2017-2018學(xué)年高中物理 第四章 原子核章末盤點(diǎn)教學(xué)案 -5

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第四章 原子核考點(diǎn)一核反應(yīng)與核反應(yīng)方程1。核反應(yīng)常見核反應(yīng)分為衰變,人工轉(zhuǎn)變，裂變，聚變等幾種類型:(1)衰變衰變：uthhe(核內(nèi)2h2nhe）衰變：thpae(核內(nèi)nh01e)衰變：原子核處于較高能級，輻射光子后躍遷到低能級。衰變反應(yīng)的特點(diǎn)：衰變是原子核自發(fā)地轉(zhuǎn)變成另一種原子核，反應(yīng)物只有一個(gè)放射性核,生成物中除有一個(gè)新核外，還有粒子或粒子。(2）人工轉(zhuǎn)變：7nheoh(發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng))behecn(發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)）人工轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：以高能微觀粒子轟擊原子核為標(biāo)志,反應(yīng)物中除有一個(gè)原子核外,還有一個(gè)入射粒子，如粒子、質(zhì)子、中子等。(3）裂變：unbakr3n裂變特

2、點(diǎn)：質(zhì)量較大的重核捕獲中子分裂成兩個(gè)以上中等質(zhì)量的核，并放出幾個(gè)中子。（4）聚變:hhhen聚變特點(diǎn):反應(yīng)物為n個(gè)質(zhì)量較小的輕核,生成物包含一個(gè)質(zhì)量較大的核。2核反應(yīng)方程的書寫（1）必須遵守電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律,有些核反應(yīng)方程還要考慮到能量守恒規(guī)律.（2）核反應(yīng)方程中的箭頭（）表示核反應(yīng)進(jìn)行的方向，不能把箭頭寫成等號。(3）寫核反應(yīng)方程必須要有實(shí)驗(yàn)依據(jù)，決不能毫無根據(jù)地編造.(4）在寫核反應(yīng)方程時(shí)，應(yīng)先將已知原子核和已知粒子的符號填入核反應(yīng)方程一般形式的適當(dāng)位置上；然后根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒規(guī)律計(jì)算出未知核(或未知粒子）的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)；最后根據(jù)未知核(或未知粒子）的電荷數(shù)確定它們是

3、哪種元素（或哪種粒子)，并在核反應(yīng)方程一般形式中的適當(dāng)位置填寫上它們的符號。例1正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（pet)是分子水平上的人體功能顯像的國際領(lǐng)先技術(shù)，它為臨床診斷和治療提供全新的手段。pet在心臟疾病診療中,需要使用放射正電子的同位素氮13作示蹤劑。氮13是由小型回旋加速器輸出的高速質(zhì)子轟擊氧16獲得的。反應(yīng)中同時(shí)還產(chǎn)生另一種粒子，試寫出該反應(yīng)方程。解析由題意可知：氧16(8o)在質(zhì)子(h）的轟擊下產(chǎn)生了氮13（n）和另外一種粒子,由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知另一種粒子是he，所以核反應(yīng)方程為:ohnhe.答案ohnhe考點(diǎn)二核能的計(jì)算核能的計(jì)算是原子核物理中的熱點(diǎn)問題，在重核的裂變、輕核的

4、聚變、放射性衰變以及某些人工轉(zhuǎn)變的核反應(yīng)中，都伴隨著巨大的核能釋放，根據(jù)不同的題設(shè)條件和不同的核反應(yīng)特征，歸納以下四種計(jì)算方法.1根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算核能法一:用質(zhì)能方程emc2計(jì)算核能,其中m的單位取千克，e的單位是焦耳。法二：根據(jù)1原子質(zhì)量單位（u)相當(dāng)于931.5 mev能量,用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 mev，即em931.5 mev。其中m的單位是u，e的單位是mev。2根據(jù)平均結(jié)合能計(jì)算核能原子核的結(jié)合能核子的平均結(jié)合能核子數(shù).核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該次核反應(yīng)所釋放（或吸收）的核能。3根據(jù)能量守

5、恒和動(dòng)量守恒來計(jì)算核能參與核反應(yīng)的粒子所組成的系統(tǒng),在核反應(yīng)過程中的動(dòng)量和能量是守恒的,因此,在題設(shè)條件中沒有涉及到質(zhì)量虧損,或者核反應(yīng)所釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為生成的新粒子的動(dòng)能而無光子輻射的情況下，從動(dòng)量和能量守恒可以計(jì)算出核反應(yīng)釋放或吸收的能量。4根據(jù)阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算核能若已知微觀數(shù)目的原子核發(fā)生核反應(yīng)釋放的能量,要計(jì)算具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核都發(fā)生核反應(yīng)所放出的總能量，應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算核能較為簡便。例2(北京高考）質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3。當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí)，釋放的能量是(c表示真空中的光速)()a(mm2m3)cb（m1m2m3)cc（m1

6、m2m3)c2 d(m1m2m3）c2解析一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí)，質(zhì)量虧損mm1m2m3，根據(jù)質(zhì)能方程,釋放的能量emc2(m1m2m3)c2，選項(xiàng)c正確，a、b、d錯(cuò)誤.答案c例3用中子轟擊鋰核(li）發(fā)生核反應(yīng)，生成氚核（h)和粒子，并放出4。8 mev的能量。（1）寫出核反應(yīng)方程;(2)求出質(zhì)量虧損；(3)若中子和鋰核是以等值反向的動(dòng)量相碰，則氚核和粒子的動(dòng)能之比是多少?（4）轉(zhuǎn)化為粒子動(dòng)能的能量是多大？解析(1）核反應(yīng)方程為linhhe（2)依據(jù)emc2得m u0。005 2 u(3)根據(jù)題意有0m1v1m2v2。式中m1、m2、v1、v2分別為氚核和粒子的質(zhì)量和速度，由上式及

7、動(dòng)能ek，可得它們的動(dòng)能之比為(4)粒子的動(dòng)能ek2(ek1ek2）4。8 mev2.06 mev.答案(1)linhhe（2)0。005 2 u（2)43（4)2.06 mev（時(shí)間60分鐘，滿分100分）一、單項(xiàng)選擇題(共7小題，每小題5分，共35分)1關(guān)于我國已建成的秦山和大亞灣核電站,下列說法中正確的是（)a它們都是利用核聚變釋放原子能的b它們都是利用核裂變釋放原子能的c兩者的核燃料都是純鈾235d一座是利用核裂變釋放原子能，一座是利用核聚變釋放原子能解析:現(xiàn)在我們和平利用的核能只能通過核裂變產(chǎn)生，還沒有實(shí)現(xiàn)可控?zé)岷朔磻?yīng),核燃料是天然鈾或濃縮鈾.答案：b2原子核內(nèi)的核子能穩(wěn)定地結(jié)合在一

8、起,是因?yàn)橛泻肆ψ饔?。下列說法中正確的是()a核力是斥力b每個(gè)核子和核內(nèi)其他核子之間都存在核力作用c核力是核子間的庫侖力和萬有引力的合力d核力是一種強(qiáng)相互作用力，是在相鄰核子之間存在的超短距離的作用力解析：核力是短程力,核力只發(fā)生在相鄰核子之間，而庫侖力和萬有引力都是長程力，故b、c錯(cuò);原子核內(nèi)的質(zhì)子沒有因?yàn)閹靵龀饬Χ稚?是因?yàn)楹肆Φ膹?qiáng)大吸引力，故a錯(cuò)，d對。答案:d3現(xiàn)在很多心血管?？漆t(yī)院引進(jìn)了一種被稱為“心臟灌注顯像”的檢測技術(shù)，方法是將若干毫升含放射性元素锝（tc）的注射液注入被檢測者的動(dòng)脈,經(jīng)過40 min后，這些含放射性物質(zhì)的注射液通過血液循環(huán)均勻地分布在血液中，這時(shí)對被檢測者的心

9、臟進(jìn)行造影，心臟血管正常的位置由于有放射性物質(zhì)隨血液到達(dá)而顯示出有射線射出；心臟血管被堵塞的部分由于無放射性物質(zhì)到達(dá)，將無射線射出。醫(yī)生根據(jù)顯像情況就可以判定被檢測者心臟血管有無病變，并判定病變位置，你認(rèn)為檢測用放射性元素锝的半衰期應(yīng)該最接近下列數(shù)據(jù)中的(）a10 minb10 hc10 s d10 y(年）解析:過量的射線對人體有害，在選擇放射性同位素時(shí)，應(yīng)該在滿足要求的前提下選用半衰期短的元素，故d錯(cuò)；而要滿足顯像要求放射性元素的半衰期必須大于40 min,故a、c錯(cuò)。答案：b4一個(gè)u原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng)，其裂變方程為unxsr2n，則下列敘述正確的是(）ax原子核中

10、含有86個(gè)中子bx原子核中含有141個(gè)核子c因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，根據(jù)emc2，所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加d因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少解析：由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知：x原子核的質(zhì)量數(shù)(即核子數(shù)）為140，電荷數(shù)(即質(zhì)子數(shù))為54。由中子數(shù)核子數(shù)質(zhì)子數(shù)，可知其中子數(shù)為86,故a選項(xiàng)正確,b選項(xiàng)錯(cuò)誤。核裂變時(shí)釋放能量有質(zhì)量虧損,但總質(zhì)量數(shù)不變，c、d均錯(cuò)。答案:a5由圖1可得出結(jié)論（）圖1a質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和小于氘核的質(zhì)量b質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和等于氘核的質(zhì)量c氘核分解為質(zhì)子和中子時(shí)要吸收能量d質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時(shí)要吸收能量解析：該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以質(zhì)子和中子的質(zhì)量

11、之和大于氘核的質(zhì)量，故選項(xiàng)c對。答案：c6在勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)靜止的氡原子核(rn），由于衰變它放出一個(gè)粒子，此粒子的徑跡與反沖核的徑跡是兩個(gè)相互外切的圓,大圓與小圓的直徑之比為421,如圖2所示,那么氡核的衰變方程應(yīng)是下列方程中的哪一個(gè)（)圖2a.rnfreb.rnpohec。rnated。rnath解析：原子核衰變過程中動(dòng)量守恒,所以粒子與反沖核的動(dòng)量等大反向，由徑跡是兩圓外切圓可知，放出的是正粒子，是衰變,在勻強(qiáng)磁場中,由r可知， 。故反沖核的電荷數(shù)是84，由電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，選項(xiàng)b對。答案：b7美國物理學(xué)家雷蒙德戴維斯因研究來自太陽的電子中微子（ve)而獲得了2002年度諾貝爾物理學(xué)

12、獎(jiǎng)，他探測中微子所用的探測器的主體是一個(gè)貯滿615 t四氯乙烯溶液的巨桶，電子中微子可以將一個(gè)氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)氬核，其核反應(yīng)方程式為veclare，已知cl核的質(zhì)量為36.956 58 u，ar核的質(zhì)量為36.956 91 u,e的質(zhì)量為0。000 55 u,1 u質(zhì)量對應(yīng)的能量為931。5 mev。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以判斷參與上述反應(yīng)的電子中微子的最小能量為（）a1。33 mevb0.82 mevc0.51 mev d0。31 mev解析:根據(jù)1原子質(zhì)量單位（u)相當(dāng)于931。5 mev能量，則em931.5 mev(36。956 910.000 5536。956 58)931。5 mev0。8

13、2 mev。答案：b二、雙項(xiàng)選擇題（共5小題，每小題6分，共30分。全選對得6分，只選一個(gè)且正確的得3分）8下列說法中正確的是（）a質(zhì)子與中子結(jié)合成氘核的過程中會(huì)釋放大量能量b氪90（kr)經(jīng)過一系列衰變最終成為穩(wěn)定的鋯90（zr）要經(jīng)過1次衰變和4次衰變c射線是原子核外電子掙脫原子核的束縛后而形成的電子流d放射性元素的半衰期是指大量該元素的原子核中有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間解析：中子與質(zhì)子的聚變反應(yīng)屬于熱核反應(yīng)，放出大量的熱，可知選項(xiàng)a正確；b中衰變方程為krzr401e，可知選項(xiàng)b錯(cuò)誤;天然放射線中的粒子是原子核中的一個(gè)中子衰變?yōu)橘|(zhì)子放出的電子:nh01e,原子核內(nèi)并沒有電子,則選項(xiàng)c錯(cuò)誤

14、；由半衰期意義及其由核內(nèi)部自身的因素所決定,與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，可知選項(xiàng)d正確.答案：ad9太陽每年輻射到地球上的能量相當(dāng)于燃燒1813億噸標(biāo)準(zhǔn)煤所放出的能量，是全世界年需能量總和的5000倍，是地球上最大的能源.太陽內(nèi)部有多種熱核反應(yīng)，其中的一個(gè)反應(yīng)方程是：hhhen.若已知h的質(zhì)量為m1,h的質(zhì)量為m2，he的質(zhì)量為m3，n的質(zhì)量為m4,則下列說法中正確的是（)a.n是中子b。h和h是兩種不同元素的原子核c。h和h在常溫下就能夠發(fā)生聚變d這個(gè)反應(yīng)釋放的核能為e(m1m2m3m4)c2解析:n是中子，故a對，h和h是同種元素h的同位素,故b錯(cuò),h和h必須在高溫下才能發(fā)生聚變，

15、故c錯(cuò)，反應(yīng)釋放的核能為e（m1m2m3m4)c2，故d正確。答案：ad10對結(jié)合能、平均結(jié)合能的認(rèn)識，下列正確的是(）a核子結(jié)合為原子核時(shí)，一定釋放能量b核子結(jié)合為原子核時(shí)，可能吸收能量c結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定d平均結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定解析：由自由核子結(jié)合成原子核的過程中，核力做正功,釋放出能量.反之，將原子核分開變?yōu)樽杂珊俗铀枰x予相應(yīng)的能量,該能量即為結(jié)合能，故a正確，b錯(cuò)誤；對核子較多的原子核的結(jié)合能越大，但它的平均結(jié)合能不一定大，平均結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性，故c錯(cuò)誤，d正確。 答案：ad11放射性同位素鈷60能放出較強(qiáng)的射線，其強(qiáng)度容易控制，這使得射線得到廣泛應(yīng)用。

16、下列選項(xiàng)中，屬于射線的應(yīng)用的是（）a醫(yī)學(xué)上制成刀,無需開顱即可治療腦腫瘤b機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)常產(chǎn)生很多靜電，用射線照射機(jī)器可將電荷導(dǎo)入大地c鋁加工廠將接收到的射線信號輸入計(jì)算機(jī)，可對薄鋁板的厚度進(jìn)行自動(dòng)控制d用射線照射草莓、荔枝等水果,可延長保存期解析：射線的電離作用很弱，不能使空氣電離成為導(dǎo)體，b錯(cuò)誤；射線的穿透能力很強(qiáng)，薄鋁板的厚度變化時(shí)，接收到的信號強(qiáng)度變化很小，不能控制鋁板厚度，c錯(cuò)誤.答案：ad12下列關(guān)于鈾裂變和核電站的說法中正確的是(）a鈾238只要俘獲中子就能進(jìn)行鏈?zhǔn)椒磻?yīng)b鈾235裂變后的生成物是多種多樣的，但這些裂變都要發(fā)生質(zhì)量虧損c核電站中鎘棒是起減速劑的作用d核電站使用后的核廢料

17、必須裝入特制容器，深埋地下解析：鈾238只有浮獲能量大于1 mev的中子才能發(fā)生裂變,a錯(cuò)誤.鈾235裂變后的生成物是多種多樣的如ba、kr等，并發(fā)生質(zhì)量虧損釋放能量，b正確；核電站中鎘棒起減速劑作用的是石墨、重水，鎘棒是控制棒，c錯(cuò)誤.核廢料處理必須將其裝入特制容器，深埋地下，d正確。答案：bd三、計(jì)算題(共2小題,共35分，計(jì)算題要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)13（15分)氘核與氚核的聚變反應(yīng)：hhhen17。6106 ev,已知電子電荷量e1。61019 c，普朗克常量h6。61034 js，求：(1）這一過程的質(zhì)量虧損是多少千克?（2)1 g氘核完全參與上述反應(yīng)

18、,共釋放多少核能(阿伏加德羅常量na6。01023 mol1)?解析：(1）m kg3。131029 kg。(2)氘的摩爾質(zhì)量為2103 kg/mol，則1 g氘核的數(shù)目為nna6。0102331023,這些氘完全燃燒共釋放的能量為：ene3102317。61061。61019 j8。451011 j。答案：（1）3.131029 kg(2)8.451011 j14(20分）某實(shí)驗(yàn)室工作人員，用初速度v00.09c（c為光速）的粒子,轟擊靜止的氮原子核n，產(chǎn)生了質(zhì)子h。如果某次碰撞可以看作對心正碰，碰后新核與質(zhì)子同方向運(yùn)動(dòng)，垂直磁場方向射入磁場,通過分析偏轉(zhuǎn)半徑可得出新核與質(zhì)子的速度大小之比為120.已知質(zhì)子質(zhì)量為m。(1）寫出核反應(yīng)方程（2）求出質(zhì)子的速度v。(3)若使上述兩個(gè)質(zhì)子發(fā)生對心彈性碰撞,則每個(gè)質(zhì)子的動(dòng)量變化量是多少?（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析：（1）由核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒