错误；由于该反应放出能量，由质能方程可知，衰变后粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，故D错误答案：B主题2核能的计算核能的计算是原子核物理中的热点问题，在重核的裂变、轻核的聚变、放射性衰变以及某些人工转变的核反应中，都伴随着巨大的核能释放，根据不同的题设条件和不同的核反应特征，归纳以下几种计算方法：(1)根据质量亏损计算(Emc2或Emc2)根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损m.根据爱因斯坦质能方程Emc2或Emc2计算核能计算过程中m的单位是千克，E的单位是焦耳(2)利用原子单位u和电子伏特计算(Em931.5 MeV)明确原子单位u和电子伏特间的关系因1 u1.66061027 kg，则Emc21.660 61027(3.0108)2 J1.4941010 J.又1 eV1.61019 J，则E1.4941010 J931.5 MeV.根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即Em931.5 MeV.上式中，m单位是u，E的单位是MeV.(3)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(4)根据能量守恒和动量守恒来计算核能参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题给条件中没有涉及质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，从动量和能量守恒可以计算出核能的变化(5)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，应用阿伏加德罗常数计算核能更为简便根据物体的质量m和摩尔质量M，由n求出摩尔数，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【典例2】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，故核反应过程释放能量E47.1 MeV221.1 MeV24.0 MeV，故选C.答案：C针对训练2试计算用粒子轰击铍(Be)核发现中子的核反应中所释放的能量(已知铍核、碳核、粒子和中子的质量分别为mBe9.012 19 u，mC12.000 0 u，m4.002 6 u，mn1.008 665 u1 u1.660 5661027 kg)解析：核反应方程为BeHe 6CnE，核反应中的质量亏损为mmBemmCmn(9.012 194.002 612.000 01.008 665)u0.006 125 u，Emc20.006 125931.5 MeV5.705 MeV或E0.006 1251.660 5661027(3108)2 J9.151013 J.答案：5.705 MeV(或9.151013 J)统揽考情半衰期、质能方程的应用、计算和核反应方程的书写是高考的热点问题，试题一般以基础知识为主，较简单 真题例析(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()A3.7 MeVB3.3 MeVC2.7 MeV D0.93 MeV解析：根据质能方程，释放的核能Emc2, m2mHmHemn0.003 5 u，则E0.003 5 u931 MeV/c2c23.258 5 MeV3.3 MeV，故B正确答案：B针对训练(2016全国卷)在下列描述的核过程的方程中，属于衰变的是_，属于衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_(填正确答案的标号)A.CNeB.PSeC.UThHeD.NHeOHE.UnXeSr2nF.HHHen解析：A和B的反应生成物里都有电子，属于衰变，C的反应生成物里有粒子，是衰变，裂变是重核裂变成轻核，属于裂变的是E，聚变是轻核生成重核，属于聚变的是F.答案：CABEF1.(2016上海卷)研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示两块平行放置的金属板A、 B分别于电源的两极a、 b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出则()Aa为电源正极，到达A板的为射线Ba为电源正极，到达A板的为射线Ca为电源负极，到达A板的为射线Da为电源负极，到达A板的为射线解析：射线为高速电子流，质量约为质子质量的，速度接近光速；射线为氦核流，速度约为光速的.在同一电场中，射线偏转的轨迹曲率半径小于射线的曲率半径，由题图知，向左偏的为射线，向右偏的为射线，即到达A板的为射线；因粒子带正电，向右偏转，说明电场方向水平向右，那么a为电源正极，故B正确，A、C、D错误答案：B2.(2017天津卷)我国自主研发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.NHeOHC.HeAlPnD.UnBaKe3n解析：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，故A正确； NHeOH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片时发现了放射性磷(磷30)，属于人工核反应，故C错误； UnBaKr3n是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误答案：A3(2017江苏卷)(多选)原子核的平均结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有()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.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大解析：由图知He核的平均结合能约为7 MeV，所以结合能约为4728 (MeV)，故A错误； He核比Li核的平均结合能大，所以He核比Li核更稳定，故B正确；两个H核结合成He核时，即由平均结合能小的反应生成平均结合能大的释放能量，故C正确；由图知U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，故D错误答案：BC4(2016天津卷)(多选)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是()A赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论B查德威克用离子轰击N获得反冲核O，发现了中子C贝克勒尔发现天然放射性现象，说明原子核有复杂结构D卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型解析：根据物理学史可知，赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，故A正确；查德威克用粒子轰击铍核，产生中子和碳12原子核，故B错误；贝克勒尔发现天然放射性现象，说明原子核有复杂结构，故C正确；卢瑟福通过对射线散射的研究提出了原子的核式结构模型，故D错误答案：AC5在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核，它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆，两圆的直径之比为71，如图所示，那么碳14的衰变方程为()A.CeBB.CHeBeC.CHeB D.CeN解析：原子核的衰变过程满足动量守恒，粒子与反冲核的速度方向相反，根据左手定则判断得知，粒子与反冲核的电性相反，则知粒子带负电，所以该衰变是衰变，此粒子是粒子，符号为e.由于两带电粒子动量大小相等，方向相反，就动量大小而言有：m1v1m2v2，由带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径公式可得： r，可见r与q成反比. 由题意，大圆与小圆的直径之比为71，半径之比为71，则粒子与反冲核的电荷量之比为17，所以反冲核的电荷量为7e，电荷数是7，其符号为，所以碳14的衰变方程为CNe，故D正确答案：D