高中物理人教版5第十九章原子核單元測試 章末復(fù)習(xí)課

章末復(fù)習(xí)課【知識體系】主題1幾種重要的核反應(yīng)和核能的計算1．幾種重要的核反應(yīng)類型．反應(yīng)類型核反應(yīng)方程能量情況原子核的衰變α衰變eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He釋放能量β衰變eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e原子核的人工轉(zhuǎn)變質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H——中子的發(fā)現(xiàn)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n放射性同位素的發(fā)現(xiàn)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n重核的裂變eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n釋放能量eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n輕核的聚變eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n釋放能量2.核能的計算．重核的裂變和輕核的聚變，存在質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，可以判斷兩種核反應(yīng)都會向外釋放能量，計算核能的方法如下：(1)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2是計算釋放核能多少的主要方法，質(zhì)量虧損Δm的確定是計算核能的關(guān)鍵．(2)核反應(yīng)中如無光子輻射，核反應(yīng)釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新核的動能和新粒子的動能．這種情況下的核能可由下列關(guān)系計算：反應(yīng)前總動能＋反應(yīng)過程中釋放的核能＝反應(yīng)后總動能．3．核反應(yīng)方程是該部分知識在高考中考查的重點(diǎn)之一，主要考查反應(yīng)方程的書寫、配平及類型判斷等問題．書寫及配平核反應(yīng)方程的依據(jù)是電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒．另外要熟記常見粒子的符號，如eq\o\al(4,2)He、eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(1,0)n、eq\o\al(0,－1)e、eq\o\al(0,1)e、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H等．【典例1】已知氘核質(zhì)量為6u，中子質(zhì)量為7u，eq\o\al(3,2)He核的質(zhì)量為0u．兩個速率相等的氘核對心碰撞聚變成eq\o\al(3,2)He并放出一個中子，釋放的核能也全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能(質(zhì)量虧損為1u時，釋放的能量為MeV.除了計算質(zhì)量虧損外，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量可以認(rèn)為是中子的3倍)．(1)寫出該核反應(yīng)的方程式；(2)該核反應(yīng)釋放的核能是多少？(3)若測得反應(yīng)后生成中子的動能是MeV，則反應(yīng)前每個氘核的動能是多少M(fèi)eV?解析：(1)核反應(yīng)方程為2eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n.(2)質(zhì)量虧損為Δm＝6u×2－0u－7u＝5u.則釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝5×MeV＝MeV.(3)設(shè)中子和eq\o\al(3,2)He核的質(zhì)量分別為m1、m2，速度分別為v1、v2，反應(yīng)前每個氘核的動能為E0，反應(yīng)后中子和eq\o\al(3,2)He核的動能分別為E1、E2.根據(jù)動量守恒得：m1v1－m2v2＝0，所以eq\f(v1,v2)＝eq\f(m2,m1)＝eq\f(3,1).根據(jù)E＝eq\f(1,2)mv2得eq\f(E2,E1)＝eq\f(\f(1,2)m2veq\o\al(2,2),\f(1,2)m1veq\o\al(2,1))＝eq\f(3,1)×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))eq\s\up12(2)＝eq\f(1,3)，即E2＝eq\f(E1,3)＝eq\f(1,3)×MeV＝MeV.由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律得E1＋E2＝2E0＋ΔE.代入數(shù)據(jù)得E0＝MeV.答案：(1)2eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)MeV(3)MeV名師點(diǎn)評核能計算常見的方法(1)利用質(zhì)能方程ΔE＝Δm·c2計算核能．(2)利用比結(jié)合能計算核能．原子核的結(jié)合能＝比結(jié)合能×核子數(shù)．核反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新原子核的總結(jié)合能之差，等于該次反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能．(3)據(jù)能量守恒和動量守恒定律計算核能．(4)應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計算核能．若要計算具有宏觀質(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，其解題的基本思路為：①根據(jù)物體的質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量M，由n＝eq\f(m,M)求出物質(zhì)的量，并求出原子核的個數(shù)N＝NAn＝NAeq\f(m,M).②由題設(shè)條件求出一個原子核與另一個原子核反應(yīng)放出或吸收的能量E0(或直接從題目中找出E0)．③再根據(jù)E＝NE0求出總能量．針對訓(xùn)練1．三個α粒子結(jié)合成一個碳eq\o\al(12,6)C，已知碳原子的質(zhì)量為0u，氦原子質(zhì)量為6u.(1)寫出核反應(yīng)方程．(2)這個核反應(yīng)放出的能量是多少焦？(3)這個能量合多少M(fèi)eV?解析：(1)3eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋ΔE.(2)Δm＝3×6u－0u＝8u，Δm＝8××10－27kg＝×10－30ΔE＝Δmc2＝×10－12J.(3)ΔE＝×10－12/×10－19)eV＝×106eV＝MeV.答案：(1)3eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋ΔE(2)×10－12J(3)MeV主題2原子核的兩種衰變和三種射線1．原子核的兩種衰變．(1)原子核的衰變是指原子核放出α粒子或β粒子變成新的原子核．α衰變是原子核放出兩個質(zhì)子和兩個中子的結(jié)合體，β衰變是原子核內(nèi)的一個中子變成一個質(zhì)子時發(fā)生的，γ射線是在發(fā)生α衰變和β衰變時，產(chǎn)生的新核由較高能量狀態(tài)向較低能量狀態(tài)躍遷時發(fā)生的．(2)不論發(fā)生哪種衰變，衰變前后的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)是守恒的．2．三種放射性射線．三種射線是指α射線、β射線和γ射線，三種射線的實(shí)質(zhì)和特性如下表所示．射線類型粒子特性α射線eq\o\al(4,2)He(正電)穿透本領(lǐng)小(空氣中射程只有幾厘米)，電離本領(lǐng)強(qiáng)，速度為eq\f(c,10)β射線eq\o\al(0,－1)e(負(fù)電)穿透本領(lǐng)大(能穿透幾毫米厚的鋁板)，電離作用較弱，速度為eq\f(9c,10)γ射線高能光子(中性)穿透本領(lǐng)很大(能穿透幾厘米厚的鉛板)，電離作用很小3.半衰期．放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間．計算公式：N＝N0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(n)或m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(n)，其中n＝eq\f(t,τ)，τ為半衰期．【典例2】在核電站泄漏的污染物中含有131I和137Cs兩種放射性元素，它們通過一系列衰變產(chǎn)生對人體有危害的輻射．在下列四個式子中，有兩個能分別反映131I和137Cs的衰變過程，它們分別是________和________(填入正確選項前的序號).131I和137Cs原子核中的中子數(shù)分別是________和________．①X1→eq\o\al(137,56)Ba＋eq\o\al(1,0)n ②X2→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(0,－1)e③X3→eq\o\al(137,56)Ba＋eq\o\al(0,－1)n ④X4→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(1,1)P解析：根據(jù)衰變過程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知，X2為eq\o\al(131,53)I，X3為eq\o\al(137,55)Cs，中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減去核電荷數(shù)，分別為131－53＝78和137－55＝82.答案：②③7882名師點(diǎn)評確定衰變次數(shù)的方法(1)eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e.根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.二式聯(lián)立求解得α衰變次數(shù)n和β衰變次數(shù)m.(2)根據(jù)α衰變和β衰變實(shí)質(zhì)(β衰變質(zhì)量數(shù)不變)直接求解．針對訓(xùn)練2．放射性元素eq\o\al(238,92)U衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成eq\o\al(210,83)Bi，而eq\o\al(210,83)Bi可以經(jīng)一次衰變變成eq\o\al(210,a)X(X代表某種元素)，也可以經(jīng)一次衰變變成eq\o\al(b,81)Tl，eq\o\al(210,a)X和eq\o\al(b,81)Tl最后都變成eq\o\al(206,82)Pb，衰變路徑如圖所示．則()A．a(chǎn)＝82，b＝211\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,a)X是β衰變，eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl是α衰變\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,a)X是α衰變，eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl是β衰變\o\al(b,81)Tl經(jīng)過一次α衰變變成eq\o\al(206,82)Pb解析：由eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,a)X，質(zhì)量數(shù)不變，說明發(fā)生的是β衰變，同時知a＝84.由eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl，核電荷數(shù)減2，說明發(fā)生的是α衰變，同時知b＝206，由eq\o\al(206,81)Tl→eq\o\al(206,82)Pb發(fā)生了一次β衰變．故選B.答案：B統(tǒng)攬考情本章內(nèi)容是介紹原子核物理學(xué)中最基礎(chǔ)的知識和研究方法，它是進(jìn)入微觀領(lǐng)域的“金鑰匙”，它對近代物理及其他技術(shù)有極其深遠(yuǎn)的影響．它是高考選考的?？純?nèi)容，考查內(nèi)容主要集中在原子核的結(jié)構(gòu)、原子核的衰變及質(zhì)能聯(lián)系方程等知識，并以選擇題為主．真題例析(2023·山東卷)(多選)14C發(fā)生放射性衰變?yōu)?4N，半衰期約5700年．已知植物存活期間，其體內(nèi)14C與12C的比例不變；生命活動結(jié)束后，14C的比例持續(xù)減?。F(xiàn)通過測量得知A．該古木的年代距今約5700年B．12C、13C、C．14C衰變?yōu)?4ND．增加樣品測量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C解析：因古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一，則可知經(jīng)過的時間為一個半衰期，即該古木的年代距今約5700年，選項A正確.12C、13C、14C具有相同的質(zhì)子數(shù)，由于質(zhì)量數(shù)不同，故中子數(shù)不同，選項B錯誤．根據(jù)核反應(yīng)方程可知，14C衰變?yōu)?4N的過程中放出電子，即發(fā)出β射線，選項C正確；外界環(huán)境不影響放射性元素的半衰期答案：AC針對訓(xùn)練(2023·全國Ⅲ卷)(多選)一靜止的鋁原子核eq\o\al(27,13)Al俘獲一速度為×107m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核eq\o\al(28,14)Si*.下列說法正確的是()A．核反應(yīng)方程為p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*B．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動量守恒C．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒D．核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和E．硅原子核速度的數(shù)量級為105m解析：質(zhì)子p即eq\o\al(1,1)H，核反應(yīng)方程為p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*，A項正確；核反應(yīng)過程遵循動量守恒定律，B項正確；核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量守恒，C項錯誤；在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒，但會發(fā)生質(zhì)量虧損，所以D項錯誤；設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m，則eq\o\al(28,14)Si*的質(zhì)量為28m，由動量守恒定律，有mv0＝28mv，得v＝eq\f(v0,28)＝eq\f×107,28)m/s≈×105m/s，方向與質(zhì)子的初速度方向相同，故E項正確．答案：ABE1．(2023·重慶卷)如圖中曲線a、b、c、d為氣泡室中某放射物發(fā)生衰變放出的部分粒子的徑跡，氣泡室中磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面向里．以下判斷可能正確的是()A．a(chǎn)、b為β粒子的徑跡B．a(chǎn)、b為γ粒子的徑跡C．c、d為α粒子的徑跡D．c、d為β粒子的徑跡解析：γ射線是不帶電的光子流，在磁場中不偏轉(zhuǎn)，故選項B錯誤．α粒子為氦核帶正電，由左手定則知受到向上的洛倫茲力向上偏轉(zhuǎn)，故選項A、B錯誤；β粒子是帶負(fù)電的電子流，應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)，選項D正確．故選D.答案：D2．(2023·北京卷)下列核反應(yīng)方程中，屬于α衰變的是()\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e解析：α衰變是指某一原子核自發(fā)的變成另一種原子核，并放出α粒子的過程．可以很容易地選出B正確；A選項為人工轉(zhuǎn)變方程；C選項為輕核聚變；D選項為β衰變．答案：B3．(2023·全國Ⅱ卷)在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________(填正確答案的字母標(biāo)號，下同)，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________．\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e \o\al(32,15)P→eq\o\al(32,16)S＋eq\o\al(0,－1)e\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He \o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\