新教材同步輔導2023年高中物理第五章原子核章末整合提升新人教版選擇性必修第三冊

章末整合提升

主題一對核反應方程及類型的理解1.核反應的四種類型.類型可控性核反應方程典例衰變自發(fā)α衰變:92238UTh+β衰變:90234ThPa+人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂票R瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子:

714N+24He查德威克發(fā)現(xiàn)中子:

24He+49Be居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素,同時發(fā)現(xiàn)正電子:

1327Al+24He

1530PSi+核裂變?nèi)菀兹斯た刂?/p>

92235U+01nBa+

92235U+01nXe+核聚變目前無法控制

12H+13H2.核反應方程的書寫.(1)熟記常見粒子的符號是正確書寫核反應方程的基礎(chǔ).如質(zhì)子(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(-10e)、正電子((2)掌握核反應方程遵循的規(guī)律是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程正確的依據(jù).核反應過程中質(zhì)量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒.(3)由于核反應不可逆,書寫核反應方程時只能用“”表示反應方向.3.確定衰變次數(shù)的方法.衰變方程:ZAXY+n24He+根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得A=A'+4n.Z=Z'+2n-m.兩式聯(lián)立求解得出α衰變次數(shù)n和β衰變次數(shù)m.【典例1】大多數(shù)原子核發(fā)生核反應的過程中都伴有中微子的產(chǎn)生,例如核裂變、核聚變、β衰變等.下列關(guān)于核反應的說法,正確的是 ()A.

12H+13HHe+01n是α衰變方程,90234Th91B.高速運動的α粒子轟擊氮核可從氮核中打出中子,其核反應方程為

714N+24HeC.90234Th衰變?yōu)?/p>

86222Rn,經(jīng)過3次α衰變D.92235U+01nBa+3689Kr+解析:12H+13HHe+01n是輕核聚變反應方程,90234ThPa+-10e是β衰變方程,選項A錯誤.高速運動的α粒子轟擊氮核可從氮核中打出質(zhì)子,其核反應方程為

714N+24HeO+11H,選項B錯誤.α衰變的過程中,電荷數(shù)少2,質(zhì)量數(shù)少4,在β衰變的過程中,電荷數(shù)多1,質(zhì)量數(shù)不變,

90234Th衰變?yōu)?/p>

86222Rn,經(jīng)過3次α衰變,2次β衰變,選項C正確.92答案:C【典例2】四個核反應方程分別為①92235U+01nSr+②92238UTh+③36Li+01nHe+④12H+13HHe+0下列說法正確的是 ()A.①②都是重核鈾的同位素的核反應,故都是重核的裂變反應B.①③反應前都有一個中子,故都是原子核的人工轉(zhuǎn)變C.②③④生成物中都有氦核,故都是α衰變反應D.③比④放出的能量少,說明③比④質(zhì)量虧損少解析:①是重核的裂變反應,②是α衰變反應,選項A錯誤.③是原子核的人工轉(zhuǎn)變,④是輕核的聚變反應,選項B、C錯誤.③比④放出的能量少,根據(jù)E=mc2可知,③比④質(zhì)量虧損少,選項D正確.答案:D【典例3】1934年,約里奧-居里夫婦用α粒子轟擊鋁核

1327Al,產(chǎn)生了第一個人工放射性核素X:α+

1327Aln+X.X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為A.15和28B.15和30C.16和30 D.17和31解析:將核反應方程改寫成

24He+1327Aln+X,由電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知,X應為答案:B主題二半衰期及衰變次數(shù)的計算1.半衰期:大量放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間.對個別或少量原子核,無半衰期可言.2.計算公式:N余=N原12n或m余=m原12n.其中n=tτ,τ為半衰期【典例4】(多選)下列關(guān)于原子核的說法正確的是 ()A.天然放射性射線中的β射線實際就是電子流,它來自原子核內(nèi)B.放射性原子經(jīng)過α、β衰變產(chǎn)生的原子核處于較高能級,因此不穩(wěn)定從而產(chǎn)生γ射線C.氡222經(jīng)過衰變變成釙218的半衰期為3.8天,一個氡222原子核四天后一定衰變?yōu)獒?18D.比結(jié)合能越大,原子越容易發(fā)生衰變解析:因為半衰期是統(tǒng)計規(guī)律,對單個原子核沒有意義,所以C項錯誤.比結(jié)合能描述原子核的穩(wěn)定性,比結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定,越不容易發(fā)生衰變,所以D項錯誤.答案:AB【典例5】大量的某放射性元素經(jīng)過11.4天有78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天解析:由于經(jīng)過了11.4天還有18的原子核沒有衰變,由半衰期計算公式m=12nm0,可知該放射性元素經(jīng)過了3個半衰期,可算出半衰期是3.8天,故選項答案:D【典例6】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解析:根據(jù)衰變規(guī)律,經(jīng)過2T后A剩余的質(zhì)量mA=12

2TTm0=14m0,B剩余的質(zhì)量mB=12

2T2Tm0=12m0,所以m答案:B主題三核能的計算1.根據(jù)ΔE=Δmc2計算.(1)根據(jù)核反應方程,計算核反應前后的質(zhì)量虧損Δm.(2)根據(jù)ΔE=Δmc2計算核能.其中Δm的單位是千克,ΔE的單位是焦耳.2.利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計算.(1)明確原子質(zhì)量單位u和電子伏特之間的關(guān)系.1u=1.6606×10-27kg,1eV=1.6022×10-19J,由E=mc2得E=1.6606×1(2)根據(jù)1u相當于931.5MeV的能量,用核反應時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘931.5MeV,即ΔE=Δm×931.5MeV.其中Δm的單位是u,ΔE的單位是MeV.3.根據(jù)能量守恒和動量守恒來計算核能.參與核反應的粒子所組成的系統(tǒng),在核反應過程中的動量和能量是守恒的,因此,利用動量和能量守恒可以計算出核能.4.利用平均結(jié)合能來計算核能.(1)原子核的結(jié)合能=核子的平均結(jié)合能×核子數(shù).(2)核反應中反應前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應后生成的所有新核的總結(jié)合能之差,就是該次核反應所釋放(或吸收)的核能.5.應用阿伏加德羅常數(shù)計算核能.(1)根據(jù)物體的質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量M由n=mM求出物質(zhì)的量,并求出原子核的個數(shù)N=NAn=NAm(2)由題設(shè)條件求出一個原子核與另一個原子核反應放出或吸收的能量E0(或直接從題目中找出E0).(3)再根據(jù)E=NE0求出總能量.【典例7】已知氘核的平均結(jié)合能為1.1MeV,氦核的平均結(jié)合能為7.1MeV,則兩個氘核結(jié)合成一個氦核時()A.釋放出4.9MeV的能量B.釋放出6.0MeV的能量C.釋放出24.0MeV的能量D.吸收4.9MeV的能量解析:依據(jù)題意可寫出兩個氘核結(jié)合成一個氦核的核反應方程為

12H+12HHe,因氘核的平均結(jié)合能為1.1MeV,氦核的平均結(jié)合能為7.1MeV,故釋放的核能為ΔE=4×7.1MeV-2×2×1.1MeV=24.0MeV,選項答案:C【典例8】利用氘核進行的核聚變反應安全無污染.已知兩個氘核聚變生成一個氦3核和一個中子的核反應方程是212HHe+01n+3.26MeV,若有2g氘全部發(fā)生核聚變,則釋放的能量是(NA為阿伏加德羅常數(shù))A.0.5×3.26MeVB.3.26MeVC.0.5NA×3.26·molMeVD.NA×3.26·molMeV解析:2g氘共有NA個氘核,每2個氘核反應就放出3.26MeV能量,2g氘全部發(fā)生核聚變,釋放的能量為0.5NA×3.26·molMeV,選項C正確.答案:C【典例9】(多選)太陽輻射的總功率約為4×1026W,其輻射的能量來自聚變反應.在聚變反應中,一個質(zhì)量為1876.1MeV/c2(c為真空中的光速)的氘核(12H)和一個質(zhì)量為2809.5MeV/c2的氚核(3728.4MeV/c2的氦核(24He),并放出一個X粒子,同時釋放大約17.6MeV的能量.下列說法正確的是 (A.X粒子是質(zhì)子B.X粒子的質(zhì)量為939.6MeV/c2C.太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量約為4.4×109kgD.太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量約為17.6MeV/c2解析:由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,X的質(zhì)量數(shù)為1,電荷數(shù)為0,X為中子,選項A錯誤.釋放的能量對應的質(zhì)量為17.6MeV/c2,根據(jù)能量關(guān)系可知mn=(1876.1+2809.5-3728.4-17.6)MeV/c2,解得mn=939.6MeV/c2,選項B正確.太陽每秒放出的能量E=Pt=4×1026J,損失的質(zhì)量Δm=Ec2=4×10269×1016kg=4.4×109kg,選項C正確.因為E=4×1026J=4×10261.6×10-19eV=2.5×1045eV=2.5×10答案:BC【典例10】一個氘核(12H)和一個氚核(13H)結(jié)合成一個氦核(24He),同時放出一個中子,已知氘核質(zhì)量為m1=2.0141u,氚核質(zhì)量為m2=3.0160u,氦核質(zhì)量為m3=4.0026u,中子質(zhì)量為m4=1.008665u,1u相當于(1)寫出核聚變的核反應方程.(