高考物理第一輪總復(fù)習(xí) 14_3原子核課件 教科版選修3-5

1、第3節(jié)　原子核,1．放射性元素 發(fā)出射線的現(xiàn)象，叫做天然放射現(xiàn)象，1896年由法國物理學(xué)家 發(fā)現(xiàn)．2．放射性說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的(1)1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，發(fā)現(xiàn)了 ，并猜想原子核內(nèi)還存在 ，1932年，他的學(xué)生查德威克通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了 的存在．(2)原子核是由質(zhì)

2、子和中子組成的．常用符號(hào)ZAX表示，X為元素符號(hào)，A表示核的 ，Z表示核的 ．,自發(fā)地,貝克勒爾,質(zhì)子,中子,中子,質(zhì)量數(shù),電荷數(shù),一、天然放射現(xiàn)象,,二、原子核的衰變1．原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變．2．分類α衰變：ZAX→Z－2A－4Y＋24Heβ衰變：ZAX→Z＋1AY＋－10e3．半衰期：放射性元素的原子核

3、有 發(fā)生衰變所需的時(shí)間．半衰期由 的因素決定，跟原子所處的 無關(guān)．,半數(shù),核內(nèi)部本身,物理或化學(xué)狀態(tài),三、放射性同位素及應(yīng)用1．同位素具有相同 而 不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，互稱 ．有些

4、同位素具有放射性，叫做放射性同位素．天然放射性同位素不過四十多種，而人工制造的放射性同位素已達(dá)1 000多種．2．放射性同位素的應(yīng)用(1)放射性同位素放出的射線應(yīng)用于工業(yè)、探傷、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等．(2)作示蹤原子．,質(zhì)子數(shù),中子數(shù),同位素,四、核力與核能1．核力：組成原子核的核子之間有很強(qiáng)的相互作用力，使核子能克服庫侖力而緊密地結(jié)合在一起，這種力稱為核力．其特點(diǎn)為：(1)核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖力大

5、得多．(2)核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15 m之內(nèi)．(3)每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性．,2．原子核是核子結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，需要能量，這就是原子核的 ．3．質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損．4．愛因斯坦質(zhì)能方程為 ，若核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm，釋放的核能ΔE＝

6、Δmc2.五、重核的裂變與輕核的聚變1．裂變：重核分裂成質(zhì)量較小的核的反應(yīng)．如： .2．聚變：兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)．如： .3．重核裂變和輕核聚變過程中都釋放出

7、 ．,結(jié)合能,E＝mc2,92235U＋01n→_54136Xe＋3890Sr＋1001n,12H＋13H→24He＋01n,核能,例1 (1) 92238U放射性衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成 83210Bi，而 83210Bi可以經(jīng)一次衰變變成 a210X(X代表某種元素)，也可以經(jīng)一次衰變變成81bTi，a210X和81bTi最后都變成 82206Pb，衰變路徑如圖所示，則圖中(　　)A．a(chǎn)＝82，b＝211

8、B．①是β衰變，②是α衰變C．①是α衰變，②是β衰變D．81 bTi經(jīng)過一次α衰變變成 82206Pb,題型一：原子核的衰變規(guī)律,(2)某放射性元素經(jīng)過11.4天有的原子核發(fā)生了衰變，該元素的半衰期為(　　)A．11.4天 　B．7.6天 C．5.7天 D．3.8天,【答案】(1)B　(2)D,【方法與知識(shí)感悟】1．原子核衰變規(guī)律,確定衰變次數(shù)的方法(1)設(shè)放射性元素ZAX經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定

9、的新元素Z′A′Y，則表示該核反應(yīng)的方程為ZAX→Z′A′Y＋n24He＋m－1 0e根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m(2)確定衰變次數(shù)，因?yàn)棣滤プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)．,2．三種射線的比較,例2 我國科學(xué)家研制“兩彈”所涉及的基本核反應(yīng)方程有：(1) 92235U＋01n→3890Sr＋ 54136Xe＋k01n(2)12H＋

10、13H→24He＋d01n關(guān)于這兩個(gè)方程的下列說法，正確的是(　　)A．方程(1)屬于α衰變B．方程(2)屬于輕核聚變C．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1D．方程(1)中k＝6，方程(2)中d＝1,題型二：核反應(yīng)方程及核反應(yīng)類型的判斷,【解析】本題考查核反應(yīng)方程．(1)式為典型的裂變方程，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤．(2)為聚變反應(yīng)，故B項(xiàng)正確．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒定律可得k＝10，d＝1，故C選項(xiàng)正確．本題難度較?。?【答案

11、】BC,【方法與知識(shí)感悟】核反應(yīng)的四種類型,,,,,,,,,例3 假設(shè)兩個(gè)氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應(yīng)生成氦的同位素和中子，已知氘核的質(zhì)量是2.013 6 u，中子的質(zhì)量是1.008 7 u，氦核同位素的質(zhì)量是3.015 0 u.(1)聚變的核反應(yīng)方程式是__________ _______，在聚變核反應(yīng)中釋放出的能量為______MeV(保留兩位有效數(shù)字)．(2)若氚核和氦核發(fā)生聚變生成鋰核，反應(yīng)方程式為13H＋2

12、4He→37Li，已知各核子比結(jié)合能分別為EH＝1.112 MeV、EHe＝7.075 MeV、ELi＝5.603 MeV，試求此核反應(yīng)過程中釋放的核能．,題型三：核能的計(jì)算,【解析】(1)根據(jù)題中條件，可知核反應(yīng)方程式為12H＋12H→ 23He＋01n.核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損：Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2×2.013 6 u－(3.015 0＋1.008 7) u＝3.5×10－3 u.由于1 u的質(zhì)

13、量與931.5 MeV的能量相對(duì)應(yīng)，所以氘核聚變時(shí)放出的能量：ΔE＝3.5×10－3×931.5 MeV＝3.3 MeV.(2)13H和24He分解成7個(gè)核子所需的能量為E1＝3×1.112 MeV＋4×7.075 MeV＝31.636 MeV,7個(gè)核子結(jié)合成37Li，釋放的能量為E2＝7×5.603 MeV＝39.221 MeV所以此核反應(yīng)過程中釋放的核能為ΔE＝E2－E1＝

14、39.221 MeV－31.636 MeV＝7.585 MeV.,【方法與知識(shí)感悟】(1)核能的計(jì)算方法①根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算，計(jì)算時(shí)Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”．②根據(jù)ΔE＝Δm×931.5 MeV計(jì)算．因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，所以計(jì)算時(shí)Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”．③根據(jù)核子比結(jié)合能來計(jì)算核能原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子

15、數(shù)．(2)利用質(zhì)能方程計(jì)算核能時(shí)，不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算．,1．(2011浙江)關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是( )A．α射線是由氦原子核衰變產(chǎn)生的B．β射線是由原子核外電子電離產(chǎn)生的C．γ射線是由原子核外的內(nèi)層電子躍遷產(chǎn)生的D．通過化學(xué)反應(yīng)不能改變物質(zhì)的放射性,D,2．下列說法正確的是( )A. 715N＋11H→ 612C＋24He是α衰變方程B．11H＋12H→23He

16、＋γ是核聚變反應(yīng)方程C. 92238U→ 90234Th＋24He是核裂變反應(yīng)方程D．24He＋1327Al→1530P＋01n是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程,BD,【解析】核反應(yīng)類型分四種，核反應(yīng)的方程特點(diǎn)各有不同，衰變方程的左邊只有一個(gè)原子核，右邊出現(xiàn)α或β粒子．聚變方程的左邊是兩個(gè)輕核，右邊是中等原子核．裂變方程的左邊是重核與中子，右邊是中等原子核．人工核轉(zhuǎn)變方程的左邊是氦核與常見元素的原子核，右邊也是常見元素的原子核，由此可知，B、

17、D兩選項(xiàng)正確．,3．關(guān)于半衰期，以下說法正確的是( )A．同種放射性元素在化合物中的半衰期比單質(zhì)中的長B．升高溫度可以使半衰期縮短C．氡的半衰期為3.8天，若有4個(gè)氡原子核，經(jīng)過7.6天就只剩下一個(gè)D．氡的半衰期為3.8天，4克氡原子核，經(jīng)過7.6天就只剩下1克,D,【解析】放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間是一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律，半衰期對(duì)幾個(gè)原子核來說是無意義的. 上述說法中C是錯(cuò)誤的. 放射性元素衰變的快慢由

18、原子核內(nèi)部因素決定，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān)，故A、B錯(cuò)誤. 因此，正確選項(xiàng)只有D.,4．太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個(gè)質(zhì)子(11H)聚變?yōu)?個(gè)氦核(24He)的熱核反應(yīng)，核反應(yīng)方程是411H→24He＋2X，這個(gè)核反應(yīng)釋放出大量核能．已知質(zhì)子、氦核、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c.下列說法中正確的是( )A．方程中的X表示中子(01n)B．方程中的X表示電子

19、(－1 0e)C．這個(gè)核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm＝4m1－m2D．這個(gè)核反應(yīng)中釋放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2,D,【解析】由核反應(yīng)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可推斷出X為10e，A、B錯(cuò)；質(zhì)量虧損為Δm＝4m1－m2－2m3釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，C錯(cuò)，D對(duì)．選D，本題容易．,1．關(guān)于天然放射現(xiàn)象的敘述正確的是( )A．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將縮短B．β衰變所釋放

20、的電子是原子核外的電子電離形成的C．在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，α射線的電離能力最強(qiáng)D．鈾核( 92238U)衰變?yōu)殂U核( 82206Pb)的過程中，要經(jīng)過8次α衰變和10次β衰變,【夯實(shí)基礎(chǔ)】,C,【解析】放射性物質(zhì)的半衰期由原子核性質(zhì)決定，與物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，A項(xiàng)錯(cuò)；β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)放出的，B項(xiàng)錯(cuò)；根據(jù)α衰變和β衰變規(guī)律可知，鈾核( 92238U)衰變?yōu)殂U核( 82206Pb)的

21、過程中，要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變，D項(xiàng)錯(cuò).,2．2006年美國和俄羅斯的科學(xué)家利用回旋加速器，通過2048Ca(鈣48)轟擊 98249Cf(锎249)發(fā)生核反應(yīng)，成功合成了第118號(hào)元素，這是迄今為止門捷列夫元素周期表中原子序數(shù)最大的元素．實(shí)驗(yàn)表明，該元素的原子核先放出3個(gè)相同的粒子x，再連續(xù)經(jīng)過3次α衰變后，變成質(zhì)量數(shù)為282的第112號(hào)元素的原子核，則上述過程中的粒子x是( )A．中子

22、 B. 質(zhì)子C．電子 D．α粒子,A,3．氦原子核由兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子組成，這兩個(gè)質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是( )A．核力、萬有引力、庫侖力B．萬有引力、庫侖力、核力C．庫侖力、核力、萬有引力D．核力、庫侖力、萬有引力,D,【解析】核力是核子之間的一種強(qiáng)相互作用，其相互作用力巨大，兩核子之間的萬有引力極其微小，所以我

23、們?cè)谄綍r(shí)的計(jì)算時(shí)不考慮．,4．現(xiàn)已建成的核電站發(fā)電的能量來自于( )A．天然放射性元素衰變放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂變放出的能量D．化學(xué)反應(yīng)放出的能量,C,【解析】現(xiàn)在核電站所用原料主要是鈾，利用鈾核裂變放出的核能發(fā)電，故C項(xiàng)正確．,【能力提升】5．14C測年法是利用14C衰變規(guī)律對(duì)古生物進(jìn)行年代測定的方法. 若以橫坐標(biāo)t表示時(shí)間，縱坐標(biāo)m表示任意時(shí)刻14C的質(zhì)量，m0為t＝0時(shí)14C的

24、質(zhì)量．下面四幅圖中能正確反映14C衰變規(guī)律的是( ),C,6．在未來的中國，從沿海的廣東、浙江、福建到內(nèi)陸的湖北、湖南、江西，幾十座核電站將拔地而起．發(fā)展核電既是中國發(fā)展突破能源、交通、環(huán)保瓶頸的上策，也符合國務(wù)院總理溫家寶在《政府工作報(bào)告》中關(guān)于“節(jié)能減排”的號(hào)召．下列關(guān)于核電站的說法中正確的是( )A．核反應(yīng)方程可能是： 92235U→ 56141Ba＋3692Kr＋201nB．核反應(yīng)過程中質(zhì)

25、量和質(zhì)量數(shù)都發(fā)生了虧損C．在核反應(yīng)堆中利用控制棒吸收中子從而減小中子對(duì)環(huán)境的影響D．核電站的能量轉(zhuǎn)換過程是：通過核反應(yīng)堆將核能轉(zhuǎn)化為熱能，再通過汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最后通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,D,【解析】核電站是核裂變的一種應(yīng)用，其反應(yīng)方程式是： 92235U＋01n→ 56141Ba＋3692Kr＋301n.反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)不變但質(zhì)量發(fā)生虧損，從而釋放出核能．在核反應(yīng)中，核反應(yīng)速度由參與反應(yīng)的中子數(shù)目決定，控制棒通過插入

26、的深度來調(diào)節(jié)中子的數(shù)目以控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度．核電站的能量轉(zhuǎn)換過程是：通過核反應(yīng)堆將核能轉(zhuǎn)化為熱能，再通過汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最后通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，故D項(xiàng)正確．,7．原子核ZAX與氘核12H反應(yīng)生成一個(gè)α粒子和一個(gè)質(zhì)子．由此可知( )A．A＝2，Z＝1 B．A＝2，Z＝2C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2,D,【解析】該核反應(yīng)的方程式為：ZAX＋12H→2

27、4He＋11H，由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：A＝4＋1－2＝3.Z＝2＋1－1＝2，故正確答案為D.,8．某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個(gè)核反應(yīng)方程為11H＋ 612C→ 713N＋Q1,11H＋ 715N→ 612C＋X＋Q2方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表：,以下推斷正確的是( )A．X是23He，Q2>Q1 B．X是24He，Q2>Q1

28、C．X是23He，Q2<Q1 D．X是24He，Q2<Q1,B,【解析】由核反應(yīng)過程中必須遵守的質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒知X是24He.放出熱量分別為Q1和Q2的兩個(gè)核反應(yīng)中質(zhì)量虧損分別為0.002 1 u和0.005 3 u，故Q2>Q1.,9．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時(shí)其質(zhì)量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026 J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近(

29、 )A．1036 kg B．1018 kgC．1013 kg D．109 kg,D,10．一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射出一個(gè)γ光子. 已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c. 該聚變反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為 .γ光子的波長為

30、 .,m1＋m2－m3,11．2010年上海世博會(huì)太陽能應(yīng)用技術(shù)引領(lǐng)了世界．太陽能屋頂、太陽能幕墻、太陽能汽車、太陽能動(dòng)態(tài)景觀……科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng)，即在太陽內(nèi)部4個(gè)氫核(11H)轉(zhuǎn)化成一個(gè)氦核(24He)和兩個(gè)正電子(10e)并放出能量．已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.007 3 u，α粒子的質(zhì)量mα＝4.001 5 u，電子的質(zhì)量m

31、e＝0.000 5 u,1 u的質(zhì)量相當(dāng)于931 MeV的能量．(1)寫出該熱核反應(yīng)方程；(2)一次這樣的熱核反應(yīng)過程中釋放出多少M(fèi)eV的能量？(結(jié)果保留四位有效數(shù)字),【解析】(1)411H→24He＋210e(2)Δm＝4mp－mα－2me＝4×1.0073 u－4.0015 u－2×0.0005 u＝0.0267 uΔE＝0.0267 ×931 MeV＝24.86 MeV,【開拓視野】12.

32、 (1)核反應(yīng)堆中的核廢料具有很強(qiáng)的放射性，目前常用的處理方法是將其裝入特制的容器中，然后 (將選項(xiàng)前的字母代號(hào)填在橫線上)．A．沉入海底 B．放至沙漠C．送到月球 D．深埋地下(2)圖乙是用來監(jiān)測工作人員受到輻射情況的胸章，通過照相底片被射線感光的區(qū)域，可以判斷工作人員受到何種輻射．當(dāng)胸章上1 mm鋁片和3 mm鋁片下的照相底片被感光，而鉛片下的照相底片未被感光時(shí)，結(jié)合圖甲

33、分析工作人員受到了 射線的輻射；當(dāng)所有照相底片都被感光時(shí)，工作人員受到了 射線的輻射．,D,β,γ,(3)利用氦－3(23He)和氘進(jìn)行的聚變安全無污染，容易控制．月球上有大量的氦－3，每個(gè)航天大國都將獲得氦－3作為開發(fā)月球的重要目標(biāo)之一．“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星執(zhí)行的一項(xiàng)重要任務(wù)就是評(píng)估月球中氦－3的分布和儲(chǔ)量．已知兩個(gè)氘核(12H)聚變生成一個(gè)氦－3，則該核反應(yīng)方程為

34、 ；已知12H的質(zhì)量為m1,23He的質(zhì)量為m2，反應(yīng)中新產(chǎn)生的粒子的質(zhì)量為m3，則上述核反應(yīng)中釋放的核能為ΔE＝ .,12H＋12H→23He＋01n,(2m1－m2－m3)c2,【解析】(1)為了有效地防止核廢料對(duì)環(huán)境的污染，需將核廢料裝入特制容器并深埋地下，故D項(xiàng)正確．(2)根據(jù)題圖甲，β射線能夠穿透1