2017-2018学年高中物理粤教版选修3-5教学案：第四章 章末盘点 Word版含答案
2017-2018学年同步备课套餐之物理粤教版选修3-5讲义：
第4点 爆炸现象的三个特征解决爆炸类问题时，要抓住以下三个特征：(1)动量守恒：由于爆炸是在极短的时间内完成的，爆炸物体间的相互作用力远大于受到的外力，所以在爆炸过程中，系统的动量守恒．(2)动能增加：在爆炸过程中，由于有其他形式的能量(如化学能)转化为动能，因此爆炸后系统的总动能增加．(3)位置不变：爆炸的时间极短，因而作用过程中，物体产生的位移很小，一般可忽略不计，可以认为爆炸后，物体仍然从爆炸的位置以新的速度开始运动．对点例题 从地面竖直向上发射一炮弹，炮弹的初速度v 0＝100 m /s ，经t ＝6 s 后，此炮弹炸成质量相等的两块．从爆炸时算起，经t 1＝10 s 后，第一块碎片先落到发射点，求从爆炸时起，另一碎片经多长时间也落回地面？(g ＝10 m/s 2，空气阻力不计，结果保留三位有效数字)解题指导 设炮弹爆炸时的速度为v 0′，离地面高度为H ，则有：v 0′＝v 0－gt ，H ＝v 0t －12gt 2 代入数据解得v 0′＝40 m/s ，H ＝420 m设刚爆炸后瞬间，先落到地面上的碎片的速度为v 1，因落在发射点，所以v 1为竖直方向．若v 1＞0，表示竖直向上运动；若v 1＜0，表示竖直向下运动；若v 1＝0，则表示自由落体运动．若v 1＝0，则落地时间t ′＝ 2H g＝84 s ＜t 1＝10 s ，由此可知，v 1方向应是竖直向上．选炮弹爆炸时H 高度为坐标原点，则：－H ＝v 1t 1－12gt 21，解得：v 1＝8 m/s 设刚爆炸后瞬间，后落地的碎片的速度为v 2，则由动量守恒定律得2m v 0′＝m v 1＋m v 2 将v 0′、v 1代入解得：v 2＝72 m/s若从爆炸时起，这块碎片经时间t 2落地，则－H ＝v 2t 2－12gt 22，得：5t 22－72t 2－420＝0 解得t 2≈18.9 s.答案 18.9 s方法总结 1.炮弹在空中爆炸时，所受合外力(重力)虽不为零，但重力比起炮弹碎块间相互作用的内力小得多，故可认为爆炸过程炮弹系统(各碎块)的动量守恒.2.爆炸时位置不变，各碎块自爆炸位置以炸裂后的速度开始运动．1．如图1所示，光滑水平面上有三个滑块A 、B 、C ，质量关系是m A ＝m C ＝m 、m B ＝m 2.开始时滑块B 、C 紧贴在一起，中间夹有少量炸药，处于静止状态，滑块A 以速度v 0正对B 向右运动，在A 未与B 碰撞之前，引爆了B 、C 间的炸药爆炸后B 与A 迎面碰撞，最终A 与B 粘在一起，以速率v 0向左运动．求：图1(1)炸药的爆炸过程中炸药对C 的冲量？(2)炸药的化学能有多少转化为机械能？答案 (1)52m v 0，向右 (2)758m v 20解析 (1)全过程，A 、B 、C 组成的系统动量守恒m A v 0＝－(m A ＋m B )v 0＋m C v C炸药对C 的冲量：I ＝m C v C －0解得：I ＝52m v 0，方向向右 (2)炸药爆炸过程，B 和C 组成的系统动量守恒m C v C －m B v B ＝0据能量关系：ΔE ＝12m B v 2B ＋12m C v 2C 解得：ΔE ＝758m v 20. 2．有一大炮竖直向上发射炮弹，炮弹的质量为M ＝6 kg(内含炸药的质量可以忽略不计)，射出时的速度v 0＝60 m/s .当炮弹到达最高点时爆炸为沿水平方向运动的两片，其中一片质量为4 kg.现要求这一片不能落到以发射点为圆心、R ＝600 m 为半径的圆周范围内，则刚爆炸完时两弹片的总动能至少为多大？(忽略空气阻力，g ＝10 m/s 2)答案 6×104 J解析 炮弹炸裂时的高度h ＝v 202g ＝6022×10m ＝180 m 弹片落地的时间t ＝2h g ＝ 2×18010s ＝6 s 两弹片的质量m 1＝4 kg ，m 2＝2 kg设它们的速度大小分别为v 1、v 2，由动量守恒定律知m 1v 1＝m 2v 2，所以v 2＝2v 1设m 1刚好落在R ＝600 m 的圆周上则v 1＝R t ＝600 m 6 s＝100 m/s 此时v 2＝200 m/s所以总动能至少为：E k ＝12m 1v 21＋12m 2v 22 代入数据得E k ＝6×104 J ．。
2018学年高中物理粤教版选修3-5学案：第4章 第6节 核能利用+第7节 小粒子与大宇宙 含解析
第六节核能利用第七节小粒子与大宇宙[先填空]1．核反应堆(1)核反应堆是人工控制链式反应的装置．(2)减速剂反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“减速剂”，常用的减速剂有石墨、重水和普通水．(3)控制棒为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒．(4)能量输出核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．2．核电站及核能利用(1)核能发电的效益一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30吨左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要烧煤250万吨．(2)核能的利用①核能发电②把反应堆小型化，可以使核能作为动力，制造核动力潜艇、核动力破冰船和核动力航空母舰，在某些动力装置上也有利用的可能．③用来进行各种原子核物理实验，制造各种放射性同位素．(3)核污染的处理为了防止铀核裂变物放出的各种射线对人体的危害，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线，不让它们透射出来，对放射性的废料，也要装入特制的容器，埋入深地层来处理．[再判断]1．控制棒是通过吸收中子多少来控制链式反应速度的．(√)2．核裂变释放的大量核能是通过在反应堆外循环流动的液体传输出去的．(√)3．核电废料难以处理，对环境的污染比火电大．(×)[后思考]1．核反应堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？【提示】控制棒由镉棒制成，镉吸收中子的能力很强，在铀棒之间插进一些镉棒，可以控制链式反应的速度．2．减速剂的作用是什么？是为了减慢裂变速度吗？【提示】减速剂的作用是使快中子减速，以便于中子与铀核作用发生链式反应，不是为了减慢裂变速度，而是为了提高中子的利用率．1．核电站的主要组成核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下：4-6-1反应堆示意图(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图4-6-1为简化的核反应堆示意图：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，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，减速剂附在铀棒周围．(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度．(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，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，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面．3．核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少．(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大．(3)对环境的污染要比火力发电小．1．关于核反应堆，下列说法正确的是()A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能B．镉棒的作用是控制反应堆的功率C．铀棒的作用是控制反应堆的功率D．石墨的作用是吸收中子E．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能【解析】铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B 正确C错误；慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故D错误；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度，故E正确．【答案】ABE2．原子反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装置，它主要由四部分组成，即原子燃料、________、________、控制调节系统．【解析】核反应堆的主要部分包括：①燃料，即浓缩铀235；②减速剂，采用石墨、重水和普通水；③控制棒，控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆的热量传输出去用于发电．【答案】减速剂冷却系统3．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】一昼夜消耗的铀所能产生的核能为：ΔE＝200×220235×6.02×1023×106×1.6×10－19 J＝1.8×1013 J，电功率P＝ηΔEt＝1.80×1013×25%24×3600W＝5.2×107 W.【答案】 5.2×107 W1．核电站释放的核能是一个个核反应释放核能积累的结果：E＝n·ΔE，ΔE＝Δmc2，n＝mM mol·N A.2．发电站用于发电的能量只占所释放核能的一部分，则E电＝ηE.[先填空]1．人类目前能够观测到的最大距离约为140亿光年之远．2．对宇宙的时空结构、运动形态和物质演化的理论描述，称为宇宙模型，目前普遍被大家接受的模型是大爆炸宇宙模型．3．人类目前所能研究的物质世界的空间尺度，约从10－15m到1027m，共跨越了约42个数量级．4．从宇宙大爆炸到现在，以秒为单位，宇宙年龄的数量级约为1018s.5．目前所知的微观粒子中，寿命最短的只有10－25s.6．物质世界的时间尺度：约从10－25s到1018s，也跨越了将近43个数量级．[再判断]1．质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子．(×)2．强子是参与强相互作用的粒子．(√)3．目前发现的轻子有8种．(×)4．宇宙将一直会膨胀下去．(×)[后思考]为什么说基本粒子不基本？【提示】一方面是因为这些原来被认为不可再分的粒子还有自己的复杂结构，另一方面是因为新发现的很多种新粒子都不是由原来认为的那些基本粒子组成的．1．新粒子的发现及特点夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，它们带的电荷是电子或质子所带电荷的23或13.每种夸克都有对应的反夸克．4．两点提醒(1)质子是最早发现的强子，电子是最早发现的轻子，τ子的质量比核子的质量大，但力的性质决定了它属于轻子．(2)粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子，它们相遇时会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子．4．关于粒子，下列说法正确的是( )A ．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B．强子中也有不带电的粒子C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位E．超子的质量比质子的质量还大【解析】由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A错误，B正确；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为＋23e和－e3，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，C错误，D正确；超子属于强子，其质量比质子质量还大些，E正确．【答案】BDE5．在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中11H的核反应，间接地证实了中微子的存在．(1)中微子与水中的11H发生核反应，产生中子(10n)和正电子(0＋1e)，即中微子＋11H―→10n＋0＋1e.可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是______．(填写选项前的字母) A．0和0 B．0和1C．1和0 D．1和1(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即0＋1e＋0－1e―→2γ.已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31 kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J．正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是________．(3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小．【解析】(1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，A正确．(2)产生的能量是由于质量亏损．两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则E＝Δmc2，故一个光子的能量为E2，代入数据得E2＝8.2×10－14J．正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒定律．(3)物质波的波长为λ＝hp，要比较波长需要将中子和电子的动量用动能表示出来即p＝2mE k，因为m n>m e，所以p n>p e，故λn<λe.【答案】见解析。
2017-2018学年高中物理粤教版选修3-5教师用书：第4章 第2节 放射性元素的衰变 含答案 精品
第二节 放射性元素的衰变[先填空]1．放射性物体放出的射线常见的有三种：α射线、β射线、γ射线，其实质分别是高速α粒子流、高速电子流、频率很高的电磁波．2．三种射线的特点(1)α射线：速度可达光速的110，电离作用强，贯穿本领很小．(2)β射线：速度可达光速的99%，电离作用较弱，贯穿本领较强．(3)γ射线：是频率很高的电磁波，波长很短，电离作用最小，贯穿本领最强． 3．原子核的衰变(1)衰变定义：一种元素经放射过程，变成另一种元素的现象，称为原子核的衰变． (2)衰变分类①α衰变：放出α粒子的衰变． ②β衰变：放出β粒子的衰变． (3)衰变方程238 92U→234 90Th ＋42He 234 90Th→23491Pa ＋ 0－1e(4)衰变规律①原子核衰变时电荷数和质量数都守恒．②任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有α放射性又有β放射性，而γ射线伴随α衰变或β衰变产生．4．γ射线的产生：放射性的原子核在发生α衰变或者β衰变后，产生的新核往往处于高能级，它要向低能级跃迁，并辐射γ光子，故γ射线是伴随α射线或β射线产生的．[再判断]1．三种射线都是从原子外层电子激发出来的．(×) 2．放射性物质不可能同时放出α、β和γ三种射线．(×) 3．原子核发生α衰变时，核的质子数减少2，而质量数减少4.(√) 4．原子核发生β衰变时，原子核的质量不变．(×) 5．原子核发生衰变时，质量数和电荷数都守恒．(√) [后思考]发生β衰变时，新核的电荷数变化多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？ 【提示】 根据β衰变方程23490Th→23491Pa ＋ 0－1e 知道，新核核电荷数增加了1个，原子序数增加1个，故在元素周期表上向后移了1位．1．α、β、γ三种射线的性质、特征的比较(1)不论在电场还是磁场中，γ射线总是做匀速直线运动，不发生偏转．(2)在匀强电场中，α和β粒子沿相反方向做类平抛运动，且在同样的条件下，β粒子的偏移最大．如图421所示．图421(3)在匀强磁场中，在同样的条件下，α和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径最小，偏转最大．如图422所示．图4223．衰变实质α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子，210n ＋211H→42He β衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子，10n→11H ＋0－1e 4．衰变方程通式 (1)α衰变：A Z X→A －4Z －2Y ＋42He (2)β衰变：AZ X→ AZ ＋1Y ＋0－1e5．确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)方法：设放射性元素AZ X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′Z ′Y ，则衰变方程为：A ZX→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m .以上两式联立解得：n ＝A －A ′4，m ＝A －A ′2＋Z ′－Z .由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组．(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．1．天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法不正确的是 ( ) A ．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线 B ．某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核 C ．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线 D ．β粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子【解析】 由三种射线的本质和特点可知，α射线穿透本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A 正确；γ射线是一种波长很短的光子，不会使原核变成新核，选项B 错误；三种射线中α射线电离作用最强，故C 正确；β粒子是电子，来源于原子核，故D 正确．【答案】 B2．(多选)原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线．这些射线共有三种：α射线、β射线和γ射线．下列说法中正确的是( )【导学号：55272116】A．原子核每放出一个α粒子，原子序数减少2B．原子核每放出一个α粒子，原子序数增加4C．原子核每放出一个β粒子，原子序数减少1D．原子核每放出一个β粒子，原子序数增加1【解析】发生一次α衰变，核电荷数减少2，质量数减少4，原子序数减少2；发生一次β衰变，核电荷数、原子序数增加1.【答案】AD3．如图423所示，放射性元素镭释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，其中________是α射线，________是β射线，________是γ射线．图423【解析】由放射现象中α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，结合在电场与磁场中的偏转可知②⑤是γ射线，③④是α射线．【答案】③④①⑥②⑤4.238 92U核经一系列的衰变后变为206 82Pb核，问：【导学号：55272117】(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)206 82Pb与238 92U相比，质子数和中子数各少了多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程．【解析】(1)设238 92U衰变为206 82Pb经过x次α衰变和y次β衰变．由质量数守恒和电荷数守恒可得238＝206＋4x ①92＝82＋2x－y ②联立①②解得x＝8，y＝6即一共经过8次α衰变和6次β衰变．(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，而质子数增加1，故206 82Pb较238 92U质子数少10，中子数少22.(3)衰变方程为238 92U→206 82Pb＋842He＋60－1e【答案】(1)8次α衰变和6次β衰变(2)10 22(3)238 92U→206 82Pb ＋842He ＋60－1e衰变次数的判断方法1．衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒． 2．每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2. 3．每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1.[先填空]1．定义：原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间，叫做半衰期．记为T 1/2. 2．衰变规律m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12tT 1/2(其中m 0为衰变前的质量，m 为t 时间后剩余的放射性元素的质量)．3．放射性元素的平均存活时间称为平均寿命． [再判断]1．半衰期的大小反映了放射性元素衰变的快慢．(√)2．放射性元素衰变的速率，与原子所处的物理状态和化学状态有关．(×)3．半衰期是大量原子核发生衰变的统计规律，少数原子核不符合这一规律．(√) [后思考]有10个镭226原子核，经过一个半衰期有5个发生衰变，这样理解对吗？【提示】 不对.10个原子核，数目太少，它们何时衰变是不可预测的，因为衰变规律是大量原子核的统计规律．1．意义：半衰期表示放射性元素衰变的快慢．2．决定因素：半衰期的长短由原子核自身因素决定，与原子核所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关．3．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核．5．(多选)14C 发生放射性衰变成为14N ，半衰期约5 700年．已知植物存活期间，其体内14C 与12C 的比例不变；生命活动结束后，14C 的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是( )【导学号：55272118】A ．该古木的年代距今约5700年 B. 12C 、13C 、14C 具有相同的中子数 C ．12C 、13C 、14C 具有相同的质子数 D. 14C 衰变为14N 的过程中放出β射线【解析】 古木样品中14C 的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5 700年，选项A 正确．同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项B 错误，C 正确.14C 的衰变方程为146C→147N ＋ 0－1e ，所以此衰变过程放出β射线，选项D 正确．【答案】 ACD6．若元素A 的半衰期为4天，元素B 的半衰期为5天，则相同质量的A 和B ，经过20天后，剩下的质量之比m A ∶m B 为________．【解析】 元素A 的半衰期为4天，经过20天后剩余原来的⎝ ⎛⎭⎪⎫125，元素B 的半衰期为5天，经过20天后剩余原来的⎝ ⎛⎭⎪⎫124，剩下的质量之比m A ∶m B ＝1∶2.【答案】 1∶2有关半衰期的两点提醒1．半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间而不是样本质量减少一半的时间．2．经过n 个半衰期，剩余核N 剩＝12n N 总．。
2017-2018学年同步备课套餐之物理粤教版选修3-5讲义：
章末总结一、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(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.42He＋2713Al―→3015P＋10n是原子核的人工转变B.31H＋11H―→42He＋γ是核聚变反应C.199 F＋11H―→168 O＋42He是α衰变D.23592 U＋10n―→9038Sr＋13654 Xe＋1010n是裂变反应答案ABD解析我们要对人工转变、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．针对训练1在下列四个核反应方程式中，X表示中子的是______，属于原子核的人工转变的是________．A.147N＋42He―→178O＋XB.2713Al＋42He―→3015P＋XC.21H＋31H―→42He＋XD.23592U＋X―→9038Sr＋13654Xe＋10X答案BCD AB解析在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒，据此，可以判断未知粒子属于什么粒子，对A，未知粒子的质量数：14＋4＝17＋x，x＝1，其电荷数：7＋2＝8＋y，y＝1，即未知粒子是质子(11H)；对B，未知粒子的质量数：27＋4＝30＋x，x＝1，其电荷数：13＋2＝15＋y，y＝0，所以X是中子(10n)；对C，未知粒子的质量数为：2＋3＝4＋x，x＝1，电荷数为：1＋1＝2＋y，y＝0，X也是中子(10n)；对D，未知粒子质量数为235＋x＝90＋136＋10x，x＝1，电荷数为：92＋y＝38＋54＋10y，y＝0，X也是中子(10n)，故方程中X是中子的核反应为B、C、D，其中A、B为原子核的人工转变．二、半衰期及衰变次数的计算例2(多选)关于原子核的有关知识，下列说法正确的是()A．天然放射性射线中β射线实际就是电子流，它来自原子核内B．放射性原子经过α、β衰变致使新的原子核处于较高能级，因此不稳定从而产生γ射线C．氡222经过衰变变成钋218的半衰期为3.8天，一个氡222原子核四天后一定衰变为钋218D．平均结合能越大，原子越容易发生衰变答案AB解析因为半衰期是统计规律，对单个原子核没有意义，所以C项错；平均结合能描述原子核的稳定性，平均结合能越大，原子核越稳定，越不容易发生衰变，所以D项错．针对训练2放射性元素23892U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成21083Bi，而21083Bi可以经一次衰变变成210a X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成b81Tl，210a X和b81Tl最后都变成20682Pb，衰变路径如图1所示．则()图1A．a＝82，b＝211B.21083Bi→210a X是β衰变，21083Bi→b81Tl是α衰变C.21083Bi→210a X是α衰变，21083Bi→b81Tl是β衰变D.b81Tl经过一次α衰变变成20682Pb答案 B解析由21083Bi→210a X，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a＝84.由21083Bi→b81Tl，核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b＝206，由20681Tl→20682Pb发生了一次β衰变，故选B.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＝1.66×10－27kg，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( ) 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 答案 C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21H ＋21H →42He ，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 ，故结合前氘核的能量为E 1＝2×1.1 MeV ，结合后氦核的能量E 2＝4×7.1 MeV ，可知吸收的能量为ΔE ＝2E 1－E 2＝－24.0 MeV ，式中负号表示释放核能，故选C.例4 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．已知1 u 相当于931.5 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大反向的动量相碰，且核反应释放的能量全部转化为新生核的动能，则氚核和α粒子的动能比是多少？(4)在问题(3)的条件下，α粒子的动能是多大？答案 (1)63Li ＋10n →31H ＋42He ＋4.8 MeV(2)0.005 2 u (3)4∶3 (4)2.06 MeV解析 (1)核反应方程为63Li ＋10n →31H ＋42He ＋4.8 MeV .(2)依据ΔE ＝Δmc 2得，Δm ＝4.8931.5u ≈0.005 2 u. (3)根据题意有m 1v 1＝m 2v 2式中m 1、v 1、m 2、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 k1∶E k2＝p 22m 1∶p 22m 2＝12m 1∶12m 2＝m 2∶m 1＝4∶3.(4)α粒子的动能E k2＝37(E k1＋E k2)＝37×4.8 MeV ≈2.06 MeV.1．氪90(9036Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(9040Zr)，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 答案 B解析 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2，9036Kr 衰变为9040Zr ，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． 解法二 列方程求解设9036Kr 衰变为9040Zr ，经过了x 次α衰变，y 次β衰变，则有9036Kr →9040Zr ＋x 42He ＋y0－1e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．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：42He ＋____________→84Be ＋γ.(2)84Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s ．一定质量的84Be ，经7.8×10－16s 后所剩下的84Be 占开始时的________________． 答案 (1)42He (2)18(或12.5%) 解析 (2)由题意可知经过了3个半衰期，故剩余的84Be 的质量m 余＝m 原(12)3＝18m 原． 3．在下列描述核反应过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号)A.14 6C →14 7N ＋0－1eB.3215P →3216S ＋0－1eC.238 92U →234 90Th ＋42HeD.14 7N ＋42He →17 8O ＋11HE.235 92U ＋10n →140 54Xe ＋9438Sr ＋210nF.31H ＋21H →42He ＋10n答案 C AB E F4．两个动能均为1 MeV 的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：21H ＋21H →31H ＋11H.(已知21H 的质量m 0＝2.013 6 u ，31H 的质量m 1＝3.015 6 u ，11H 的质量m 2＝1.007 3 u,1 u 相当于931.5 MeV的能量)(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 (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 ＝Δmc 2＝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p 1、p 2，必有p 1＝－p 2. 设碰后氚核和质子的动能分别为E k1和E k2， 则E k1E k2＝12m 1v 2112m 2v 22＝m 1v 21m 2v 22＝p 21m 1p 22m 2＝m 2m 1＝13， 故新生的氚核具有的动能为E k1＝14ΔE ＝14×4.005 MeV ≈1.001 MeV .。
【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
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。
2017-2018学年高中物理 第四章 原子核章末整合提升教学案 粤教版选修3-5
第四章原子核章末整合提升一、对核反应方程及类型的理解1．四类核反应方程的比较(1)熟记一些粒子的符号α粒子(42He)、质子(11H或P)、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答案BCD AB解析在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒，据此，可以判断未知粒子属于什么粒子，在A选项中，未知粒子的质量数为：14＋4＝17＋x，x＝1，其电荷数为：7＋2＝8＋y，y＝1，即未知粒子是质子(11H)；在B选项中，未知粒子的质量数：27＋4＝30＋x，x＝1，其电荷数为：13＋2＝15＋y，y＝0，所以是中子(10n)；在C选项中，未知粒子的质量数为：2＋3＝4＋x，x＝1，电荷数为：1＋1＝2＋y，y＝0，也是中子(10n)；在D选项中，未知粒子质量数为235＋x＝90＋136＋10x，x＝1，电荷数为：92＋y＝38＋54＋10y，y＝0，也是中子(10n)，故方程中X是中子的核反应为B、C、D.其中A、B为原子核的人工转变．针对训练1 完成下列核反应方程．A.147N＋42He―→178O＋________B.3015P―→3014Si＋________C.23592U＋10n―→9038Sr＋13654Xe＋________D.21H＋31H―→________＋10n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____________．答案11H 0＋1e 1010n 42He B A C D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．二、半衰期及衰变次数的计算1．半衰期放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．计算公式：N ＝N 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n 或m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n，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)AZ X ―→A′Z′Y ＋n 42He ＋m 0－1e 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】 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108K 时，可以发生“氦燃烧”．①完成“氦燃烧”的核反应方程：42He ＋______―→84Be ＋γ. ②84Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s ．一定质量的84Be ，经7.8×10－16s 后所剩下的84Be 占开始时的________． 答案 ①42He ②18(或12.5 %)解析 ①由质量数和电荷数守恒可得答案为42He 或α；②由题意可知经过了3个半衰期，故剩余的84Be 的质量m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫123＝18m 0，故应填18或12.5 %.针对训练2 放射性元素23892U 衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成21083Bi ，而21083Bi 可以经一次衰变变成210a X(X 代表某种元素)，也可以经一次衰变变成 b81Tl ，210a X 和 b81Tl 最后都变成20682Pb ，衰变路径如图1所示．则( )图1A ．a ＝82，b ＝211B.210 83Bi ―→210 a X 是β衰变，210 83Bi ―→ b81Tl 是α衰变 C.210 83Bi ―→210 a X 是α衰变，210 83Bi ―→ b81Tl 是β衰变 D. b 81Tl 经过一次α衰变变成20682Pb 答案 B解析 由210 83Bi ―→210 a X ，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a ＝84.由210 83Bi ―→ b81Tl 是核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b ＝206，由206 81Tl ―→20682Pb 发生了一次β衰变．故选B.三、核能的计算方法 1．利用质能方程来计算核能(1)首先根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm .(2)再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. 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，就是该核反应所释放(吸收)的核能． 【例3】 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 ＝1.660 566×10－27 kg)答案 5.705 MeV(或9.15×10－13J)解析 核反应方程为94Be ＋42He ―→126C ＋10n ＋ΔE ，核反应中的质量亏损为Δm ＝m Be ＋m α－m C －m n ＝9.012 19 u ＋4.002 6 u －12.000 0 u －1.008 665 u ＝0.006 125 u ，ΔE ＝Δmc 2＝0.006 125×931.5 MeV≈5.705 MeV 或ΔE ＝0.006 125×1.660 566×10－27×(3×108)2 J≈9.15×10－13J.针对训练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( ) 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 答案 C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21H ＋21H ―→42He ，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. 四、原子物理与动量、能量相结合的问题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．静止的核在磁场中自发衰变：轨迹为两相切圆，α衰变时两圆外切，β衰变时两圆内切，根据动量守恒m 1v 1＝m 2v 2和r ＝mvqB知，半径小的为新核，半径大的为α粒子或β粒子，其特点对比如下表：匀强磁场中轨迹 94自发衰变成一个铀核23592U 的能量．其核衰变方程为：23994Pu ―→23592U ＋X. (1)方程中的“X”核符号为________；(2)钚核的质量为239.052 2 u ，铀核的质量为235.043 9 u ，X 核的质量为4.002 6 u ，已知1 u 相当于931 MeV ，则该衰变过程放出的能量是________MeV ；(3)假设钚核衰变释放的能量全部转变为铀核和X 核的动能，则X 核与铀核的动能之比是________．答案 (1)42He (2)5.31 (3)58.7解析 (1)根据质量数、电荷数守恒，得X 核的质量数为239－235＝4，核电核数为94－92＝2，故“X”核为氦核，符号为42He. (2)钚核衰变过程中的质量亏损Δm ＝239.052 2 u －235.043 9 u －4.002 6 u ＝0.005 7 u ， 根据爱因斯坦质能方程， 得出衰变过程中放出的能量E ＝0.005 7×931 MeV≈5.31 MeV.(3)钚核衰变成铀核和X 核，根据动量守恒定律，两者动量大小相等，根据E k ＝12mv 2＝p22m ，得X 核和铀核的动能之比E kHe E kU ＝m um He≈58.7. 针对训练4 一个静止的放射性同位素的原子核3015P 衰变为3014Si ，另一个静止的天然放射性元素的原子核23490Th 衰变为23491Pa ，在同一磁场中，得到衰变后粒子的运动径迹1、2、3、4，如图2所示，则这四条径迹依次是( )图2A ．电子、234 91Pa 、3014Si 、正电子 B.234 91Pa 、电子、正电子、3014SiC.3014Si 、正电子、电子、234 91Pa D ．正电子、3014Si 、23491Pa 、电子 答案 B 解析3015P ―→3014Si ＋01e(正电子)，产生的两个粒子，都带正电，应是外切圆，由R ＝mvqB，电荷量大的半径小，故3是正电子，4是3014Si.23490Th ―→23491Pa ＋ 0－1e ，产生的两个粒子，一个带正电，一个带负电，应是内切圆，由R ＝mvqB知，电荷量大的半径小，故1是23491Pa,2是电子，故B 项正确．。
粤教版高中物理选修3-5课件第四章章末整合
是( A )
A．α粒子和电子
B．α粒子和正电子
C．电子和α粒子
D．质子和正电
解析：写出核反应方程：2173Al＋10n→2114Na＋X 和2114Na→2142Mg ＋Y，显然 X 是 α 粒子，Y 是电子．A 正确．
专题四 核力与核能 1．核力：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． 核力有着完全不同于静电力和万有引力的一些性质． 2．结合能：由于核子之间存在着强大的核力，要把原子核 拆成核子，需要克服核力做功，也就是说需要提供一定的能量． 反过来，根据能量守恒，核子结合成原子核时，也会放出一定 能量．我们把这个能量叫做结合能．结合能越大，将原子核拆 散需要的能量越多，说明原子核稳定．核反应过程中往往伴随 着能量关系．
5．(2010 年北京卷)太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时
其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为 4×1026J，根
据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( D )
A．1036kg
B．1018kg
C．1013kg
D．109kg
解析：根据爱因斯坦的质能方程，Δm＝ΔcE2 ＝49× ×11002166 kg＝
答案：29322U→29208Th＋42He 5.5 MeV 规律总结：用 ΔE＝Δmc2 计算核能时有两种方法 1.在公式 ΔE＝Δmc2 中均取国际单位. 2.在公式 ΔE＝Δm×931.5 中 Δm 的单位是 u，ΔE 的单位是 MeV， 1 u 相当于 931.5MeV.
1．(2011 年重庆卷)核电站核泄漏的污染物中含有碘 131 和 铯 137.碘 131 的半衰期约为 8 天，会释放β射线；铯 137 是铯 133 的同位素，半衰期约为 30 年，发生衰变时会辐射γ射线． 下列说法正确的是( D )
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 粤教版选修3-5
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学年高中物理粤教版选修3-5教师用书：第4章
第五节裂变和聚变[先填空]1．核裂变重核分裂成两个较轻的核时，释放出能量，这种核反应叫做核裂变．2．链式反应为了使裂变产生的能量可以被利用，必须让一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫做链式反应．3．典型的铀核裂变(1)23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n(2)23592U＋10n→136 54Xe＋9038Sr＋1010n[再判断]1．铀核裂变时，可以放出多个中子．(√)2．裂变物体的体积小于临界体积时，不可能发生链式反应．(√)3．核聚变和核裂变中所产生的能量，都可以为人类所利用．(√)[后思考]为了使裂变的链式反应容易进行，一般用高纯度的浓缩铀235，原因是什么？【提示】由于裂变放出的中子有的可能被裂变物质中的杂质吸收而造成链式反应不能持续进行下去，要维持链式反应，就要减少裂变物质中的杂质，尽量用高纯度浓缩铀．1．裂变的解释(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：重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铀全部裂变放出的能量相当于2 500 t优质煤燃烧时释放的能量．裂变时能产生几百万度的高温．2．链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积．(2)铀块的质量大于临界质量．以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足．1．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是________．【解析】重核的裂变需要中子的轰击，在链式反应中，不断放出高速的中子使裂变可以不断进行下去．【答案】中子2．(多选)关于重核的裂变，以下说法正确的是( )【导学号：55272138】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，但核子数不变D．重核裂变为中等质量的核时，放出核能【解析】核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确．发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于其临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误．重核裂变时，核子数守恒，C正确．【答案】CD3．铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：235 92U＋10n→140 54Xe＋A Z Sr ＋210n，则A＝________，Z＝________.【解析】根据核反应中的质量数、电荷数守恒可知，A＝94，Z＝38.【答案】94 38对重核裂变的两点理解1．重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程．2．重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小．[先填空]1．核聚变(1)定义：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应．(2)举例：21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV.(3)条件：①轻核的距离要达到10－15 m以内．②需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应．2．受控热核反应人工的热核反应可以通过原子弹爆炸时产生的高温来达到．氢弹就是这样制成的．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放出来并加以利用(例如发电)，这称为受控热核反应．3．优点(1)轻核聚变产能效率高．(2)地球上聚变燃料的储量丰富．(3)轻核聚变更为安全、清洁．4．约束方法磁约束和惯性约束．[再判断]1．核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些．(×)2．轻核的聚变只要达到临界质量就可以发生．(×)3．现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的聚变反应．(√)[后思考]核聚变为什么需要几百万度的高温？【提示】要使轻核发生聚变就必须使它们间的距离达到核力发生作用的距离，而核力是短程力，作用距离在10－15 m，在这个距离上时，质子间的库仑斥力非常大，为了克服库仑斥力就需要原子核具有非常大的动能才会撞到一起，当温度达到几百万度时，原子核就可以具有这样大的动能．1．聚变发生的条件要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．2．轻核聚变是放能反应从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．3．核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆．4．核聚变的应用(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸．(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．4．下列关于聚变的说法中，不正确的是 ( )A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．自然界中不存在天然的热核反应【解析】轻核聚变时，必须使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都进行着热核反应，D错误．【答案】 D5．(多选)科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应方程为32He ＋32He→211H ＋42He ，关于32He 聚变下列表述正确的是( )【导学号：55272139】A ．聚变反应会释放能量B ．聚变反应产生了新的原子核C ．聚变反应没有质量亏损D ．目前核电站都采用32He 聚变反应发电【解析】 核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，这是人类利用核能的途径之一．目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电．【答案】 AB6．氘核(21H)和氚核(31H)结合成氦核(42He)的核反应方程如下：21H ＋31H→42He ＋10n ＋17.6 MeV (1)这个核反应称为________．(2)要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6 MeV 是核反应中________(选填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(选填“增加”或“减少”)了________kg(保留一位有效数字)．【解析】 在轻核聚变反应中，由于质量亏损，放出核能，由ΔE ＝Δmc 2，可以求得Δm ＝ΔE c2≈3×10－29kg.【答案】 (1)核聚变 (2)放出 减少 3×10－291．核聚变反应和一般的核反应一样，也遵循电荷数和质量数守恒，这是书写核反应方程式的重要依据．2．核能的计算关键是要求出核反应过程中的质量亏损，然后代入ΔE ＝Δmc 2进行计算．。
2017-2018学年高中物理粤教版选修3-5学案：1-11-2 物
第一节物体的碰撞第二节(1)动量动量守恒定律[目标定位] 1.探究物体弹性碰撞的一些特点，知道弹性碰撞和非弹性碰撞.2.理解动量、冲量的概念，知道动量的变化量也是矢量.3.理解动量定理并能解释和解决实际问题.4.理解动量与动能、动量定理与动能定理的区别．一、物体的碰撞1．碰撞碰撞就是两个或两个以上的物体在相遇的极短时间内产生非常大的相互作用的过程．其最主要特点是：相互作用时间短，作用力变化快和作用力峰值大等．2．碰撞的分类(1)按碰撞前后，物体的运动方向是否沿同一条直线可分为：①正碰(对心碰撞)：作用前后沿同一条直线．②斜碰(非对心碰撞)：作用前后不沿同一条直线．(2)按碰撞过程中机械能是否损失分为：①弹性碰撞：碰撞前后系统的动能相等，E k1＋E k2＝E k1′＋E k2′.②非弹性碰撞：碰撞前后系统的动能不再相等，E k1′＋E k2′＜E k1＋E k2.二、动量及其改变1．冲量(1)定义：物体受到的力与力的作用时间的乘积．(2)定义式：I＝Ft.(3)单位：在国际单位制中，冲量的单位是牛顿·秒，符号为N·s.2．动量(1)定义：运动物体的质量和它的速度的乘积．(2)定义式：p＝m v.(3)单位：在国际单位制中，动量的单位是千克米每秒，符号为kg·m·s－1.(4)方向：动量是矢量，其方向与速度方向相同．3．动量的变化量 物体在某段时间内末动量与初动量的矢量差(也是矢量)，Δp ＝p －p 0(矢量式)．4．动量定理(1)内容：物体所受合力的冲量，等于物体动量的改变量．(2)公式：Ft ＝m v t －m v 0.预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中一、弹性碰撞和非弹性碰撞1．碰撞中能量的特点：碰撞过程中，一般伴随机械能的损失，即：E k1＋E k2≤E k10＋E k20.2．弹性碰撞：两个物体碰撞后形变能够完全恢复，碰撞后没有动能转化为其他形式的能，即碰撞前后两物体构成的系统的动能相等．3．非弹性碰撞：两个物体碰撞后形变不能完全恢复，该过程有动能转化为其他形式的能，总动能减少．非弹性碰撞的特例：两物体碰撞后粘在一起以共同的速度运动，该碰撞称为完全非弹性碰撞，碰撞过程能量损失最多．【例1】 一个质量为2 kg 的小球A 以v 0＝3 m/s 的速度与一个静止的、质量为1 kg 的小球B 正碰，试根据以下数据，分析碰撞性质：(1)碰后小球A 、B 的速度均为2 m/s ；(2)碰后小球A 的速度为1 m/s ，小球B 的速度为4 m/s.答案 (1)非弹性碰撞 (2)弹性碰撞解析 碰前系统的动能E k0＝12m A v 02＝9 J.(1)当碰后小球A 、B 速度均为2 m/s 时，碰后系统的动能E k ＝12m A v A 2＋12m B v B 2＝(12×2×22＋12×1×22)J ＝6 J ＜E k0，故该碰撞为非弹性碰撞．(2)当碰后v A ′＝1 m/s ，v B ′＝4 m/s 时，碰后系统的动能E k ′＝12m A v A ′2＋12m B v B ′2＝(12×2×12＋12×1×42)J ＝9 J ＝E k0，故该碰撞为弹性碰撞．针对训练1 现有甲、乙两滑块，质量分别为3m 和m ，以相同的速率v 在光滑水平面上相向运动，发生了碰撞．已知碰撞后甲滑块静止不动，乙滑块反向运动，且速度大小为2v .那么这次碰撞是( )A ．弹性碰撞B ．非弹性碰撞C ．完全非弹性碰撞D ．条件不足，无法确定答案 A解析 碰前总动能：E k ＝12·3m ·v 2＋12m v 2＝2m v 2碰后总动能：E k ′＝12m v ′2＝2m v 2，E k ＝E k ′，所以A 对．二、对动量和动量变化量的理解1．动量：p ＝m v ，动量是矢量，方向与速度v 的方向相同．2．动量和动能的区别动量和动能都是描述物体运动状态的物理量，动量p ＝m v 是矢量，而动能E k ＝12m v 2是标量．当速度发生变化时，物体的动量一定发生变化，而动能不一定发生变化．3．动量的变化量(Δp )Δp ＝p －p 0(1)若p 、p 0在同一条直线上，先规定正方向，再用正、负号表示p 、p 0的方向，则可用Δp ＝p －p 0＝m v t －m v 0进行代数运算．(2)动量变化量的方向：与速度变化的方向相同．【例2】 羽毛球是速度较快的球类运动之一，运动员扣杀羽毛球的速度可达到342 km/h ，假设球飞来的速度为90 km/h ，运动员将球以 342 km/h 的速度反向击回．设羽毛球的质量为5 g ，试求：(1)运动员击球过程中羽毛球的动量变化量；(2)在运动员的这次扣杀中，羽毛球的动能变化量是多少？答案 (1)0.6 kg·m/s ，方向与球飞来的方向相反(2)21 J解析 (1)以球飞来的方向为正方向，则羽毛球的初速度v 1＝903.6 m/s ＝25 m/s末速度v 2＝－3423.6 m/s ＝－95 m/sp 1＝m v 1＝5×10－3×25 kg·m/s ＝0.125 kg·m/sp 2＝m v 2＝－5×10－3×95 kg·m/s ＝－0.475 kg·m/s 所以动量的变化量Δp ＝p 2－p 1＝－0.475 kg·m/s －0.125 kg·m/s ＝－0.6 kg·m/s.即羽毛球的动量变化量大小为0.6 kg·m/s ，方向与球飞来的方向相反．(2)羽毛球的初动能：E k ＝12m v 21≈1.56 J ，羽毛球的末动能：E k ′＝12m v 22≈22.56 J. 所以ΔE k ＝ΔE k ′－E k ＝21 J.借题发挥 关于动量变化量的计算(1)若初、末动量在同一直线上，则在选定正方向的前提下，可化矢量运算为代数运算．(2)若初、末动量不在同一直线上，运算时应遵循平行四边形定则．三、对动量定理的理解和应用1．动量定理的理解(1)动量定理的表达式Ft ＝m v t －m v 0是矢量式，等号包含了大小相等、方向相同两方面的含义．(2)动量定理反映了合外力的冲量是动量变化的原因．(3)公式中的F 是物体所受的合外力，若合外力是变力，则F 应是合外力在作用时间内的平均值．2．动量定理的应用(1)定性分析有关现象：①物体的动量变化量一定时，力的作用时间越短，力就越大；力的作用时间越长，力就越小．②作用力一定时，力的作用时间越长，动量变化量越大；力的作用时间越短，动量变化量越小．(2)应用动量定理定量计算的一般步骤：①选定研究对象，明确运动过程．②进行受力分析和运动的初、末状态分析．③选定正方向，根据动量定理列方程求解．【例3】 在水平力F ＝30 N 的作用下，质量m ＝5 kg 的物体由静止开始沿水平面运动．已知物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，若F 作用6 s 后撤去，撤去F 后物体还能向前运动多长时间才停止？(g 取10 m/s 2)答案 12 s解析 法一 用动量定理解，分段处理．选物体为研究对象，对于撤去F 前物体做匀加速运动的过程，受力情况如图甲所示，始态速度为零，终态速度为v .取水平力F 的方向为正方向，根据动量定理有(F －μmg )t 1＝m v －0，对于撤去F 后，物体做匀减速运动的过程，受力情况如图乙所示，始态速度为v ，终态速度为零．根据动量定理有－μmgt 2＝0－m v .以上两式联立解得t 2＝F －μmg μmg t 1＝30－0.2×5×100.2×5×10×6 s ＝12 s. 法二 用动量定理解，研究全过程．选物体作为研究对象，研究整个运动过程，这个过程的始、终状态的物体速度都等于零．取水平力F 的方向为正方向，根据动量定理得(F －μmg )t 1＋(－μmg )t 2＝0解得t 2＝F －μmg μmg t 1＝30－0.2×5×100.2×5×10×6 s ＝12 s. 针对训练2 质量为0.5 kg 的弹性小球，从1.25 m 高处自由下落，与地板碰撞后回跳高度为0.8 m ，g 取10 m/s 2.(1)若地板对小球的平均冲力大小为100 N ，求小球与地板的碰撞时间；(2)若小球与地板碰撞无机械能损失，碰撞时间为0.1 s ，求小球对地板的平均冲力．答案 (1)0.047 s (2)55 N ，方向竖直向下解析 (1)碰撞前的速度：v 1＝2gh 1＝5 m/s 方向竖直向下碰撞后的速度：v 2＝2gh 2＝4 m/s 方向竖直向上取竖直向上为正方向，碰撞过程由动量定理得：(F －mg )Δt ＝m v 2－(－m v 1)解得Δt ≈0.047 s(2)由于小球与地板碰撞无机械能损失故碰撞后球的速度：v 2′＝5 m/s ，方向竖直向上由动量定理得(F ′－mg )Δt ′＝m v 2′－(－m v 1)解得F ′＝55 N由牛顿第三定律得小球对地板的平均冲力大小为55 N ，方向竖直向下.对弹性碰撞和非弹性碰撞的理解1．质量为1 kg 的A 球以3 m/s 的速度与质量为2 kg 静止的B 球发生碰撞，碰后两球均以1 m/s 的速度一起运动．则两球的碰撞属于______类型的碰撞，碰撞过程中损失了______J 动能．答案 完全非弹性 3解析 由于两球碰后速度相同，没有分离，因此两球的碰撞属于完全非弹性碰撞，在碰撞过程中损失的动能为ΔE k ＝12m A v 02－12(m A ＋m B )v t 2＝(12×1×32－12×3×12) J ＝3 J.对动量和动量变化量的理解2．关于动量，下列说法正确的是( )A．速度大的物体，它的动量一定也大B．动量大的物体，它的速度一定也大C．只要物体运动的速度大小不变，物体的动量也保持不变D．质量一定的物体，动量变化越大，该物体的速度变化一定越大答案 D解析动量由质量和速度共同决定，只有质量和速度的乘积大，动量才大，A、B均错误；动量是矢量，速度方向变化，动量也发生变化，选项C错误；由Δp ＝m·Δv，知D正确．动量定理的理解和应用3．(多选)一个小钢球竖直下落，落地时动量大小为0.5 kg·m/s，与地面碰撞后又以等大的动量被反弹．下列说法中正确的是()A．引起小钢球动量变化的是地面给小钢球的弹力的冲量B．引起小钢球动量变化的是地面对小钢球弹力与其自身重力的合力的冲量C．若选向上为正方向，则小钢球受到的合冲量是－1 N·sD．若选向上为正方向，则小钢球的动量变化是1 kg·m/s答案BD4．质量为60 kg的建筑工人，不慎从高空跌下，幸好弹性安全带的保护使他悬挂起来．已知弹性安全带的缓冲时间是1.5 s，安全带自然长度为5 m，g取10 m/s2，则安全带所受的平均冲力的大小为()A．500 N B．1 100 NC．600 N D．1 000 N答案 D解析建筑工人下落5 m时速度为v，则v＝2gh＝2×10×5 m/s＝10 m/s.设安全带所受平均冲力为F，则由动量定理得：(mg－F)t＝－m v所以F＝mg＋m vt＝60×10 N＋60×101.5N＝1 000 N.(时间：60分钟)题组一对碰撞的理解1．在光滑的水平面上，动能为E0的钢球1与静止钢球2发生碰撞，碰后球1反向运动，其动能大小为E1，球2的动能大小为E2，则必有()A．E1＜E0B．E1＝E0C．E2＞E0D．E2＝E0答案 A解析根据碰撞前后动能关系得E1＋E2≤E0，必有E1＜E0，E2＜E0.故只有A项对．2. (多选)如图1所示，A、B两个小球发生碰撞，在满足下列条件时能够发生正碰的是()图1A．小球A静止，另一个小球B经过A球时刚好能擦到A球的边缘B．小球A静止，另一个小球B沿着A、B两球球心连线去碰A球C．相碰时，相互作用力的方向沿着球心连线时D．相碰时，相互作用力的方向与两球相碰之前的速度方向在同一条直线上答案BD解析根据牛顿运动定律，如果力的方向与速度方向在同一条直线上，这个力只改变速度的大小，不能改变速度的方向；如果力的方向与速度的方向不在同一直线上，则速度的方向一定发生变化，所以B、D项正确；A项不能发生一维碰撞；在任何情况下相碰两球的作用力方向都沿着球心连线，因此满足C项条件不一定能发生一维碰撞．3．如图2甲所示，在光滑水平面上的两个小球发生正碰，小球的质量分别为m1和m2.图乙为它们碰撞前后的s－t图象．已知m1＝0.1 kg，m2＝0.3 kg，由此可以判断：图2①碰前m2静止，m1向右运动②碰后m2和m1都向右运动③碰撞过程中系统机械能守恒④碰撞过程中系统损失了0.4 J的机械能以上判断正确的是()A．①③B．①②③C．①②④D．③④答案 A解析由题图乙可以看出，碰前m1位移随时间均匀增加，m2位移不变，可知m2静止，m1向右运动，故①是正确的；碰后一个位移增大，一个位移减小，说明运动方向不一致，②错误；由题图乙可以计算出碰前m1的速度v10＝4 m/s，碰后速度v1＝－2 m/s，碰前m20的速度v20＝0，碰后速度v2＝2 m/s，碰撞过程中系统损失的机械能ΔE k＝12m1v102－12m1v12－12m2v22＝0，因此③是正确的，④是错误的．题组二对动量的理解4．(多选)下列说法中正确的是()A．物体的速度大小改变时，物体的动量一定改变B．物体的速度方向改变时，其动量不一定改变C．物体的动量不变，其速度一定不变D．运动物体在任一时刻的动量方向，一定是该时刻的速度方向答案ACD5．(多选)下列说法中正确的是()A．动能变化的物体，动量一定变化B．动能不变的物体，动量一定不变C．动量变化的物体，动能一定变化D．动量不变的物体，动能一定不变答案AD解析动量是矢量，p＝m v，动能是标量，E k＝12m v2，所以动能变化，则动量的大小一定变化，A正确；当动量的大小不变，只是方向变化时，物体的动能不变，B、C错误；动量不变的物体，速度一定不变，则动能一定不变，D正确．6．下列说法正确的是()A．动能为零时，物体一定处于平衡状态B．物体做曲线运动时动量一定变化C．物体所受合外力不变时，其动量一定不变D．动能不变，物体的动量一定不变答案 B解析动能为零时，速度为零，而加速度不一定等于零，物体不一定处于平衡状态，选项A错误；物体做曲线运动时速度方向一定变化，所以动量一定变化．选项B正确；合外力不变且不为0时，加速度不变，速度均匀变化，动量一定变化，C项错误；动能不变，若速度的方向变化，动量就变化，选项D错误．题组三动量定理的理解与计算7．(多选)从同样高度落下的玻璃杯，掉在水泥地上容易打碎，而掉在草地上不容易打碎，其原因是()A．掉在水泥地上的玻璃杯动量大，掉在草地上的玻璃杯动量小B．掉在水泥地上的玻璃杯动量改变大，掉在草地上的玻璃杯动量改变小C．掉在水泥地上的玻璃杯动量改变快，掉在草地上的玻璃杯动量改变慢D．掉在水泥地上的玻璃杯与地面接触时，相互作用时间短，而掉在草地上的玻璃杯与地面接触时作用时间长答案CD解析杯子是否被撞碎，取决于撞击地面时，地面对杯子的撞击力大小．规定竖直向上为正方向，设玻璃杯下落高度为h，则落地瞬间的速度大小为2gh，设玻璃杯的质量为m，则落地前瞬间的动量大小为p＝m2gh，与水泥或草地接触Δt 时间后，杯子停下，在此过程中，玻璃杯的动量变化Δp＝m2gh相同，再由动量定理可知(F－mg)·Δt＝m2gh，所以F＝m2ghΔt＋mg.由此可知，Δt越小，玻璃杯所受撞击力越大，玻璃杯就越容易碎，杯子掉在草地上作用时间较长，动量变化慢，作用力小，因此玻璃杯不易碎．8．如图3所示，一铁块压着一纸条放在水平桌面上，当以速度v抽出纸条后，铁块掉到地面上的P点，若以2v速度抽出纸条，则铁块落地点()图3A．仍在P点B．在P点左侧C．在P点右侧不远处D．在P点右侧原水平位移的两倍处答案 B解析以2v速度抽出纸条时，纸条对铁块作用时间减少，而纸条对铁块的作用力相同，故与以速度v抽出相比，纸条对铁块的冲量I减小，铁块获得的动量减少，平抛的速度减小，水平射程减小，故落在P点的左侧．9．如图4所示，运动员挥拍将质量为m的网球击出．如果网球被拍子击出前、后瞬间速度的大小分别为v1、v2，v1与v2方向相反，且v2＞v1.忽略网球的重力，则此过程中拍子对网球作用力的冲量()图4A．大小为m(v2－v1)，方向与v1方向相同B．大小为m(v2＋v1)，方向与v1方向相同C．大小为m(v2－v1)，方向与v2方向相同D．大小为m(v2＋v1)，方向与v2方向相同答案 D解析在球拍拍打网球的过程中，选取v2方向为正方向，对网球运用动量定理有I＝m v2－(－m v1)＝m(v2＋v1)，即拍子对网球作用力的冲量大小为m(v2＋v1)，方向与v2方向相同．10.如图5所示，质量为m的小滑块沿倾角为θ的斜面向上滑动，经过时间t1速度为零然后又下滑，经过时间t2回到斜面底端，滑块在运动过程中受到的摩擦力大小始终为F1.在整个过程中，重力对滑块的总冲量为()图5A．mg sin θ(t1＋t2) B．mg sin θ(t1－t2)C．mg(t1＋t2) D．0答案 C解析谈到冲量必须明确是哪一个力的冲量，此题中要求的是重力对滑块的总冲量，根据冲量的定义式I＝Ft，因此重力对滑块的总冲量应为重力乘以作用时间，所以I G＝mg(t1＋t2)，即C正确．11．物体在恒定的合力F作用下做直线运动，在时间Δt1内速度由0增大到v，在时间Δt2内速度由v增大到2v.设F在Δt1内做的功是W1，冲量是I1；在Δt2内做的功是W2，冲量是I2.那么()A．I1<I2，W1＝W2B．I1<I2，W1<W2C．I1＝I2，W1＝W2D．I1＝I2，W1<W2答案 D解析在Δt1内，I1＝FΔt1＝m v－0＝m v，在Δt2内，I2＝FΔt2＝2m v－m v＝m v，所以I1＝I2，又因为W1＝12m v2，W2＝12m(2v)2－12m v2＝32m v2，所以W1<W2，选项D正确．12.质量为0.5 kg的小球沿光滑水平面以5 m/s的速度冲向墙壁后又以4 m/s的速度反向弹回，如图6所示，若球跟墙的作用时间为0.05 s，则小球所受到的平均力大小为________N.图6答案90解析选定小球与墙碰撞的过程，取v1的方向为正方向，对小球应用动量定理得Ft＝－m v2－m v1所以，F＝－m v2－m v1t＝－0.5×4－0.5×50.05N＝－90 N“－”号说明F的方向向左．13．蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目．一个质量为60 kg的运动员，从离水平网面3.2 m高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5 m高处．已知运动员与网接触的时间为1.2 s．若把这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理，求此力的大小．(g取10 m/s2) 答案 1.5×103 N解析将运动员看做质量为m的质点，从高h1处下落，刚接触网时速度的大小v1＝2gh1(竖直向下)．弹跳后到达的高度为h2，刚离网时速度的大小v2＝2gh2(竖直向上)．选竖直向上为正方向．由动量定理得(F－mg)·Δt＝m[v2－(－v1)]由以上各式解得F＝mg＋m 2gh2＋2gh1Δt代入数据得F＝1.5×103 N第二节(2)动量动量守恒定律[目标定位] 1.理解系统、内力、外力的概念.2.理解动量守恒定律的内容及表达式，理解其守恒的条件.3.会用动量守恒定律解决实际问题．一、系统、内力与外力1．系统：具有相互作用的两个物体组成一个力学系统．2．内力：系统中，物体间的相互作用力．3．外力：系统外部其他物体对系统的作用力．二、动量守恒定律1．内容：如果系统所受到的合外力为零，则系统的总动量保持不变．2．表达式：对两个物体m1、m2组成的系统，常写成：m1v10＋m2v20＝m1v1＋m2v2.想一想如图1所示，在风平浪静的水面上，停着一艘帆船，船尾固定一台电风扇，正在不停地把风吹向帆面，船能向前行驶吗？为什么？图1答案不能．把帆船和电风扇看做一个系统，电风扇和帆船受到空气的作用力大小相等、方向相反，这是一对内力，系统总动量守恒，船原来是静止的，总动量为零，所以在电风扇吹风时，船仍保持静止．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中一、对动量守恒定律的理解1．研究对象相互作用的物体组成的系统．2．动量守恒定律的成立条件(1)系统不受外力或所受合外力为零．(2)系统受外力作用，但内力远大于外力，此时动量近似守恒．(3)系统所受到的合外力不为零，但在某一方向上合外力为零或某一方向上内力远大于外力，则系统在该方向上动量守恒．3．动量守恒定律的几个性质(1)矢量性．公式中的v10、v20、v1和v2都是矢量，只有它们在同一直线上，并先选定正方向，确定各速度的正、负后，才能用代数方法运算．(2)相对性．速度具有相对性，公式中的v10、v20、v1和v2应是相对同一参考系的速度，一般取相对地面的速度．(3)同时性．相互作用前的总动量，这个“前”是指相互作用前同一时刻，v10、v20均是此时刻的瞬时速度；同理，v1、v2应是相互作用后的同一时刻的瞬时速度．【例1】(多选)在光滑水平面上A、B两小车中间有一弹簧，如图2所示，用手抓住小车并将弹簧压缩后使两小车处于静止状态．将两小车及弹簧看做一个系统，下面说法正确的是()图2A．两手同时放开后，系统总动量始终为零B．先放开左手，再放开右手后，动量不守恒C．先放开左手，后放开右手，总动量向左D．无论何时放手，两手放开后，在弹簧恢复原长的过程中，系统总动量都保持不变，但系统的总动量不一定为零答案ACD解析在两手同时放开后，水平方向无外力作用，只有弹簧的弹力(内力)，故动量守恒，即系统的总动量始终为零，A对；先放开左手，再放开右手后，是指两手对系统都无作用力之后的那一段时间，系统所受合外力也为零，即动量是守恒的，B错；先放开左手，系统在右手作用下，产生向左的作用力，故有向左的冲量，后放开右手，系统的动量守恒，即此后的总动量向左，C对；其实，无论何时放开手，只要是两手都放开后就满足动量守恒的条件，即系统的总动量都保持不变，D对．针对训练如图3所示，甲木块的质量为m1，以速度v沿光滑水平地面向前运动，正前方有一静止的、质量为m2的乙木块，乙木块上连有一轻质弹簧．甲木块与弹簧接触后()图3A．甲木块的动量守恒B．乙木块的动量守恒C．甲、乙两木块所组成系统的动量守恒D．甲、乙两木块所组成系统的动能守恒答案 C解析两木块在光滑水平地面上相碰，且中间有弹簧，则碰撞过程系统的动量守恒，机械能也守恒，故选项A、B错误，选项C正确；甲、乙两木块碰撞前、后动能总量不变，但碰撞过程中有弹性势能，故动能不守恒，选项D错误．二、动量守恒定律的简单应用1．动量守恒定律的表达式及含义(1)p0＝p：系统相互作用前总动量p0等于相互作用后总动量p.(2)Δp1＝－Δp2：相互作用的两个物体组成的系统，一个物体的动量变化量与另一个物体的动量变化量大小相等、方向相反．(3)Δp＝0：系统总动量增量为零．(4)m1v10＋m2v20＝m1v1＋m2v2：相互作用的两个物体组成的系统，作用前的动量和等于作用后的动量和．2．应用动量守恒定律的解题步骤(1)确定相互作用的系统为研究对象；(2)分析研究对象所受的外力；(3)判断系统是否符合动量守恒条件；(4)规定正方向，确定初、末状态动量的正、负号；(5)根据动量守恒定律列式求解．【例2】质量m1＝10 g的小球在光滑的水平桌面上以v1＝30 cm/s的速率向右运动，恰遇上质量为m2＝50 g的小球以v2＝10 cm/s的速率向左运动，碰撞后，小球m2恰好停止，则碰后小球m1的速度大小和方向如何？答案20 cm/s方向向左解析碰撞过程中，两小球组成的系统所受合外力为零，动量守恒．设向右为正方向，则各小球速度为v10＝30 cm/s，v20＝－10 cm/s；v2＝0.由动量守恒定律列方程m1v10＋m2v20＝m1v1＋m2v2，代入数据得v1＝－20 cm/s.故小球m1碰后的速度的大小为20 cm/s，方向向左．借题发挥处理动量守恒应用题“三步曲”(1)判断题目涉及的物理过程是否满足动量守恒的条件．(2)确定物理过程及其系统内物体对应的初、末状态的动量．(3)确定正方向，选取恰当的动量守恒的表达式列式求解．【例3】如图4所示，将两个完全相同的磁铁(磁性极强)分别固定在质量相等的小车上，水平面光滑．开始时甲车速度大小为3 m/s，乙车速度大小为2 m/s，方向相反并在同一直线上．图4(1)当乙车速度为零时，甲车的速度多大？方向如何？(2)由于磁性极强，故两车不会相碰，那么两车的距离最小时，乙车的速度是多大？方向如何？答案(1)1 m/s方向向右(2)0.5 m/s方向向右解析两个小车及磁铁组成的系统在水平方向不受外力作用，两车之间的磁力是系统内力，系统动量守恒．设向右为正方向．(1)据动量守恒得：m v甲－m v乙＝m v甲′，代入数据解得v甲′＝v甲－v乙＝(3－2) m/s＝1 m/s，方向向右．(2)两车相距最小时，两车速度相同，设为v′，由动量守恒得：m v甲－m v乙＝m v′＋m v′.解得v′＝m v甲－m v乙2m＝v甲－v乙2＝3－22m/s＝0.5 m/s，方向向右.对动量守恒条件的理解1．把一支弹簧枪水平固定在小车上，小车放在光滑水平地面上，枪射出一颗子弹时，关于枪、弹、车，下列说法正确的是()A．枪和弹组成的系统动量守恒B．枪和车组成的系统动量守恒C．枪弹和枪筒之间的摩擦力很小，可以忽略不计，故二者组成的系统动量近似守恒D．枪、弹、车三者组成的系统动量守恒答案 D解析内力、外力取决于系统的划分，以枪和弹组成的系统，车对枪的作用力是外力，系统动量不守恒，枪和车组成的系统受到系统外弹簧对枪的作用力，系统动量不守恒；枪弹和枪筒之间的摩擦力属于内力，但枪筒受到车的作用力，属于外力，故二者组成的系统动量不守恒；枪、弹、车组成的系统所受合外力为零，系统动量守恒．故D正确．2．(多选)木块a和b用一根轻弹簧连接起来，放在光滑水平面上，a紧靠在墙壁上．在b上施加向左的水平力使弹簧压缩，如图5所示．当撤去外力后，下列说法正确的是()图5A．a尚未离开墙壁前，a和b组成的系统动量守恒B．a尚未离开墙壁前，a和b组成的系统动量不守恒C．a离开墙壁后，a和b组成的系统动量守恒D．a离开墙壁后，a和b组成的系统动量不守恒答案BC解析a尚未离开墙壁前，墙壁对a有冲量，a和b构成的系统动量不守恒；a 离开墙壁后，系统所受合外力等于零，系统的动量守恒．动量守恒定律的简单应用3．甲、乙两物体在光滑水平面上沿同一直线相向运动，甲、乙物体的速度大小分别为3 m/s和1 m/s；碰撞后甲、乙两物体都反向运动，速度大小均为2 m/s.则甲、乙两物体质量之比为()图6。
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(对应学生用书页码P63)原子核⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧原子核的组成⎩⎨⎧⎭⎬⎫质子中子核子原子核的衰变⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧ 三种射线：α射线，β射线，γ射线衰变分类⎩⎨⎧α衰变：A Z X →A －4Z －2Y ＋42He β衰变AZX → A Z ＋1Y ＋ 0－1e 衰变规律⎩⎨⎧质量数守恒电荷数守恒半衰期⎩⎨⎧意义：表示衰变快慢公式：m ＝m 0()12t T决定因素：由核本身性质决定人工转变⎩⎨⎧质子的发现：14 7N ＋42He →17 8O ＋11H中子的发现：94Be ＋42He →126C ＋10n正电子的发现：3015P →3014Si ＋01e 放射性同位素及应用与防护核力与结合能⎩⎪⎨⎪⎧核力⎩⎨⎧定义特点结合能平均结合能核能的利用⎩⎨⎧重核裂变轻核聚变粒子和宇宙⎩⎨⎧粒子夸克模型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：147N＋4He→178O＋11H(发现质子的核反应)29Be＋42He→126C＋10n(发现中子的核反应)4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：235U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n92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：2H＋31H→42He＋10n1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(1H)的轰击下产生了氮13(137N)和另外一种粒子，1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：16O＋11H→137N＋42He。
8[答案]16O＋11H→137N＋42He8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＝Δmc2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．(m＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2D．(m1－m2－m3)c2[解析]一个质子和一个中子结合成氘核时，质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，根据质能方程，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2，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＝Δmc2得Δm＝4.8931.5u≈0.005 2 u (3)根据题意有0＝m1v1＋m2v2。
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23592U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23592U＋10 n―→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.222 86Rn ―→222 87Fr ＋－1eB.222 86Rn ―→218 84Po ＋42HeC.222 86Rn ―→222 85At ＋01eD.222 86Rn ―→220 85At ＋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 ＝m v 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()C 2Cl 4溶液的巨桶，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 MeVB ．0.82 MeVC ．0.51 MeVD ．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 。