第十六章　第3課時　原子核-2025年高中物理大一輪復習

第3課時原子核目標要求1.了解天然放射現(xiàn)象及三種射線的性質。2.了解原子核的衰變，掌握半衰期的概念，并會進行有關計算。3.了解四種核反應類型，能根據(jù)質量數(shù)、電荷數(shù)守恒寫出核反應方程。4.認識原子核的結合能與比結合能，能進行有關核能的計算?？键c一原子核的衰變半衰期1.原子核的組成：原子核是由________和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內的________。2．天然放射現(xiàn)象放射性元素________地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由________________發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明________________具有復雜的結構。原子序數(shù)大于83的元素都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于或等于83的，有的也能發(fā)出射線。3．三種射線的比較名稱構成符號電荷量質量電離能力貫穿本領α射線__核eq\o\al(4,2)He＋2e4u最____最____β射線____eq\o\ar(0,－1)e－eeq\f(1,1837)u較強較強γ射線光子γ00最____最____4.原子核的衰變(1)衰變：原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。(2)α衰變、β衰變衰變類型α衰變β衰變衰變方程eq\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(M,Z)X→eq\o\ar(M,Z＋1)Y＋eq\o\ar(0,－1)e衰變實質2個質子和2個中子結合成一個整體射出中子轉化為質子和電子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\ar(0,－1)e勻強磁場中軌跡形狀衰變規(guī)律________守恒、質量數(shù)守恒(3)γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的。5．半衰期(1)公式：N余＝N原，m余＝m原，式中t為衰變時間，T為半衰期。(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由________________________________決定的，跟原子所處的外部條件(如溫度、壓強)和化學狀態(tài)(如單質、化合物)________(選填“有關”或“無關”)。6．放射性同位素的應用與防護(1)放射性同位素：有________放射性同位素和________放射性同位素兩類，放射性同位素的化學性質相同。(2)應用：放射治療、培優(yōu)、保鮮、做________等。(3)防護：防止放射性對人體組織的傷害。1．三種射線按穿透能力由強到弱的排列順序是γ射線、β射線、α射線。()2．β衰變中的電子來源于原子核外電子。()3．發(fā)生β衰變時，新核的電荷數(shù)不變。()4．如果現(xiàn)在有100個某放射性元素的原子核，那么經(jīng)過一個半衰期后還剩50個。()例1(2023·浙江1月選考·9)宇宙射線進入地球大氣層與大氣作用會產(chǎn)生中子，中子與大氣中的氮14會產(chǎn)生以下核反應：eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(14,6)C＋eq\o\ar(1,1)H，產(chǎn)生的eq\o\ar(14,6)C能自發(fā)進行β衰變，其半衰期為5730年，利用碳14的衰變規(guī)律可推斷古木的年代。下列說法正確的是()A.eq\o\ar(14,6)C發(fā)生β衰變的產(chǎn)物是eq\o\ar(15,7)NB．β衰變輻射出的電子來自碳原子的核外電子C．近年來由于地球的溫室效應，引起eq\o\ar(14,6)C的半衰期發(fā)生微小變化D．若測得一古木樣品的eq\o\ar(14,6)C含量為活體植物的eq\f(1,4)，則該古木距今約為11460年例2(多選)科學家利用天然放射性元素的衰變規(guī)律，通過對目前發(fā)現(xiàn)的古老巖石中鈾含量來推算地球的年齡，鈾238的相對含量隨時間的變化規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是()A．鈾238發(fā)生α衰變的方程為eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(242,90)Th＋eq\o\ar(4,2)HeB．測得某巖石中現(xiàn)含有的鈾是巖石形成初期時的一半，可推算出地球的年齡約為45億年C．2000個鈾核經(jīng)過90億年，一定還有500個鈾核未發(fā)生衰變D．鈾238(eq\o\ar(238,92)U)最終衰變形成鉛206(eq\o\ar(206,82)Pb)，需經(jīng)8次α衰變，6次β衰變例3(2022·全國甲卷·17)兩種放射性元素的半衰期分別為t0和2t0，在t＝0時刻這兩種元素的原子核總數(shù)為N，在t＝2t0時刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為eq\f(N,3)，則在t＝4t0時刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為()A.eq\f(N,12)B.eq\f(N,9)C.eq\f(N,8)D.eq\f(N,6)考點二核反應核反應類型1．核反應的四種類型類型可控性核反應方程典例衰變α衰變自發(fā)eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋________β衰變自發(fā)eq\o\ar(234,90)Th→eq\o\ar(234,91)Pa＋eq\o\ar(0,－1)e人工轉變人工控制(基本粒子轟擊原子核)eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(4,2)He→________＋eq\o\ar(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子)eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(9,4)Be→eq\o\ar(12,6)C＋eq\o\ar(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\ar(27,13)Ar＋eq\o\ar(4,2)He→_____＋eq\o\ar(1,0)n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eq\o\ar(30,15)P→eq\o\ar(30,14)Si＋____重核裂變容易控制(慢中子、鏈式反應)eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋________eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(136,54)Xe＋eq\o\ar(90,38)Sr＋________輕核聚變現(xiàn)階段很難控制(需要極高溫度——一般由核裂變提供)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→________＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV2.核反應方程式的書寫(1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應方程的基礎。如質子(______)、中子(______)、α粒子(________)、β粒子(______)、正電子(________)、氘核(________)、氚核(________)等。(2)掌握核反應方程遵循的規(guī)律：____________守恒，________________守恒。(3)由于核反應不可逆，所以書寫核反應方程式時只能用“→”表示反應方向。例4(2023·天津卷·3)關于太陽上進行的核聚變，下列說法正確的是()A．核聚變需要在高溫下進行B．核聚變中電荷不守恒C．太陽質量不變D．太陽核反應方程式：eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(141,56)Ba＋eq\o\ar(92,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n例5(2023·北京卷·3)下列核反應方程中括號內的粒子為中子的是()A.eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋()B.eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋()C.eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋()D.eq\o\ar(14,6)C→eq\o\ar(14,7)N＋()例6(2023·全國甲卷·15)在下列兩個核反應方程中X＋eq\o\ar(14,7)N→Y＋eq\o\ar(17,8)O、Y＋eq\o\ar(7,3)Li→2X，X和Y代表兩種不同的原子核，以Z和A分別表示X的電荷數(shù)和質量數(shù)，則()A．Z＝1，A＝1 B．Z＝1，A＝2C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4考點三質量虧損及核能的計算1．核力和核能(1)核力：原子核內部，________間所特有的相互作用力。核力是強相互作用，為短程力，作用范圍只有約10－15m，與電性無關。(2)結合能：原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們________需要的能量，叫作原子核的結合能，也叫核能。(3)比結合能：原子核的結合能與____________之比，叫作比結合能，也叫平均結合能。比結合能越大，原子核中核子結合得越________，原子核越________。2．質量虧損凡是釋放核能的核反應，反應后各原子核(新生核)及微觀粒子的質量(即靜止質量)之和________，兩者的差值就叫______________。3．質能方程(1)愛因斯坦得出物體的能量與它的質量的關系：________________。(2)核子在結合成原子核時出現(xiàn)質量虧損Δm，其對應減少的能量ΔE＝________________。原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應的質量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝______。4．核能的計算(1)根據(jù)愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2計算核能。①ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位為“kg”，c的單位為“m/s”，則ΔE的單位為“J”。②ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位為“u”，則可直接利用ΔE＝Δm×931.5MeV/u計算，此時ΔE的單位為“MeV”，即1u＝1.6605×10－27kg，相當于931.5MeV，這個結論可在計算中直接應用。(2)利用比結合能計算核能原子核的結合能＝核子的比結合能×核子數(shù)。核反應中反應前系統(tǒng)內所有原子核的總結合能與反應后生成的所有新核的總結合能之差，就是該核反應所釋放(或吸收)的核能。1．核力就是庫侖力。()2．核反應中，出現(xiàn)質量虧損，一定有核能產(chǎn)生。()3．原子核的結合能越大，原子核越穩(wěn)定。()4．原子核越大，它的結合能越大，比結合能可能越小。()例7(2023·全國乙卷·16)2022年10月，全球眾多天文設施觀測到迄今最亮伽馬射線暴，其中我國的“慧眼”衛(wèi)星、“極目”空間望遠鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻。由觀測結果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內釋放的能量量級為1048J。假設釋放的能量來自物質質量的減少，則每秒平均減少的質量量級為(光速為3×108m/s)()A．1019kgB．1024kgC．1029kgD．1034kg例8(多選)(2022·福建卷·2改編)2011年3月，日本發(fā)生的大地震造成了福島核電站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素eq\o\ar(131,53)I，其衰變方程為eq\o\ar(131,53)I→eq\o\ar(131,54)Xe＋eq\o\ar(0,－1)e，半衰期為8天，已知mI＝131.03721u，mXe＝131.03186u，me＝0.000549u，1u相當于931.5MeV，則下列說法正確的是()A．該反應前后質量虧損0.00535uB．該反應中釋放的能量約為7.16×10－13JC．放射性元素eq\o\ar(131,53)I發(fā)生的衰變?yōu)棣了プ僁．經(jīng)過16天，75%的eq\o\ar(131,53)I原子核發(fā)生了衰變例9(2023·山東濟南市歷城二中模擬)太陽目前處于主序星階段，氫燃燒殆盡后將發(fā)生“氦閃”，進入紅巨星階段?！昂らW”是氦(eq\o\ar(4,2)He)聚變變成碳，2eq\o\ar(4,2)He→eq\