《全国近年高考物理一轮复习第13章近代物理初步第49课时原子核及核反应学案(2021-2022学年)8411.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全国近年高考物理一轮复习第13章近代物理初步第49课时原子核及核反应学案(2021-2022学年)8411.pdf（14页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第课时 原子核及核反应 考点 原子核的衰变与半衰期 原子核的衰变（1）原子核放出 粒子或错误!,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。(2）分类：衰变:AZXoal（A,Z2)Y+错误!He；衰变：错误!X错误!未定义书签。Y错误!e;辐射:当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生 衰变,有的发生 衰变,同时伴随着 辐射。(）两个典型的衰变方程:衰变:38，2U错误!Th错误!未定义书签。He。衰变:错误!Th错误!+错误!e.2.三种射线的比较 3.半衰期(1)定义:放射性元素的原子核有错误!半数发生衰变所需的时间.()影响因素：放射性元素衰变的快慢是
2、由核错误!内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。1下列说法中正确的是（)A贝克勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象，从而揭示出原子核具有复杂结构 B太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应.把放射性元素放入温度很低的冷冻室中,其衰变变慢,半衰期变长.利用 射线的贯穿性可以为金属探伤，也可以进行人体的透视 答案 解析 贝克勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象,从而揭示出原子核具有复杂结构，拉开了人们认识原子核的序幕,A 正确;太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应,B 错误；放射性元素的半衰期与外界条件无关，C 错误;利用 射线的贯穿性可以为金属探伤,不能对人体进行
3、透视,因为射线对人体细胞有伤害，D 错误。如图所示,放射性元素镭衰变过程中释放出、三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是(）A表示 射线,表示 射线.表示 射线，表示 射线 C表示 射线，表示 射线 D表示 射线,表示 射线 答案 C 解析 射线为电磁波,不带电,在电场、磁场中均不偏转，故和表示 射线，A、B、D 错误;射线中的 粒子为氦的原子核,带正电,在匀强电场中,沿电场方向偏转，故表示 射线,由左手定则可知在匀强磁场中 射线向左偏，故表示 射线;射线带负电,同理可以分析和表示 射线。正确.3.(多选）在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核,该核衰变后，放出的带电
4、粒子和反冲核的运动轨迹分别如图所示,由图可以判定()A.该核发生的是 衰变.该核发生的是 衰变 C.磁场方向一定垂直纸面向里 D磁场方向向里还是向外不能判定 答案 BD 解析 原来静止的核,放出粒子后,总动量守恒,所以粒子和反冲核的速度方向一定相反，根据图示，它们在同一磁场中是向同一侧偏转的，由左手定则可知它们必带异种电荷,故应为 衰变;由于不知它们的旋转方向,因而无法判定磁场是向里还是向外,即都有可能，故 B、D 正确.考点 2 核反应类型与核反应方程 1.重核裂变(1)定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。(2)特点：裂变过程中释放出巨大能量。裂变
5、的同时能够释放出 23（或更多)个中子。裂变的产物不是唯一的对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比较小。（3）典型的裂变反应方程：235 2错误!未定义书签。n错误!未定义书签。r错误!未定义书签。Ba3错误!未定义书签。n。(4）链式反应:由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程.（5）临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量.(6)裂变的应用:原子弹、核反应堆。(）反应堆构造:核燃料、减速剂、镉棒、防护层。2轻核聚变()定义:两轻核结合成质量错误!未定义书签。较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫错误!
6、热核反应（2）特点:聚变过程放出大量的能量,平均每个核子放出的能量，比裂变反应中每个核子放出的能量大 3至 4 倍。聚变反应比裂变反应更剧烈.对环境污染较少.自然界中聚变反应原料丰富。(3）典型的聚变反应方程：错误!错误!H错误!未定义书签。H错误!n1 MeV 3.人工转变（)卢瑟福发现质子:错误!错误!N+错误!He错误!未定义书签。O错误!H。（2）查德威克发现中子：错误!未定义书签。错误!未定义书签。B+错误!未定义书签。He错误!未定义书签。C错误!。中国最新一代“人造太阳”实验装置，于 200年月 28 日在合肥成功放电,这是世界首个投入运行的全超导非圆截面核聚变实验装置。“人造太
7、阳”以探索无限而清洁的核聚变能源为目标,由于它和太阳产生能量的原理相同,都是热核聚变反应,所以被外界称为“人造太阳”。你认为“人造太阳”中所涉及的核反应方程是(）A。错误!U+错误!未定义书签。n错误!Sr+错误!X10错误!n。错误!未定义书签。+错误!H错误!未定义书签。+错误!未定义书签。H。错误!未定义书签。H+3，1H错误!未定义书签。e错误!n 错误!未定义书签。U错误!T+错误!He 答案 解析 聚变反应是质量较轻的核聚变生成质量较大的核,由题目知 C 正确，故选 C.2.关于重核的裂变，以下说法正确的是()A核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量.中子从铀块中通过时，一定发
8、生链式反应 C重核裂变释放大量能量,产生明显的质量亏损，所以核子数减少.重核裂变为中等质量的核时,要发生质量亏损,放出核能 答案 解析 重核裂变释放的能量来源于质量亏损,其能量远大于俘获中子吸收的能量,A 错误、D 正确；只有铀块体积大于临界体积才能发生链式反应,否则中子穿过铀块也不会发生,B 错误；重核裂变遵循质量数守恒，C 错误.(2016全国卷）在下列描述核过程的方程中,属于 衰变的是_,属于 衰变的是_,属于裂变的是_，属于聚变的是_。(填正确答案标号）A。错误!未定义书签。C错误!N错误!e B.错误!未定义书签。P错误!S错误!e。错误!U错误!h+错误!未定义书签。He D。错误
9、!N错误!未定义书签。He错误!未定义书签。+错误!H E。错误!U+错误!错误!e错误!Sr+2错误!未定义书签。n F.错误!H+错误!H错误!未定义书签。H+错误!n 答案 B F 解析 天然放射性元素自发地放出 粒子(即氦核错误!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。D 属于人工转变。考点 3 核能 1核力(1)定义:原子核内部核子间特有的相互作用力.（2)核力的特点：是强相互作用的一种表现;是短程力，作用范围在 1.51015 m 之内;每个核子只能与其相邻的核子发生核力作用。2结合能：
10、核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量,叫做原子核的结合能，也称核能。3.比结合能(）定义：原子核的结合能与核子数之比,称作比结合能,也叫平均结合能。（)特点：不同原子核的比结合能不同,原子核的比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。4质能方程、质量亏损:爱因斯坦质能方程是Emc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小 m，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能 mc2。例 用速度大小为v的中子轰击静止的锂核错误!i,发生核反应后生成氚核和 粒子,生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反，氚核与 粒子的速度之比为8,中子的质量为m，质子的质量可近似
11、看作m,光速为c。(1）写出核反应方程；（2）求氚核和 粒子的速度大小;(3）若核反应过程中放出的核能全部转化为 粒子和氚核的动能,求出质量亏损。解析(1)根据质量数守恒与电荷数守恒，则有核反应方程为：错误!n+错误!未定义书签。Li错误!+错误!H。（）由动量守恒定律得:mnv-mHv1mev2 由题意得：v1v2=78 解得1=错误!未定义书签。，2=错误!未定义书签。（3）氚核和 粒子的动能之和为:E=错误!3mv错误!错误!未定义书签。4m错误!未定义书签。=错误!未定义书签。v2 释放的核能为：=k-En错误!m2-错误!未定义书签。mv2错误!mv2 由爱因斯坦质能方程Em2得,质
12、量亏损为=错误!错误!未定义书签。.答案(1)错误!n错误!Li错误!未定义书签。H错误!H(2）错误!错误!(3)错误!未定义书签。（1)应用质能方程解题的流程图 根据 Em2计算，计算时 m的单位是“kg，c的单位是“m/”，E的单位是“J”。根据 m91 MV 计算，因 1 原子质量单位(u）相当于31.5 Me的能量,所以计算时 m的单位是“u”，的单位是“MeV”。（2)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能=核子比结合能核子数。（3）利用质能方程计算核能时,不能用质量数代替质量进行计算。1.核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设规模，
13、核泄漏中的钚（P)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因,提高罹患癌症的风险.已知钚的一种同位素错误!Pu 的半衰期为4100 年,其衰变方程为错误!PuX错误!未定义书签。H,下列有关说法正确的是（）AX 原子核中含有 92 个中子 B0 个239 94u 经过 2100 年后一定还剩余 5个 C由于衰变时释放巨大能量，根据E=mc2,衰变过程总质量增加 D.衰变发出的 射线是波长很短的光子,具有很强的穿透能力 答案 解析 根据核反应方程遵循的规律，原子核中含有 92 个质子，235 个核子，14个中子，A 错误。半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，10 个错误!P经过410年后不一定
14、还剩余个,B 错误。由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量减少，放出粒子的质量和生成新核的质量之和小于衰变前核的质量,错误。衰变发出的 射线是波长很短的光子,具有很强的穿透能力,D 正确。2.“超导托卡马克”（英名称：EAST,俗称“人造太阳”)是我国自行研制的可控热核反应实验装置。设该实验反应前氘核(错误!未定义书签。H)的质量为m1，氚核(错误!未定义书签。H)的质量为m2,反应后氦核（错误!He)的质量为m3,中子(错误!未定义书签。n)的质量为m4，光速为c。下列说法中不正确的是()A这种装置中发生的核反应方程式是错误!错误!H错误!未定义书签。He错误!未定义书签。n B由核反应过程
15、质量守恒可知m1+m2m3+m4 C.核反应放出的能量等于（m12-m3-m4）c D这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同 答案 B 解析 可控热核反应装置中发生的核反应方程式是错误!未定义书签。H+错误!未定义书签。H错误!He+错误!n,故 A 正确；核反应过程中质量数守恒,但质量不守恒，核反应过程中存在质量亏损，因此m1+mmm4，故 B 错误;核反应过程中的质量亏损 mmm4,释放的核能E(1m-34）c2，故 C 正确；这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变,它们的核反应原理不相同,故 D 正确。3.某些建筑材料可产生放射性气体-氡,氡可以
16、发生 或 衰变。原来静止的氡核(错误!未定义书签。n)发生一次 衰变生成新核钋（o)。取氡核的质量mRn20176 u，钋核的质量o21。090 u，粒子的质量=4。026 u，已知 相当于 91.5 eV.（1)写出衰变的核反应方程;（）该衰变反应中释放出的核能。（结果保留两位有效数字）答案(1）222，86Rn错误!未定义书签。Po+错误!He(2)5。MeV 解析(）衰变方程为：错误!未定义书签。R错误!P+错误!H。()该核衰变反应的质量亏损=mRnmo-.0 释放的核能 0.0691.5 Me5。6 MeV。.(2017天津联考）下列说法正确的是（）A根据天然放射现象,卢瑟福提出了原
17、子核式结构 B.一个氢原子从3 能级跃迁到n2 能级，该氢原子吸收光子,能量增加 C铀(错误!U)经过多次、衰变形成稳定的铅(错误!Pb)的过程中,有个中子转变成质子 D.机场、车站等地进行安全检查时，能轻而易举地窥见箱内物品，利用了 射线较强的穿透能力 答案 C 解析 卢瑟福提出原子的核式结构的实验依据是 粒子散射实验，错误；氢原子从n=3 能级跃迁到=能级，氢原子要放出光子，能量减小,B 错误;分析可得铀经过 8 次 衰变和 6 次 衰变形成了稳定的铅，而 衰变的本质就是中子转变成质子时释放出电子的过程,故正确;机场、车站等地进行安全检查,利用的是 X 射线的穿透本领,D 错误。2.下列说
18、法正确的是()从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线有良好的穿透能力 B玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立 C 衰变的实质是一个中子转化为一个质子和一个电子 目前核电站利用的是核裂变释放的核能 答案 D 解析 从高空对地面进行遥感摄影是利用红外线有良好的穿透能力,错误;卢瑟福根据 粒子散射实验提出了原子的核式结构模型,错误；衰变的实质是一个中子转化为一个质子和一个电子,错误；目前核电站利用的是核裂变释放的核能,D 正确。31C 测年法是利用4C 衰变规律对古生物进行年代测定的方法若以横坐标表示时间,纵坐标m表示任意时刻4C 的质量，m0为t时14的质量，下面四幅图中能正确反映14
19、C 衰变规律的是(）答案 C 解析 由于每经过一个半衰期，14C 的质量减少一半,所以=m0错误!错误!，C 正确。（多选）下列哪些现象能说明放射线来自原子核(）A三种射线的能量都很高.放射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响 C.元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关 D.射线、射线都是带电的粒子流 答案 解析 能说明放射线来自原子核的证据是,元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关，B、正确.(多选）关于质子与中子，下列说法正确的是()原子核（除氢核外）由质子和中子构成.质子和中子统称为核子 C卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在 卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在
20、答案 ABC 解析 原子核内存在质子和中子，中子和质子统称为核子，卢瑟福只发现了质子，以后又预言了中子的存在,A、B、C 正确。6.（多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律,通过对目前发现的最古老的岩石中铀和铅含量的测定,推算出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时（岩石形成初期时不含铅)的一半铀3衰变后形成铅6,铀38 的相对含量随时间变化规律如图所示，图中N为铀238 的原子数，N0为铀和铅的原子总数，由此可以判断出(）A.铀38 的半衰期为 9亿年.地球的年龄大致为 4亿年.被测定的古老岩石样品在 9亿年时的铀、铅原子数之比约为 14 被测定的古老岩石样品在 9亿年时的
21、铀、铅原子数之比约为 13 答案 解析 由题意、半衰期的含义及铀 28 衰变后含量随时间的变化规律图象可知:铀 238 的半衰期和地球的年龄均大致为 45 亿年,被测定的古老岩石样品在0 亿年时铀原子数的相对值为 0。25,即占总原子数的错误!未定义书签。,由此可推得其中铅占原子数的错误!,铀、铅原子数之比约为 13。B、D 正确。.(多选）以下是有关近代物理内容的若干叙述,其中不正确的是(）A.原子核发生一次 衰变,该原子外层就失去一个电子 按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小，但原子的能量增大 核衰变中,光子是衰变后转变的新核辐射的.比结合能小
22、的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时一定吸收核能 答案 A 解析 衰变的实质是原子核内的一个中子转为一个质子和一个电子,电子释放出来,不是来自核外电子，故 A 错误;按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小，但原子的能量增大,B 正确;核衰变中,衰变后转变的新核不稳定，放出能量才能变得稳定，能量以 光子的形式放出,C 正确；比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时会出现质量亏损,根据爱因斯坦质能方程得知，一定释放核能,故 D 错误。8以下是物理学史上 3 个著名的核反应方程 x+错误!Li2y y14 7N+17 O y错误!未定义书
23、签。Bez12，6C x、和z是 3 种不同的粒子,其中是（)A.粒子 质子 C中子 D.电子 答案 解析 将前 2 个核反应方程化简消去x，得y是错误!He,结合第个方程由质量数守恒、电荷数守恒可知是中子错误!n，C 正确。9.（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:错误!错误!H错误!He错误!未定义书签。n,已知错误!未定义书签。H 的质量为 2。03 u,错误!He 的质量为 3.0 u,错误!的质量为。087 u，u=1 MeV/。氘核聚变反应中释放的核能约为()37 eV 3 Me .2.7 MeV 93 eV 答案 解析
24、 释放的核能 E=mc2(2mmHm）20。03591 MeV3。3 MeV，B 正确。1（20全国卷)一静止的铀核放出一个 粒子衰变成钍核,衰变方程为错误!U错误!未定义书签。Th错误!未定义书签。He。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 答案 解析 静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒，系统的总动量为零,因此衰变后产生的钍核和 粒子的动量等大反向,即Thp，B 正确。钍核和 粒子的质量不等,因此衰变后钍核和 粒子的动能不等,A
25、 错误。半衰期是有一半铀核衰变所用的时间,并不是一个铀核衰变所用的时间,C 错误。由于衰变过程释放能量,根据爱因斯坦质能方程可知,衰变过程有质量亏损，错误 11.(215天津高考）物理学重视逻辑,崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上。下列说法正确的是().天然放射现象说明原子核内部是有结构的 电子的发现使人们认识到原子具有核式结构 粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的 D.密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的 答案 A 解析 天然放射现象说明原子核是可分的,即核内部是有结构的,A 项正确；电子的发现使人们认识到原子是可分的，B 项错误;粒子散射实验的重要发现是原子具有核式结构，
26、C 项错误;密立根油滴实验精确地测出了电子的电荷量,原子光谱的分立性表明原子核外电子轨道是不连续的,D 项错误.12.(217江苏高考）（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.错误!未定义书签。He 核的结合能约为 14 MV。错误!未定义书签。e 核比错误!Li 核更稳定 两个错误!H 核结合成错误!H核时释放能量 D。错误!未定义书签。核中核子的平均结合能比错误!Kr 核中的大 答案 BC 解析 错误!He 核有 4 个核子,由比结合能图线可知,错误!e 核的结合能约为 28 MeV,A 错误。比结合能越大,原子核越稳定,正确。两个错误!核结合成错误!e
27、核时，核子的比结合能变大，结合时要放出能量,C 正确。由比结合能图线知,错误!U 核中核子平均结合能比错误!核中的小,错误.13(201江苏高考）（1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电,错误!U 是核电站常用的核燃料。235 92受一个中子轰击后裂变成错误!未定义书签。Ba 和错误!未定义书签。K两部分，并产生_个中子,要使链式反应发生，裂变物质的体积要_(选填“大于或“小于”)它的临界体积.(2)取质子的质量mp。76027,中子的质量mn1.7491-2,粒子的质量=6。602 k，光速c3。0108 s。请计算 粒子的结合能。(结果保留两位有效数字)答案(1)3 大于（)4
28、.01 解析(）核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒,且该核反应方程为：错误!+错误!未定义书签。n错误!未定义书签。Ba错误!r+3错误!未定义书签。，即产生 3 个中子.临界体积是发生链式反应的最小体积,要使链式反应发生,裂变物质的体积要大于它的临界体积。(2)组成 粒子的核子与 粒子的质量差为(2mp+2mn）m 结合能=c2 代入数据得 E412 J。14.(2017北京高考）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(错误!未定义书签。e)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、分别表示 粒子的质量和电荷量.（1)放射性原子核用
29、错误!未定义书签。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。答案(1)错误!未定义书签。X错误!Y+错误!He（2)错误!错误!(3)错误!未定义书签。解析(1）错误!未定义书签。X错误!未定义书签。Y错误!He。(）设 粒子的速度大小为v,由qBf（v，R）,T=f(2R,v)，得 粒子在磁场中运动周期2mqB 环形电流大小I=错误!错误!未定义书签。（3)由vm错误!得v错误!未定义书签。设衰变后新核 Y 的速度大小为v，系统动量守恒 Mmv0 v=错误!未定义书签。M 由 mc错误!Mv2错误!mv2 得 m=错误!未定义书签。说明：若利用M=f（A-4，4）解答,亦可。