2017-2018學年高中物理 第十九章 原子核章末總結學案 新人教版選修3-5

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1、 第十九章 原子核 章末總結 一、對核反應方程及類型的理解 1．四類核反應方程的比較 名稱 核反應方程 時間 其它 衰變 α衰變 U→Th＋He 1896年 貝可勒爾 β衰變 Th→Pa＋e 裂變 U＋n→Sr＋Xe＋10n 1938年 原子彈 原理　 聚變 H＋H→He＋n＋17.6 MeV 氫彈原理 人 工 轉 變 正電子 Al＋He→P＋n P→Si＋e 1934年 約里奧— 居里夫婦 發(fā)現 質子 N＋He→O＋H 1919年 盧瑟福 發(fā)現 中子 Be＋He→C＋n 1932年 查德威克

2、 2.解題時注意事項 (1)熟記一些粒子的符號 α粒子(He)、質子(H)、中子(n)、電子(e)、氘核(H)、氚核(H) (2)注意在核反應方程中，質量數和電荷數是守恒的；在解有關力學綜合問題時，還有動量守恒和能量守恒． 例1　(多選)能源是社會發(fā)展的基礎，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一．下列釋放核能的反應方程中，表述正確的是(　　) A.He＋Al―→P＋n是原子核的人工轉變 B.H＋H―→He＋γ是核聚變反應 C.F＋H―→O＋He是α衰變 D.U＋n―→Sr＋Xe＋10n是裂變反應 答案　ABD 解析　我們要對人工轉變、聚變、裂變、衰變的定義作深入認識，根據

3、各種定義可知：A是原子核的人工轉變的反應方程式；B是聚變的核反應方程式；C并不是α衰變，而是人工轉變，衰變是自發(fā)進行的，不受外界因素的影響；D是裂變的核反應方程式．故A、B、D正確． 針對訓練1　在下列四個核反應方程式中，X表示中子的是______，屬于原子核的人工轉變的是________． A.N＋He―→O＋X B.Al＋He―→P＋X C.H＋H―→He＋X D.U＋X―→Sr＋Xe＋10X 答案　BCD　AB 解析　在核反應中，不管是什么類型的核反應，都遵守電荷數守恒和質量數守恒，據此，可以判斷未知粒子屬于什么粒子，對A，未知粒子的質量數：14＋4＝17＋x，x＝1，其電

4、荷數：7＋2＝8＋y，y＝1，即未知粒子是質子(H)；對B，未知粒子的質量數：27＋4＝30＋x，x＝1，其電荷數：13＋2＝15＋y，y＝0，所以X是中子(n)；對C，未知粒子的質量數為：2＋3＝4＋x，x＝1，電荷數為：1＋1＝2＋y，y＝0，X也是中子(n)；對D，未知粒子質量數為235＋x＝90＋136＋10x，x＝1，電荷數為：92＋y＝38＋54＋10y，y＝0，X也是中子(n)，故方程中X是中子的核反應為B、C、D，其中A、B為原子核的人工轉變． 二、半衰期及衰變次數的計算 1．半衰期：大量放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變所需要的時間． 計算公式：N余＝N原()n或m余＝m

5、原()n， 其中n＝，τ為半衰期． 2．確定衰變次數的方法 (1)X→Y＋nHe＋me 根據質量數、電荷數守恒得 A＝A′＋4n Z＝Z′＋2n－m 兩式聯立求解得α衰變次數n和β衰變次數m. (2)根據α衰變和β衰變(β衰變質量數不變)直接求解． 例2　(多選)關于原子核的有關知識，下列說法正確的是(　　) A．天然放射性射線中β射線實際就是電子流，它來自原子核內 B．放射性原子經過α、β衰變致使新的原子核處于較高能級，因此不穩(wěn)定從而產生γ射線 C．氡222經過衰變變成釙218的半衰期為3.8天，一個氡222原子核四天后一定衰變?yōu)獒?18 D．比結合能越大，原子越容

6、易發(fā)生衰變 答案　AB 解析　因為半衰期是統計規(guī)律，對單個原子核沒有意義，所以C項錯；比結合能描述原子核的穩(wěn)定性，比結合能越大，原子核越穩(wěn)定，越不容易發(fā)生衰變，所以D項錯． 針對訓練2　放射性元素U衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成Bi，而Bi可以經一次衰變變成X(X代表某種元素)，也可以經一次衰變變成Tl，X和Tl最后都變成Pb，衰變路徑如圖1所示．則(　　) 圖1 A．a＝82，b＝211 B.Bi→X是β衰變，Bi→Tl是α衰變 C.Bi→X是α衰變，Bi→Tl是β衰變 D.Tl經過一次α衰變變成Pb 答案　B 解析　由Bi→X，質量數不變，說明發(fā)生的是β衰

7、變，同時知a＝84.由Bi→Tl，核電荷數減2，說明發(fā)生的是α衰變，同時知b＝206，由Tl→Pb發(fā)生了一次β衰變，故選B. 三、核能的計算 1．利用質能方程來計算核能 (1)根據核反應方程，計算核反應前與核反應后的質量虧損Δm. (2)根據愛因斯坦質能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2計算核能．方程ΔE＝Δmc2中若Δm的單位用“kg”、c的單位用“m/s”，則ΔE的單位為“J”；若Δm的單位用“u”，可直接用質量與能量的關系式推算ΔE，此時ΔE的單位為“兆電子伏(MeV)”，即1 u＝1.66×10－27 kg，相當于931.5 MeV，即原子質量單位1 u對應的能量為931.5 Me

8、V，這個結論可在計算中直接應用． 2．利用平均結合能來計算核能 原子核的結合能＝核子的平均結合能×核子數．核反應中反應前系統內所有原子核的總結合能與反應后生成的所有新核的總結合能之差，就是該次核反應所釋放(或吸收)的核能． 例3　已知氘核的平均結合能為1.1 MeV，氦核的平均結合能為7.1 MeV，則兩個氘核結合成一個氦核時(　　) A．釋放出4.9 MeV的能量 B．釋放出6.0 MeV的能量 C．釋放出24.0 MeV的能量 D．吸收4.9 MeV的能量 答案　C 解析　依據題意可寫出兩個氘核結合成一個氦核的核反應方程為H＋H→He，因氘核的平均結合能為1.1 MeV，

9、氦核的平均結合能為7.1 MeV，故結合前氘核的能量為E1＝2×1.1 MeV，結合后氦核的能量E2＝4×7.1 MeV，可知吸收的能量為ΔE＝2E1－E2＝－24.0 MeV，式中負號表示釋放核能，故選C. 例4　用中子轟擊鋰核(Li)發(fā)生核反應，生成氚核(H)和α粒子，并放出4.8 MeV的能量．已知1 u相當于931.5 MeV的能量． (1)寫出核反應方程； (2)求出質量虧損； (3)若中子和鋰核是以等大反向的動量相碰，且核反應釋放的能量全部轉化為新生核的動能，則氚核和α粒子的動能比是多少？ (4)在問題(3)的條件下，α粒子的動能是多大？ 答案　(1)Li＋n→H＋He

10、＋4.8 MeV (2)0.005 2 u　(3)4∶3　(4)2.06 MeV 解析　(1)核反應方程為Li＋n→H＋He＋4.8 MeV. (2)依據ΔE＝Δmc2得，Δm＝ u≈0.005 2 u. (3)根據題意有m1v1＝m2v2 式中m1、v1、m2、v2分別為氚核和α粒子的質量和速度，由上式及動能Ek＝，可得它們的動能之比為Ek1∶Ek2＝∶＝∶＝m2∶m1＝4∶3. (4)α粒子的動能 Ek2＝(Ek1＋Ek2)＝×4.8 MeV≈2.06 MeV. 1．氪90(Kr)是不穩(wěn)定的，它經過一系列衰變最終成為穩(wěn)定的鋯90(Zr)，這些衰變是(　　) A．1次α

11、衰變，6次β衰變 B．4次β衰變 C．2次α衰變 D．2次α衰變，2次β衰變 答案　B 解析　解法一　推理計算法 根據衰變規(guī)律，β衰變不影響核的質量數，發(fā)生一次β衰變，核電荷數增加1；發(fā)生一次α衰變，質量數減少4，核電荷數減少2，Kr衰變?yōu)閆r，質量數不變，故未發(fā)生α衰變；核電荷數增加4，一定是發(fā)生了4次β衰變． 解法二　列方程求解 設Kr衰變?yōu)閆r，經過了x次α衰變，y次β衰變，則有Kr→Zr＋xHe＋ye 由質量數守恒得90＝90＋4x 由電荷數守恒得36＝40＋2x－y 解得x＝0，y＝4，即只經過了4次β衰變，選項B正確． 2．恒星向外輻射的能量來自于其內部發(fā)生

12、的各種熱核反應，當溫度達到108 K時，可以發(fā)生“氦燃燒”． (1)完成“氦燃燒”的核反應方程：He＋____________→Be＋γ. (2)Be是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為2.6×10－16 s．一定質量的Be，經7.8×10－16 s后所剩下的Be占開始時的________________． 答案　(1)He　(2)(或12.5%) 解析　(2)由題意可知經過了3個半衰期，故剩余的Be的質量m余＝m原()3＝m原． 3．在下列描述核反應過程的方程中，屬于α衰變的是__________，屬于β衰變的是__________，屬于裂變的是__________，屬于聚變的是____

13、______．(填正確答案標號) A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n 答案　C　AB　E　F 4．兩個動能均為1 MeV的氘核發(fā)生正面碰撞，引起如下反應：H＋H→H＋H.(已知H的質量m0＝2.013 6 u，H的質量m1＝3.015 6 u，H的質量m2＝1.007 3 u,1 u相當于931.5 MeV的能量) (1)此核反應中放出的能量ΔE為______________． (2)若放出的能量全部變?yōu)樾律说膭幽?，則新生的氚核具有的動能是______． 答案　(1)4.005 MeV　(2)1.001 MeV 解析　(1)此核反應中的質量虧損和放出的能量分別為： Δm＝(2×2.013 6－3.015 6－1.007 3) u＝0.004 3 u， ΔE＝Δmc2＝0.004 3×931.5 MeV≈4.005 MeV. (2)因碰前兩氘核動能相同，相向正碰，故碰前的總動量為零．因核反應中的動量守恒，故碰后氚核和質子的總動量也為零．設其動量分別為p1、p2，必有p1＝－p2. 設碰后氚核和質子的動能分別為Ek1和Ek2， 則＝＝＝＝＝， 故新生的氚核具有的動能為 Ek1＝ΔE＝×4.005 MeV≈1.001 MeV. 6