2025版高考物理一輪復習第十二章波粒二象性原子結構原子核3原子結構學案

PAGE7-第3講原子核必備學問一、原子核的組成、放射性、放射性同位素、射線的危害與防護1.自然放射現(xiàn)象:放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象,首先由貝可勒爾發(fā)覺。自然放射現(xiàn)象的發(fā)覺說明白原子核具有困難的結構。2.三種射線的比較:名稱構成電量(e)質(zhì)量(u)射出速度電離實力貫穿本事α氦核+240.1c最強最弱:一張很薄的紙就能攔住β電子-110.99c較強能穿過幾毫米厚的鋁板γ光子00c最弱最強:能穿過幾厘米厚的鉛板3.原子核的組成:(1)原子核由質(zhì)子和中子組成,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。質(zhì)子帶正電,中子不帶電。(2)原子核中的兩種數(shù)量關系。①核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)(Z)=元素的原子序數(shù)=核外電子數(shù)②質(zhì)量數(shù)(A)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)(3)X元素的原子核符號為

ZAX,其中A表示質(zhì)量數(shù),Z表示4.放射性同位素的應用與防護:(1)同位素:具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的原子核。(2)放射性同位素:有自然放射性同位素和人工放射性同位素兩類,放射性同位素的化學性質(zhì)相同。(3)應用:消退靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等。(4)防護:防止放射性對人體組織的損害。二、原子核的衰變、半衰期、核力、結合能、質(zhì)量虧損1.原子核的衰變:(1)原子核放出α粒子或β粒子,變成另一種原子核的改變稱為原子核的衰變。(2)分類:γ輻射:當放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時,原子核中有的發(fā)生α衰變,有的發(fā)生β衰變,同時伴隨著γ輻射。(3)兩個典型的衰變方程。2.半衰期:(1)定義:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。(2)影響因素:放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素確定的,跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關系。3.核力:(1)定義:原子核內(nèi)部核子間特有的相互作用力。(2)核力的特點。①是強相互作用的一種表現(xiàn);②是短程力,作用范圍在1.5×10-15m③每個核子只能與與其相鄰的核子發(fā)生核力作用。4.結合能:核子結合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時汲取的能量,叫作原子核的結合能,也稱核能。5.比結合能:(1)定義:原子核的結合能與核子數(shù)之比,稱作比結合能,也叫平均結合能。(2)特點:不同原子核的比結合能不同,原子核的比結合能越大,表示原子核中核子結合得越堅固,原子核越穩(wěn)定。6.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損:愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,原子核的質(zhì)量必定比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm,這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE=Δmc2。三、核反應類型與核反應方程1.重核裂變:(1)重核裂變定義:質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程。(2)重核裂變的特點。①裂變過程中釋放出巨大的能量;②裂變的同時能夠釋放出2～3(或更多)個中子;③裂變的產(chǎn)物不是唯一的。對于鈾核裂變有二分裂、三分裂和四分裂形式,但三分裂和四分裂概率比較小。(3)典型的裂變反應方程:(4)鏈式反應:由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應一代接一代接著下去的過程。(5)臨界體積和臨界質(zhì)量:裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積及其相應的質(zhì)量。(6)裂變的應用:原子彈、核反應堆。(7)反應堆構造:核燃料、減速劑、鎘棒、防護層。2.輕核聚變:(1)定義:兩輕核結合成質(zhì)量較大的核的反應過程。輕核聚變反應必需在高溫下進行,因此又叫熱核反應。(2)特點。①聚變過程放出大量的能量,平均每個核子放出的能量,比裂變反應中每個核子放出的能量大3至4倍。②聚變反應比裂變反應更猛烈。③對環(huán)境污染較少。④自然界中聚變反應原料豐富。(3)典型的聚變反應方程:3.人工轉變:基礎小題1.推斷下列題目的正誤。(1)β衰變中的電子來源于原子核外電子。 ()(2)半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律,對少數(shù)原子核不適用。 ()(3)三種射線,按穿透實力由強到弱的排列依次是γ射線、β射線、α射線。 ()(4)目前核電站多數(shù)采納核聚變反應發(fā)電。 ()(5)愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物質(zhì)的質(zhì)量就是能量,它們之間可以相互轉化。 ()(6)人們相識原子核具有困難結構是從盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子起先的。 ()提示:(1)×。β衰變是原子核的衰變,β衰變中的電子來源于原子核中的中子。(2)√。放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變時所須要的時間叫半衰期,半衰期是對大量的放射性元素的統(tǒng)計規(guī)律,在微觀領域不能確定某一個體的規(guī)律,只能描述它們的大量的統(tǒng)計規(guī)律。(3)√。α射線貫穿實力很弱,電離作用很強,是高速氦核流,β射線能貫穿幾毫米厚的鋁板,電離作用較強,γ射線貫穿實力最強,能穿透幾厘米厚的鉛板。(4)×。目前核電站采納核裂變反應發(fā)電。(5)×。愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,不能說明能量和質(zhì)量之間存在相互轉化的關系,只是說明肯定質(zhì)量的物體會有相應數(shù)量的能量,系統(tǒng)能量削減時,其質(zhì)量也相應削減。(6)×。人們相識原子核具有困難結構是從貝克勒爾發(fā)覺自然放射現(xiàn)象起先的。2.(教材改編題)90232Th經(jīng)過一系列α衰變和β衰變后變成

82208Pb,則

82208A.16個中子,8個質(zhì)子 B.8個中子,16個質(zhì)子C.24個中子,8個質(zhì)子 D.8個中子,24個質(zhì)子【解析】選A。

82208Pb比

90232Th質(zhì)子數(shù)少(90-82)=8個,核子數(shù)少(232-208)=24個,所以中子數(shù)少(24-8)=16個,故A正確,B、3.某科學家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論,其中的兩個核反應方程為

11H+612C→713N+Q1,

方程中Q1、Q2表示釋放的能量,相關的原子核質(zhì)量見下表:原子核

1

2

2

6

7

7質(zhì)量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推斷正確的是 ()A.X是

23He,Q2>Q1 B.X是

24C.X是

23He,Q2<Q1 D.X是

24【解析】選B。由核反應方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知:X是

24He,解除A、C;前一核反應過程的質(zhì)量虧損Δm1=(1.0078+12.0000-13.0057)u=0.0021u,而后一核反應的質(zhì)量虧損Δm2=(1.0078+15.0001-12.0000-4.0026)0.0053u,Δm2>Δm1,故Q2>Q1,D錯誤,B正確,故選B。4.如圖所示,表示原子核的比結合能與質(zhì)量數(shù)A的關系,據(jù)此下列說法中正確的是 ()A.重的原子核,例如,鈾核(92235U),因為它的核子多,核力大B.鋰核(36Li)的核子的比結合能比鈾核的比結合能小C.原子核結合的松緊程度可以用“比結合能”來表征,比結合能的定義是每個核子的平均結合能;比結合能越大的原子核越穩(wěn)定D.以上三個表述都錯誤【解析】選C。原子核的結合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量,而組成原子核的核子越多,它的結合能并不是越高,只有當比結合能越大,原子核中的核子結合得越堅固,原子核越穩(wěn)定,故C正確,A、B、D錯誤。5.幽門螺標菌可以引發(fā)多種胃病,因此能否精確、快速地檢測病人是否受到感染,對于治療方案的選擇是個關鍵。幽門螺桿菌在生命過程中會產(chǎn)生一種酶,它使尿素分解,生成物中包括二氧化碳。假如在檢測前讓病人服下少量尿素,依據(jù)呼出的氣體中是否含有酶分解尿素產(chǎn)生的二氧化碳,即可做出診斷。然而,正常新陳代謝也會產(chǎn)生二氧化碳。為了將二者區(qū)分,可以請病人服下用14C合成的尿素,14C具有放射性,能夠自發(fā)地進行β衰變,因此檢測呼出的二氧化碳是否具有放射性即可精確推斷。但是射線對人體有害,所以這不是很好的方法?，F(xiàn)在醫(yī)院里普遍選用的尿素是用無放射性的13C合成的,用質(zhì)譜儀或光譜分析的方法檢測呼出的二氧化碳中是否含有13C,就可以推斷病人的胃部是否被幽門螺桿菌感染,A.12C、13CB.12C、13CC.14C衰變后變?yōu)镈.14C衰變后生成的新核比【解析】選B。12C、13C、14C都是碳的同位素,它們的化學性質(zhì)是相同的,故A錯誤;12C、13C、14C都是碳的同位素,由于它們的質(zhì)量數(shù)不同,所以原子的能級不同,則它們的原子光譜不同,故B正確;14C具有放射性,能夠自發(fā)地進行β衰變,依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知,衰變的產(chǎn)物的質(zhì)量數(shù):m=14-0=14,電荷數(shù):6+1=7,可知14C衰變后變成14N,故C錯誤;14C6.原子核的平均結合能與原子序數(shù)有如圖所示的關系。下列關于原子核結構和核反應的說法中正確的是 ()A.原子核a和b聚變成原子核c時會有質(zhì)量虧損,要放出能量B.原子核f裂變成原子核d和e時會有質(zhì)量增加,要汲取能量C.原子核c中核子的平均質(zhì)量要比原子核b的大D