【配套K12】2017_2018学年高中物理第四章原子核章末盘点教学案粤教版选修3_5
2017-2018学年高中物理 第四章 原子核 第四节 核力与结合能同步备课教学案 粤教版选修3-5
第四节核力与结合能[学习目标] 1.知道核力及其性质.2.知道重核与轻核中中子数与质子数的数量多少关系.3.掌握结合能和平均结合能的概念.4.知道质量亏损，理解爱因斯坦质能方程，并能进行有关核能的计算．一、核力及其性质[导学探究] 是什么力克服质子之间的库仑斥力，使核子结合成一个稳固的原子核的？答案核子间(质子与质子、中子与中子、质子与中子)存在着一种比库仑力大得多的核力．[知识梳理]1．组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称为核力．2．核力是一种很强的力，在它的作用范围内核力比库仑力大的多．3．核力是一种短程力．在约0.5×10－15～2×10－15m的距离内主要表现为引力；大于2×10－15m的距离时核力就迅速减小为零；在小于0.5×10－15m的距离内，核力又转变为强大的斥力而使核子不融合在一起．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的．( ×)(2)核力是一种很强的作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．( √)(3)核力是一种短程力，只有在小于厘米级的距离才有核力表现．( ×)二、重核与轻核[导学探究] (1)一些较轻的原子核如42He、16 8O、12 6C、14 7N中质子数和中子数有什么关系？(2)238 92U、234 90Th等重核中各有多少个中子、多少个质子？较重的原子核中中子数和质子数有什么关系？答案(1)质子数与中子数相等．(2)238 92U中含有92个质子、146个中子；234 90Th中含有90个质子，144个中子．较重的原子核中中子数大于质子数．[知识梳理]自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)在原子核的组成中，质子数等于中子数．( ×)(2)原子核大到一定程度，原子核就不稳定了．( √)(3)在宇宙演化过程中，只有稳定的原子核长久地留了下来．( √)(4)稳定的重原子核里，质子数比中子数多．( ×)三、结合能[导学探究]1．设有一个质子和一个中子在核力作用下靠近碰撞并结合成一个氘核．质子和中子结合成氘核的过程中是释放能量还是吸收能量？使氘核分解为质子和中子的过程中呢？答案质子和中子结合成原子核的过程中要释放能量；氘核分解成质子和中子时要吸收能量．2．如图1所示是不同原子核的平均结合能随质量数变化的曲线．图1(1)从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核相比平均结合能有什么特点？平均结合能的大小反映了什么？(2)平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原子核时是吸收能量还是释放能量？答案(1)中等质量的原子核平均结合能较大，平均结合能的大小反映了原子核的稳定性，平均结合能越大，原子核越稳定．(2)释放能量．[知识梳理]1．对结合能的理解(1)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把原子核拆散成核子，需要能量，这就是原子核的结合能．(2)平均结合能：原子核的结合能与核子数之比称为平均结合能．平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．(3)核子数较小的轻核和核子数较大的重核，平均结合能较小，中等核子数的原子核，平均结合能较大．当平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原子核时会释放核能．2．对质能方程和质量亏损的理解(1)质能方程爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是E＝mc2. (2)质量亏损质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2.[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)一切原子核均具有结合能．( √)(2)组成原子核的核子越多，它的结合能就越高．( √)(3)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定．( ×)(4)自由核子结合为原子核时，可能吸收能量．( ×)一、对结合能的理解例1下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的是( )A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B．平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都大D．中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大答案 D解析核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错误；平均结合能越大的原子核越稳定，但平均结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的平均结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，B、C选项错误；中等质量原子核的平均结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．1．核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分开成核子时一定吸收能量，吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大．2．平均结合能越大表明原子核越稳定．一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的平均结合能大．二、质量亏损和核能的计算例2 31H 的质量是3.016 050 u ，质子的质量是1.007 277 u ，中子的质量为1.008 665 u ．求：(质量亏损1 u 相当于释放931.5 MeV 的能量)(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？ (2)氚核的结合能和平均结合能各是多少？答案 (1)放出 7.97 MeV (2)7.97 MeV 2.66 MeV解析 (1)一个质子和两个中子结合成氚核的反应方程式是11H ＋210n ―→31H ， 反应前各核子总质量为m p ＋2m n ＝(1.007 277＋2×1.008 665) u＝3.024 607 u ，反应后新核的质量为m H ＝3.016 050 u ， 质量亏损为Δm ＝(3.016 050－3.024 607) u ＝－0.008 557 u.因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应放出能量． 释放的核能为ΔE ＝0.008 557×931.5 MeV≈7.97 MeV. (2)氚核的结合能即为ΔE ＝7.97 MeV ， 它的平均结合能为ΔE3≈2.66 MeV.1．计算过程中Δm 的单位是kg ，ΔE 的单位是J.2．若Δm 的单位是u ，ΔE 的单位是MeV ，可直接利用公式ΔE ＝Δm ×931.5 MeV 来计算核能.1．下列关于核力的说法正确的是( )A ．核力同万有引力没有区别，都是物体间的相互作用B ．核力就是电磁力C ．核力是短程力，作用范围在2×10－15m 之内D ．核力与电荷有关 答案 C解析 核力是短程力，超过2×10－15m ，核力急剧下降几乎消失，故选项C 正确；核力与万有引力、电磁力不同，故选项A、B错误；核力与电荷无关，故选项D错误．2．(多选)关于原子核中质子和中子的比例，下列说法正确的是( )A．原子核中质子和中子的个数一定相等B．稳定的重原子核里，中子数要比质子数多C．原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了D．质子和中子可以组合成任意稳定的核答案BC3．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(133 55Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能D．平均结合能越大，原子核越不稳定答案ABC解析结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子平均结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；核子数越多，结合能越大，选项C正确；平均结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D错误．4．已知氮核质量M N＝14.007 53 u，氧17核的质量M O＝17.004 54 u，氦核质量M He＝4.003 87 u，氢核质量M H＝1.008 15 u，试判断：147N＋42He→178O＋11H这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？(已知1 u相当于931.5 MeV的能量)答案吸收能量 1.2 MeV解析反应前总质量：M N＋M He＝18.011 40 u，反应后总质量：M O＋M H＝18.012 69 u.可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应．故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV.一、选择题(1～8题为单选题，9题为多选题)1．下列对核力的认识正确的是( )A．任何物体之间均存在核力B．核力广泛存在于自然界中的核子之间C．核力只存在于质子之间D．核力只发生在相距2×10－15m内的核子之间，大于0.5×10－15m为引力，而小于0.5×10－15 m为斥力答案 D解析由核力的特点知道，只有相距2×10－15 m内的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间，由此知D正确，A、B、C错误．2．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为( ) A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力C．核子间存在着强大的核力D．核子间存在着复杂磁力答案 C解析核子之间存在核力作用，核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都有核力作用，故伴随着巨大的能量变化，故选C.3．原子质量单位为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的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是( )A．(M－m1－m2) u×c2B．(m1＋m2－M) u×931.5 JC．(m1＋m2－M)cD．(m1＋m2－M)×931.5 MeV答案 D4．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是( )A．E＝mc2定量地指出了物体具有的能量与其质量之间的关系B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D．E＝mc2中的E是发生核反应时释放的核能答案 D解析爱因斯坦质能方程E＝mc2定量的指出了物体具有的能量与其质量之间的关系，A正确；由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量降低，向外释放了能量；反之，若物体的质量增加了，则物体的能量升高，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故B、C正确，D错误．5．某核反应方程为21H＋31H→42He＋X.已知21H的质量为2.013 6 u，31H的质量为3.018 0 u，42He 的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u．则下列说法中正确的是( )A．X是质子，该反应释放能量B．X是中子，该反应释放能量C．X是质子，该反应吸收能量D．X是中子，该反应吸收能量答案 B解析根据核反应过程质量数、电荷数守恒，可得21H＋31H→42He＋10X，X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.013 6 u＋3.018 0 u＝5.031 6 u，反应后产物总质量m2＝4.002 6 u＋1.008 7 u＝5.011 3 u．总质量减少，出现了质量亏损，故该反应释放能量．6．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳核时，放出7.26 MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为( )A．21.04 MeV B．35.56 MeVC．92.16 MeV D．77.64 MeV答案 C解析设中子的质量为m n，质子的质量为m p，α粒子的质量为mα，碳原子核的质量为m C. 根据质能方程：ΔE1＝28.30 MeV＝[2(m n＋m p)－mα]c2ΔE2＝7.26 MeV＝[3mα－m C]c2ΔE3＝[6m n＋6m p－m C]c2由以上各式得ΔE3＝92.16 MeV.7．如图1所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是( )图1A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量答案 C解析因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A错误，同理可得B、D错误，C正确．8．中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为m n 、m p 、m D .现用光子能量为E 的γ射线照射静止氘核使之分解，核反应方程为γ＋D→p＋n ，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( ) A.12[(m D －m p －m n )c 2－E ] B.12[(m D ＋m n －m p )c 2＋E ] C.12[(m D －m p －m n )c 2＋E ] D.12[(m D ＋m n －m p )c 2－E ] 答案 C解析 因为轻核聚变时放出能量，质量亏损，所以氘核分解为核子时，要吸收能量，质量增加，本题核反应过程中γ射线能量E 对应质量的增加和中子与质子动能的产生，即E ＝Δmc 2＋2E k ＝(m p ＋m n －m D )c 2＋2E k 得E k ＝12[E －(m p ＋m n －m D )c 2]＝12[(m D －m p －m n )c 2＋E ]，故选C.9．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm ，相应的能量ΔE ＝Δmc 2＝2.2 MeV 是氘核的结合能．下列说法正确的是( )A ．用能量小于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B ．用能量小于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C ．用能量大于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D ．用能量大于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零 答案 AD解析 用能量小于结合能的光子照射氘核时，氘核一定不能分解，所以A 正确，B 错误；用能量大于结合能的光子照射氘核时，氘核可能分解，只要分解，分解出的质子和中子动能之和一定不为零(若动能之和为零就分不开了)，所以C 错误，D 正确． 二、非选择题10．一个静止的镭核22688Ra 发生衰变放出一个粒子变为氡核22286Rn.已知镭核226质量为226.025 4 u ，氡核222质量为222.016 3 u ，放出粒子的质量为4.002 6 u,1 u 相当于931.5 MeV 的能量．(1)写出核反应方程； (2)求镭核衰变放出的能量；(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能． 答案 (1)22688Ra→22286Rn ＋42He (2)6.05 MeV (3)5.94 MeV解析 (1)核反应方程为22688Ra→22286Rn ＋42He. (2)镭核衰变放出的能量为ΔE ＝Δm ·c 2＝(226.025 4－4.002 6－222.016 3)×931.5 MeV≈6.05 MeV.(3)镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得m Rn v Rn －m αv α＝0① 又因为衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则 ΔE ＝12m Rn v 2Rn ＋12m αv 2α②由①②可得E k α＝m Rnm Rn ＋m α·ΔE ≈5.94 MeV.百度文库是百度发布的供网友在线分享文档的平台。
2017-2018学年高中物理第四章原子核4.3放射性同位素教学案粤教版
第三节 放射性同位素[目标定位] 1.知道什么是核反应，能够熟练写出核反应方程.2.知道什么是同位素、放射性同位素和人工放射性同位素.3.了解放射性同位素在生产和科学领域的应用.4.知道放射线的危害及防护．一、核反应1．利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轰击原子核，以产生新的原子核，这个过程叫做核反应． 2．反应能在核反应过程中，原子核的质量数和电荷数会发生变化，同时伴随着能量的释放或吸收，所放出或吸收的能量叫做反应能．3．遵循规律：质量数和电荷数总是守恒的． 4．发现质子和中子的核反应方程(1)卢瑟福用α粒子轰击氮核而发现质子的核反应方程(2)查德威克用α粒子轰击铍从而发现中子的核反应方程二、放射性同位素1．同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子，互称同位素． 2．放射性同位素：具有放射性的同位素，叫做放射性同位素．3．约里奥·居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时发现正电子的核反应方程为：2713Al ＋42He→3015P ＋10n ，3015P→3014Si ＋ 0＋1e ＋ν，其中3015P 是3115P 的一种放射性同位素．三、放射性同位素的应用1．利用放射性同位素放出的射线可进行γ探伤、消除静电、培育良种、治疗癌症． 2．放射性同位素可以作为示踪原子．3．利用元素的半衰期可推断地层或古代文物的年代．想一想 医学上做射线治疗用的放射性元素，应用半衰期长的还是短的？为什么？ 答案 半衰期短的．因为半衰期短的放射性废料容易处理． 4．放射线的危害及防护(1)α射线具有很强的电离作用，但穿透能力很弱； (2)β射线有较强的穿透能力，但电离作用较弱； (3)γ射线电离作用最小，穿透能力很强．辐射防护的基本方法有：时间防护、距离防护和屏蔽防护．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中一、核反应及核反应方程1．核反应的条件用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变．2．核反应的实质用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变．3．原子核人工转变的三大发现(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：(2)1932年查德威克发现中子的核反应：(3)1934年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：4．人工转变核反应与衰变的比较(1)不同点：人工转变是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生；而衰变是原子核的自发变化，它不受物理、化学条件的影响．(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒．【例1】完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的．解析 (1)105B ＋42He ―→137N ＋10n (2)94Be ＋42He ―→126C ＋10n此核反应使查德威克首次发现了中子． (3)2713Al ＋10n ―→2712Mg ＋11H (4)147N ＋42He ―→178O ＋11H此核反应使卢瑟福首次发现了质子． (5)2311Na ＋21H ―→2411Na ＋11H (6)2713Al ＋42He ―→10n ＋3015P ；3015P ―→3014Si ＋ 0＋1e(正电子)此核反应使约里奥·居里夫妇首次发现了正电子． 借题发挥 书写核反应方程的四条重要原则 (1)质量数守恒和电荷数守恒； (2)中间用箭头，不能写成等号； (3)能量守恒(中学阶段不做要求)； (4)核反应必须是实验中能够发生的．针对训练1 以下是物理学史上3个著名的核反应方程x ＋73Li→2y y ＋14 7N→x ＋17 8O(和其它核反应方程的箭头相同) y ＋94Be→z ＋12 6Cx 、y 和z 是3种不同的粒子，其中z 是( )A ．α粒子B ．质子C ．中子D ．电子 答案 C解析 把前两个方程化简，消去x ，即147N ＋73Li→y ＋178O ，可见y 是42He ，结合第三个方程，根据电荷数守恒和质量数守恒可知z 是中子10n.因此选项C 正确． 二、放射性同位素及其应用 1．放射性同位素的分类(1)天然放射性同位素．(2)人工放射性同位素． 2．人工放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制．(2)可以制成各种所需的形状．(3)半衰期很短，废料容易处理． 3．放射性同位素的主要作用(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性．(2)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死腐败细菌、抑制发芽、延长保质期等．(3)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质．(4)医学上：利用r射线的高能量治疗癌症．【例2】(多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( )A．γ射线探伤仪B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况C．利用钴60治疗肿瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律答案BD解析A是利用了γ射线的穿透性；C是利用了γ射线的生物作用；B、D是利用示踪原子．借题发挥利用放射性同位素作示踪原子：一是利用了它的放射性，二是利用放射性同位素放出的射线．针对训练2 关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )A．利用射线可以改变布料的性质，使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也可以进行人体的透视C．利用射线照射作物种子可使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种D．利用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害答案 D解析利用射线消除有害静电是利用射线的电离作用，使空气分子电离，将静电导走，选项A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，选项B错误；作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种，选项C错误；利用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，选项D正确.核反应方程1．(多选)下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是( )A.94Be＋42He―→12 6C＋XB.14 7N＋42He―→17 8O＋XC.204 80Hg＋10n―→202 78Pt＋211H＋XD.239 92U―→239 93Np＋X答案AC2．一质子束射入到静止靶核2713Al上，产生如下核反应：P＋2713Al―→X＋n式中P代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为____________，中子数为________．答案14 13解析根据核反应过程电荷数守恒和质量数守恒，新核X的质子数为1＋13－0＝14，质量数为1＋27－1＝27，所以中子数＝27－14＝13.3．1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素202 78Pt.制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞204 80Hg，反应过程可能有两种：①生成202 78Pt，放出氦原子核；②生成202 78Pt，同时放出质子、中子．(3)生成的铂202 78Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核汞202 80 Hg.写出上述核反应方程．答案见解析解析根据质量数守恒、电荷数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程，如下：(1)94Be＋11H―→95B＋10n.(2)①204 80Hg＋10n―→202 78Pt＋32He；②204 80Hg＋10n―→202 78Pt＋211H＋10n.(3)202 78Pt―→202 79Au＋0－1e，202 79Au―→202 80Hg＋0－1e.(或202 78Pt→202 80Hg＋20－1e)放射性同位素的应用4．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40多种，而今天人工制造的放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素．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了广泛的应用．(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失．其原因是( )A．射线的贯穿作用B．射线的电离作用C．射线的物理、化学作用D．以上三个选项都不是(2)图1是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是________射线．图1(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C做________．答案(1)B (2)β(3)示踪原子解析(1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失．(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为1毫米的铝板，因而探测器不能探测，γ射线穿透物质的本领极强，穿透1毫米厚的铝板和几毫米厚的铝板打在探测器上很难分辨．β射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨．(3)把掺入14C 的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经过多次重新结晶后，得到了放射性14C 分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种物质．这种把放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以了解某些不容易查明的情况或规律．人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子．(时间：60分钟)题组一 放射性同位素的应用1．一放射源放射出某种或多种射线，当用一张薄纸放在放射源的前面时，强度减为原来的13，而当用1 cm 厚的铝片放在放射源前时，射线的强度减小为零．由此可知，该放射源所射出的( ) A ．仅是α射线 B ．仅是β射线 C ．是α射线和β射线 D ．是α射线和γ射线答案 C解析 三种射线中，γ射线穿透本领最强，能穿透几厘米厚的铝板，本题中用1 cm 厚的铝片即能挡住射线，说明射线中不含γ射线，用薄纸便可挡住部分射线，说明射线中含有贯穿本领较小的α射线，同时有大部分射线穿过薄纸，说明含有β射线．2．医学界通过14C 标记的C 60发现一种C 60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA 抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C 的用途是( ) A ．示踪原子 B ．电离作用 C ．催化作用D ．贯穿作用答案 A解析 用14C 标记C 60来查明元素的行踪，因此14C 的作用是作示踪原子，故选项A 正确． 3．(多选)有关放射性同位素3015P 的下列说法中，正确的是( ) A.3015P 与3014X 互为同位素B.3015P 与其同位素有相同的化学性质 C ．用3015P 制成化合物后它的半衰期变长D ．含有3015P 的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响 答案 BD解析 同位素有相同的质子数，所以选项A 错误；同位素有相同的化学性质，所以选项B正确；半衰期与元素属于化合物或单质没有关系，所以3015P制成化合物后它的半衰期不变，所以选项C错误；含有3015P的磷肥由于衰变，可记录磷的踪迹，所以选项D正确．4．(多选)近几年，我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地引进了十多台γ刀，治疗患者5 000余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器．令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半个小时内完成手术，无须住院，因而γ刀被誉为“神刀”．据报道，我国自己研究的旋式γ刀性能更好，将进入各大医院为患者服务．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用( )A．γ射线具有很强的贯穿本领B．γ射线具有很强的电离作用C．γ射线具有很高的能量D．γ射线能很容易地绕过障碍物到达目的地答案AC5．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线.利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀．可利用的元素是( ) A．钋210 B．氡222C．锶90 D．铀238答案 C解析要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜，因此α射线不合适；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，γ射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响γ射线穿透，所以只能选用β射线，而氡222半衰期太短，铀238半衰期太长，所以只有锶90较合适．题组二核反应方程6．在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子①31H＋X1―→42He＋10n ②14 7N＋42He―→17 8O＋X2③94Be＋42He―→12 6C＋X3④2412Mg＋42He―→2713Al＋X4则以下判断中正确的是( )A ．X 1是质子B ．X 2是中子C ．X 3是电子D ．X 4是质子答案 D解析 根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X 1为21H ，A 错；X 2为11H ，B 错；X 3为10n ，C 错；X 4为11H ，D 对．7．用中子轰击氧原子核的核反应方程式为168O ＋10n→a 7N ＋0b X ，对式中X 、a 、b 的判断正确的是( )A ．X 代表中子，a ＝17，b ＝1B ．X 代表电子，a ＝17，b ＝－1C ．X 代表正电子，a ＝17，b ＝1D ．X 代表质子，a ＝17，b ＝1 答案 C解析 根据质量数、电荷数守恒可知a ＝17，b ＝1，因此X 可表示为0＋1e ，为正电子，故C 项正确．8．贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是( ) A.146C→147N ＋0－1eB ．235 92U ＋10n→131 53I＋103 39Y ＋210n C.21H ＋31H→42He ＋10n D.42He ＋2713Al→3015P ＋10n 答案 A解析 原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化叫作原子核的衰变，只有选项A 符合；选项B 是核裂变反应．选项D 是人工核转变反应，选项C 是核聚变反应．9．放射性元素21084Po 衰变为20682Pb ，此衰变过程的核反应方程是________；用此衰变过程中发出的射线轰击19 9F ，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是________． 答案210 84Po ―→206 82Pb ＋42He42He ＋19 9F ―→2210Ne ＋11H解析 根据衰变规律，此衰变过程的核反应方程是21084Po ―→20682Pb ＋42He.用α射线轰击199F ，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是：42He ＋199F ―→2210Ne ＋11H. 题组三 综合应用10．在磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核3015P ，放出一个正电子后变成原子核3014Si ，如图所示能近似反映正电子和Si 核轨迹的是( )答案 B解析 把放出的正电子和衰变生成物Si 核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，放出的正电子的方向跟Si 核运动方向一定相反．由于它们都带正电荷，在洛伦兹力作用下一定形成两个外切圆的轨道，C 、D 可排除．因为洛伦兹力提供向心力，即qvB ＝m v 2r.所以做匀速圆周运动的半径为r ＝mvqB.衰变时，放出的正电子与反冲核Si 的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即r e r Si ＝q Si q e ＝141.可见正电子运动的圆半径较大．11．1934年，约里奥·居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还探测到了正电子．正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷，跟电子的电性正好相反，是电子的反粒子．更意外的是，拿走α放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来，铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：2713Al ＋42He ―→3015P ＋10n ，这里的3015P 就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的．(1)写出放射性同位素3015P 放出正电子的核反应方程；(2)放射性同位素3015P 放出正电子的衰变称为正β衰变，我们知道原子核内只有中子和质子，那么正β衰变中的正电子从何而来？ 答案 (1)3015P ―→3014Si ＋ 0＋1e(2)正电子是原子核内的一个质子转化成一个中子放出的． 解析 (1)核反应方程为3015P ―→3014Si ＋ 0＋1e(2)原子核内只有质子和中子，没有电子，也没有正电子，正β衰变是原子核内的一个质子转化成一个中子，同时放出正电子，核反应方程为11H ―→10n ＋ 0＋1e12．静止的氮核147N 被速度为v 0的中子10n 击中生成碳核126C 和另一种原子核甲，已知126C 与甲核的速度方向与碰撞前中子的速度方向均一致，碰后126C 核与甲核的动量之比为2∶1. (1)写出核反应方程；(2)求126C 与甲核的速度各是多大？答案(1)14 7N＋10n―→12 6C＋31H (2)v018v0 9解析(2)设中子质量为m0，12 6C核质量为m C，甲核质量为m甲，由动量守恒得m0v0＝m C v C＋m甲v甲即m0v0＝12m0v C＋3m0v甲又因为12 6C与甲核动量之比为2∶1，所以m C v C＝2m甲v甲，即12m0v C＝2×3m0v甲联立求得：v C＝v018，v甲＝v09。
2017-2018学年同步备课套餐之物理粤教版选修3-5讲义：第4章 原子核 章末检测
章末检测(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(1～7题为单项选择题，8～12题为多项选择题，每小题5分，共60分) 1．下列与α粒子相关的说法中正确的是()A．天然放射现象中产生的α射线速度与光速相当，穿透能力很强B.23892U(铀238)核放出一个α粒子后就变为23490Th(钍234)核C．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为42He＋147N―→168O＋10n D．丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型答案 B解析α粒子的速度是c10，A错；根据核反应遵循的电荷数守恒、质量数守恒可知，B对，C 错；D项中应是卢瑟福，D错．2．“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风．下列核反应方程中，属于研究“两弹”的基本核反应方程的是()①147N＋42He→178O＋11H②23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋1010n③23892U→23490Th＋42He④21H＋31H→42 He＋10nA．①②B．②③C．②④D．③④答案 C解析“两弹”指原子弹和氢弹，原子弹的核反应方程是铀核裂变，②正确；氢弹的核反应方程是轻核聚变，④正确，所以选项C正确．3．放射性元素(22286Rn)经α衰变成为钋(21884Po)，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素22286Rn的矿石，其原因是() A．目前地壳中的22286Rn主要来自于其他放射性元素的衰变B．在地球形成的初期，地壳中元素22286Rn的含量足够高C．当衰变产物21884Po积累到一定量以后，21884Po的增加会减慢22286Rn的衰变进程D.22286Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期答案 A4．原子核聚变有望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出热量．这几种反应的总效果可以表示为621H―→k42He＋d11H＋210n＋43.15 MeV由平衡条件可知()A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3答案 B解析根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒得12＝4k＋d＋26＝2k＋d解得k＝2，d＝2.5．典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出x个中子，23592 U＋10n―→14456 Ba＋8936Kr＋x10n，铀235质量为m1，中子质量为m2，钡144质量为m3，氪89质量为m4，下列说法正确的是() A．该核反应类型属于人工转变B．该反应放出能量(m1－xm2－m3－m4)c2C．x的值为3D．该核反应比聚变反应对环境的污染较少答案 C解析该核反应是核裂变，不是人工转变，故A错误；核反应方程23592 U＋10n―→14456 Ba＋8936Kr ＋x10n中根据质量数守恒，有：235＋1＝144＋89＋x，解得：x＝3；根据爱因斯坦质能方程，该方程放出的能量为：ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－m3－m4－3m2)c2＝(m1－m3－m4－2m2)c2，故B 错误，C正确；该核反应生成两种放射性元素，核污染较大，故D错误．6．在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(22286Rn)，由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42∶1，如图1所示，那么氡核的衰变方程应为()图1A.22286Rn―→22287Fr＋0－1eB.22286Rn―→21884Po＋42HeC.22286Rn―→22285At＋01eD.22286Rn―→22085At＋21H答案 B解析 由于粒子与反冲核的径迹是外切的，据左手定则可知，该粒子一定带正电．由于粒子与反冲核的动量大小相等，据r ＝m vBq ，又由已知大圆与小圆的直径之比为42∶1，所以粒子与反冲核的电荷量之比为1∶42，故B 正确．7．如图2甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图，请问图乙中的检查利用的射线是( )图2A ．α射线B ．β射线C ．γ射线D ．三种射线都可以答案 C8．铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中一种裂变反应是235 92U ＋10n ―→144 56Ba ＋8936Kr ＋310n ，下列说法正确的有( )A ．上述裂变反应中伴随着中子放出B ．铀块体积对链式反应的发生无影响C ．铀核的链式反应可人工控制D ．铀核的半衰期会受到环境温度的影响 答案 AC解析 从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出，A 对；铀块体积对链式反应的发生有影响，B 错；铀核的链式反应可人工控制，C 对；铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D 错．9．正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是将放射性同位素15 8O 注入人体，参与人体的代谢过程，15 8O 在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象，则根据PET 原理判断下列表述正确的是( )A.15 8O 在人体内衰变方程是15 8O ―→15 7N ＋01e B ．正、负电子湮灭方程是01e ＋0－1e ―→2γ C ．在PET 中，15 8O 主要用途是作为示踪原子 D ．在PET 中，15 8O 主要用途是参与人体的新陈代谢解析由题意知A、B正确，显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的158O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此158O主要用途是作为示踪原子，故C对，D错．10．太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看做是4个氢核(11H)结合成1个氦核(42He)．下表中列出了部分粒子的质量(1 u相当于931.5 MeV的能量)，以下说法中正确的是()A.12＋1B．核反应方程式为411H―→42He＋20－1eC．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 6 uD．聚变反应方程中释放的能量约为24.8 MeV答案ACD解析根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒关系可判断A正确，B错误；根据质能方程可知C、D正确．11．美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(6328Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能．下面有关该电池的说法正确的是()A．镍63的衰变方程是6328Ni―→6327Cu＋0－1eB．镍63的衰变方程是6328Ni―→6429Cu＋0－1eC．外接负载时镍63的电势比铜片高D．该电池内电流方向是从铜片到镍片答案CD解析镍63的衰变方程为6328Ni―→6329Cu＋0－1e，选项A、B错误；电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流从铜片到镍片，镍片电势高，选项C、D均正确．12．关于核反应方程23490Th―→23491Pa＋X＋ΔE(ΔE为释放的核能，X为新生成的粒子)，已知23490Th 的半衰期为1.2 min，则下列说法正确的是()A．此反应为β衰变B.23491Pa核和23490Th核具有相同的质量C.23491Pa具有放射性D．64 g23490Th经过6 min还有1 g 23490Th尚未衰变解析 根据核反应方程质量数和电荷数守恒可判断出X 为 0－1e ，所以此反应为β衰变，A 正确；234 91Pa 核与234 90Th 核质量并不同，B 错误；根据原子序数大于83的元素，都能自发放出射线，知234 91Pa 为放射性元素，C 正确；利用半衰期公式m 余＝1/21()2tT m 原，可判断m 余＝2 g ，则D 错误．二、填空题(本题共2个小题，共10分)13．(6分)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性同位素而获得了1935年的诺贝尔奖，他们发现的放射性元素3015P 衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.3215P 是3015P 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1 mg 3215P 随时间衰变的关系如图3所示，请估算4 mg 的3215P经____天的衰变后还剩0.25 mg.图3答案 正电子 56解析 衰变方程为3015P →3014Si ＋ 0＋1e ，即这种粒子是正电子．由图象可以看出3215P 的半衰期为14天，则4 mg ×141()2t＝0.25 mg ，得t ＝56天．14．(4分)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV 的质子11H 轰击静止的A E X ，生成两个动能均为8.9 MeV 的42He.(1 MeV ＝1.6×10－13J ，核反应释放的核能全部转化为两个42He 核的动能)(1)上述核反应方程为__________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)质量亏损为________kg.答案 (1)11H ＋73X ―→42He ＋42He(或11H ＋73Li ―→42He ＋42He)(2)3.1×10－29解析 (1)根据电荷数和质量数守恒可写出核反应方程为11H ＋73X ―→42He ＋42He 或11H ＋73Li ―→42He ＋42He.(2)设反应前质子的动能为E k0， 反应后42He 的动能为E k ， 由于质量亏损而释放的能量为ΔE ＝2E k －E k0＝(2×8.9－0.5) MeV ＝17.3 MeV ， 根据爱因斯坦质能方程，有Δm ＝ΔE c 2＝17.3×1.6×10－13(3.0×108)2kg ≈3.1×10－29 kg. 三、计算题(本题共3个小题，共30分)15．(8分)一个铍核(94Be)和一个α粒子反应后生成一个碳核，放出一个中子，并释放出5.6 MeV 的能量(保留两位有效数字)． (1)写出这个核反应过程．(2)如果铍核和α粒子共130 g ，且刚好反应完，求共放出多少能量？ (3)这130 g 物质反应过程中，其质量亏损是多少？答案 (1)94Be ＋42He →12 6C ＋10n(2)5.4×1012 J (3)6.0×10－5 kg解析 (1)94Be ＋42He →12 6C ＋10n.(2)铍核和氦核的摩尔质量之和 μ＝μBe ＋μα＝(9＋4) g /mol ＝13 g/mol ，铍核和氦核各含的摩尔数n ＝M μ＝13013mol ＝10 mol ，所以放出的能量ΔE ＝n ·N A ·E 放＝10×6.02×1023×5.6 MeV ≈3.371×1025 MeV ≈5.4×1012 J (3)质量亏损Δm ＝ΔE c 2＝5.4×1012(3.0×108)2 kg ＝6.0×10－5 kg. 16．(10分)一个静止的铀核232 92U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核228 90Th(原子质量为228.028 7 u)．已知1 u 相当于931.5 MeV 的能量． (1)写出铀核的衰变反应方程； (2)算出该衰变反应中释放出的核能；(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？答案(1)23292U―→22890Th＋42He(2)5.5 MeV(3)5.41 MeV解析(1)23292U―→22890Th＋42He(2)质量亏损Δm＝m U－mα－m Th＝0.005 9 uΔE＝Δmc2＝0.005 9×931.5 MeV≈5.5 MeV(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即p Th＋(－pα)＝0p Th＝pαE kTh＝p2Th 2m ThE kα＝p2α2mαE kTh＋E kα＝ΔE，所以α粒子获得的动能E kα＝m Thmα＋m Th·ΔE≈5.41 MeV.17．(12分)如图4甲所示，静止在匀强磁场中的63Li核俘获一个速度为v0＝7.7×104 m/s的中子而发生核反应，即63Li＋10n―→31H＋42He，若已知42He的速度v2＝2.0×104 m/s，其方向与反应前中子速度方向相同，试求：图4(1)31H的速度大小和方向；(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比；(3)当42He旋转三周时，粒子31H旋转几周？答案(1)1.0×103 m/s方向与v0方向相反(2)3∶40(3)2周解析(1)反应前后动量守恒：m0v0＝m1v1＋m2v2(v 1为氚核速度，m 0、m 1、m 2分别代表中子、氚核、氦核质量) 代入数值可解得：v 1＝－1.0×103 m/s ，负号表示方向与v 0方向相反．(2)31H 和42He 在磁场中均受洛伦兹力，做匀速圆周运动的半径之比r 1∶r 2＝m 1v 1Bq 1∶m 2v 2Bq 2＝3∶40 (3)31H 和42He 做匀速圆周运动的周期之比T 1∶T 2＝2πm 1Bq 1∶2πm 2Bq 2＝3∶2所以它们的旋转周数之比 n 1∶n 2＝T 2∶T 1＝2∶3，即42He 旋转三周，31H 旋转2周．。
2017_2018学年高中物理第四章原子核第一节走进原子核教学案粤教版选修3_5
A．原子核是由质子与中子组成的
B．质子是卢瑟福发觉的
C．卢瑟福预言了中子的存在，而由他的学生查德威克用实验所证明
D．中子也可能带电
解析：卢瑟福在用α粒子轰击氮核的实验中发觉了质子，并预言了中子的存在，查德威克在用射线轰击铍核的实验中发觉了中子。
答案：D
B．a等于此原子核内中子数，b等于此原子核内质子数
C．a等于此元素中性状态的原子的核外电子数，b等于此原子核内质子数加中子数
D．a等于此原子核内质子数，b等于此原子核内核子数
解析：a表示原子的电荷数或质子数，b表示质量数或核子数，它等于质子数与中子数之和，应选项C、D对。
答案：CD
3．卢瑟福预想到原子核内除质子外，还有中子的事实依据是( )
答案：如下表所示。
原子核
原子序数
质量数
质子数
中子数
J
9
18
9
9
K
10
18
10
8
L
10
19
10
9
4．(双选)以下说法正确的选项是( )
A．玛丽·居里第一提出原子的核式结构
B．卢瑟福在α粒子的散射实验中发觉了电子
C．查德威克在原子核人工转变实验中发觉了中子
D．爱因斯坦为说明光电效应的实验提出了光子假说
解析：卢瑟福第一提出原子的核式结构，故A错。卢瑟福在α粒子的散射实验中并无发觉电子，而是发觉了质子，故B错。
放射性的发现
1.放射性
物体放射出射线的性质叫做放射性。
2．放射性元素
具有放射性的元素叫做放射性元素。
3．天然放射现象
(1)概念：物体自发地放出射线的现象叫天然放射现象，能自发地放出射线的元素叫天然放射性元素。
2017-2018学年高中物理 第四章 原子核 4.4 核力与结合能教学案 粤教版选修3-5
第四节核力与结合能[目标定位] 1.知道核力及其性质.2.知道重核与轻核中中子数与质子数的数量多少关系.3.掌握结合能和平均结合能的概念.4.知道质量亏损，理解爱因斯坦质能方程，并能进行有关核能的计算．一、核力及其性质1．组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称为核力．2．核力是一种很强的力，在它的作用范围内核力比库仑力大的多．3．核力是一种短程力．在约0.5×10－15～2×10－15m的距离内主要表现为引力；大于2×10－15 m的距离时核力就迅速减小为零；在小于0.5×10－15 m的距离内，核力又转变为强大的斥力而使核子不融合在一起．二、重核与轻核原子核中的质子数又称为原子序数，排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫做重核，排在比较靠前的叫做轻核．一般排在周期表最前面的轻核的质子和中子数相等，但是大多数重核是中子多于质子．三、结合能1．结合能：根据能量守恒，核子结合成原子核时也会放出一定的能量，这个能量叫做原子核的结合能．2．用高能量的γ光子照射氘核，可以使它分解为质子和中子，核反应方程是γ＋21H→11H＋10n.γ光子的能量大于或等于2.22 MeV.相反的过程，一个中子和一个质子结合成氘核会释放出2.22 MeV的能量．这个能量以γ光子的形式辐射出去．核反应方程是10n＋11H→21H＋γ.3．平均结合能：原子核的结合能与核子数之比称为该原子核的平均结合能．它反映了一个原子核结合的紧密程度，平均结合能越大，表示原子核结合得越稳定．4．爱因斯坦质能方程：E＝mc2或ΔE＝Δmc2想一想有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？答案不对．在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中一、对核力的理解核力是原子核内核子与核子之间的相互作用，它发生在质子与质子之间、质子与中子之间、中子与中子之间，是一种超短程力，且是一种强相互作用，在作用的范围内，核力远大于库仑力．【例1】(多选)对于核力，以下说法正确的是( )A．核力是弱相互作用，作用力很小B．核力是强相互作用的表现，是强力C．核子之间的距离小于0.5×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.5×10－15 m时核力的变化规律更清楚答案BC解析核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在2×10－15m之内，核力比库仑力大得多，因此选项B正确，A错误；核力在大于0.5×10－15 m且小于2×10－15m时表现为吸引力，且随距离的增大而减小；在距离小于0.5×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，所以选项C正确；人们对核力的了解还不是很清楚，这正是科学家们奋力攻克的堡垒，故选项D不正确．针对训练1 下列关于核力的说法正确的是( )A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用B．核力就是电磁力C．核力是短程力，作用范围在2×10－15 m之内D．核力与电荷有关答案 C解析核力是短程力，超过2×10－15m，核力急剧下降几乎消失，故C正确；核力与万有引力、电磁力不同，故A、B错；核力与电荷无关，故D错．二、结合能与平均结合能的理解1．平均结合能曲线：不同原子核的平均结合能随质量数变化图线如图1所示．图1从图中可看出，中等质量原子核的平均结合能大，轻核和重核的平均结合能都比中等质量的原子核要小．2．当平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原子核时会释放核能．3．平均结合能又叫平均结合能，反映了原子核的稳定程度．平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，中等核子数的原子核，平均结合能较大，原子核较稳定．【例2】下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的有( )A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B．平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都大D．中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大答案 D解析核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错误；平均结合能越大的原子核越稳定，但平均结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的平均结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错误；中等质量原子核的平均结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．借题发挥结合能、平均结合能的对比理解(1)核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分解成核子时一定吸收能量．吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大．(2)平均结合能为结合能与核子数的比值，平均结合能越大表明原子核越稳定．一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的平均结合能大．针对训练 2 一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为____________________________．该反应放出的能量为Q，则氘核的平均结合能为________．答案10n＋11H―→21H Q 2解析方程式：10n＋11H―→21H核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫原子核的结合能．它的结合能与核子数之比，称作平均结合能，由题意知氘核的核子数为2， 所以平均结合能为Q2.三、质量亏损和核能的计算 1．对质能方程和质量亏损的理解 (1)质能方程爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是E ＝mc 2. (2)质量亏损质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE ＝Δmc 2. 2．核能的计算方法 (1)根据质量亏损计算①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm . ②根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2计算核能． 其中Δm 的单位是千克，ΔE 的单位是焦耳． (2)利用原子质量单位u 和电子伏特计算根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV 的能量，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.其中Δm 的单位是u ，ΔE 的单位是MeV.【例3】 某核反应方程为21H ＋31H→42He ＋X.已知21H 的质量为2.013 6 u ，31H 的质量为3.018 0 u ，42He 的质量为4.002 6 u ，X 的质量为1.008 7 u ．则下列说法中正确的是( ) A ．X 是质子，该反应释放能量 B ．X 是中子，该反应释放能量 C ．X 是质子，该反应吸收能量 D ．X 是中子，该反应吸收能量 答案 B解析 由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得21H ＋31H→42He ＋10X ，X 为中子，在该反应发生前反应物的总质量m 1＝2.013 6 u ＋3.018 0 u ＝5.031 6 u ，反应后产物总质量m 2＝4.002 6 u ＋1.008 7 u ＝5.011 3 u ．总质量减少，出现了质量亏损．根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，故B 正确．借题发挥 在核反应中，是释放能量还是吸收能量，需要确定反应前、后质量的变化．若反应后质量减少即发生了质量亏损，则释放出能量，反之吸收能量．由于不明确质量亏损的含义与能量的关系，易误选D.注意此反应过程质量发生亏损，释放出能量．【例4】已知氮核质量m N＝14.007 53 u，氧17核的质量m O＝17.004 54 u，氦核质量m He ＝4.003 87 u，氢核质量m H＝1.008 15 u，试判断：147N＋42He―→178O＋11H这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？答案吸收能量 1.2 MeV解析反应前总质量：m N＋m He＝18.011 40 u，反应后总质量：m O＋m H＝18.012 69 u．可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应．吸收的能量利用ΔE＝Δmc2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量，故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV.针对训练3 在某些恒星内，3个α粒子结合成1个12 6C核，12 6C原子的质量是12.000 0 u，－27 kg，则下列选项错误的是( )42He原子的质量是4.002 6 u．已知1 u＝1.66×10A．反应过程中的质量亏损是0.007 8 uB．反应过程中的质量亏损是1.29×10－29 kgC．反应过程中释放的能量是7.27 MeVD．反应过程中释放的能量是1.16×10－19 J答案 D解析由题意可得核反应方程为342He→12 6C＋ΔE，则核反应中的质量亏损为Δm＝(3×4.002 6－12. 000 0) u＝0.007 8 ×1.66×10－27kg≈1.29×10－29 kg，由质能方程得ΔE＝Δmc2≈1.29×10－29×(3×108)2 J＝1.161×10－12 J＝7.27 MeV，故A、B、C正确，D错.对核力和结合能的理解1．下列对核力的认识正确的是( )A．任何物体之间均存在核力B．核力广泛存在于自然界中的核子之间C．核力只存在于质子之间D．核力只发生在相距2×10－15m的核子之间，大于0.5×10－15m为吸引力，而小于0.5×10－15 m为斥力答案 D解析由核力的特点知道，只有相距2×10－15m的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子、中子与中子之间，由此知D选项正确．2．关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法中不正确的是( )A．原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时，核力做的功B．原子核的结合能等于核子从原子核中分离，外力克服核力做的功C．平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量D．不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比轻核的平均结合能大答案 D解析原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中分离，需要外力克服核力做功．当自由核子结合成原子核时，核力将做正功，释放能量．对某种原子核，平均每个核子的结合能称为平均结合能也称为平均结合能．不同原子核的平均结合能不同．重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小，轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能要小．质量亏损和核能的计算3．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是( )A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D．E＝mc2中的E是发生核反应中释放的核能答案 D解析爱因斯坦质能方程E＝mc2，定量地指出了物体能量和质量之间的关系，A正确；由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量降低，向外释放了能量；反之，若物体的质量增加了，则物体的能量升高，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故B、C正确，D错误．4．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)( )A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2D．(m1－m2－m3)c2答案 C解析根据质能方程，ΔE＝Δmc2，其中Δm＝(m1＋m2－m3)，则ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，C正确．5．一个锂核(73Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知质子的质量是1.673 6×10－27 kg，锂核的质量是11.650 5×10－27 kg，氦核的质量是6.646 6×10－27 kg.(1)写出上述核反应的方程；(2)计算上述核反应释放出的能量．(保留3位有效数字)答案(1)73 Li＋11H―→242He(2)2.78×10－12 J解析(1)73 Li＋11H―→242He(2)核反应的质量亏损Δm＝m Li＋m p－2mα＝(11.650 5×10－27＋1.673 6×10－27－2×6.646 6×10－27) kg＝3.09×10－29 kg释放的能量ΔE＝Δmc2＝3.09×10－29×(3×108)2 J＝2.78×10－12 J(时间：60分钟)题组一对结合能的理解1．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．平均结合能越大，原子核越不稳定D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能答案AB解析结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子平均结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；平均结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项C错误；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项D 错误．2．(多选)对结合能、平均结合能的认识，下列正确的是( )A．一切原子核均具有结合能B．自由核子结合为原子核时，可能吸收能量C．结合能越大的原子核越稳定D．平均结合能越大的原子核越稳定答案AD解析由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量；反之，将原子核分开变为自由核子时需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；核子较多的原子核的结合能大，但它的平均结合能不一定大，平均结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误，D正确．题组二质量亏损、核能的计算3.如图1所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是( )图1A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量答案 C解析因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，A错，同理可得B、D错，C正确．4．对公式ΔE＝Δmc2的理解不正确的是( )A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少ΔmB．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是Δm答案 C解析一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm，即发生质量亏损，所以选项A、D正确；如果物体的质量增加了Δm，它的能量一定相应增加Δmc2，所以选项B正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误．5．(多选)一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是11H＋10n―→21H ＋γ，以下说法中正确的是( )A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和B．反应前后的质量数不变，因而质量不变C．γ光子的能量为Δmc2，Δm为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度D．因存在质量亏损Δm，所以“物质不灭”的说法不正确答案AC解析核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，释放的能量会以光子的形式向外释放，核反应中会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒．故正确答案为A、C.6．原子质量单位为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的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是( )A．(M－m1－m2)u·c2B．(m1＋m2－M)u×931.5 JC．(m1＋m2－M)c2D．(m1＋m2－M)×931.5 eV答案 C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的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，故C 正确，A、B、D错．7．(多选)中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV 是氘核的结合能．下列说法正确的是( )A．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零答案AD解析用能量小于结合能的光子照射氘核时，氘核一定不能分解，所以A正确，B错误；用能量大于结合能的光子照射氘核时，氘核可能分解，只要分解，分解出的质子和中子动能之和一定不为零(若动能之和为零就分不开了)，所以C错误，D正确．8．氘核和氚核聚变时的核反应方程为21H＋31H→42He＋10n，已知31H的平均结合能是2.78 MeV，21 H的平均结合能是 1.09 MeV，42He的平均结合能是7.03 MeV，则核反应时释放的能量为________MeV.答案17.6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为ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52) MeV＝17.6 MeV.题组三综合应用9．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV的质子11H轰击静止的A E X ，生成两个动能均为8.9 MeV 的42He.(1 MeV ＝1.6×10－13J)(1)上述核反应方程为________________________________________________________________． (2)质量亏损为________kg.答案 (1)11H ＋73X ―→242He(或11H ＋73Li ―→242He) (2)3.1×10－29解析 (1)根据电荷数和质量数守恒可写出核反应方程为11H ＋73X ―→242He 或11H ＋73Li ―→242He. (2)设反应前质子的动能为E k0，反应后42He 的动能为E k ，由于质量亏损而释放的能量为 ΔE ＝2E k －E k0＝(2×8.9－0.5) MeV ＝17.3 MeV ， 根据爱因斯坦质能方程，有Δm ＝ΔE c2＝17.3×1.6×10－1382 kg≈3.1×10－29 kg. 10．两个中子和两个质子结合成一个氦核，同时释放一定的核能，中子的质量为1.008 7 u ，质子的质量为1.007 3 u ，氦核的质量为4.002 6 u ，试计算中子和质子生成1 kg 的氦时，要释放出多少核能？ 答案 6.59×1014J解析 先计算生成一个氦核释放的能量，再根据 1 kg 氦核的个数即可求出释放的总的核能．核反应方程 211H ＋210n ―→42He生成一个氦核过程的质量亏损Δm ＝(1.008 7 u ＋1.007 3 u)×2－4.002 6 u ＝0.029 4 u ， 释放的核能ΔE ＝0.029 4×931.5 MeV＝27.3861 MeV 生成1 kg 氦核释放的能量E ＝n ΔE ，E ＝1 0004×6.02×1023×27.3861×106×1.6×10－19 J≈6.59×1014J. 11．一个静止的铀核23292U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核228 90Th(原子质量为228.028 7 u)．(已知原子质量单位1 u ＝1.67×10－27kg ，1 u 相当于931.5 MeV 的能量) (1)写出铀核的衰变反应方程； (2)算出该衰变反应中释放出的核能；(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？ 答案 (1)232 92U ―→228 90Th ＋42He (2)5.50 MeV (3)5.41 MeV 解析 (1)232 92U ―→228 90Th ＋42He(2)质量亏损Δm ＝m U －m α－m Th ＝0.005 9 u11 ΔE ＝Δmc 2＝0.005 9×931.5 MeV≈5.50 MeV(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等， 即p Th ＋(－p α)＝0，p Th ＝p α，E kTh ＝p 2Th2m Th，E k α＝p 2α2m α，E kTh ＋E k α＝ΔE所以α粒子获得的动能E k α＝m Th m α＋m Th ·ΔE ＝2284＋228×5.5 MeV≈5.41 MeV。
高中物理第四章原子核章末复习导学案粤教选修
第四章《原子核》章末复习班级姓名学号●【复习目标】1.知道原子核的组成2.知道三种射线具有的特性3.理解原子核的天然衰变、人工转变、裂变、聚变及相关核反应方程4.理解爱因斯坦质能方程并能进行相关计算●【知识梳理】●【能力提升】一、对核反应方程及类型的理解1．四类核反应方程的比较2. 解题时注意事项(1)熟记一些粒子的符号α粒子(42He)、质子(11H)、中子(10n)、电子( 0－1e)、氘核(21H)、氚核(31H)(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】在下列四个核反应中，X 不表示中子的是________；属于原子核的人工转变的是________．A ．14 7N ＋42He→17 8O ＋XB ．2713Al ＋42He→3015P ＋XC ．21H ＋31H→42He ＋XD ．235 92U ＋X→9038Sr ＋136 54Xe ＋10X 二、半衰期及衰变次数的计算1．半衰期：原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间．计算公式：N ＝N 0(12)n 或m ＝m 0(12)n ，其中n ＝t T 1/2，T 1/2为半衰期． 2．确定衰变次数的方法(1)A Z X→A′Z′Y ＋n 42He ＋m 0－1e根据质量数、电荷数守恒得 A ＝A′＋4nZ ＝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】(单选)某放射性元素经过11.4天有78的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为 ( ) A ．11.4天B ．7.6天C ．5.7天D ．3.8天 【例3】 (单选)放射性元素238 92U 衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成210 83Bi ，而210 83Bi 可以经一次衰变变成210 a X(X 代表某种元素)，也可以经一次衰变变成 b 81Tl ，210 a X 和 b 81Tl 最后都变成206 82Pb ，衰变路径如图所示．则( )A ．a ＝82，b ＝211B ．210 83Bi→210 a X 是β衰变，210 83Bi→ b 81Tl 是α衰变C ．210 83Bi→210 a X 是α衰变，210 83Bi→ b 81Tl 是β衰变D ． b 81Tl 经过一次α衰变变成206 82Pb三、核能的计算方法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 ＝mc 2或ΔE＝Δmc 2计算核能．方程ΔE＝Δmc 2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1 u 相当于931.5 MeV 推算ΔE，此时ΔE 的单位为“兆电子伏(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4】试计算用α粒子轰击铍(94Be)核发现中子的核反应中所释放的能量．(已知铍核、碳核、α粒子和中子的质量分别为m Be ＝9.012 19 u ，m C ＝12.000 u ，m α＝4.002 6 u ，m n ＝1.008 665 u ．1 u ＝1.660 566×10－27kg)【例5】(单选)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的能量四、原子核物理与动量、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．【例6】两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：21H＋21H→31H＋11H.(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__________．(已知m21H＝2.013 6 u，m31H＝3.015 6 u，m11H＝1.007 3 u)【强化巩固】1．(单选)下列说法不正确的是 ( )A．21H＋31H→42He＋10n是聚变 B．235 92U＋10n→140 54Xe＋9438Sr＋210n是裂变C．226 88Ra→222 86Rn＋42He是α衰变 D．2411Na→2412Mg＋0－1e是裂变2．(单选)一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m.那么下列说法中正确的有( )A．经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了B．经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有m/4发生了衰变C．经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8D．经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M/23．(双选)238 92U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成210 83Bi，而210 83Bi可以经一次①衰变变成210a X(X 代表某种元素)，也可以经一次②衰变变成 b81Tl，210a X和 b81Tl最后都变成206 82Pb，衰变路径如图所示．则图中的( )A．a＝84，b＝206B．①是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的C．②是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的D. 238 92U经过10次β衰变，8次α衰变可变成206 82Pb4．一个铀核衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核的质量为3.853 131×10－25 kg，钍核的质量为3.786 567×10－25 kg，α粒子的质量为6.646 72×10－27 kg.在这个衰变过程中释放出的能量等于________J．(保留两位有效数字)高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
[配套k12学习]高中物理第四章原子核4.6核能利用教案粤教版选修3_5
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4.6 核能利用课堂互动三点剖析对核反应堆的理解在核电站中，核反应堆是热源，如图4-6-1为简化的核反应堆的示意图：图4-6-2铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀（铀235的含量占2%—4%）制成，石墨（重水）为减速剂，使反应生成的快速中子变为慢中子，便于铀235吸收，发生裂变，减速剂附在铀棒周围.镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒，控制棒插入深些，吸收中子多，反应速度变慢，插浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动地调节控制棒的升降，就能使反应堆安全正常地工作.核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠或二氧化碳作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电.发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的混凝土防护层可以防止辐射线射到外面. 各个击破【例题】核反应堆的燃料是_____________，石墨、重水等作为_____________使裂变时产生的中子速度减小，易于被铀核吸收；用镉棒_____________以控制核反应的_____________，再用水等流体在反应堆内外循环流动传输反应中产生的热量.解析：在核反应堆中的核燃料是铀235，用石墨、重水等作减速剂，用镉棒来吸收中子，以控制反应速度.答案：铀235 减速剂 吸收中子 速度类题演练1每昼夜消耗220 g 铀235的原子能发电站，如果效率为25%，它能产生的电功率为多大？（每个铀核裂变时放出的能量是200 MeV ）解析：一昼夜消耗的铀所产生的核能ΔE=200×235220×6.02×1023J 电功率P=W E 360024%251002.62352002007%2523⨯⨯⨯⨯⨯=⨯∆=5.2×107 W 答案：5.2×107 W类题演练2试求在氢弹中当合成1 kg 的氦时所释放出的能量.（氘核21 H 的质量为2.013 6 u,氚核H 31的质量为3.016 6 u,氦核He 42的质量为4.002 6 u,中子的质量为1.008 7 u ） 解析：设弹壳内装的是氘和氚轻元素，它们在高温下聚变生成氦，核聚变方程为H 21+H 31H 42−→−+n 10. 当一个氘核H 21与一个氚核H 31发生反应时放出的能量为ΔE=Δm·c 2=（2.013 6+3.016 6-4.002 6-1.008 7）×931.5 MeV=17.6 MeV. 1 kg 氦（He 42）中所含的原子核数目为N=nN A =0026.41000×6.02×1023=1.5×1026个. 这样合成1 kg 氦He 42核时所放出的总能量为E=N·ΔE=1.5×1026×17.6 MeV=2.64×1027 MeV.答案：在氢弹中合成1 kg 的氦所释放出的能量为2.64×1027 MeV.。
2017_2018学年高中物理第四章原子核第五节裂变和聚变教学案粤教版选修3_
第五节裂变和聚变对应学生用书页码P57 1．两个轻核聚合成一个较重核的反应叫核聚变，较重的核分裂成两个较轻核的反应叫核裂变。
2．一个核的裂变引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去的核反应叫做链式反应。
3．为了使铀核裂变时放出的中子再引起其他铀核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，形成链式反应，最好是利用纯铀235；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，链式反应就不会发生。
4．要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m，由于原子核是带正电的，就必须克服电荷间很大的斥力作用，这就要求使核具有足够的动能，就要给核力加热，使物质达到几百万度以上的高温，使轻核在互相碰撞中接近到可以发生聚变的程度。
因此这种反应又叫做热核反应。
5．如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释出来并加以利用(例如发电)，这称为受控热核反应。
6．太阳辐射能量主要来自太阳内部的热核反应。
对应学生用书页码P571.核裂变(1)概念：较重的一个核分裂成两个较轻的核时，会释放出能量，这种核反应叫做核裂变。
(2)铀核裂变分析：①核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状。
②核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。
③能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。
一般说来，平均每个核子放出的能量约为1 MeV,1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t优质煤燃烧时释放的能量。
(3)铀235和铀238的比较在天然铀中，99.3%的是238 92U,0.7%的是235 92U，虽然中子都能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子作用的情况明显不同。
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第四章 原子核对应学生用书页码原子核错误!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：23892U→23490Th ＋42He(核内211H ＋210n→42He) β衰变：23490Th→23491Pa ＋ 0－1e(核内10n→11H ＋0－1e)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：14 7N ＋42He→178O ＋11H(发现质子的核反应)94Be ＋42He→126C ＋10n(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：235 92U ＋10n→141 56Ba ＋9236Kr ＋310n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：21H ＋31H→42He ＋10n聚变特点：反应物为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。
[例1] 正电子发射计算机断层扫描(PET)是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术，它为临床诊断和治疗提供全新的手段。
PET 在心脏疾病诊疗中，需要使用放射正电子的同位素氮13作示踪剂。
氮13是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氧16获得的。
反应中同时还产生另一种粒子，试写出该反应方程。
[解析] 由题意可知：氧16(168O)在质子(11H)的轰击下产生了氮13(137N)和另外一种粒子，由质量数和电荷数守恒可知另一种粒子是42He ，所以核反应方程为：168O ＋11H→137N ＋42He 。
[答案] 168O ＋11H→137N ＋42He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，归纳以下四种计算方法。
1．根据质量亏损计算核能法一：用质能方程ΔE ＝Δmc 2计算核能，其中Δm 的单位取千克，ΔE 的单位是焦耳。
法二：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。
其中Δm 的单位是u ，ΔE 的单位是MeV 。
2．根据平均结合能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。
3．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，在题设条件中没有涉及到质量亏损，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反应释放或吸收的能量。
4．根据阿伏加德罗常数计算核能若已知微观数目的原子核发生核反应释放的能量，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。
[例2] (北京高考)质子、中子和氘核的质量分别为m 1、m 2和m 3。
当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c 表示真空中的光速)( )A ．(m ＋m 2－m 3)cB ．(m 1－m 2－m 3)cC ．(m 1＋m 2－m 3)c 2D ．(m 1－m 2－m 3)c 2[解析] 一个质子和一个中子结合成氘核时，质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3，根据质能方程，释放的能量ΔE ＝Δmc 2＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，选项C 正确，A 、B 、D 错误。
[答案] C[例3] 用中子轰击锂核(63Li)发生核反应，生成氚核(31H)和α粒子，并放出4.8 MeV 的能量。
(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值反向的动量相碰，则氚核和α粒子的动能之比是多少？ (4)转化为α粒子动能的能量是多大？ [解析] (1)核反应方程为63Li ＋10n→31H ＋42He (2)依据ΔE ＝Δmc 2得Δm ＝4.8931.5 u≈0.005 2 u(3)根据题意有0＝m 1v 1＋m 2v 2。
式中m 1、m 2、v 1、v 2分别为氚核和α粒子的质量和速度，由上式及动能E k ＝p 22m，可得它们的动能之比为E k1E k2＝p 22m 1p 22m 2＝12m 112m 2＝m 2m 1＝43(4)α粒子的动能E k2＝37(E k1＋E k2)＝37×4.8 MeV≈2.06 MeV。
[答案] (1)63Li ＋10n→31H ＋42He(2)0.005 2 u (2)4∶3(4)2.06 MeV[对应阶段质量检测四(时间60分钟，满分100分)一、单项选择题(共7小题，每小题5分，共35分．)1．关于我国已建成的秦山和大亚湾核电站，下列说法中正确的是( ) A ．它们都是利用核聚变释放原子能的B．它们都是利用核裂变释放原子能的C．两者的核燃料都是纯铀235D．一座是利用核裂变释放原子能，一座是利用核聚变释放原子能解析：现在我们和平利用的核能只能通过核裂变产生，还没有实现可控热核反应，核燃料是天然铀或浓缩铀。
答案：B2．原子核内的核子能稳定地结合在一起，是因为有核力作用。
下列说法中正确的是( )A．核力是斥力B．每个核子和核内其他核子之间都存在核力作用C．核力是核子间的库仑力和万有引力的合力D．核力是一种强相互作用力，是在相邻核子之间存在的超短距离的作用力解析：核力是短程力，核力只发生在相邻核子之间，而库仑力和万有引力都是长程力，故B、C错；原子核内的质子没有因为库仑斥力而分散，是因为核力的强大吸引力，故A错，D对。
答案：D3．现在很多心血管专科医院引进了一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术，方法是将若干毫升含放射性元素锝(Tc)的注射液注入被检测者的动脉，经过40 min后，这些含放射性物质的注射液通过血液循环均匀地分布在血液中，这时对被检测者的心脏进行造影，心脏血管正常的位置由于有放射性物质随血液到达而显示出有射线射出；心脏血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达，将无射线射出。
医生根据显像情况就可以判定被检测者心脏血管有无病变，并判定病变位置，你认为检测用放射性元素锝的半衰期应该最接近下列数据中的( )A．10 min B．10 hC．10 s D．10 y(年)解析：过量的射线对人体有害，在选择放射性同位素时，应该在满足要求的前提下选用半衰期短的元素，故D错；而要满足显像要求放射性元素的半衰期必须大于40 min，故A、C错。
答案：B4．一个235 92U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为235 92U＋10n―→X ＋9438Sr＋210n，则下列叙述正确的是( )A．X原子核中含有86个中子B．X原子核中含有141个核子C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加D ．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少解析：由质量数和电荷数守恒可知：X 原子核的质量数(即核子数)为140，电荷数(即质子数)为54。
由中子数＝核子数－质子数，可知其中子数为86，故A 选项正确，B 选项错误。
核裂变时释放能量有质量亏损，但总质量数不变，C 、D 均错。
答案：A5．由图1可得出结论( )图1A ．质子和中子的质量之和小于氘核的质量B ．质子和中子的质量之和等于氘核的质量C ．氘核分解为质子和中子时要吸收能量D ．质子和中子结合成氘核时要吸收能量解析：该反应是吸热反应，所以质子和中子的质量之和大于氘核的质量，故选项C 对。
答案：C6．在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(22286Rn)，由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42∶1，如图2所示，那么氡核的衰变方程应是下列方程中的哪一个( )图2A.22286Rn ―→22287Fr ＋ 0－1e B.22286Rn ―→21884Po ＋42He C.22286Rn ―→22285At ＋01e D.22286Rn ―→22085At ＋21H解析：原子核衰变过程中动量守恒，所以粒子与反冲核的动量等大反向，由径迹是两圆外切圆可知，放出的是正粒子，是α衰变，在匀强磁场中，由R ＝mv qB 可知，q 1q 2＝R 2R 1＝142＝284。
故反冲核的电荷数是84，由电荷数和质量数守恒知，选项B 对。
答案：B7．美国物理学家雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(v e)而获得了2002年度C2Cl4溶诺贝尔物理学奖，他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t四氯乙烯()液的巨桶，电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为v e＋3717Cl→3718Ar ＋0－1e，已知3717Cl核的质量为36.956 58 u，3718Ar核的质量为36.956 91 u，0－1e的质量为0.000 55 u,1 u质量对应的能量为931.5 MeV。
根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为( )A．1.33 MeV B．0.82 MeVC．0.51 MeV D．0.31 MeV解析：根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，则ΔE＝Δm×931.5 MeV＝(36.956 91＋0.000 55－36.956 58)×931.5 MeV＝0.82 MeV。
答案：B二、双项选择题(共5小题，每小题6分，共30分。
全选对得6分，只选一个且正确的得3分)8．下列说法中正确的是( )A．质子与中子结合成氘核的过程中会释放大量能量B．氪90(9036Kr)经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(9040Zr)要经过1次α衰变和4次β衰变C．β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流D．放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间解析：中子与质子的聚变反应属于热核反应，放出大量的热，可知选项A正确；B中衰变方程为9036Kr→9040Zr＋40－1e，可知选项B错误；天然放射线中的β粒子是原子核中的一个中子衰变为质子放出的电子：10n→11H＋0－1e，原子核内并没有电子，则选项C错误；由半衰期意义及其由核内部自身的因素所决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，可知选项D正确。