高中物理粤教版选修3-5自测题 第四章 原子核 章末复习课 Word版含解析

章末复习课
【知识体系】
[答案填写]　①质子　②γ射线　③X→Y＋He　④X→Y＋e　⑤质量数　⑥电荷数　⑦核本身性质　⑧重核裂变
主题1　对核反应方程及类型的理解
1．核反应．
常见核反应分为衰变、人工转变、裂变、聚变等几种类型．
(1)衰变．
α衰变：U→Th＋He(核内2H＋2n→He)．
β衰变：Th→Pa＋e(核内n→H＋e)．
γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级．
衰变反应的特点：衰变是原子核自发地转变成另一种原子核，反应物只有一个放射性核，生成物中除有一个新核外，还有α粒子或β粒子．
(2)人工转变．
N＋He→O＋H(发现质子的核反应)．
Be＋He→C＋n(发现中子的核反应)．
人工转变特点：以高能微观粒子轰击原子核为标志，反应物中除有一个原子核外，还有一个入射粒子，如α粒子、质子、中子等．
(3)裂变．
U＋n→Ba＋Kr＋3n.
裂变特点：质量较大的重核捕获中子分裂成两个以上中等质量的核，并放出几个中子．
(4)聚变．
H＋H→He＋n
聚变特点：反应物中为n个质量较小的轻核，生成物包含一个质量较大的核．
2．核反应方程的书写．
(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有些核反应方程还要考虑到能量守恒规律．
(2)核反应方程中的箭头(→)表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号．
(3)写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造．
(4)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上；然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子)的电荷数和质量数；最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子)，并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号．
【典例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(　　)
A.H＋H→He＋n是核聚变反应
B.H＋H→He＋n是β衰变
C.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变反应
D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是α衰变
解析：A项为轻核聚变，β衰变的实质为一个中子转化为一个质子后释放出一个电子，选项B错误；α衰变的实质是释放氦核(α粒子)，而D项是重核裂变，并未释放α粒子，选项D错误，选项A、C正确．
答案：AC
针对训练
完成下列核反应方程.
A.N+He→O+___________
B.P→Si+____________
C.U+n→Sr+Xe+__________
D.H+H→__________+n
其中属于衰变的是_____________，属于人工转变的是____________，属于裂变的是_____________，属于聚变的是_____________.
解析：根据电荷数守恒和质量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.
答案：H e 10n He B A C D
主题2　核能的计算
核能的计算是原子核物理中的热点问题，在重核的裂变、轻核的聚变、放射性衰变以及某些人工转变的核反应中，都伴随着巨大的核能释放，根据不同的题设条件和不同的核反应特征，归纳以下几种计算方法：
(1)根据质量亏损计算(E＝mc2或ΔE＝Δmc2)．
①根据核反应方程，计算核反应前和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．
③计算过程中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳．
(2)利用原子单位u和电子伏特计算(ΔE＝Δm×931.5 MeV)．
①明确原子单位u和电子伏特间的关系．
因1 u＝1.6606×10－27 kg，
则E＝mc2＝1.660 6×10－27×(3.0×108)2 J＝1.494×10－10 J.
又1 eV＝1.6×10－19 J，
则E＝1.494×10－10 J＝931.5 MeV.
②根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.
③上式中，Δm单位是u，ΔE的单位是MeV.
(3)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．
(4)根据能量守恒和动量守恒来计算核能．
参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题给条件中没有涉及质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，从动量和能量守恒可以计算出核能的变化．
(5)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更为简便．
①根据物体的质量m和摩尔质量M，由n＝求出摩尔数，并求出原子核的个数N＝NAn＝NA.
②由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0(或直接从题目中找出E0)．
③再根据E＝NE0求出总能量．
【典例2】　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(　　)
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
解析：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，氦核的平均结合能为7.1 MeV，故核反应过程释放能量．ΔE＝4×7.1 MeV－2×2×1.1 MeV＝24.0 MeV，故选C.
答案：C
针对训练
2．一静止原子核发生α衰变，生成－α粒子及一新核，α粒子垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场，其运动轨迹是半径为R的圆．已知α粒子的质量为m、电荷量为q；新核的质量为M，光在真空中的速度大小为c.求衰变前原子核的质量．
解析：设衰变产生的α粒子的速度大小为v，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得qvB＝m，设衰变后新核的速度大小为V，衰变前后动量守恒，有0＝MV－mv，设衰变前原子核质量为M0，衰变前后能量守恒，有M0c2＝Mc2＋MV2＋mc2＋mv2，解得M0＝(M＋m).
答案：(M＋m)
统揽考情
半衰期、质能方程的应用、计算和核反应方程的书写是高考的热点问题，试题一般以基础知识为主，较简单．
真题例析
　(2018·全国卷Ⅱ)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为(　　)
A．15和28　　 B．15和30
C．16和30 D．17和31
解析：据α粒子和中子的质量数和电荷数写出核反应方程：He＋Al→n＋X，结合质量数守恒和电荷数守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序数等于核电荷数，故B正确．
答案：B
针对训练
　(2018·北京卷)在核反应方程He＋N→O＋X中，X表示的是(　　)
A．质子 B．中子
C．电子 D．α粒子
解析：由核反应方程中，电荷数守恒和质量数守恒可知，X为H，选项A正确．
答案：A
1.(2016·上海卷)研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示．两块平行放置的金属板A、 B分别于电源的两极a、 b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则(　　)
A．a为电源正极，到达A板的为α射线
B．a为电源正极，到达A板的为β射线
C．a为电源负极，到达A板的为α射线
D．a为电源负极，到达A板的为β射线
解析：β射线为高速电子流，质量约为质子质量的，速度接近光速；α射线为氦核流，速度约为光速的.在同一电场中，β射线偏转的轨迹曲率半径小于α射线的曲率半径，由题图知，向左偏的为β射线，向右偏的为α射线，即到达A板的为β射线；因α粒子带正电，向右偏转，说明电场方向水平向右，那么a为电源正极，故B正确，A、C、D错误．
答案：B
2.(2017·天津卷)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于聚变反应的是(　　)
A.H＋H→He＋n
B.N＋He→O＋H
C.He＋Al→P＋n
D.U＋n→Ba＋Ke＋3n
解析：H＋H→He＋n是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故A正确； N＋He→O＋H是卢瑟福发现质子的核反应，他用α粒子轰击氮原子核，产生氧的同位素——氧17和一个质子，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误； He＋Al→P＋n是小居里夫妇用α粒子轰击铝片时发现了放射性磷(磷30)，属于人工核反应，故C错误； U＋n→Ba＋Kr＋3n是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误．
答案：A
3．(2017·江苏卷)(多选)原子核的平均结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有(　　)
A.He核的结合能约为14 MeV
B.He核比Li核更稳定
C．两个H核结合成He核时释放能量
D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大
解析：由图知He核的平均结合能约为7 MeV，所以结合能约为4×7＝28 (MeV)，故A错误； He核比Li核的平均结合能大，所以He核比Li核更稳定，故B正确；两个H核结合成He核时，即由平均结合能小的反应生成平均结合能大的释放能量，故C正确；由图知U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，故D错误．
答案：BC
4．(2016·天津卷)(多选)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离子轰击N获得反冲核O，发现了中子
C．贝克勒尔发现天然放射性现象，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
解析：根据物理学史可知，赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，故A正确；查德威克用α粒子轰击铍核，产生中子和碳12原子核，故B错误；贝克勒尔发现天然放射性现象，说明原子核有复杂结构，故C正确；卢瑟福通过对α射线散射的研究提出了原子的核式结构模型，故D错误．
答案：AC
5．在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核，它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆，两圆的直径之比为7∶1，如图所示，那么碳14的衰变方程为(　　)
A.C→e＋B　　　 B.C→He＋Be
C.C→He＋B D.C→e＋N
解析：原子核的衰变过程满足动量守恒，粒子与反冲核的速度方向相反，根据左手定则判断得知，粒子与反冲核的电性相反，则知粒子带负电，所以该衰变是β衰变，此粒子是β粒子，符号为e.由于两带电粒子动量大小相等，方向相反，就动量大小而言有：m1v1＝m2v2，由带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径公式可得： r＝，可见r与q成反比. 由题意，大圆与小圆的直径之比为7∶1，半径之比为7∶1，则粒子与反冲核的电荷量之比为1∶7，所以反冲核的电荷量为7e，电荷数是7，其符号为N)，所以碳14的衰变方程为C→N＋e，故D正确．
答案：D