第19章 原子核 章末复习
文档属性
| 名称 | 第19章 原子核 章末复习 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 879.7KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2017-03-03 10:47:14 | ||
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文档简介
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第19章 原子核 章末复习
【知识网络】
【典例精析】
一、对核反应方程及类型的理解
1.四类核反应方程的比较
名称 核反应方程 时间 其它
衰变 α衰变 U→Th＋He 1896年 贝可勒尔
β衰变 Th→Pa＋e
裂变 U＋n→Sr＋Xe＋10n 1938年 原子弹原理
聚变 H＋H→He＋n＋17.6 MeV 氢弹原理
人工转变 正电子 Al＋He→P＋nP→Si＋ e 1934年 约里奥—居里夫妇
发现质子 N＋He→O＋H 1919年 卢瑟福
发现中子 Be＋He→C＋n 1932年 查德威克
2.解题时注意事项
(1)熟记一些粒子的符号
α粒子(He)、质子(H)、中子(n)、电子( 0－1e)、氘核(H)、氚核(H)
(2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒.
例1 (多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一.下列释放核能的反应方程中，表述正确的是( )21世纪教育网版权所有
A.He＋Al―→P＋n是原子核的人工转变
B.H＋H―→He＋γ是核聚变反应
C.F＋H―→O＋He是α衰变
D. U＋n―→Sr＋Xe＋10n是裂变反应
二、半衰期及衰变次数的计算
1.半衰期：大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间.
计算公式：N余＝N原()n或m余＝m原()n，
其中n＝，τ为半衰期.
2.确定衰变次数的方法
(1)X→Y＋nHe＋me
根据质量数、电荷数守恒得
A＝A′＋4n
Z＝Z′＋2n－m
二式联立求解得α衰变次数n和β衰变次数m.
(2)根据α衰变和β衰变(β衰变质量数不变)直接求解.
例2 放射性元素U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Tl，X和Tl最后都变成Pb，衰变路径如图1所示.则( )21·cn·jy·com
INCLUDEPICTURE "E:\\吕芳\\2016\\同步\\学生转word\\二批\\步步高 物理 人教3-5\\10\\X200.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\吕芳\\2016\\同步\\学生转word\\二批\\步步高 物理 人教3-5\\10\\X200.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "F:\\下载\\【原创】物理人教必修2\\选修3-5\\X200.TIF" \* MERGEFORMATINET
图1
A.a＝82，b＝211
B.Bi→X是β衰变，Bi→Tl是α衰变
C.Bi→X是α衰变，Bi→Tl是β衰变
D.Tl经过一次α衰变变成Pb
三、核能的计算
1.利用质能方程来计算核能
(1)根据核反应方程，计算核反应前与核反应后的质量亏损Δm.
(2)根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能.方程ΔE＝Δmc2中若Δm的单位用“kg”、c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”；若Δm的单位用“u”，可直接用质量与能量的关系式推算ΔE，此时ΔE的单位为“兆电子伏(MeV)”，即1 u＝1.66×10－27 kg，相当于931.5 MeV，即原子质量单位1 u对应的能量为931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用.
2.利用平均结合能来计算核能
原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数.核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能.
例3 已知氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时( )www.21-cn-jy.com
A.释放出4.9 MeV的能量
B.释放出6.0 MeV的能量
C.释放出24.0 MeV的能量
D.吸收4.9 MeV的能量
四、核反应与动量、能量相结合的综合问题
1.核反应过程中满足四个守恒：质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒、能量守恒.
2.核反应过程若在匀强磁场中发生，粒子在磁场中做匀速圆周运动，衰变后的新核和放出的粒子(α粒子、β粒子)形成外切圆或内切圆.21教育网
例4 用中子轰击锂核(Li)发生核反应，生成氚核(H)和α粒子，并放出4.8 MeV的能量.已知1 u相当于931.5 MeV的能量【来源：21·世纪·教育·网】
(1)写出核反应方程.
(2)求出质量亏损.
(3)若中子和锂核是以等大反向的动量相碰，则氚核和α粒子的动能比是多少？
(4)α粒子的动能是多大？
【达标检测】
1.氪90(Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(Zr)，这些衰变是( )
A.1次α衰变，6次β衰变 B.4次β衰变
C.2次α衰变 D.2次α衰变，2次β衰变
2.恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”.
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：He＋____________→Be＋γ.
(2)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s.一定质量的Be，经7.8×10－16 s后所剩下的Be占开始时的________________.21·世纪*教育网
3.(1)在核反应n＋X→H＋He＋ΔE过程中，X是未知核.由核反应知识可以确定X核为______.若n、X核、H和He的静止质量分别为m1、mX、m3和m4，则ΔE的值为________.
(2)核能、风能等新能源是近来能源发展的重点方向之一.与煤、石油等传统能源相比较，核能具有哪些优点和缺点？www-2-1-cnjy-com
(3)有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰.为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站.请用物理学知识，指出建造哪种类型的发电站更合适，并说明理由.
4.两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：H＋H→H＋H.(已知H的质量m0＝2.013 6 u，H的质量m1＝3.015 6 u，H的质量m2＝1.007 3 u,1 u相当于931.5 MeV的能量)2-1-c-n-j-y
(1)此核反应中放出的能量ΔE为______________.
(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氚核具有的动能是______.
答案精析
知识网络
Y Y 质量数 电荷数 半数 本身性质 无关 8O
C P 邻近 大 Δmc2 3n n
典例精析
例1 ABD [我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知：A是原子核的人工转变的反应方程式；B是聚变的核反应方程式；C并不是α衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不受外界因素的影响；D是裂变的核反应方程式.故A、B、D正确.]
例2 B [由Bi→X，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a＝84.由Bi→Tl是核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b＝206，由Tl→Pb发生了一次β衰变.故选B.]【来源：21cnj*y.co*m】
例3 C [依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为H＋H→He，因氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均【出处：21教育名师】
结合能为7.1 MeV，故结合前氘核的能量为E1＝2×1.1 MeV，结合后氦核的能量E2＝4×7.1 MeV，于是吸收的能量为ΔE＝2E1－E2＝－24.0 MeV，式中负号表示释放核能，故选C.]
例4 (1)Li＋n→H＋He＋4.8 MeV
(2)0.005 2 u (3)4∶3 (4)2.06 MeV
解析 (1)核反应方程为Li＋n→H＋He＋4.8 MeV
(2)依据ΔE＝Δmc2得，Δm＝ u≈0.005 2 u
(3)根据题意有m1v1＝m2v2
式中m1、v1、m2、v2分别为氚核和α粒子的质量和速度，由上式及动能Ek＝，可得它们的动能之比为Ek1∶Ek2＝∶＝∶＝m2∶m1＝4∶3.【版权所有：21教育】
(4)α粒子的动能
Ek2＝(Ek1＋Ek2)＝×4.8 MeV≈2.06 MeV.
达标检测
1.B [解法一 推理计算法
根据衰变规律，β衰变不影响核的质量数，发生一次β衰变，核电荷数增加1；发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少Kr衰变为Zr，质量数不变，故未发生α衰变；核电荷数增加4，一定是发生了4次β衰变.21cnjy.com
解法二 列方程求解
设Kr衰变为Zr，经过了x次α衰变，y次β衰变，则有Kr→Zr＋xHe＋ye
由质量数守恒得90＝90＋4x
由电荷数守恒得36＝40＋2x－y
解得x＝0，y＝4，即只经过了4次β衰变，
选项B正确.]
2.(1)He (2)(或12.5%)
解析 (2)由题意可知经过了3个半衰期，故剩余的Be的质量m余＝m原()3＝m原.
3.(1)Li [(m1＋mX)－(m3＋m4)]c2
(2)优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁；产能更多.
缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高.
(3)建风能发电站比较合理
理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知，一方面将风能转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏.2·1·c·n·j·y
解析 (1)由质量数和电荷数守恒可知：X核是Li.由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可得ΔE＝[(m1＋mX)－(m3＋m4)]c2.21*cnjy*com
4.(1)4.005 MeV (2)1.001 MeV
解析 (1)此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为：
Δm＝(2×2.013 6－3.015 6－1.007 3) u＝0.004 3 u，
ΔE＝Δmc2＝0.004 3×931.5 MeV≈4.005 MeV.
(2)因碰前两氘核动能相同，相向正碰，故碰前的总动量为零.因核反应中的动量守恒，故碰后氚核和质子的总动量也为零.设其动量分别为p1、p2，必有p1＝－p2.21教育名师原创作品
设碰后氚核和质子的动能分别为Ek1和Ek2，
则＝＝＝＝＝，
故新生的氚核具有的动能为
Ek1＝ΔE＝×4.005 MeV≈1.001 MeV.
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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第19章 原子核 章末复习
【知识网络】
【典例精析】
一、对核反应方程及类型的理解
1.四类核反应方程的比较
名称 核反应方程 时间 其它
衰变 α衰变 U→Th＋He 1896年 贝可勒尔
β衰变 Th→Pa＋e
裂变 U＋n→Sr＋Xe＋10n 1938年 原子弹原理
聚变 H＋H→He＋n＋17.6 MeV 氢弹原理
人工转变 正电子 Al＋He→P＋nP→Si＋ e 1934年 约里奥—居里夫妇
发现质子 N＋He→O＋H 1919年 卢瑟福
发现中子 Be＋He→C＋n 1932年 查德威克
2.解题时注意事项
(1)熟记一些粒子的符号
α粒子(He)、质子(H)、中子(n)、电子( 0－1e)、氘核(H)、氚核(H)
(2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒.
例1 (多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一.下列释放核能的反应方程中，表述正确的是( )21世纪教育网版权所有
A.He＋Al―→P＋n是原子核的人工转变
B.H＋H―→He＋γ是核聚变反应
C.F＋H―→O＋He是α衰变
D. U＋n―→Sr＋Xe＋10n是裂变反应
二、半衰期及衰变次数的计算
1.半衰期：大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间.
计算公式：N余＝N原()n或m余＝m原()n，
其中n＝，τ为半衰期.
2.确定衰变次数的方法
(1)X→Y＋nHe＋me
根据质量数、电荷数守恒得
A＝A′＋4n
Z＝Z′＋2n－m
二式联立求解得α衰变次数n和β衰变次数m.
(2)根据α衰变和β衰变(β衰变质量数不变)直接求解.
例2 放射性元素U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Tl，X和Tl最后都变成Pb，衰变路径如图1所示.则( )21·cn·jy·com
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图1
A.a＝82，b＝211
B.Bi→X是β衰变，Bi→Tl是α衰变
C.Bi→X是α衰变，Bi→Tl是β衰变
D.Tl经过一次α衰变变成Pb
三、核能的计算
1.利用质能方程来计算核能
(1)根据核反应方程，计算核反应前与核反应后的质量亏损Δm.
(2)根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能.方程ΔE＝Δmc2中若Δm的单位用“kg”、c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”；若Δm的单位用“u”，可直接用质量与能量的关系式推算ΔE，此时ΔE的单位为“兆电子伏(MeV)”，即1 u＝1.66×10－27 kg，相当于931.5 MeV，即原子质量单位1 u对应的能量为931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用.
2.利用平均结合能来计算核能
原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数.核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能.
例3 已知氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时( )www.21-cn-jy.com
A.释放出4.9 MeV的能量
B.释放出6.0 MeV的能量
C.释放出24.0 MeV的能量
D.吸收4.9 MeV的能量
四、核反应与动量、能量相结合的综合问题
1.核反应过程中满足四个守恒：质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒、能量守恒.
2.核反应过程若在匀强磁场中发生，粒子在磁场中做匀速圆周运动，衰变后的新核和放出的粒子(α粒子、β粒子)形成外切圆或内切圆.21教育网
例4 用中子轰击锂核(Li)发生核反应，生成氚核(H)和α粒子，并放出4.8 MeV的能量.已知1 u相当于931.5 MeV的能量【来源：21·世纪·教育·网】
(1)写出核反应方程.
(2)求出质量亏损.
(3)若中子和锂核是以等大反向的动量相碰，则氚核和α粒子的动能比是多少？
(4)α粒子的动能是多大？
【达标检测】
1.氪90(Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(Zr)，这些衰变是( )
A.1次α衰变，6次β衰变 B.4次β衰变
C.2次α衰变 D.2次α衰变，2次β衰变
2.恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”.
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：He＋____________→Be＋γ.
(2)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s.一定质量的Be，经7.8×10－16 s后所剩下的Be占开始时的________________.21·世纪*教育网
3.(1)在核反应n＋X→H＋He＋ΔE过程中，X是未知核.由核反应知识可以确定X核为______.若n、X核、H和He的静止质量分别为m1、mX、m3和m4，则ΔE的值为________.
(2)核能、风能等新能源是近来能源发展的重点方向之一.与煤、石油等传统能源相比较，核能具有哪些优点和缺点？www-2-1-cnjy-com
(3)有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰.为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站.请用物理学知识，指出建造哪种类型的发电站更合适，并说明理由.
4.两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：H＋H→H＋H.(已知H的质量m0＝2.013 6 u，H的质量m1＝3.015 6 u，H的质量m2＝1.007 3 u,1 u相当于931.5 MeV的能量)2-1-c-n-j-y
(1)此核反应中放出的能量ΔE为______________.
(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氚核具有的动能是______.
答案精析
知识网络
Y Y 质量数 电荷数 半数 本身性质 无关 8O
C P 邻近 大 Δmc2 3n n
典例精析
例1 ABD [我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知：A是原子核的人工转变的反应方程式；B是聚变的核反应方程式；C并不是α衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不受外界因素的影响；D是裂变的核反应方程式.故A、B、D正确.]
例2 B [由Bi→X，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a＝84.由Bi→Tl是核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b＝206，由Tl→Pb发生了一次β衰变.故选B.]【来源：21cnj*y.co*m】
例3 C [依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为H＋H→He，因氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均【出处：21教育名师】
结合能为7.1 MeV，故结合前氘核的能量为E1＝2×1.1 MeV，结合后氦核的能量E2＝4×7.1 MeV，于是吸收的能量为ΔE＝2E1－E2＝－24.0 MeV，式中负号表示释放核能，故选C.]
例4 (1)Li＋n→H＋He＋4.8 MeV
(2)0.005 2 u (3)4∶3 (4)2.06 MeV
解析 (1)核反应方程为Li＋n→H＋He＋4.8 MeV
(2)依据ΔE＝Δmc2得，Δm＝ u≈0.005 2 u
(3)根据题意有m1v1＝m2v2
式中m1、v1、m2、v2分别为氚核和α粒子的质量和速度，由上式及动能Ek＝，可得它们的动能之比为Ek1∶Ek2＝∶＝∶＝m2∶m1＝4∶3.【版权所有：21教育】
(4)α粒子的动能
Ek2＝(Ek1＋Ek2)＝×4.8 MeV≈2.06 MeV.
达标检测
1.B [解法一 推理计算法
根据衰变规律，β衰变不影响核的质量数，发生一次β衰变，核电荷数增加1；发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少Kr衰变为Zr，质量数不变，故未发生α衰变；核电荷数增加4，一定是发生了4次β衰变.21cnjy.com
解法二 列方程求解
设Kr衰变为Zr，经过了x次α衰变，y次β衰变，则有Kr→Zr＋xHe＋ye
由质量数守恒得90＝90＋4x
由电荷数守恒得36＝40＋2x－y
解得x＝0，y＝4，即只经过了4次β衰变，
选项B正确.]
2.(1)He (2)(或12.5%)
解析 (2)由题意可知经过了3个半衰期，故剩余的Be的质量m余＝m原()3＝m原.
3.(1)Li [(m1＋mX)－(m3＋m4)]c2
(2)优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁；产能更多.
缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高.
(3)建风能发电站比较合理
理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知，一方面将风能转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏.2·1·c·n·j·y
解析 (1)由质量数和电荷数守恒可知：X核是Li.由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可得ΔE＝[(m1＋mX)－(m3＋m4)]c2.21*cnjy*com
4.(1)4.005 MeV (2)1.001 MeV
解析 (1)此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为：
Δm＝(2×2.013 6－3.015 6－1.007 3) u＝0.004 3 u，
ΔE＝Δmc2＝0.004 3×931.5 MeV≈4.005 MeV.
(2)因碰前两氘核动能相同，相向正碰，故碰前的总动量为零.因核反应中的动量守恒，故碰后氚核和质子的总动量也为零.设其动量分别为p1、p2，必有p1＝－p2.21教育名师原创作品
设碰后氚核和质子的动能分别为Ek1和Ek2，
则＝＝＝＝＝，
故新生的氚核具有的动能为
Ek1＝ΔE＝×4.005 MeV≈1.001 MeV.
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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