《（全國版）2019版高考物理一輪復習 第13章 近代物理初步 第49課時 原子核及核反應學案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（全國版）2019版高考物理一輪復習 第13章 近代物理初步 第49課時 原子核及核反應學案（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第49課時原子核及核反應考點1原子核的衰變與半衰期1原子核的衰變(1)原子核放出粒子或，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變，原子核衰變時電荷數(shù)和質量數(shù)都守恒。(2)分類：衰變：XYHe；衰變：XYe；輻射：當放射性物質連續(xù)發(fā)生衰變時，原子核中有的發(fā)生衰變，有的發(fā)生衰變，同時伴隨著輻射。(3)兩個典型的衰變方程：衰變：UThHe。衰變：ThPae。2三種射線的比較3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)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關系。1下列說法中正確的是()A貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾和含鈾礦物的天然放射現(xiàn)

2、象，從而揭示出原子核具有復雜結構B太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核裂變反應C把放射性元素放入溫度很低的冷凍室中，其衰變變慢，半衰期變長D利用射線的貫穿性可以為金屬探傷，也可以進行人體的透視答案A解析貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾和含鈾礦物的天然放射現(xiàn)象，從而揭示出原子核具有復雜結構，拉開了人們認識原子核的序幕，A正確；太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核聚變反應，B錯誤；放射性元素的半衰期與外界條件無關，C錯誤；利用射線的貫穿性可以為金屬探傷，不能對人體進行透視，因為射線對人體細胞有傷害，D錯誤。2如圖所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出、三種射線，分別進入勻強電場和勻強磁場中，下列說法正確的是()A表示射線

3、，表示射線B表示射線，表示射線C表示射線，表示射線D表示射線，表示射線答案C解析射線為電磁波，不帶電，在電場、磁場中均不偏轉，故和表示射線，A、B、D錯誤；射線中的粒子為氦的原子核，帶正電，在勻強電場中，沿電場方向偏轉，故表示射線，由左手定則可知在勻強磁場中射線向左偏，故表示射線；射線帶負電，同理可以分析和表示射線。C正確。3(多選)在垂直于紙面的勻強磁場中，有一原來靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運動軌跡分別如圖所示，由圖可以判定()A該核發(fā)生的是衰變B該核發(fā)生的是衰變C磁場方向一定垂直紙面向里D磁場方向向里還是向外不能判定答案BD解析原來靜止的核，放出粒子后，總動量守恒，

4、所以粒子和反沖核的速度方向一定相反，根據(jù)圖示，它們在同一磁場中是向同一側偏轉的，由左手定則可知它們必帶異種電荷，故應為衰變；由于不知它們的旋轉方向，因而無法判定磁場是向里還是向外，即都有可能，故B、D正確?？键c2核反應類型與核反應方程1重核裂變(1)定義：質量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質量數(shù)較小的原子核的過程。(2)特點：裂變過程中釋放出巨大能量。裂變的同時能夠釋放出23(或更多)個中子。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：UnKrBa3n。(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

5、代繼續(xù)下去的過程。(5)臨界體積和臨界質量：裂變物質能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積及其相應的質量。(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：兩輕核結合成質量較大的核的反應過程。輕核聚變反應必須在高溫下進行，因此又叫熱核反應。(2)特點：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。聚變反應比裂變反應更劇烈。對環(huán)境污染較少。自然界中聚變反應原料豐富。(3)典型的聚變反應方程：HHHen17.6 MeV3人工轉變(1)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子：NHeOH。(2)查德威克發(fā)現(xiàn)中子：BeHeCn。1中國最新一

6、代“人造太陽”實驗裝置，于2006年9月28日在合肥成功放電，這是世界首個投入運行的全超導非圓截面核聚變實驗裝置。“人造太陽”以探索無限而清潔的核聚變能源為目標，由于它和太陽產(chǎn)生能量的原理相同，都是熱核聚變反應，所以被外界稱為“人造太陽”。你認為“人造太陽”中所涉及的核反應方程是()A.UnSrXe10nB.NHOHC.HHHenD.UThHe答案C解析聚變反應是質量較輕的核聚變生成質量較大的核，由題目知C正確，故選C。2關于重核的裂變，以下說法正確的是()A核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量B中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈式反應C重核裂變釋放大量能量，產(chǎn)生明顯的質量虧損，所以核子數(shù)減

7、少D重核裂變?yōu)橹械荣|量的核時，要發(fā)生質量虧損，放出核能答案D解析重核裂變釋放的能量來源于質量虧損，其能量遠大于俘獲中子吸收的能量，A錯誤、D正確；只有鈾塊體積大于臨界體積才能發(fā)生鏈式反應，否則中子穿過鈾塊也不會發(fā)生，B錯誤；重核裂變遵循質量數(shù)守恒，C錯誤。3(2016全國卷)在下列描述核過程的方程中，屬于衰變的是_，屬于衰變的是_，屬于裂變的是_，屬于聚變的是_。(填正確答案標號)A.CNeB.PSeC.UThHeD.NHeOHE.UnXeSr2nF.HHHen答案CABEF解析天然放射性元素自發(fā)地放出粒子(即氦核He)的衰變屬于衰變；放出粒子的衰變屬于衰變；重核分裂成幾個中等質量原子核的現(xiàn)象

8、為核裂變；輕原子核聚合成較重原子核的反應為核聚變。D屬于人工轉變。考點3核能1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：是強相互作用的一種表現(xiàn)；是短程力，作用范圍在1.51015 m之內(nèi)；每個核子只能與其相鄰的核子發(fā)生核力作用。2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吸收的能量，叫做原子核的結合能，也稱核能。3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牢固，原子核越穩(wěn)定。4質能方程、質量虧損：愛因斯坦質能方程是Emc2，原子核的質量

9、必然比組成它的核子的質量和要小m，這就是質量虧損。由質量虧損可求出釋放的核能Emc2。例用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核Li，發(fā)生核反應后生成氚核和粒子，生成的氚核速度方向與中子的速度方向相反，氚核與粒子的速度之比為78，中子的質量為m，質子的質量可近似看作m，光速為c。(1)寫出核反應方程；(2)求氚核和粒子的速度大??；(3)若核反應過程中放出的核能全部轉化為粒子和氚核的動能，求出質量虧損。解析(1)根據(jù)質量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒，則有核反應方程為：nLiHHe。(2)由動量守恒定律得：mnvmHv1mHev2由題意得：v1v278解得v1，v2。(3)氚核和粒子的動能之和為：Ek3mv4mv

10、mv2釋放的核能為：EEkEknmv2mv2mv2由愛因斯坦質能方程Emc2得，質量虧損為m。答案(1)nLiHHe(2)(3)(1)應用質能方程解題的流程圖根據(jù)Emc2計算，計算時m的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，E的單位是“J”。根據(jù)Em931.5 MeV計算，因1原子質量單位(u)相當于931.5 MeV的能量，所以計算時m的單位是“u”，E的單位是“MeV”。(2)根據(jù)核子比結合能來計算核能：原子核的結合能核子比結合能核子數(shù)。(3)利用質能方程計算核能時，不能用質量數(shù)代替質量進行計算。1核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不可缺少，我國在完善核電安全基礎上將加大核電站建設規(guī)模，核泄

11、漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細胞基因，提高罹患癌癥的風險。已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為PuXHe，下列有關說法正確的是()AX原子核中含有92個中子B100個Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余50個C由于衰變時釋放巨大能量，根據(jù)Emc2，衰變過程總質量增加D衰變發(fā)出的射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力答案D解析根據(jù)核反應方程遵循的規(guī)律，X原子核中含有92個質子，235個核子，143個中子，A錯誤。半衰期是對大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，100個Pu經(jīng)過24100年后不一定還剩余50個，B錯誤。由于衰變時釋放巨大能量，衰變過程總質量減少，放出

12、粒子的質量和生成新核的質量之和小于衰變前核的質量，C錯誤。衰變發(fā)出的射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力，D正確。2“超導托卡馬克”(英名稱：EAST，俗稱“人造太陽”)是我國自行研制的可控熱核反應實驗裝置。設該實驗反應前氘核(H)的質量為m1，氚核(H)的質量為m2，反應后氦核(He)的質量為m3，中子(n)的質量為m4，光速為c。下列說法中不正確的是()A這種裝置中發(fā)生的核反應方程式是HHHenB由核反應過程質量守恒可知m1m2m3m4C核反應放出的能量等于(m1m2m3m4)c2D這種裝置與我國大亞灣核電站所使用核裝置的核反應原理不相同答案B解析可控熱核反應裝置中發(fā)生的核反應方程式是

13、HHHen，故A正確；核反應過程中質量數(shù)守恒，但質量不守恒，核反應過程中存在質量虧損，因此m1m2m3m4，故B錯誤；核反應過程中的質量虧損mm1m2m3m4，釋放的核能Emc2(m1m2m3m4)c2，故C正確；這種裝置的核反應是核聚變，我國大亞灣核電站所使用核裝置是核裂變，它們的核反應原理不相同，故D正確。3某些建筑材料可產(chǎn)生放射性氣體氡，氡可以發(fā)生或衰變。原來靜止的氡核(Rn)發(fā)生一次衰變生成新核釙(Po)。取氡核的質量mRn222.0176 u，釙核的質量mPo218.0090 u，粒子的質量m4.0026 u，已知1 u相當于931.5 MeV。(1)寫出衰變的核反應方程；(2)該衰

14、變反應中釋放出的核能。(結果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)RnPoHe(2)5.6 MeV解析(1)衰變方程為：RnPoHe。(2)該核衰變反應的質量虧損mmRnmPom0.006 u釋放的核能E0.006931.5 MeV5.6 MeV。1(2017天津聯(lián)考)下列說法正確的是()A根據(jù)天然放射現(xiàn)象，盧瑟福提出了原子核式結構B一個氫原子從n3能級躍遷到n2能級，該氫原子吸收光子，能量增加C鈾(U)經(jīng)過多次、衰變形成穩(wěn)定的鉛(Pb)的過程中，有6個中子轉變成質子D機場、車站等地進行安全檢查時，能輕而易舉地窺見箱內(nèi)物品，利用了射線較強的穿透能力答案C解析盧瑟福提出原子的核式結構的實驗依據(jù)是粒子散射實

15、驗，A錯誤；氫原子從n3能級躍遷到n2能級，氫原子要放出光子，能量減小，B錯誤；分析可得鈾經(jīng)過8次衰變和6次衰變形成了穩(wěn)定的鉛，而衰變的本質就是中子轉變成質子時釋放出電子的過程，故C正確；機場、車站等地進行安全檢查，利用的是X射線的穿透本領，D錯誤。2下列說法正確的是()A從高空對地面進行遙感攝影是利用紫外線有良好的穿透能力B玻爾對氫原子光譜的研究導致原子的核式結構模型的建立C衰變的實質是一個中子轉化為一個質子和一個電子D目前核電站利用的是核裂變釋放的核能答案D解析從高空對地面進行遙感攝影是利用紅外線有良好的穿透能力，A錯誤；盧瑟福根據(jù)粒子散射實驗提出了原子的核式結構模型，B錯誤；衰變的實質是

16、一個中子轉化為一個質子和一個電子，C錯誤；目前核電站利用的是核裂變釋放的核能，D正確。314C測年法是利用14C衰變規(guī)律對古生物進行年代測定的方法。若以橫坐標t表示時間，縱坐標m表示任意時刻14C的質量，m0為t0時14C的質量，下面四幅圖中能正確反映14C衰變規(guī)律的是()答案C解析由于每經(jīng)過一個半衰期T,14C的質量減少一半，所以mm0，C正確。4(多選)下列哪些現(xiàn)象能說明放射線來自原子核()A三種射線的能量都很高B放射線的強度不受溫度、外界壓強等物理條件的影響C元素的放射性與所處的化學狀態(tài)(單質、化合態(tài))無關D射線、射線都是帶電的粒子流答案BC解析能說明放射線來自原子核的證據(jù)是，元素的放射

17、性與其所處的化學狀態(tài)和物理狀態(tài)無關，B、C正確。5(多選)關于質子與中子，下列說法正確的是()A原子核(除氫核外)由質子和中子構成B質子和中子統(tǒng)稱為核子C盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質子，并預言了中子的存在D盧瑟福發(fā)現(xiàn)了中子，并預言了質子的存在答案ABC解析原子核內(nèi)存在質子和中子，中子和質子統(tǒng)稱為核子，盧瑟福只發(fā)現(xiàn)了質子，以后又預言了中子的存在，A、B、C正確。6(多選)地球的年齡到底有多大，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)的最古老的巖石中鈾和鉛含量的測定，推算出該巖石中含有的鈾是巖石形成初期時(巖石形成初期時不含鉛)的一半。鈾238衰變后形成鉛206，鈾238的相對含量隨時間變化規(guī)律如圖所

18、示，圖中N為鈾238的原子數(shù)，N0為鈾和鉛的原子總數(shù)，由此可以判斷出()A鈾238的半衰期為90億年B地球的年齡大致為45億年C被測定的古老巖石樣品在90億年時的鈾、鉛原子數(shù)之比約為14D被測定的古老巖石樣品在90億年時的鈾、鉛原子數(shù)之比約為13答案BD解析由題意、半衰期的含義及鈾238衰變后含量隨時間的變化規(guī)律圖象可知：鈾238的半衰期和地球的年齡均大致為45億年，被測定的古老巖石樣品在90億年時鈾原子數(shù)的相對值為0.25，即占總原子數(shù)的，由此可推得其中鉛占原子數(shù)的，鈾、鉛原子數(shù)之比約為13。B、D正確。7(多選)以下是有關近代物理內(nèi)容的若干敘述，其中不正確的是()A原子核發(fā)生一次衰變，該原

19、子外層就失去一個電子B按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，但原子的能量增大C核衰變中，光子是衰變后轉變的新核輻射的D比結合能小的原子核結合成或分解成比結合能大的原子核時一定吸收核能答案AD解析衰變的實質是原子核內(nèi)的一個中子轉為一個質子和一個電子，電子釋放出來，不是來自核外電子，故A錯誤；按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，但原子的能量增大，B正確；核衰變中，衰變后轉變的新核不穩(wěn)定，放出能量才能變得穩(wěn)定，能量以光子的形式放出，C正確；比結合能小的原子核結合成或分解成比結合能大的原子核時會出現(xiàn)質量虧損，

20、根據(jù)愛因斯坦質能方程得知，一定釋放核能，故D錯誤。8以下是物理學史上3個著名的核反應方程xLi2yyNxOyBezCx、y和z是3種不同的粒子，其中z是()A粒子 B質子 C中子 D電子答案C解析將前2個核反應方程化簡消去x，得y是He，結合第3個方程由質量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知z是中子n，C正確。9(2017全國卷)大科學工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應方程是：HHHen，已知H的質量為2.0136 u，He的質量為3.0150 u，n的質量為1.0087 u,1 u931 MeV/c2。氘核聚變反應中釋放的核能約為()A3.7 MeV B3.3 MeV

21、C2.7 MeV D0.93 MeV答案B解析釋放的核能Emc2(2mHmHemn)c20.0035931 MeV3.3 MeV，B正確。10(2017全國卷)一靜止的鈾核放出一個粒子衰變成釷核，衰變方程為UThHe。下列說法正確的是()A衰變后釷核的動能等于粒子的動能B衰變后釷核的動量大小等于粒子的動量大小C鈾核的半衰期等于其放出一個粒子所經(jīng)歷的時間D衰變后粒子與釷核的質量之和等于衰變前鈾核的質量答案B解析靜止的鈾核在衰變過程中遵循動量守恒，系統(tǒng)的總動量為零，因此衰變后產(chǎn)生的釷核和粒子的動量等大反向，即pThp，B正確。釷核和粒子的質量不等，因此衰變后釷核和粒子的動能不等，A錯誤。半衰期是有

22、一半鈾核衰變所用的時間，并不是一個鈾核衰變所用的時間，C錯誤。由于衰變過程釋放能量，根據(jù)愛因斯坦質能方程可知，衰變過程有質量虧損，D錯誤。11(2015天津高考)物理學重視邏輯，崇尚理性，其理論總是建立在對事實觀察的基礎上。下列說法正確的是()A天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結構的B電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到原子具有核式結構C粒子散射實驗的重要發(fā)現(xiàn)是電荷是量子化的D密立根油滴實驗表明核外電子的軌道是不連續(xù)的答案A解析天然放射現(xiàn)象說明原子核是可分的，即核內(nèi)部是有結構的，A項正確；電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到原子是可分的，B項錯誤；粒子散射實驗的重要發(fā)現(xiàn)是原子具有核式結構，C項錯誤；密立根油滴實驗精確地測出

23、了電子的電荷量，原子光譜的分立性表明原子核外電子軌道是不連續(xù)的，D項錯誤。12(2017江蘇高考)(多選)原子核的比結合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有()A.He核的結合能約為14 MeVB.He核比Li核更穩(wěn)定C兩個H核結合成He核時釋放能量D.U核中核子的平均結合能比Kr核中的大答案BC解析He核有4個核子，由比結合能圖線可知，He核的結合能約為28 MeV，A錯誤。比結合能越大，原子核越穩(wěn)定，B正確。兩個H核結合成He核時，核子的比結合能變大，結合時要放出能量，C正確。由比結合能圖線知，U核中核子平均結合能比Kr核中的小，D錯誤。13(2015江蘇高考)(1)核電站利用原子

24、核鏈式反應放出的巨大能量進行發(fā)電，U是核電站常用的核燃料。U受一個中子轟擊后裂變成Ba和Kr兩部分，并產(chǎn)生_個中子，要使鏈式反應發(fā)生，裂變物質的體積要_(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積。(2)取質子的質量mp1.67261027 kg，中子的質量mn1.67491027 kg，粒子的質量m6.64671027 kg，光速c3.0108 m/s。請計算粒子的結合能。(結果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)3大于(2)4.31012 J解析(1)核反應方程遵守質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，且該核反應方程為：UnBaKr3n，即產(chǎn)生3個中子。臨界體積是發(fā)生鏈式反應的最小體積，要使鏈式反應發(fā)生，裂變物質的體

25、積要大于它的臨界體積。(2)組成粒子的核子與粒子的質量差為m(2mp2mn)m結合能Emc2代入數(shù)據(jù)得E4.31012 J。14(2017北京高考)在磁感應強度為B的勻強磁場中，一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次衰變。放射出的粒子(He)在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運動，其軌道半徑為R。以m、q分別表示粒子的質量和電荷量。(1)放射性原子核用X表示，新核的元素符號用Y表示，寫出該衰變的核反應方程；(2)粒子的圓周運動可以等效成一個環(huán)形電流，求圓周運動的周期和環(huán)形電流大?。?3)設該衰變過程釋放的核能都轉化為粒子和新核的動能，新核的質量為M，求衰變過程的質量虧損m。答案(1)XYHe(2)(3)解析(1)XYHe。(2)設粒子的速度大小為v，由qvBm，T，得粒子在磁場中運動周期T環(huán)形電流大小I。(3)由qvBm得v設衰變后新核Y的速度大小為v，系統(tǒng)動量守恒Mvmv0v由mc2Mv2mv2得m說明：若利用Mm解答，亦可。12