(共36张PPT)
章末总结
1．三种放射线在电场、磁场中的轨迹判断
放射性元素衰变时放出的三种射线，不论是垂直进入匀强电场，还是进入匀强磁场，偏转角度大的(或半径小的)是β射线，偏转角度小的(或半径大的)是α射线．
天然放射现象及衰变规律
2．衰变方程的书写及衰变次数的计算
(1)利用质量数守恒和电荷数守恒确定衰变方程．
(2)为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为β衰变对质量数没有影响，然后再根据电荷数守恒确定β衰变的次数．
4．衰变与动量守恒、磁场知识及质能方程的综合
静止原子核衰变时，两新核的动量等大反向．依据0＝m1v1－m2v2知，在磁场中运动的半径与电量成反比，释放的核能在两粒子间按与质量成反比的规律分配．
5．衰变与轨道
放射性元素在α衰变或β衰变时，若原来的原子核是静止的，则α粒子(或β粒子)与反冲核运动方向相反，且动量守恒，当它们在垂直于磁场的平面内运动时，其轨迹是内切或外切的两个圆．
求：(1)两粒子在磁场中运动轨迹的形状；
(2)α粒子与Rn核在磁场中运动的半径之比和周期之比；
(3)衰变过程中放出的能量；
(4)α粒子的动能．
解析：(1)静止的镭核衰变时动量守恒，α粒子与Rn核运动方向相反，因均带正电，在磁场中所受洛伦兹力方向相反，偏转方向相反；又粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，故两粒子的运动轨迹为两外切圆，如图所示．
反思领悟：(1)原子核在磁场中发生α衰变时，轨迹为两外切圆；发生β衰变时，轨迹为两内切圆；发生γ衰变时，轨迹为一射线且与圆相切．
(2)静止的原子核衰变时，半径与粒子电量成反比，粒子动能与其质量成反比．
重核的裂变和轻核的聚变，存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，质量亏损必须引起能量的变化，两种核反应都会向外释放能量，计算核能的方法如下：
1．根据质能方程ΔE＝Δmc2是计算释放核能多少的主要方法，其关键是质量亏损Δm的确定．
如Δm单位为kg，则ΔE＝Δmc2；
如Δm单位为u，则ΔE＝Δm×931.5
MeV.
核能的计算
2．如果在核反应中无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能．在这种情况下计算核能的主要依据是：
(1)核反应过程中只有内力作用，故动量守恒．
(2)反应前后总能量守恒．
常见的反应类型：反应前总动能＋反应过程中释放的核能＝反应后总动能．
3．利用平均结合能
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．
4．应用阿伏加德罗常数计算核能
若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便．其解题的基本思路是：
解析：聚变反应前氘核和氚核的总结合能
E1＝(1.09×2＋2.78×3)
MeV＝10.52
MeV.
反应后生成的氦核的结合能
E2＝7.03×4
MeV＝28.12
MeV.
由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量
ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52)
MeV＝17.6
MeV.
答案：17.6
MeV
1．核反应类型与书写
原子核的变化叫核反应，常见的核反应有：衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型．不论是哪种类型的核反应，都遵守质量数守恒和电荷数守恒，这是写核反应方程的重要依据．但是，写核反应方程时，应以实验事实为依据，而不能仅仅根据这两条守恒定律随意去写实际上不存在的核反应．
核反应
需要特别注意的是，核反应通常是不可逆的，方程中只能用箭头符号“→”来连接，以指示反应的方向，而不能用“＝”连接核反应方程．
核反应过程通常伴有巨大的能量转化．核能释放的主要途径有：重核的裂变和轻核的聚变．
2．常见的几个核反应方程：
解析：根据电荷数守恒和质量数守恒可完成核反应方程，然后由核反应的类型即可判断出反应的类型．
例1
关于半衰期，以下说法正确的是( )
A．同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长
B．升高温度可以使半衰期缩短
C．氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个
D．氡的半衰期为3.8天，4克氡原子核，经过7.6天就只剩下1克
半衰期理解不到位引起错误
错因分析：每经过3.8天就有半数氡核发生衰变，经过两个半衰期即7.6天后，只剩下四分之一的氡，而放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间是一种统计规律，半衰期对某一个或几个原子核来说，是无意义的．许多同学忽视这一事实而错选C.
正确解答：考虑到放射性元素衰变的快慢是跟原子所处的物理状态或化学状态无关，又考虑到半衰期是一种统计规律，即给定的四个氡核是否马上衰变会受到各种偶然因素的支配．因此，正确答案只有D.
答案：D
纠错心得：本章内容概念很多，而且与日常生活联系较少，在学习其他部分时也很少用，因而往往理解不准确．学习过程中要注意多读教材，仔细体会．
对质量亏损伴随能量转化认识不到位
错因分析：核反应过程中总伴随着质量亏损，但不是质量数亏损，部分同学把质量和质量数混淆而多选了D.
正确解答：由质量数守恒有：x核核子数：Δx＝235＋1－(94＋2×1)＝140，B错；由电荷数守恒有：X核的质子数Z＝92－38＝54，中子数：N＝A－Z＝86，A对；核裂变反应过程是质量数守恒，C、D错．
答案：A
纠错心得：在物理学习中一定要理解物理概念，如本题核反应中应该满足电荷数守恒和质量数守恒；质量亏损是指反应前后对研究系统有质量亏损，但前后总质量还是守恒的．只是有质量亏损时系统有相应的能量放到系统之外了，质量亏损也并非一定是质量减少，对吸收能量的核反应，反应后核子总质量是增加的．阶段测试6 原子核
(时间：50分钟 满分：100分)
一、选择题(本题共10小题，每小题6分，共60分．在每小题给出的四个选项中，第1～5题只有一项符合题目要求，第6～10题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)
1．关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是( )
A．原子核全部衰变所需时间的一半
B．原子核有半数发生衰变所需的时间
C．原子量减少一半所需的时间
D．元素质量减少一半所需的时间
【答案】B
【解析】原子核有半数发生衰变所用的时间叫半衰期，它与原子核全部衰变所需时间的一半不同，放射性元素发生衰变后变成了一种新的原子核．发生不同的衰变，其质量数减小规律不同，原子核衰变时，原来的放射性元素原子核的个数不断减少，那么放射性元素的原子核的质量也不断减小，故上述选项只有B正确．
2．原子核X与氘核H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知( )
A．A＝2，Z＝1
B．A＝2，Z＝2
C．A＝3，Z＝3
D．A＝3，Z＝2
【答案】D
【解析】该核反应的方程式为：X＋H―→He＋H，由质量数和电荷数守恒得：A＝4＋1－2＝3.Z＝2＋1－1＝2，故正确答案为D.
3．奥运会场馆周围80%～90%的路灯利用了太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水采用了全玻璃真空太阳能聚热技术．太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的聚变反应产生的，下列核反应属于聚变反应的是( )
A.H＋H→He＋n
B.N＋He→O＋H
C.U＋n→Xe＋Sr＋10n
D.U→Th＋He
【答案】A
【解析】A是聚变反应，B是人工转变的核反应，C是裂变反应，D是α衰变反应，故选项A正确．
4．关于重核的裂变，以下说法正确的是( )
A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应
C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小
D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
【答案】D
【解析】根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程．因其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量．链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积，如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生．在裂变反应中质量数、电荷数均守恒，即核子数守恒，所以核子数是不会减小的．因此选项A、B、C均错．重核裂变为中等质量的原子核时，发生质量亏损，从而释放出核能，故选D.
5．放射线在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同的目的，下表列出了一些放射性元素的可供利用的射线和半衰期.
元素
射线
半衰期
元素
射线
半衰期
钋210
α
138天
锶90
β
28年
氡222
β
3.8天
铀238
α、β、γ
4.5×109年
某塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让厚的聚乙烯膜通过轧辊使它成为薄膜，并利用相应的放射线来监测通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀．上表中可利用的元素是( )
A．钋210
B．氡222
C．锶90
D．铀238
【答案】B
【解析】α粒子穿透能力弱，一张白纸即能挡住，γ射线穿透能力太强，穿过薄膜几乎无影响，只能用β射线，而锶90的半衰期又太长，所以选择氡222.
6．原子核质量单位为u,1
u相当于
931.5
MeV
的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的核子结合为质量为M的原子核时，释放出的能量是( )
A．(M－m1－m2)c2
B．(m1＋m2－M)×931.5
J
C．(m1＋m2－M)c2
D．(m1＋m2－M)×931.5
MeV
【答案】CD
【解析】在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算．如果质量的单位是u，则利用1
u
相当于
931.5
MeV
的能量，即ΔE＝Δm×931.5
MeV进行计算，故C、D正确，A、B错误．
7．(2016天津卷)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展．下列说法符合事实的是( )
A．赫兹通过一系列实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论
B．查德威克用α粒子轰击N获得反冲核O，发现了中子
C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构
D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型
【答案】AC
【解析】麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁理论，选项A正确；卢瑟福用α粒子轰击N，获得反冲核O，发现了质子，选项B错误；贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核具有复杂结构，选项C正确；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，选项D错误．
8．下列说法中正确的是( )
A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电
B．原子核中的质子数一定跟核外电子数相等
C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分
D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核电荷量跟质子电荷量之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子
【答案】CD
【解析】原子中除了带负电的电子外，还有带正电的质子，故A项错误；对于中性原子来说原子核中的质子数才跟核外电子数相等，故B项错误；正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C项正确；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核电荷量跟质子电荷量之比，才确定原子核内必还有别的中性粒子，故D项正确．
9．放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到广泛应用的原因是( )
A．它衰变释放的核能少，容易控制
B．它衰变缓慢
，应用效果好
C．它的射线有电离作用和贯穿本领，以及对生物组织有物理、化学效应
D．它可作为示踪原子
【答案】CD
10．如图所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核发生某种核变化后，释放出来的粒子和反冲核在磁场中运动的轨迹，可以判断( )
A．原子核发生β衰变
B．原子核发生α衰变
C．大圆是释放粒子的运动轨迹，小圆是新核的运动轨迹
D．大圆是新核的运动轨迹，小圆是释放粒子的运动轨迹
【答案】]AC
【解析】释放粒子和反冲核方向相反，且衰变后释放粒子与反冲核动量大小相等，由于它们在磁场中，洛伦兹力提供向心力，则R＝，在同一磁场中运动半径与电荷量q成反比
，再用左手定则可判定是β衰变．
二、非选择题(本题共4小题，共40分，计算题要有必要的文字说明和解题步骤)
11．(8分)下列说法正确的是________．
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变
B．轻核聚变与重核裂变均释放能量
C．原子核的比结合能越大表示该原子核越不稳定
D．实验表明，只要照射光的强度足够大，就一定能发生光电效应现象
E．放射性元素衰变的快慢只由核内部自身的因素决定
【答案】ABE
【解析】轻核聚变与重核裂变均释放能量，太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变，故A正确；轻核聚变与重核裂变均释放能量，核电站是利用重核的裂变，故B正确；比结合能越大表示该原子核越稳定，故C错误；只有入射光的频率大于金属的极限频率，才能产生光电效应，当入射频率越高时，则光电子的最大初动能越大，与入射光的强度无关，故D错误；放射性元素衰变的快慢，即半衰期只由核内部自身的因素决定，与其物理状态、化学状态无关，故E正确．
12．(8分)下列说法正确的是________．
A．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
B．氡核(Rn)衰变为铅核82Pb的过程中，要经过4次α衰变和6次β衰变
C．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减少
D．卢瑟福通过α粒子的散射实验现象提出了原子的核式结构模图
E．骸骨中C的含量为活着的生物体中C的，6C的半衰期为5
730年，则该生物死亡时距今11
460年
【答案】ADE
【解析】β衰变时，原子核中的一个中子，转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故A正确；因为β衰变的质量数不变，所以α衰变的次数n＝＝8，在α衰变的过程中电荷数总共少16，则β衰变的次数m＝＝6，故B错误；半衰期由放射性元素本身的性质决定，与物体的温度无关，故C错误；卢瑟福通过α粒子的散射实验现象提出了原子的核式结构模图，故D正确；骸骨中C的含量为活着的生物体中C的，设原来C的质量为M0，衰变后剩余质量为M，则有M＝M0×n，其中n为发生半衰期的次数，由题意可知剩余质量为原来的，故n＝2，所以死亡时间为：2×5
730＝11
460年，故E正确．
13．(8分)关于核反应方程90Th→91Pa＋X＋ΔE(ΔE为释放出的核能，X为新生成粒子)，已知Th的半衰期为T，则下列说法正确的是________．
A．原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素则不能放出射线
B.Pa比Th少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变
C．N0个Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为N0ΔE(N0数值很大)
D.Th的比结合能为
E．该放射性元素(Th)与其他元素形成化合物的半衰期仍等于T
【答案】BCE
【解析】原子序数小于83的元素，有些元素的同位素也能放出射线，故A错误；由质量数和电荷数守恒知X的质量数是0，电荷数是－1，为电子，是原子核内的中子转化为质子而释放一个电子，故B正确；经2T时间还剩余四分之一没衰变，发生上述核反应而放出的核能为N0ΔE，故C正确；Pa的比结合能是234个核子结合成Pa时放出的能量，该能量不是它衰变时放出的能量ΔE，所以91Pa的比结合能不是，90Th的比结合能也不是，D错误；半衰期与原子核所处状态无关，故E正确．
14．(16分)一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子的质量mH＝1.007
3
u，中子质量mn＝1.008
7
u，氚核质量
m＝3.018
0
u.
(1)写出聚变方程；
(2)释放出的核能多大？
(3)平均每个核子释放的能量是多大？
【答案】(1)H＋2n→H (2)6.24
MeV
(3)2.08
MeV
【解析】(1)聚变方程H＋2n→H.
(2)质量亏损Δm＝mH＋2mn－m＝(1.007
3＋2×1.008
7－3.018
0)
u＝0.006
7
u，
释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.006
7×931.5
MeV≈6.24
MeV.
(3)平均每个核子放出的能量为
MeV＝2.08
MeV.
