(改編)選修35第3講原子核

1、3-5 第2講 原子核的組成、放射性、半衰期考點一、(考綱要求)-原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素1天然放射現(xiàn)象、三種射線(1)天然放射現(xiàn)象：放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由法國物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)(2)三種射線的比較射線名稱比較項目射線射線射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電量2ee0質(zhì)量4mp mp167×1027 kg靜止質(zhì)量為零符號Hee速度0.1c0.99cc垂直電磁場偏轉(zhuǎn)情況偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱用一張薄紙能擋住較強穿透幾厘米厚的鋁板最強穿透幾厘米厚的鉛板對空氣的電離作用很強較弱

2、很弱在空氣中的徑跡粗、短、直細(xì)、較長、曲折最長通過膠片感光感光感光2.原子核的衰變(1)原子核放出粒子或粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變(2)分類衰變：衰變：衰變規(guī)律：電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒(動量守恒、能量守恒)衰變實質(zhì)：衰變：2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出 2H2nHe 衰變：中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子 nHe(3)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間半衰期由核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)（4）半衰期描述的是大量原子核的統(tǒng)計行為。3放射性同位素及應(yīng)用(1)同位素具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，互稱同位素有些同位素

3、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1 000多種(2)放射性同位素的應(yīng)用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 作示蹤原子（3）.人造放射性同位素的優(yōu)點(1)放射強度容易控制； (2)可以制成各種所需的形狀； (3)半衰期很短，廢料容易處理考點二、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損(考綱要求)1.核力核子間的作用力核力是短程強引力，作用范圍在1.5×1015 m之內(nèi)，只在相鄰的核子間發(fā)生作用2核能核子結(jié)合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能3質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2，原

4、子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小m，這就是質(zhì)量虧損由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能Emc2.考點三、裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆核反應(yīng)方程(考綱要求)1裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)(1)重核裂變：是重核分裂成中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程如：UnBaKr3n.由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)能持續(xù)地進行的過程稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件是：裂變物質(zhì)的體積大于等于臨界體積裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆(2)輕核聚變：聚變是兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程如：HHHen17.6 MeV使核發(fā)生聚變需要幾百萬度以上的高溫，因此聚變又叫熱核反應(yīng)2核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變衰變自發(fā)UThHe衰變

5、自發(fā)ThPae人工控制人工轉(zhuǎn)變NHeOH(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)HeBeCn(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)AlHePn約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子PSie重核裂變比較容易進行人工控制UnBaKr3nHHHen輕核聚變很難控制UnXeSr10n答案D2(2010·全國，14)原子核X與氘核H反應(yīng)生成一個粒子和一個質(zhì)子由此可知()AA2，Z1 BA2，Z2CA3，Z3 DA3，Z23氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成，這兩個質(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

6、力、萬有引力4下列說法正確的是()A.NHCHe是衰變方程B.HHHe是核聚變反應(yīng)方程C.UThHe是核裂變反應(yīng)方程D.HeA1Pn是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程5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7如圖1-2-3(甲)是、三種射線穿透能力的示意圖，圖1-2-3(乙)是工業(yè)上利用射線的穿透性來檢查金屬內(nèi)部的傷痕的示意圖，請問圖1-2-3(乙)中的檢查是利用了哪種射線()圖1-2-3A射線 B射線C射線 D三種射線都可以9太陽的能量來自下面的反應(yīng)：四個質(zhì)子(氫核)聚變成一個粒子，同時發(fā)射出兩個正電子和兩個

7、沒有靜止質(zhì)量的中微子已知粒子的質(zhì)量為m，質(zhì)子的質(zhì)量為mp，電子的質(zhì)量為me，則NA表示阿伏加德羅常數(shù)，用c表示光速，則太陽上1 kg的氫核聚變成粒子所放出的能量為()A125(4mpm2me)NAc2B250(4mpm2me)NAc2C500(4mpm2me)NAc2D1 000(4mp4m2me)NAc210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告中關(guān)于“節(jié)能減排”的號召下列關(guān)于核電站的說法中正確的是()A核反應(yīng)方程可能是：UBaKr2nB核反應(yīng)過程中質(zhì)量和質(zhì)

8、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，再通過汽輪機將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，最后通過發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能考點二核反應(yīng)方程及核反應(yīng)類型的判斷【典例2】 (1)現(xiàn)有三個核反應(yīng)方程：NaMgeUnBaKr3nHHHen下列說法正確的是()A是裂變，是衰變，是聚變B是聚變，是裂變，是衰變C是衰變，是裂變，是聚變D是裂變，是聚變，是裂變(2)現(xiàn)有四個核反應(yīng)：A.HHHenB.UnXKr3nC.NaMgeD.HeBeCn_是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，_是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程，_是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程求B中X的質(zhì)量

9、數(shù)和中子數(shù)解析(1)NaMge中Na核釋放出粒子，為衰變.UnBaKr3n為鈾核在被中子轟擊后，分裂成兩個中等質(zhì)量的核，為裂變而HHHen為聚變，故C正確(2)人工轉(zhuǎn)變方程的特點是箭頭的左邊是氦核與常見元素的原子核箭頭的右邊也是常見元素的原子核D是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，B是裂變反應(yīng)，是研究原子彈的核反應(yīng)方程A是聚變反應(yīng)，是研究氫彈的核反應(yīng)方程由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可以判定，X質(zhì)量數(shù)為144，電荷數(shù)為56，所以中子數(shù)為1445688.答案(1)C(2)DBA14488【變式2】 三個原子核X、Y、Z，X核放出一個正電子后變?yōu)閅核，Y核與質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)后生成Z核并放出一個氦核(He)，則

10、下面說法正確的是()AX核比Z核多一個質(zhì)子BX核比Z核少一個中子CX核的質(zhì)量數(shù)比Z核的質(zhì)量數(shù)大3DX核與Z核的總電荷數(shù)是Y核電荷數(shù)的2倍解析設(shè)X核的核電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)分別為a、b，X核放出正電子及Y核與質(zhì)子的核反應(yīng)如下：XeY，YHZHe.可見，X核比Z核多2個質(zhì)子，故A項錯X核比Z核多1個中子，故B項錯X核的質(zhì)量數(shù)比Z核的質(zhì)量數(shù)大3，故C項對Z核與X核的總電荷數(shù)為(2a2)，是Y核的2倍，故D項對答案CD考點三核能的計算【典例3】 裂變反應(yīng)是目前核能利用中常用的反應(yīng)，以原子核U為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng)U俘獲一個慢中子后發(fā)生裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為UnXeSr3n235043 91.

11、008 7138.917 893.915 4反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)量(以原子質(zhì)量單位u為單位)已知1 u的質(zhì)量對應(yīng)的能量為9.3×102 MeV，此裂變反應(yīng)釋放出的能量是_MeV.解析由題給核反應(yīng)方程及其下面的數(shù)據(jù)可知：裂變之前的總質(zhì)量為：235.043 9 u1.008 7 u236.052 6 u，裂變之后的總質(zhì)量為：138917 8 u93.915 4 u3×1.008 7 u235.859 3 u，質(zhì)量虧損為：m236.052 6 u235.859 3 u0.193 3 u.因為1 u的質(zhì)量對應(yīng)的能量約為9.3×102 MeV所以E0.

12、193×9.3×102 MeV1.8×102 MeV答案1.8×102(1)應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖根據(jù)Emc2計算，計算時m的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，E的單位是“J”根據(jù)Em×931.5 MeV計算因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，所以計算時m的單位是“u”，E的單位是“MeV”根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能原子核的結(jié)合能核子比結(jié)合能×核子數(shù)(2)利用質(zhì)能方程計算核能時，不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進行計算【變式3】 (1)太陽能來源于輕核的聚變，太陽中存在的主要元素是氫，氫核的聚變反應(yīng)可以看作是4個氫核(H)

13、結(jié)合成1個氦核(He)下表中列出了部分粒子的質(zhì)量.粒子名稱質(zhì)子p粒子電子e中子n質(zhì)量/u1.007 34.001 50.000 551.008 7以下說法中正確的是()A核反應(yīng)方程為4HHe2eB核反應(yīng)方程為4HHe2eC4個氫核結(jié)合成1個氦核時的質(zhì)量虧損約為0.026 6 uD聚變反應(yīng)過程中釋放的能量約為24.8 MeV(2)一個氘核(H)和一個氚核(H)結(jié)合成一個氦核并放出一個中子時，質(zhì)量虧損為m，已知阿伏加德羅常數(shù)為NA，真空中的光速為c，若1 mol氘和1 mol 氚完全發(fā)生上述核反應(yīng)，則在核反應(yīng)中釋放的能量為_ANAmc2 B2NAmc2 C.NAmc2 D5NAmc2解析(1)根據(jù)

14、電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可得聚變的核反應(yīng)方程為：4HHe2e，B錯誤、A正確；質(zhì)量虧損為：m4mHmHe2me4×1.007 3 u4.001 5 u2×0.000 55 u0.026 6 u，C正確；核反應(yīng)釋放的能量為Emc20.026 6×931.5 MeV24.8 MeV，D正確(2)根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程，一個氘核(H)和一個氚核(H)結(jié)合成一個氦核并放出一個中子釋放的能量為mc2，1 mol氘和1 mol氚完全發(fā)生上述核反應(yīng)，釋放的能量為上述反應(yīng)的NA倍，即NAmc2.答案(1)ACD(2)A考點四核反應(yīng)與動量守恒的綜合應(yīng)用【典例4】 如圖1-2-7所示，

15、印度第一艘自主研發(fā)的核潛艇于2009年7月26日正式下水，成為世界第六個擁有核潛艇的國家核動力潛艇是潛艇中的一種類型，指以核反應(yīng)堆為動力來源設(shè)計的潛艇圖1-2-7(1)在核反應(yīng)中有一種是一個U原子核在中子的轟擊下發(fā)生的一種可能的裂變反應(yīng)，其裂變方程為UnXSr10n，則下列敘述正確的是()AX原子核中含有54個質(zhì)子BX原子核中含有53個中子C裂變時釋放能量是因為虧損的質(zhì)量變成了能量D裂變時釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，質(zhì)量數(shù)不守恒(2)用速度為v0、質(zhì)量為m1的He核轟擊質(zhì)量為m2的靜止的N核，發(fā)生核反應(yīng)，最終產(chǎn)生兩種新粒子A和B.其中A為O核，質(zhì)量為m3，速度為v3；B的質(zhì)量為m4.計算粒子B的速

16、度vB；粒子A的速度符合什么條件時，粒子B的速度方向與He核的運動方向相反解析(1)由核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知：X原子核中含有54個質(zhì)子，78個中子，故A正確，B、D錯，釋放能量不是質(zhì)量變成了能量，而是虧損的質(zhì)量以能量的形式釋放，C錯(2)由動量守恒定律有m1v0m3v3m4vB解得vB.B的速度與He核的速度方向相反，即m1v0m3v3<0，解得v3>.答案(1)A(2)v3>【變式4】 一個靜止的氡核Rn，放出一個粒子后衰變?yōu)獒暫薖o，同時放出能量為E0.09 MeV的光子假設(shè)放出的核能完全轉(zhuǎn)變?yōu)獒暫伺c粒子的動能，不計光子的動量已知M氡222.086 63

17、u、m4.002 6 u、M釙218.076 6 u,1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量(1)寫出上述核反應(yīng)方程(2)求出發(fā)生上述核反應(yīng)放出的能量(3)確定釙核與粒子動能解析(1)RnPoHe.(2)質(zhì)量虧損m222.086 63 u4.002 6 u218.076 6 u0.007 43 uEmc26.92 MeV.(3)設(shè)粒子、釙核的動能分別為Ek、Ek釙，動量分別為p、p釙，由能量守恒定律得：EEkEk釙E不計光子的動量，由動量守恒定律得：0pp釙又Ek，故EkEk釙2184聯(lián)立上面式子解得Ek釙0.12 MeV，Ek6.54 MeV.答案(1)RnPoHe(2)6.92 MeV(3)

18、0.12 MeV6.54 MeV三、對原子核的考查(高頻考查)8(2009·廣東單科·2)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的He(氦3)它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂希鋮⑴c的一種核聚變反應(yīng)的方程式為HeHe2HHe.關(guān)于He聚變下列表述正確的是()A聚變反應(yīng)不會釋放能量B聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D目前核電站都采用He聚變反應(yīng)發(fā)電解析聚變反應(yīng)是輕核變?yōu)橹械荣|(zhì)量核的反應(yīng)，發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放能量目前核電站采用重核裂變反應(yīng)答案B9(2010·廣東理綜，18)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有()A.UThHe是衰變B.NHeOH是衰變C.H

19、HHen是輕核聚變D.SeKr2e是重核裂變解析衰變是放射出氦核的天然放射現(xiàn)象，A正確；衰變是放射出電子的天然放射現(xiàn)象，而B項是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的原子核人工轉(zhuǎn)變，故B錯；C項是輕核的聚變，D項是衰變現(xiàn)象，故C對、D錯答案AC10(2010·全國，14)原子核U經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍薚h，繼而經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍薖a，再經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍薝.放射性衰變、和依次為()A衰變、衰變和衰變 B衰變、衰變和衰變C衰變、衰變和衰變 D衰變、衰變和衰變解析由電荷數(shù)守恒與質(zhì)量數(shù)守恒可分別寫出衰變?yōu)閁ThHe，衰變?yōu)門hPae，衰變?yōu)镻aUe，故知正確答案為A.答案A11(2010·上海單科，8)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()A11.4天 B7.6天 C5.7天 D3.8天解析本題考查原子核的半衰期意在考查考生對半衰期的理解能力由題意，該放射性