第十二章第3講原子核學(xué)生

第十二章近代物理第3講原子核、衰變、核反應(yīng)方程預(yù)習(xí)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解原子核的組成、放射性、衰變并掌握半衰期的相關(guān)計(jì)算。2．了解放射性同位素、核力的概念并掌握核反應(yīng)方程的相關(guān)計(jì)算。3．知道結(jié)合能與比結(jié)合能的概念并掌握相關(guān)計(jì)算。4．清楚核裂變、聚變時(shí)質(zhì)量、能量變化及核裂變的控制方式?！局R(shí)回顧】一、天然放射性現(xiàn)象與原子核的組成1．1896年，法國物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)天然放射性現(xiàn)象揭示了具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)。物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性，具有放射性的元素稱為放射性元素。原子序數(shù)大于等于的元素，都能自發(fā)的發(fā)出射線，這種現(xiàn)象稱為天然放射現(xiàn)象。2．1919年，用鐳放射出的α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)，1932年盧瑟福的學(xué)生發(fā)現(xiàn)中子，原子核由質(zhì)子和組成。中子的質(zhì)量比質(zhì)子稍大，都統(tǒng)稱為3．以92235U為例：92為原子序數(shù)、也表示原子核的數(shù)；235表示原子核的核子數(shù)也稱為數(shù)；核子數(shù)等于電荷數(shù)與二、放射性元素的衰變原子核放出α粒子或β粒子，由于核電荷數(shù)變了，它在周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。把這種變化稱為原子核的。其滿足數(shù)、數(shù)守恒、守恒。α射線：高速（）符號(hào)42He，α射線：高速（）符號(hào)42He，本質(zhì)是，來源于原子核內(nèi)部β射線：高速（）符號(hào)0-1e，本質(zhì)是，來源原子核內(nèi)部中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)γ射線：衰變時(shí)伴隨α或β射線射出的電磁波，穿透能力由于由于衰變一次只能發(fā)生，故α、β射線同一時(shí)間只能存在一種α射線2.半衰期定義：放射性元素原子核有2.半衰期定義：放射性元素原子核有發(fā)生衰變所用的時(shí)間公式：m=m0×12特點(diǎn)：半衰期的長短由原子核的性質(zhì)決定與原子所處的物理狀態(tài)、化學(xué)狀態(tài)三、四類核反應(yīng)方程類型可控性典型的核反應(yīng)方程式備注α衰變自發(fā)+方程特征：方程右邊一種元素β衰變自發(fā)+人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?方程特征：用高速粒子（α粒子或其它粒子）轟擊常見的元素原子核，釋放出新高能粒子+重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制++方程特征：重核吸收中子后分裂為兩個(gè)質(zhì)量中等的原子核應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆②條件：臨界體積++輕核聚變目前無法控制反應(yīng)速度+應(yīng)用：氫彈、正在研究中的受控?zé)岷朔磻?yīng)方程特征：左邊為兩個(gè)或兩個(gè)以上的輕核。核反應(yīng)方程式書寫的兩個(gè)原則：數(shù)守恒，數(shù)守恒四、合力與結(jié)合能1.核力3.質(zhì)量虧損4.質(zhì)能方程概念：組成原子核的質(zhì)子與間的相互作用力特點(diǎn)：①強(qiáng)1.核力3.質(zhì)量虧損4.質(zhì)能方程概念：組成原子核的質(zhì)子與間的相互作用力特點(diǎn)：①強(qiáng)相互作用；②短程力，作用距離為10-15m結(jié)合能：拆分一個(gè)原子核時(shí)所需要的能量比結(jié)合能：定義：結(jié)合能與原子核的核子數(shù)的比值，也稱比結(jié)合能。意義：平均結(jié)合能越大原子核越（穩(wěn)定、不穩(wěn)定），質(zhì)量中等的原子核平均結(jié)合能比較。2.結(jié)合能在釋放能量的核反應(yīng)中，反應(yīng)前原子的靜止質(zhì)量與反應(yīng)后原子核的總質(zhì)量之在釋放能量的核反應(yīng)中，反應(yīng)前原子的靜止質(zhì)量與反應(yīng)后原子核的總質(zhì)量之差叫質(zhì)量虧損。E=mcE=mc2，在核反應(yīng)中△E=：意義：一定的質(zhì)量與一定的質(zhì)量相對應(yīng)。在核物理學(xué)中，常用eV作為能量單位，原子質(zhì)量常用相對原子質(zhì)量單位u，經(jīng)換算得：△E=△m×931MeV五、核裂變與核聚變1.重核裂變：重核受中子轟擊裂變?yōu)橹械群说暮朔磻?yīng)叫核裂變，裂變時(shí)產(chǎn)生的中子使其他重核發(fā)生裂變并持續(xù)下去的過程叫核裂變的。核裂變質(zhì)量，能量，結(jié)合能2.核電站：當(dāng)前普遍適用熱中子（慢中子）核反應(yīng)堆，控制核裂變劇烈程度的方式有使用鎘棒或使用慢化劑例如石墨、重水等使中子減速3.輕核聚變：輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)叫聚變。太陽能是由核聚變產(chǎn)生。核聚變質(zhì)量虧損，釋放能量，結(jié)合能增大4.平均核子質(zhì)量與比結(jié)合能圖像【預(yù)習(xí)自測】一、辨析自測1．盧瑟福提出原子的核式模型并發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子。()2．α衰變時(shí)核子數(shù)減4、電荷數(shù)減2，β衰變時(shí)核子數(shù)不變、電荷數(shù)加1，兩種衰變能同時(shí)發(fā)生。()3．α射線與β射線經(jīng)過與速度方向垂直的磁場時(shí)所受安培力的方向相反。()4．輕核聚變?yōu)橘|(zhì)量較大的核，質(zhì)量增加需要吸收能量。()5．核裂變質(zhì)量虧損，虧損的質(zhì)量以能量的形式輻射出去。()二、考點(diǎn)自測1．(多選)關(guān)于天然放射性，下列說法正確的是()A．所有元素都可能發(fā)生衰變B．放射性元素的半衰期與外界的溫度無關(guān)C．放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性D．α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)2．如圖所示，某放射性元素衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場中，關(guān)于三種射線，下列說法正確的是()A．①④表示α射線，其速度最慢、電離能力最弱B．②⑤表示γ射線，其穿透能力和電離能力都很強(qiáng)C．②⑤表示γ射線，是原子核內(nèi)釋放出的高頻電磁波D．③⑥表示β射線，是高速電子流，可以穿透幾毫米厚的鋁板3．在核反應(yīng)方程eq\o(\s\up5(4),\s\do2(2))He＋eq\o(\s\up5(14),\s\do2(7))N→eq\o(\s\up5(17),\s\do2(8))O＋X中，X表示的是()A．質(zhì)子 B．中子C．電子 D．α粒子4．23592U經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變，變成20782Pb，則()A．m＝7，n＝3 B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9 D．m＝14，n＝185．已知23490Th的半衰期為24天.4g23490Th經(jīng)過72天還剩下()A．0 B．gC．1g D．g6．下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是()A.23492U→23090Th＋42He是鈾核的裂變B.21H＋31H→42He＋10n是核聚變反應(yīng)C．核反應(yīng)2713Al＋42He→3015P＋X中的X是質(zhì)子D．盧瑟福發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是：42He＋147N→178O＋10n7．(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示．根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有()A.42He核的結(jié)合能約為14MeVB.42He核比63Li核更穩(wěn)定C.兩個(gè)21H核結(jié)合成42He核時(shí)釋放能量D.23592U核中核子的平均結(jié)合能比8936Kr核中的大8.太陽內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為411H→42He＋201e＋2γ已知11H和42He的質(zhì)量分別為mp＝8u和mα＝6u，1u＝931MeV/c2，c為光速．在4個(gè)11H轉(zhuǎn)變成1個(gè)42He的過程中，釋放的能量約為()A．8MeV B．16MeVC．26MeV D．52MeV9．某些建筑材料可產(chǎn)生放射性氣體——氡，氡可以發(fā)生α或β衰變，如果人長期生活在氡濃度過高的環(huán)境中，那么，氡經(jīng)過人的呼吸道沉積在肺部，并放出大量的射線，從而危害人體健康．原來靜止的氡核(22286Rn)發(fā)生一次α衰變生成新核釙(Po)，并放出一個(gè)能量為E0＝MeV的光子．已知放出的α粒子動(dòng)能為Eα＝MeV；忽略放出光子的動(dòng)量，但考慮其能量；1u＝MeV/c2.(保留三位有效數(shù)字)(1)寫出衰變的核反應(yīng)方程．(2)衰變過程中總的質(zhì)量虧損為多少？【預(yù)習(xí)反思】第3講原子核、衰變、核反應(yīng)方程課堂學(xué)案【精講精練】例題1．已知A和B兩種放射性元素的半衰期分別為T和2T，則相同質(zhì)量的A和B經(jīng)過2T后，剩有的A和B質(zhì)量之比為()A．1∶4 B．1∶2C．2∶1 D．4∶1變式1．放射性原子核23491Pa經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變，最終變?yōu)榉€(wěn)定的原子核20682Pb，則()A．n＝7，m＝5 B．n＝5，m＝7C．n＝9，m＝7 D．n＝7，m＝9例題2．(多選)下列核反應(yīng)方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有()A．21H＋21H→10n＋X1B．21H＋31H→10n＋X2C．23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋3X3D．10n＋63Li→31H＋X4變式2．(多選)關(guān)于核反應(yīng)方程，下列說法正確的是()A．31H＋21H→42He＋10n是核聚變反應(yīng)B．鈾核裂變的核反應(yīng)為23592U→14156Ba＋9236Kr＋210nC．在衰變方程23994Pu→AZX＋42He＋γ中，X原子核的質(zhì)量數(shù)是234D．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子的核反應(yīng)方程為42He＋147N→178O＋11H例題3．原子核的比結(jié)合能與核的質(zhì)量數(shù)之間的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是（）

A．核比核更穩(wěn)定B．核比核核子數(shù)多，比結(jié)合能大C．U核比核結(jié)合能大，比結(jié)合能也大D．兩個(gè)H核結(jié)合成核，需要吸收能量變式3．氘核21H可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量，其總效果可用反應(yīng)式621H→242He＋211H＋210n＋43.15MeV表示．海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核約為×1022個(gè)，若全都發(fā)生聚變反應(yīng)，其釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)釋放的熱量相等；已知1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為×107J,1MeV＝×10－13J，則M約為()A．40kg B．100kgC．400kg D．1000kg例題4．人們發(fā)現(xiàn)，不同的原子核，其核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核子數(shù))與原子序數(shù)有如圖所示的關(guān)系．下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)的說法錯(cuò)誤的是()A．由圖可知，原子核D和E聚變成原子核F時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損，要放出能量B．由圖可知，原子核A裂變成原子核B和C時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損，要放出能量C．已知原子核A裂變成原子核B和C時(shí)放出的γ射線能使某金屬板逸出光電子，若增加γ射線強(qiáng)度，則逸出光電子的最大初動(dòng)能增大D．在核反應(yīng)堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了控制核反應(yīng)速度變式4.如圖所示，靜止的23892U核發(fā)生α衰變后生成反沖Th核，兩個(gè)產(chǎn)物都在垂直于它們速度方向的勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說法錯(cuò)誤的是()A．衰變方程可表示為23892U→23490Th＋42HeB．Th核和α粒子的圓周軌道半徑之比為1∶45C．Th核和α粒子的動(dòng)能之比為1∶45D．Th核和α粒子在勻強(qiáng)磁場中旋轉(zhuǎn)的方向相同【課堂反思】第3講原子核、衰變、核反應(yīng)方程課后學(xué)案1．（多選）我國核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽”2018年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億攝氏度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)．下列關(guān)于聚變的說法正確的是()A．核聚變比核裂變更為安全、清潔B．任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變C．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加D．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加2．下列說法正確的是()A．β衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子，同時(shí)釋放出一個(gè)電子B．實(shí)驗(yàn)表明，只要照射光的強(qiáng)度足夠大，就一定能發(fā)生光電效應(yīng)C．釷的半衰期為24天，1g釷經(jīng)過120天后還剩0.2gD．根據(jù)玻爾的原子理論，氫原子從n＝5的激發(fā)態(tài)躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)時(shí)，核外電子動(dòng)能減小3．(多選)某次用中子轟擊23592U原子核的核反應(yīng)方程為23592U＋10n→Y＋13654Xe＋1010n，23592U、10n、Y、13638Xe的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4，真空中的光速為c.下列說法正確的是()A．該反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為m1－9m2－m3－m4B．該反應(yīng)過程中釋放的能量為eq\f(1,2)(m1－9m2－m3－m4)c2C．該核反應(yīng)屬于聚變D．Y原子核中含有52個(gè)中子4．一個(gè)不穩(wěn)定的原子核質(zhì)量為M，處于靜止?fàn)顟B(tài)，放出一個(gè)質(zhì)量為m的粒子后反沖．已知放出的粒子的動(dòng)能為E0，則原子核反沖的動(dòng)能為()A．E0B.eq\f(m,M)E0C.eq\f(m,M－m)E0 D.eq\f(Mm,M－m2)E05．有關(guān)核反應(yīng)方程，下列說法正確的是()A．23892U→23490Th＋42He屬于α衰變B．147N＋42He→178O＋11H是β衰變C．核反應(yīng)方程21084Po→y82X＋42He中的y＝206，X的中子個(gè)數(shù)為128D．鈾核裂變的核反應(yīng)為23592U→14156Ba＋9236Kr＋210n6．國家大科學(xué)裝置——中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái)，下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是()A．147N俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生178O并放出一個(gè)粒子B．2713Al俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生3015P并放出一個(gè)粒子C．115B俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生84Be并放出一個(gè)粒子D．63Li俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生32He并放出一個(gè)粒子7．在軋制鋼板時(shí)需要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測鋼板厚度，其檢測裝置由放射源、探測器等構(gòu)成，如圖所示．該裝置中探測器接收到的是()A．X射線 B．α射線C．β射線 D．γ射線8．(多選)1934年，約里奧－居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔，首次產(chǎn)生了人工放射性同位素X，反應(yīng)方程為42He＋2713Al→X＋10會(huì)衰變成原子核Y，衰變方程為X→Y＋01e.則()A．X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)相等B．X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)少1C．X的電荷數(shù)比2713Al的電荷數(shù)多2D．X的質(zhì)量數(shù)與2713Al的質(zhì)量數(shù)相等9．(1)1934年，約里奧－居里夫婦用α粒子轟擊鋁核2713Al，產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性核素X：α＋2713Al→n＋的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為________．A．15和28B．15和30C．16和30D．17和31(2)現(xiàn)有四個(gè)核反應(yīng)：A.21H＋31H→42He＋10nB.23592U＋10n→X＋8936Kr＋310nC.2411Na→2412Mg＋0-1eD.42He＋94Be→126C＋10n________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．B中X的質(zhì)量數(shù)為________，中子數(shù)為________．10．如圖所示是描述原子核核子的平均質(zhì)量m與原子序數(shù)Z的關(guān)系曲線，由圖可知下列說法正確的是（）A．原子核A比原子核F的比結(jié)合能大B．原子核D比原子核F更穩(wěn)定C．由原子核A分裂出原子核B、C的過程一定釋放能量D．由原子核D、E結(jié)合出原子核F的過程一定吸收能量11．(多選