高考物理一轮复习配套word版文档：第十三章 第3讲 核反应和核能
2023届高考人教版物理一轮复习课件：近代物理-原子核及核反应
故B正确;高温能使原子核克服库仑斥力而聚变,故C错误;轻核聚变平均每
个核子放出的能量比重核裂变平均每个核子放出的能量大3~4倍,故对相
同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变产能多,D正确。
6.(多选)(2020全国Ⅰ卷)下列核反应方程中,X1、X2、X3、X4代表α粒子的
置。2018年11月,该装置实现了1×108 ℃等离子体运行等多项重大突破,为
未来和平利用聚变能量迈出了重要一步。关于核聚变,下列说法正确的是
(
)
A.聚变又叫热核反应
B.太阳就是一个巨大的热核反应堆
C.高温能使原子核克服核力而聚变
D.对相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变产能多
答案 ABD
解析 核聚变也叫热核反应,故A正确;太阳主要成分是氢,中心温度高达
1
B.235
U+
n→
Ba+
Kr+3
0
0n
92
56
36
234
4
C.238
U→
Th+
2 He
92
90
30
27
D.42 He+13
A1→15
P+10 n
答案 A
解析 核聚变指两个较轻的核结合成质量较大的核,所以选项A正确。
2.232
90 Th
(
208
232
经过一系列的 α 衰变和 β 衰变后变成 82 Pb,则 82 Pb 比 90 Th 少
3.X元素的原子核的符号为 X ,其中A表示 质量数
,Z表示核电荷数。
二、天然放射现象
高三物理一轮复习 第十三章 动量 近代物理初步 第3节 原子结构与原子核课时跟踪检测(选修35)
原子结构与原子核对点训练：原子核式结构与物理学史1．(2016·福建师大附中模拟)如图1所示为α粒子散射实验装置，α粒子打到荧光屏上都会引起闪烁，若将带有荧光屏的显微镜分别放在图中A、B、C、D四处位置。
则这四处位置在相等时间内统计的闪烁次数可能符合事实的是( )图1A．1 305、25、7、1B．202、405、625、825C．1 202、1 010、723、203D．1 202、1 305、723、203解析：选A 根据α粒子散射实验的统计结果，大多数粒子能按原来方向前进，少数粒子方向发生了偏移，极少数粒子偏转超过90°，甚至有的被反向弹回。
所以在相等时间内A处闪烁次数最多，其次是B、C、D三处，所以选项A正确。
2．(2015·天津高考)物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上。
下列说法正确的是( )A．天然放射现象说明原子核内部是有结构的B．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的解析：选A 天然放射现象说明原子核内部是有结构的，人们认识原子核的复杂结构是从天然放射现象开始的，选项A正确。
电子的发现说明了原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，选项B错误。
由α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型，选项C错误。
密立根油滴实验说明物质所带电荷量是量子化的，选项D错误。
对点训练：原子核的衰变规律3．(多选)(2016·江门模拟)放射性元素234 90Th的衰变方程为234 90Th→234 91Pa＋X，下列表述正确的是( )A．X是由Th原子释放的核外电子B．该衰变是β衰变C．加压或加温不能改变其衰变的快慢D ．Th 发生衰变时原子核要吸收能量解析：选BC 根据电荷数守恒、质量数守恒知，X 的电荷数为－1，质量数为0，则X 为电子，该衰变为β衰变。
高考物理一轮复习 第13章 原子结构 原子核 第2讲 放射性元素的衰变 核能模拟 新人教版选修3-5
2018版高考物理一轮复习第13章原子结构原子核第2讲放射性元素的衰变核能模拟新人教版选修3-5编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2018版高考物理一轮复习第13章原子结构原子核第2讲放射性元素的衰变核能模拟新人教版选修3-5）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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放射性元素的衰变核能1．（多选）（2016·全国卷Ⅲ)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107m/s的质子p 后,变为处于激发态的硅原子核2814Si。
下列说法正确的是导学号 51343311（ABE ) A．核反应方程为p＋错误!Al→错误!SiB．核反应方程过程中系统动量守恒C．核反应过程中系统能量不守恒D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和E．硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子初速度的方向一致[解析］核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒,A项正确；微观粒子相互作用过程中，满足动量守恒定律，B项正确；题述核反应过程属于“二合一”形式的完全非弹性碰撞,机械能有损失，但对于封闭的系统，能量仍然守恒,C项错误；核反应过程中的机械能有损失,故存在质量亏损现象,D项错误;硅原子质量约是质子质量的28倍,由动量守恒定律知，m0v0＝28m0v，所以硅原子核速度数量级为105m/s，方向与质子初速度的方向一致，E项正确.2．(多选）（2017·甘肃兰州一中模拟）下列说法正确的是错误!( ACE )A．天然放射性现象说明原子核内部具有复杂的结构B．α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构C．原子核发生β衰变生成的新核原子序数增加D．氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的波长小于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的波长E．γ射线是原子核内部发生核反应而释放出的多余的能量[解析］天然放射性现象说明原子核内部具有复杂的结构，选项A正确;α粒子散射实验说明原子具有核式结构，选项B错误；根据电荷数守恒和质量数守恒知，β衰变放出一个电子，新核的电荷数增加1,即原子序数增加，故C正确；氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的能量小于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的能量，故从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的波长大于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的波长，选项D错误；γ射线是伴随着α或β衰变而释放出的多余的能量，故E正确。
高考物理一轮复习课时分层集训核反应和核能新人教
课时分层集训(三十四) 核反应和核能(限时：40分钟)[基础对点练]原子核的衰变及半衰期1．下列说法中正确的是( )A．质子与中子结合成氘核的过程中需要吸收能量B.22688Ra(镭)衰变为22286Rn(氡)要经过1次α衰变和1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D [质子与中子结合成氘核，需放出能量，A错误．根据质量数、电荷数守恒判断，只发生一次α衰变，B错误；β射线是原子核发生β衰变形成的，是原子核中放出的电子，C错误；根据半衰期的概念，D正确．]2．(2020·吉林模拟)下列说法正确的是( )A．原子核的结合能是组成原子核的所有核子的能量总和B．在所有核反应中，都遵从“质量数守恒，电荷数守恒”的规律C．在天然放射现象中放出的β射线就是电子流，该电子是原子的内层电子受激发后辐射出来的D．镭226衰变为氡222的半衰期为1 620年，也就是说，100个镭226核经过1 620年后一定还剩下50个镭226没有发生衰变B [原子核的结合能是组成原子核的所有核子结合成原子核时释放出来的能量，选项A错误；在所有核反应中，都遵从“质量数守恒，电荷数守恒”的规律，选项B正确；在天然放射现象中放出的β射线就是电子流，该电子是原子核内的中子转化成质子和电子，从原子核中辐射出来的，选项C错误；半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，少量原子核衰变不能运用半衰期的统计规律，所以选项D错误．]3. (2020·济南模拟)自然界存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态，而是要发生一系列连续的衰变，最终达到稳定状态．某些原子核的衰变情况如图1224所示(N表示中子数，Z表示质子数)，则下列说法正确的是( )图1224A．由228 88Ra到228 89Ac的衰变是α衰变B．已知228 88Ra的半衰期是T，则8个228 88Ra原子核经过2T时间后还剩2个C ．从228 90Th 到20882Pb 共发生5次α衰变和2次β衰变 D ．图中发生的α衰变和β衰变分别只能产生α和β射线C [由题图可知，22888Ra 衰变后的新原子核为22889Ac ，新原子核的质子数比Ra 的多1个，所以是β衰变，选项A 错误；原子核的半衰期是对大量原子核的行为做出的统计预测，对于单个的微观事件是不可预测的，选项B 错误；由质量数和电荷数守恒知，从22890Th 到20882Pb 共发生5次α衰变和2次β衰变，选项C 正确；γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的，选项D 错误．]4.研究放射性元素射线性质的实验装置如图1225所示．两块平行放置的金属板A 、B 分别与电源的两极a 、b 连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则( )图1225A ．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B [从题图可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A 极板的粒子在初速度方向的位移小于到达B 极板的粒子在初速度方向的位移，粒子在初速度方向做匀速直线运动，则根据公式x ＝v 0t ＝v 0md 2qU ，两个粒子初速度v 0相差不大，两极板间电压U 相同，放射源与两极板的距离d2也相同，而电子的mq 小得多，所以电子在初速度方向的位移小，故达到A 极板的是β射线，A 极板带正电，a 为电源的正极，故选项B 正确．](多选)(2020·南通模拟)钍23490Th 具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤23491Pa ，同时伴随有γ射线产生，其方程为23490Th →234 91Pa ＋X ，钍的半衰期为24天．则下列说法中正确的是( ) A ．X 为质子B ．X 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C ．γ射线是镤原子核放出的D ．1 g 钍23490Th 经过120天后还剩0.312 5 gBC [根据电荷数和质量数守恒知，钍核衰变过程中放出了一个电子，即X 为电子，故A 错误；发生β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时产生的，故B 正确；γ射线是镤原子核放出的，故C 正确；钍的半衰期为24天，1 g 钍23490Th 经过120天即经过5个半衰期，故经过120天后还剩0.031 25 g ，故D 错误．] 核反应方程5．如图1226所示为查德威克发现中子的实验示意图，利用钋(21084Po)衰变放出的α粒子轰击铍(94Be)，产生的粒子P能将石蜡中的质子打出来．下列说法正确的是( )图1226A．α粒子是氦原子B．粒子Q的穿透能力比粒子P的强C．钋的α衰变方程为210 84Po→208 82Pb＋42HeD．α粒子轰击铍的核反应方程为42He＋94Be→12 6C＋10nD [α粒子是氦原子核，选项A错误；粒子P是中子，粒子Q是质子，由于质子带正电，当质子射入物体时，受到的库仑力作用会阻碍质子的运动，而中子不带电，不受库仑力作用，所以选项B 错误；在钋衰变中，根据质量数守恒知产生的是206 82Pb，并非208 82Pb，选项C错误；42He＋94Be→126C＋10n 是查德威克发现中子的核反应方程，选项D正确．]6．(2020·淮北模拟)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：23592U＋10n→a＋b＋210n，则a＋b可能是( )A.14156Ba＋9236KrB.14054Xe＋9438SrC.14156Ba＋9338SrD.14054Xe＋9336KrB [核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数都守恒，A质量数不守恒，B质量数和电荷数都守恒，C电荷数不守恒，D质量数和电荷数都不守恒，故B正确．]7．原子核聚变可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，放出能量．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( )【导学号：84370497】A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3B [核反应的基本规律是质量数和电荷数守恒，所以6×2＝4k＋d＋2,6×1＝2k＋d，解得k＝2，d＝2，因此B选项正确．]8．(2020·江苏高考)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→139 53I＋9539Y＋210nC.21H＋31H→42He＋10nD.42He＋2713Al→3015P＋10nA [放射性元素自发地放出射线的现象叫天然放射现象．A选项为β衰变方程，B选项为重核裂变方程，C选项为轻核聚变方程，D选项为原子核的人工转变方程，故选A.]核能的理解和计算9．(2020·太原模拟)下列说法正确的是( )A．组成原子核的核子越多，它的结合能越高，比结合能越大B．核子结合成原子核时核力做正功，将放出能量，这部分能量就是原子核的结合能C．原子核的比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和C [组成原子核的核子越多，它的结合能越高，但是结合能与核子数的比值即原子核的比结合能不一定越大，但比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，A错误，C正确；自由核子结合成原子核时核力做正功，将放出能量，而原子核的结合能是指把核子分开所需要的能量，故B错误；发生核反应时，存在质量亏损，原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，D错误．]10．“超导托卡马克”(英名称：EAST，俗称“人造太阳”)是我国自行研制的可控热核反应实验装置．设该实验反应前氘核(21H)的质量为m1，氚核(31H)的质量为m2，反应后氦核(42He)的质量为m3，中子(10n)的质量为m4，光速为c.下列说法中不正确的是( )A．这种装置中发生的核反应方程式是21H＋31H→42He＋10nB．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．核反应放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同B [可控热核反应装置中发生的核反应方程式是21H＋31H→42He＋10n，故A 正确；核反应过程中质量数守恒，但质量不守恒，核反应过程中存在质量亏损，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B错误；核反应过程中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4，释放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正确；这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反应原理不相同，故D正确．]11．已知氦原子的质量为M He u，电子的质量为m e u，质子的质量为m p u，中子的质量为m n u，u为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程E＝mc2可知：1 u对应于931.5 MeV的能量，若取光速c＝3×108 m/s，则两个质子和两个中子聚变成一个氦核，释放的能量为( )A．[2×(m p＋m n)－M He]×931.5 MeVB．[2×(m p＋m n＋m e)－M He]×931.5 MeVC．[2×(m p＋m n＋m e)－M He]×c2 JD．[2×(m p＋m n)－M He]×c2 JB [核反应方程为211H＋210n→42He，质量亏损Δm＝2×(m p＋m n)－(M He－2m e)＝2×(m p＋m n＋m e)－M He，所以释放的能量为ΔE＝Δm×931.5 MeV＝[2×(m p＋m n＋m e)－M He]×931.5 MeV，选项B正确．] [考点综合练]12．现代科学的发展极大地促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是( )【导学号：84370498】A ．卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构B ．天然放射现象表明原子核内部有电子C ．轻核聚变反应方程有：21H ＋31H→42He ＋10nD ．氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝1能级和从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级，前者跃迁辐射出的光子波长比后者的长C [卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子的核式结构模型，天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构，A 、B 错误；轻核聚变方程电荷数守恒、质量数守恒，C 正确；氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝1能级放出的光子能量比从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级的大，由公式E ＝hcλ，可知前者跃迁辐射出的光子波长比后者的短，D 错误．]13．(多选)(2020·扬州模拟)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量．核反应方程分别为：X ＋Y→42He ＋31H ＋4.9 MeV 和21H ＋31H→42He ＋X ＋17.6 MeV.下列表述正确的有( )A ．X 是中子B ．Y 的质子数是3，中子数是6C ．两个核反应都没有质量亏损D ．氘和氚的核反应是核聚变反应AD [在该核反应中，21H ＋31H→42He ＋X ＋17.6 MeV ，根据电荷数守恒、质量数守恒，则X 的电荷数为0，质量数为1，可知X 是中子，故A 正确．在X ＋Y→42He ＋31H ＋4.9 MeV 中，根据电荷数守恒、质量数守恒，Y 的电荷数为3，质量数为6，则Y 的质子数为3，中子数为3，故B 错误．两个核反应都释放能量，都有质量亏损，故C 错误．两核反应均为核聚变反应，故D 正确．]14．钚的放射性同位素23994Pu 静止时衰变为铀核激发态235 92U *和α粒子，而铀核激发态235 92U *立即衰变为铀核23592U ，并放出能量为0.097 MeV 的γ光子．已知：23994Pu 、23592U 和α粒子的质量分别为m Pu ＝239.052 1 u 、m U ＝235.043 9 u 和m α＝4.002 6 u,1 uc 2＝931.5 MeV .(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能. 【导学号：84370499】 [解析](1)衰变方程为23994Pu ―→235 92U *＋42He ，235 92U *―→23592U ＋γ.或两式合并为239 94Pu ―→235 92U ＋42He ＋γ.(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm＝m Pu －m U －m α， 由质能方程得ΔE＝Δmc 2由能量守恒得ΔE＝E kU ＋E kα＋E γ设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为v U 和v α，则由动量守恒定律得m U v U ＝m αv α 又E kU ＝12m U v 2U ，E kα＝12m αv 2α联立解得E kα＝m U m U ＋m α[(m Pu －m U －m α)c 2－E γ]，代入题给数据得E kα＝5.034 MeV. [答案](1)23994Pu ―→23592U ＋42He ＋γ (2)5.034 MeV15．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片，如图1227所示，今测得两个相切圆半径之比r 1∶r 2＝44∶1，求：图1227(1)这个原子核原来所含的质子数是多少？ (2)图中哪一个是α粒子的径迹？[解析](1)设衰变后新核的带电荷量为q x ，α粒子的带电荷量为q α＝2e ，它们的质量分别为m x 和m α，衰变后的速度分别为v x 和v α，所以原来原子核的带电荷量(即质子数)q ＝q x ＋q α(或Z ＝Z x ＋Z α)①根据轨道半径公式r ＝mv qB 可知，在同一磁场中γ∝mv q ，所以q x ∶q α＝(m x v x r x )∶(m αv αr α)②又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，即 m x v x ＝m αv α③解②和③式，得：q x ∶q α＝r α∶r xq x ＝(r α∶r x )×q α＝88e ，(只能是r α∶r x ＝44∶1，否则q x ＝e22无意义)．代入①式得：q ＝90e ，Z ＝90.(2)由于轨道半径与粒子带电量(在本题中)成反比，所以圆轨道1是α粒子的径迹，圆轨道2是新核的径迹，两者电性相同，运动方向相反． [答案](1)90 (2)1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。
【2021 大一轮复习(新高考)物理教师用书】第十三章 第3讲
第3讲热力学定律与能量守恒定律一、热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式(1)做功；(2)热传递．2．热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和．(2)表达式：ΔU＝Q＋W.(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则：物理量意义W Q ΔU 符号＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少自测1一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104J，气体内能减少1.3×105 J，则此过程()A．气体从外界吸收热量2.0×105 JB．气体向外界放出热量2.0×105 JC．气体从外界吸收热量6.0×104 JD．气体向外界放出热量6.0×104 J答案 B二、热力学第二定律1．热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．2．用熵的概念表示热力学第二定律在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．3．热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．4．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律．自测2(多选)下列现象中能够发生的是()A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体答案CD三、能量守恒定律1．内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者是从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．2．条件性能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的．3．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律．自测3木箱静止于水平地面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到地面的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能E k分别是(空气阻力不计)()A．U＝200 J，E k＝600 JB．U＝600 J，E k＝200 JC．U＝600 J，E k＝800 JD．U＝800 J，E k＝200 J答案 B解析U＝F f x＝60×10 J＝600 J，E k＝Fx－U＝80×10 J－600 J＝200 J.1．热力学第一定律的理解(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析．(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正．(3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0.(4)如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化．2．三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加；(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加；(3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．例1(2020·山东等级考模拟卷·2)如图1所示，水平放置的封闭绝热汽缸，被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分．已知a部分气体为1 mol氧气，b部分气体为2 mol氧气，两部分气体温度相等，均可视为理想气体．解除锁定，活塞滑动一段距离后，两部分气体各自再次达到平衡态时，它们的体积分别为V a、V b，温度分别为T a、T b.下列说法正确的是()图1A．V a>V b，T a>T b B．V a>V b，T a<T b C．V a<V b，T a<T b D．V a<V b，T a>T b答案 D解析解除锁定前，两部分气体温度相同，体积相同，由于b部分压强大，故解除锁定后活塞左移，则平衡时V a<V b，p a＝p b.根据热力学第一定律，活塞左移过程中，a气体被压缩，内能增大，温度升高；b气体对外做功，内能减小，温度降低，则平衡时T a>T b.变式1(多选)(2017·全国卷Ⅱ·33(1)改编)如图2，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空．现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸．待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积．假设整个系统不漏气．下列说法正确的是()图2A．气体自发扩散前后内能相同B．气体在被压缩的过程中内能增大C．在自发扩散过程中，气体对外界做功D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功答案ABD解析因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，与外界没有热量交换，也不对外界做功，根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，C错误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，且没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体内能增大，选项B、D正确．变式2(多选)(2016·全国卷Ⅲ·33(1)改编)关于气体的内能，下列说法正确的是()A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C．气体被压缩时，内能可能不变D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关答案CD解析质量和温度都相同的气体，虽然分子平均动能相同，但是不同的气体，其摩尔质量可能不同，则分子个数可能不同，所以分子总动能不一定相同，A错误；宏观运动和微观运动没有关系，所以宏观运动速度大，内能不一定大，B错误；气体被压缩，同时对外传热，根据热力学第一定律知内能可能不变，C正确；理想气体的分子势能为零，所以一定量的某种理想气体的内能只与分子平均动能有关，而温度是分子平均动能的标志，D正确.例2(多选)(2018·全国卷Ⅰ·33(1)改编)如图3，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e.对此气体，下列说法正确的是()图3A．过程①中气体的压强逐渐减小B．过程②中气体对外界做正功C．过程④中气体从外界吸收了热量D．状态c、d的内能相等答案BD解析过程①中，气体由a到b，体积V不变、T升高，则由查理定律知压强增大，A项错误；过程②中，气体由b到c，体积V变大，对外界做正功，B项正确；过程④中，气体由d到e，温度T降低，内能ΔU减小，体积V不变，气体不做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得Q<0，即气体放出热量，C项错误；状态c、d温度相同，所以内能相等，D项正确．变式3(多选)(2017·全国卷Ⅲ·33(1)改编)如图4，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a.下列说法正确的是()图4A．在过程ab中气体的内能增加B．在过程ca中外界对气体做功C．在过程ab中气体对外界做功D．在过程bc中气体从外界吸收热量答案ABD解析在过程ab中，体积不变，气体对外界不做功，压强增大，则温度升高，内能增加，故选项A正确，C错误；在过程ca中，气体的体积减小，外界对气体做功，气体向外界放出热量，故选项B正确；在过程bc中，温度不变，则内能不变，体积增大，则气体对外界做功，由热力学第一定律可知，气体要从外界吸收热量，故选项D正确．变式4(多选)(2016·全国卷Ⅱ·33(1)改编)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p－T图象如图5所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是()图5A．气体在a、c两状态的体积相等B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功答案AB解析由理想气体状态方程pVT＝C得，p＝CV T，由题图可知，V a＝V c，选项A正确；理想气体的内能只由温度决定，而T a>T c，故气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能，选项B正确；cd过程温度不变，内能不变，则由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，Q＝－W，选项C错误；da过程温度升高，即内能增大，则吸收的热量大于气体对外界做的功，选项D错误．例3(2019·陕西第二次质检)如图6所示，一个长方形汽缸放置于水平地面上，左右侧壁光滑且绝热，底面面积为S＝20 cm2且导热良好，质量为m＝2 kg且绝热的活塞下方封闭了一定量的理想气体，稳定时气柱长度为h＝20 cm.现在在活塞上放一个物块(未画出)，待系统再次稳定后，活塞下方的气柱长度变为h′＝10 cm，已知大气压强始终为p0＝1×105 Pa，重力加速度g＝10 m/s2，一切摩擦阻力不计、汽缸气密性良好且外界环境温度保持不变．求：图6(1)活塞上所放物块的质量M；(2)第一次稳定到第二次稳定过程中从底部发生热交换的情况．答案见解析解析(1)初状态，对活塞由平衡知识可知：p0S＋mg＝p1S放上物块再次稳定后，由玻意耳定律：p1Sh＝p2Sh′此时对活塞：p0S＋mg＋Mg＝p2S解得：M＝22 kg.(2)对活塞的全过程由动能定理得：(p0S＋mg＋Mg)(h－h′)＋W＝0活塞对气体做功－W，根据热力学第一定律：ΔU＝Q＋(－W)＝0联立解得：Q＝－44 J，即从底部放出的热量为44 J.变式5(多选)(2019·四川成都市第二次诊断)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程：从a到b，b到c，c到a回到原状态，其中V－T图象如图7所示．用p a、p b、p c分别表示状态a、b、c的压强，下列说法正确的是()图7A．p a＜p c＝p bB．由a到b的过程中，气体一定吸热C．由b到c的过程中，气体放出的热量一定等于外界对气体做的功D．由b到c的过程中，每一个气体分子的速率都减小答案 AB解析 从状态a 到状态b ，由理想气体状态方程可知，p a·3V 0T 0＝p b ·3V 03T 0，整理得：p b ＝3p a ，同理可知：p a ·3V 0T 0＝p c ·V 0T 0，整理得：p c ＝3p a ，所以p c ＝p b >p a ，故A 正确；从状态a 到状态b 过程中气体的体积不变，没有做功，温度升高，内能增大，所以气体一定吸热，故B 正确；p b ＝p c ，由b 到c 的过程中，温度降低，内能减小，ΔU <0，体积减小，外界对气体做功，W >0，由热力学第一定律可知，b 到c 过程中气体放出的热量一定大于外界对气体做的功，故C 错误；温度是分子平均动能的标志，是大量分子运动的统计规律，对单个分子没意义，所以b 到c 过程中气体的温度降低，分子平均动能减小，并不是每一个气体分子的速率都减小，故D 错误.1．热力学第二定律的含义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助．(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等．在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．2．热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．3．热力学过程的方向性实例(1)高温物体热量Q 能自发传给热量Q 不能自发传给低温物体． (2)功能自发地完全转化为不能自发地转化为热． (3)气体体积V 1能自发膨胀到不能自发收缩到气体体积V 2(较大)． (4)不同气体A 和B能自发混合成不能自发分离成混合气体AB . 4．两类永动机的比较第一类永动机 第二类永动机 设计要求不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器 不可能制成的原因违背能量守恒定律 不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律例4如图8所示为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．图8(1)下列说法正确的是________．A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？答案(1)BC(2)见解析解析(1)热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C项正确，D项错误；由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助，电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故B项正确，A项错误．(2)由热力学第一定律可知，电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多．变式6(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是()A．不可能使热量从低温物体传向高温物体B．第二类永动机违反了热力学第二定律C．气体向真空膨胀的过程是不可逆过程D．功转变为热的实际宏观过程是可逆过程答案BC1．下列关于热现象的描述正确的是()A．根据热力学定律，热机的效率可以达到100%B．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同D．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的答案 C2．关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是( )A ．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B ．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C ．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D ．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的答案 D解析 第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A 、B 错；由热力学第一定律可知W ≠0，Q ≠0，但ΔU ＝W ＋Q 可以等于0，C 错；由热力学第二定律可知D 中现象是可能的，但会引起其他变化，D 对．3．(多选)(2016·全国卷Ⅰ·33(1)改编)关于热力学定律，下列说法正确的是( )A ．气体吸热后温度一定升高B ．对气体做功可以改变其内能C ．理想气体等压膨胀过程一定放热D ．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体答案 BD解析 由热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 知，对气体做功可改变气体的内能，B 选项正确；气体吸热为Q ，但不确定外界做功W 的情况，故不能确定气体温度的变化，A 选项错误；理想气体等压膨胀，W <0，由理想气体状态方程pV T＝C 知，p 不变，则V 增大，气体温度升高，则内能增大，ΔU >0，由ΔU ＝Q ＋W ，知Q >0，气体一定吸热，C 选项错误；由热力学第二定律知，D 选项正确．4.(多选)(2019·山西吕梁市第一次模拟)一定量的理想气体从状态a 开始，经历三个过程ab 、bc 、ca 回到原状态，其p －T 图象如图1所示．下列判断正确的是( )图1A ．过程ab 中气体一定吸热B ．过程bc 中气体既不吸热也不放热C ．过程ca 中外界对气体所做的功等于气体向外界放出的热量D ．a 、b 和c 三个状态中，状态a 分子的平均动能最小答案 AD解析 在ab 过程中体积不变，则W ＝0，但温度升高，气体内能增大，即ΔU >0，由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 知，气体一定吸热，故A 正确；过程bc 中温度不变，则内能不变，即ΔU ＝0，但体积增大，气体对外做功，即W <0，则由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 可知，Q >0，气体吸热，故B 错误；过程ca 中温度降低，即ΔU <0，体积减小，外界对气体做功，即W >0，则由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 可知，气体放出的热量大于外界对气体做的功，故C 错误；a 、b 和c 三个状态中，状态a 的温度最低，分子的平均动能最小，故D 正确．5．(多选)(2020·东北三省四市教研联合体模拟)一定质量的理想气体，经历如图2所示循环，图线由两条绝热线和两条等容线组成，其中，a →b 和c →d 为绝热过程，b →c 和d →a 为等容过程．下列说法正确的是( )图2A ．a →b 过程中，气体分子的平均动能不变B ．b →c 过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数增多C ．c →d 过程中，单位体积内气体分子数减少D ．d →a 过程中，气体从外界吸收热量答案 BC解析 a →b 过程为绝热过程，理想气体与外界没有热交换，Q ＝0，体积变小，外界对气体做功，W >0，根据ΔU ＝Q ＋W 可知，ΔU >0，故气体温度升高，气体分子的平均动能增大，故A 错误；b →c 过程中，体积不变，由pV T＝C 可知，当压强变大时，温度升高，分子平均动能增大，故单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数增多，故B 正确；c →d 过程为绝热过程，体积变大，单位体积内气体分子数减少，故C 正确；d →a 过程中，体积不变，压强减小，温度降低，可知ΔU <0，W ＝0，由ΔU ＝W ＋Q ，可知Q <0，气体放热，故D 错误．6．(多选)(2019·福建龙岩市3月质量检查)如图3所示为一定质量的理想气体发生状态变化的p －V 图象，图线1、2是两条等温线，A 、B 是等温线1上的两点，C 、D 是等温线2上的两点，图线AD 、BC 均与V 轴平行，则下列说法正确的是( )图3A ．等温线1对应的气体温度比等温线2对应的气体温度高B ．从状态A 变化到状态B ，气体一定吸收热量C ．从状态B 变化到状态C ，气体吸收的热量比气体对外界做功多D ．从状态C 变化到状态D ，单位体积的气体分子数增大，但气体分子的平均动能不变 答案 BCD解析 从C →B 为等压变化，由公式V T＝C 可知，等温线1对应的气体温度比等温线2对应的气体温度低，故A 错误；从状态A 到状态B 为等温变化，内能不变，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律得：ΔU ＝Q ＋W ，所以气体一定吸收热量，故B 正确；从状态B 变化到状态C ，气体的温度升高，内能增大，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律得：ΔU ＝Q ＋W ，所以气体吸收的热量比气体对外界做功多，故C 正确；从状态C 到状态D 为等温变化，所以分子平均动能不变，因体积减小，则单位体积的气体分子数增大，故D 正确．7．(2019·福建莆田市5月第二次质检)如图4，一定质量的理想气体经历了A →B →C 的状态变化过程，在此过程中气体的内能增加了135 J ，外界对气体做了90 J 的功．已知状态A 时气体的体积V A ＝600 cm 3.求：图4(1)从状态A 到状态C 的过程中，气体与外界热交换的热量；(2)状态A 时气体的压强p A .答案 (1)吸收热量45 J (2)1.5×105 Pa解析 (1)根据热力学第一定律有ΔU ＝W ＋Q ①由①代入数据得Q ＝＋45 J ②即气体从外界吸收热量45 J.(2)从状态A 到状态B 为等容变化过程，根据查理定律有p A T A ＝p B T B③ 从状态B 到状态C 为等压变化过程，根据盖—吕萨克定律有V B T B ＝V C T C④ 从状态A 到状态B ，外界对气体不做功；从状态B 到状态C ，外界对气体做功，W ＝p B ΔV ⑤又ΔV ＝V B －V C ，V B ＝V A ⑥由③④⑤⑥式代入数据得：p A ＝1.5×105 Pa.。
专题13.4 原子核 核反应与核能(名师预测)-2019年高考物理一轮复习精品资料(解析版)
专题13.4 原子核核反应与核能（名师预测）-2019年高考物理一轮复习精品资料1．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则( )A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν12．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图1-3-9所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景．图中实线表示α粒子的运动轨迹．其中一个α粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近)，下列判断正确的是( )．图13-3-1A．α粒子的动能先增大后减小B．α粒子的电势能先增大后减小C．α粒子的加速度先变小后变大D．电场力对α粒子先做正功后做负功3．氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子已知基态的氦离子能量为E1＝－54.4 eV，氦离子的能级示意图如图13-3-3所示，在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是( )．图13-3-2A ．42.8 eV(光子)B ．43.2 eV(电子)C ．41.0 eV(电子)D ．54.4 eV(光子)4．如图13-3-3为氢原子的能级图，已知处于较高能级的氢原子能自发地向较低能级跃迁，则：图13-3-3(1)一群氢原子由n ＝4能级向n ＝1能级跃迁时最多可辐射出________种不同频率的光． (2)要想使处在n ＝2激发态的氢原子电离至少吸收________eV 的能量． 答案 (1)6 (2)3.405．光子不仅具有能量E ＝h ν，而且像实物粒子一样具有大小为p ＝h νc ＝hλ的动量．如果氢原子能级可用如下公式来描述：E n ＝－(2.18×10－18J)Z 2n2，n ＝1,2,3…，其中Z 为原子序数．已知电子电荷量取1.60×10－19C.则氢原子第一激发态的能量为________，为使处于基态的氢原子进入激发态，入射光子所需的最小能量为________．氢原子从第一激发态跃迁回基态时，如果考虑到原子的反冲，辐射光子的频率________(选填“小于”或“大于”)不考虑原子的反冲时辐射光子的频率．解析 第一激发态E2＝－(2.18×10－1822)J ＝－3.4 eV.由能级跃迁公式：h ν＝Em －En ，从基态跃迁至第一激发态，所需光子的最小能量为E 最小＝E2－E1＝10.2 eV.不考虑氢原子反冲时，辐射光子的频率为：h ν0＝E 最小＝E2－E1.考虑氢原子反冲时，设反冲的动能为12m ν2，辐射的光子能量为h ν.由能量守恒：h ν0＝h ν＋12m ν2，可见辐射光子的频率降低了． 答案 －3.4 eV 10.2 eV 小于6．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m 1、m 2、m 3，普朗克常量为h ，真空中的光速为c.下列说法正确的是( )． A ．核反应方程是11H ＋10n ―→31H ＋γB ．聚变反应中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3C ．辐射出的γ光子的能量E ＝(m 3－m 1－m 2)cD ．γ光子的波长λ＝h1＋m 2－m 327．太阳内部持续不断地发生着4个质子(11H)聚变为1个氦核(42He)的热核反应，核反应方程是411H→42He ＋2X ，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X 的质量分别为m 1、m 2、m 3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是( )．A ．方程中的X 表示中子(10n) B ．方程中的X 表示电子(0－1e)C ．这个核反应中质量亏损Δm ＝4m 1－m 2D ．这个核反应中释放的核能ΔE ＝(4m 1－m 2－2m 3)c 28．我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有： (1)23592U ＋10n→9038Sr ＋13654Xe ＋k 10n (2)21H ＋31H→42He ＋d 10n关于这两个方程的下列说法，正确的是( )． A ．方程(1)属于α衰变 B ．方程(2)属于轻核聚变C ．方程(1)中k ＝10，方程(2)中d ＝1D ．方程(1)中k ＝6，方程(2)中d ＝1解析 本题考查核反应方程．(1)为典型的裂变方程，故A 选项错误．(2)为聚变反应，故B 项正确．根据质量数守恒和电荷数守恒定律可得k ＝10，d ＝1，故C 选项正确． 答案 BC9．放射性同位素电池是一种新型电池，它是利用放射性同位素衰变放出的高速带电粒子(α射线、β射线)与物质相互作用，射线的动能被吸收后转变为热能，再通过换能器转化为电能的一种装置．其构造大致是：最外层是由合金制成的保护层，次外层是防止射线泄漏的辐射屏蔽层，第三层是把热能转化成电能的换能器，最里层是放射性同位素．电池使用的三种放射性同位素的半衰期和发出的射线如下表：若选择上述某一种同位素作为放射源，使用相同材料制成的辐射屏蔽层，制造用于执行长期航天任务的核电池，则下列论述正确的是( )．A ．90Sr 的半衰期较长，使用寿命较长，放出的β射线比α射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄 B ．210Po 的半衰期最短，使用寿命最长，放出的α射线比β射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄 C ．238Pu 的半衰期最长，使用寿命最长，放出的α射线比β射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄 D ．放射性同位素在发生衰变时，出现质量亏损，但衰变前后的总质量数不变10．2019年上海世博会太阳能应用技术引领了世界．太阳能屋顶、太阳能幕墙、太阳能汽车、太阳能动态景观……科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部4个氢核(11H)转化成一个氦核(42He)和两个正电子(01e)并放出能量．已知质子质量m p ＝1.007 3 u ，α粒子的质量m α＝4.001 5 u ，电子的质量m e ＝0.000 5 u ，1 u 的质量相当于931 MeV 的能量． (1)热核反应方程为________；(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少MeV 的能量？(结果保留四位有效数字)11．(1)在核反应堆中，铀核吸收中子会发生裂变，裂变的产物是多样的，所生成的核往往还会衰变，其中一个衰变过程可表述为131 53I ―→13154Xe ＋________＋ΔE.试问式中空格应为何种粒子？(2)13153I 的半衰期为8天．开始时核废料中有N 0个13153I 核，经过16天，还有________个13153I 核．(3)核电站的固体废料放射性比较强，要在核电站内的专用废物库放置5年，且在放置的初始阶段要对固体废料进行冷却处理．请简述需要进行冷却处理的理由．12．太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射．已知氘核质量为2.013 6 u ，氦核质量为3.015 0 u ，中子质量为1.008 7 u ，1 u 的质量相当于931.5 MeV 的能量则：(1)完成核反应方程：21H＋21H→________＋10n.(2)求核反应中释放的核能．(3)在两氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能．13．(1)234 90Th是不稳定的，能自发的发生衰变．①完成234 90Th衰变反应方程234 90Th→234 91Pa＋________.②234 90Th衰变为222 86Rn，经过________次α衰变，________次β衰变．(2)1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子．科学研究表明其核反应过程是：α粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核，复核发生衰变放出质子，变成氧核．设α粒子质量为m1，初速度为v0，氮核质量为m2，质子质量为m0，氧核的质量为m3，不考虑相对论效应．①α粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间，复核的速度为多大？[:②求此过程中释放的核能．解析(1)①根据核电荷数守恒和质量数守恒，粒子为0－1e.②设发生n次α衰变，m次β衰变，则有234＝222＋4n，90＝86＋2n－m，解得n＝3，m＝2.(2)①设复核的速度为v，由动量守恒定律得m1v0＝(m1＋m2)v解得v＝m1v0m1＋m2.。
高考物理一轮复习文档：第十三章 第2讲 放射性元素的衰变、核能 讲义 Word版含解析
第2讲放射性元素的衰变、核能板块一主干梳理·夯实基础【知识点1】原子核的组成、放射性、放射性同位素、射线的危害和防护Ⅰ一、原子核1．原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。
(2)原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝质子数＋中子数，质子和中子都为一个单位质量。
2．同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子。
同位素在元素周期表中的位置相同，具有相同的化学性质。
具有放射性的同位素叫放射性同位素。
例如：2713Al＋42He→3015P＋10n，3015P→3014Si＋01e。
二、天然放射现象1．天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现。
天然放射现象的发现，说明原子核还具有复杂的结构。
2．放射性和放射性元素物质发射射线的性质叫放射性。
具有放射性的元素叫放射性元素。
3．三种射线放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线。
4．三种射线的比较5．放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。
(2)应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。
(3)防护：防止放射线对人体组织的伤害。
【知识点2】原子核的衰变、半衰期Ⅰ1．原子核的衰变(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。
(2)分类α衰变：A Z X→A－4Y＋42HeZ－2β衰变：A Z X→A Z＋1Y＋__0－1e当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射。
(3)两个重要的衰变①23892U→23490Th＋42He；②23490Th→23491Pa＋0－1e。
2．半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关。
【名师讲解】高三物理一轮复习：第十三章 原子物理(37张PPT)
整电场强度E和磁感强度B的大小使得在MN上只有两个点受
到射线照射,下面的哪种判断是正确的( A．射到b点的一定是 射线 B．射到b点的一定是 C．射到b点的一定是 D、射到b点的一定是
C )．
射线射线
射线或
射线
【练习2】 （模拟题第54页练习8）
BD
题型二：放射性元素及半衰期
题型二：原子能级跃迁 【练习4】图中画出了氢原子的4个能 级，并注明了相应的能量E．处在n＝4的能 级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出 若干种不同频率的光波．已知金属钾的逸出 功为2.22eV．在这些光波中，能够从金属钾 的表面打出光电子的总共有 （ C ） A．二种 B．三种 C．四种 D．五种
第十三章
一、复习内容及课时安排
（一）、原子结构 （二）、原子核 （三）、波粒二象性
原子物理
2 2 1
（四）、单元测验和试卷讲评
2
二、考纲要求
三、考纲解读
原子和原子核为高考必考内容之一。一般都在选择题中出 现。主要涉及光电效应、α粒子散射实验、原子能级及跃迁、核
反应方程、核能的利用、半衰期等。其中光电效应、能级、核
A 0 X Z A1Y 1 e (2) 衰变： Z ．
(3) 射线是伴随 子核在发生
衰变、 衰变后，产生的新核处于高能级，
射线和 射线产生的，其实质是放射性原
光子．
它向低能级跃迁时而辐射
(4)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，
它反映了放射性元素衰变的快慢，由元素的原子核内部因素
B．14 N 7
4 17 1 2 He 18 O 1 H
235 92 C．92U 01n 36 Kr 141Ba 3 01n 56
【优化方案】2021届高考物理大一轮复习第十三章第三节原子与原子核教学讲义
【优化方案】2021届高考物理大一轮复习第十三章第三节原子与原子核教学讲义一、原子的核式结构1．α粒子散射实验的结果绝大多数α粒子穿过金箔后，差不多上仍沿原先的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至被撞了回来，如图所示．2．原子的核式结构在原子中心有一个专门小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．1.下列说法正确的是( )A．汤姆孙第一发觉了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕”式原子模型B．卢瑟福做α粒子散射实验时发觉绝大多数α粒子穿过金箔后差不多上仍沿原先的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转C．α粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个专门小的核上D．卢瑟福提出了原子“核式结构”模型，并说明了α粒子发生大角度偏转的缘故答案：BCD二、玻尔理论1．定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳固的，电子尽管绕核运动，但并不向外辐射能量．2．跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸取一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定．即hν＝E m－E n.(h是普朗克常量，h＝×10－34 J·s) 3．轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．4．氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图(如图所示)(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式：E n＝1n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－ eV.②氢原子的半径公式：r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝×10－10 m.2.依照玻尔理论，下列说法正确的是( )A．电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波B．处于定态的原子，其电子绕核运动，但它并不向外辐射能量C．原子内电子的可能轨道是不连续的D．原子能级跃迁时，辐射或吸取光子的能量取决于两个轨道的能量差答案：BCD三、天然放射现象、原子核的组成1．天然放射现象(1)天然放射现象 元素自发地放出射线的现象，第一由贝克勒尔发觉．天然放射现象的发觉，说明原子核具有复杂的结构． (2)放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素． (3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线．2．原子核(1)原子核的组成①原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝质子数＋中子数．(2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质．3.(2020·高考福建卷)如图，放射性元素镭衰变过程中开释出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是( )A ．①表示γ射线，③表示α射线B ．②表示β射线，③表示α射线C ．④表示α射线，⑤表示γ射线D ．⑤表示β射线，⑥表示α射线答案：C四、原子核的衰变和半衰期1．原子核的衰变(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．(2)分类α衰变：A Z X →A －4Z －2Y ＋42Heβ衰变：A Z X → A Z ＋1Y ＋ 0－1e2．半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时刻．(2)衰变规律：N ＝N 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12t /τ、m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12t /τ (3)阻碍因素：由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理化学状态无关．4.关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的有( )A ．是原子核质量减少一半所需的时刻B ．是原子核有半数发生衰变所需的时刻C ．把放射性元素放在密封的容器中，能够减小放射性元素的半衰期D ．能够用来测定地质年代、生物年代等答案：BD五、核力、结合能、质量亏损、核反应1．核力(1)定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力．(2)特点：①核力是强相互作用的一种表现；②核力是短程力，作用范畴在×10－15 m 之内；③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用．2．核能(1)结合能核子结合为原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸取的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能．(2)比结合能①定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能．②特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳固．3．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E ＝mc 2，原子核的质量必定比组成它的核子的质量和要小Δm ，这确实是质量亏损．由质量亏损可求出开释的核能ΔE ＝Δmc 2.4．获得核能的途径：(1)重核裂变；(2)轻核聚变．5．核反应(1)遵守的规律：电荷数守恒、质量数守恒．(2)反应类型：衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变．5.(2020·扬州中学模拟)依照新华社报道，由我国自行设计、研制的世界上第一套全超导核聚变实验装置，又称“人造太阳”，已完成了首次工程调试，下列关于“人造太阳”的说法正确的是( )A ．“人造太阳”的核反应方程是21H ＋31H →42He ＋10nB ．“人造太阳”的核反应方程是235 92U ＋10n →141 56Ba ＋9236Kr ＋310nC ．“人造太阳”开释的能量大小运算公式是ΔE ＝Δmc 2D ．“人造太阳”核能大小运算公式是E ＝12Δmc 2 答案：AC考点一 氢原子能级及能级跃迁1．原子跃迁的条件(1)原子跃迁条件hν＝E m －E n 只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情形．(2)当光子能量大于或等于 eV 时，也能够被处于基态的氢原子吸取，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸取的光子能量大于 eV 时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．(3)原子还可吸取外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸取，因此只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E ＝E m －E n )，均可使原子发生能级跃迁．2．跃迁中两个易混问题(1)一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，那个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时刻内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情形只有一种，然而假如容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情形显现了．(2)直截了当跃迁与间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时．有时可能是直截了当跃迁，有时可能是间接跃迁．两种情形下辐射(或吸取)光子的能量是不同的．直截了当跃迁时辐射(或吸取)光子的能量等于间接跃迁时辐射(或吸取)的所有光子的能量和．(2020·高考山东卷)氢原子能级如图，当氢原子从n ＝3跃迁到n ＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判定正确的是( )A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB．用波长为325 nm的光照耀，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D．用波长为633 nm的光照耀，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级[解析] 依照氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，因此A选项错误；依照发生跃迁只能吸取和辐射一定频率的光子，可知B选项错误，D选项正确；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时能够产生3种频率的光子，因此C选项正确．[答案] CD[总结提升] (1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的．(2)能级之间发生跃迁时放出(吸取)光子的频率由hν＝E m－E n求得．若求波长可由公式c＝λν求得．(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)．(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法：①用数学中的组合知识求解：N＝C2n＝n n－12.②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情形一一画出，然后相加．1.如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是( )A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易表现出衍射现象D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照耀逸出功为 eV的金属铂能发生光电效应解析：选D.这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出C24＝4×32＝6种光子，选项A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，因此频率最小，选项B错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最小，最不容易表现出衍射现象，选项C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为 eV> eV，因此能使金属铂发生光电效应，选项D正确．考点二氢原子的能量及其变化1．原子能量：E n＝E k n＋E p n＝E1n2，随n(r)增大而增大，其中E1＝－ eV.2．电子动能：电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即k e 2r 2n ＝m v 2r n ，因此E k n ＝12k e 2r n，随n (r )增大而减小．3．电势能：通过库仑力做功判定电势能的增减．当n 减小，即轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，n 增大，即轨道半径增大时，电势能增加．氢原子在基态时轨道半径r 1＝×10－10 m ，能量E 1＝－ eV ，求氢原子处于基态时：(1)电子的动能；(2)原子的电势能；(3)用波长是多少的光照耀可使其电离？[解析] (1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v 1，则：k e 2r 21＝mv 21r 1. 因此电子动能E k1＝12mv 21＝ke 22r 1＝9×109××10－1922××10－10××10－19 eV ＝ eV. (2)因为E 1＝E k1＋E p1，因此E p1＝E 1－E k1＝－ eV － eV ＝－ eV.(3)设用波长为λ的光照耀可使氢原子电离： hc λ＝0－E 1. 因此λ＝－hc E 1＝－×10－34×3×108－××10－19 m ＝×10－8m.[答案] (1) eV (2)－ eV (3)×10－8 m2.按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E 1(E 1<0)，电子质量为m ，基态氢原子中的电子吸取一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h )．解析：电子离原子核越远电势能越大，原子能量也就越大；依照动能定理有，hν＋E 1＝12mv 2，因此电离后电子速度为 2hν＋E 1m. 答案：越大 2hν＋E 1m考点三 原子核的衰变 半衰期 [学生用书P 260]1．衰变规律及实质(1)衰变类型 α衰变 β衰变衰变方程 A Z X →A －4Z －2Y ＋42He A Z X → A Z ＋1Y ＋ 0－1e衰变实质2个质子和2个中子 结合成一个整体射出 中子转化为质子和电子 211H ＋210n →42He 10n →11H ＋ 0－1e衰变规律 质量数守恒、电荷数守恒(2)γ子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子．2．确定衰变次数的方法因为β衰变对质量数无阻碍，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再依照衰变规律确定β衰变的次数．3．半衰期(1)公式：N 余＝N 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t /τ，m 余＝m 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t /τ (2)阻碍因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．(2020·高考江苏卷)氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损害．它是世界卫生组织公布的要紧环境致癌物质之一．其衰变方程是222 86Rn →218 84Po ＋________. 已知222 86Rn 的半衰期约为 天，则约通过________天，16 g 的222 86Rn 衰变后还剩 1 g.[解析] 依照质量数、电荷数守恒得衰变方程为222 86Rn →218 84Po ＋42He.依照衰变规律及半衰期公式可得m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ， 代入数值解得t ＝天．[答案] 42He3.目前，在居室装潢中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素．下列有关放射性知识的说法中正确的是( )U 衰变成206 82Pb 要通过6次β衰变和8次α衰变B ．氡的半衰期为天，若有16个氡原子核，通过天后一定只剩下4个氡原子核C ．放射性元素发生β衰变时所开释出的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的D ．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱解析：选AC.发生α衰变的次数为238－2064＝8(次)，发生β衰变的次数为8×2－(92－82)＝6(次)，故A 正确．半衰期是对大量放射性原子核而言，对少数放射性原子核并不适用，故B 错误．中子衰变方程为：10n →11H ＋0－1e ，故C 正确．β射线是电子流，D 错．考点四 核反应类型与核反应方程1．核反应的四种类型：衰变、人工转变、裂变和聚变．2．核反应过程一样差不多上不可逆的，因此核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接．3．核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．4．核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一样会发生变化．5．核反应遵循电荷数守恒．(1)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有( )92)U →234 90Th ＋42He 是α衰变7)N ＋42He →17 8O ＋11H 是β衰变H ＋31H →42He ＋10n 是轻核聚变Se →8236Kr ＋20－1e 是重核裂变(2)现有四个核反应：H ＋31H →42He ＋10n92)U ＋10n →X ＋8936Kr ＋310nNa →2412Mg ＋0－1eHe ＋94Be →12 6C ＋10n①________是发觉中子的核反应方程，________是研究原子弹的差不多核反应方程，________是研究氢弹的差不多核反应方程．②求B 中X 的质量数和中子数．[解析] (1)A 为α衰变，B 为原子核的人工转变，C 为轻核聚变，D 为β衰变，故A 、C 正确．(2)①D 为查德威克发觉中子的核反应方程；B 是研究原子弹的差不多核反应方程；A 是研究氢弹的差不多核反应方程．②X 的质量数为：(235＋1)－(89＋3)＝144X 的质子数为：92－36＝56X 的中子数为：144－56＝88.[答案] (1)AC (2)①D B A ②144 884.能源是社会进展的基础，进展核能是解决能源问题的途径之一．下列开释核能的反应方程，表述正确的有( )H ＋21H →42He ＋10n 是核聚变反应H ＋21H →42He ＋10n 是β衰变92)U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋310n 是核裂变反应92)U ＋10n →140 54Xe ＋9438Sr ＋210n 是α衰变解析：选H ＋31H →42He ＋10n 是核聚变反应，不是β衰变，A 正确，B 错误；C 、D 中差不多上核裂变反应，C 正确，D 错误．考点五 有关核能的运算 1．应用质能方程解题的流程图书写核反应方程→运算质量亏损Δm →利用ΔE ＝Δmc 2运算开释的核能(1)依照ΔE ＝Δmc 2运算，运算时Δm 的单位是“kg ”，c 的单位是“m/s ”，ΔE 的单位是“J ”．(2)依照ΔE ＝Δm × MeV 运算．因1原子质量单位(u)相当于 MeV 的能量，因此运算时Δm 的单位是“u ”，ΔE 的单位是“MeV ”．2．利用质能方程运算核能时，不能用质量数代替质量进行运算．氘核和氚核可发生热核聚变而开释庞大的能量，该反应方程为：21H ＋31H →42He＋x ，式中x 是某种粒子．已知：21H 、31H 、42He 和粒子x 的质量分别为 1 u 、 1 u 、 6 u 和 7u ；1 u ＝ MeV/c 2，c 是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子x 是____，该反应开释出的能量为________MeV(结果保留三位有效数字)．[解析] 依照反应方程21H ＋31H →42He ＋x ，并结合质量数守恒和电荷数守恒知x 为10n ；反应开释出的能量由质能方程ΔE ＝Δmc 2运算，其中质量亏损Δm ＝m (21H)＋m (31H)－m (42He)－m (10n)，因此有ΔE ＝Δmc 2＝ 1 u ＋ 1 u － 6 u － 7 u)c 2＝ 9× MeV ＝ MeV.[答案] 10n(中子)5.(2020·高考北京卷)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，开释的能量是(c 表示真空中的光速)( )A ．(m 1＋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：选C.由质能方程ΔE ＝Δmc 2，其中Δm ＝m 1＋m 2－m 3，可得ΔE ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，选项C 正确，A 、B 、D 错误．物理思想——守恒思想在核反应中的应用(9分)一个静止的氡核222 86Rn 放出一个α粒子后衰变为钋核218 84Po ，同时放出能量为E ＝ MeV 的光子．假设放出的核能完全转变为钋核与α粒子的动能，不计光子的动量．已知M氡＝ 63 u、mα＝ 6 u、M钋＝ 6 u,1 u相当于 MeV的能量．(1)写出上述核反应方程；(2)求动身生上述核反应放出的能量；(3)确定钋核与α粒子的动能．[审题点睛] (1)质量亏损放出的能量等于新核动能、α粒子动能与光子能量之和．(2)不计光子的动量，新核与α粒子总动量等于衰变前氡核的动量．[规范解答]—————————该得的分一分不丢！(1)222 86Rn→218 84Po＋42He＋γ.(2分)(2)质量亏损Δm＝ 63 u－ 6 u－ 6 u＝ 43 u(1分)ΔE＝Δmc2＝43× MeV＝ MeV.(1分)(3)设α粒子、钋核的动能分别为E kα、E k钋，动量分别为pα、p钋，由能量守恒定律得：ΔE＝E kα＋E k钋＋E(1分)不计光子的动量，由动量守恒定律得：0＝pα＋p钋(1分)又E k＝p22m，故E kα∶E k钋＝218∶4(2分)联立解得E k钋＝ MeV，E kα＝ MeV.(1分)[答案] (1)222 86Rn→218 84Po＋42He＋γ(2) MeV(3) MeV MeV[总结提升] (1)在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示．(2)只有利用ΔE＝Δmc2时，才考虑质量亏损，在动量和能量守恒方程中，不考虑质量亏损．(3)注意比例运算求解．1．(2020·天津十二区县重点中学联考)下列说法正确的是( )A．依照天然放射现象，卢瑟福提出了原子的核式结构B．一个氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级，该氢原子吸取光子，能量增加C．铀(238 92U)通过多次α、β衰变形成稳固的铅(206 82Pb)的过程中，有6个中子转变成质子D．机场、车站等地进行安全检查时，能轻而易举地窥见箱内物品，利用了γ射线较强的穿透能力解析：选C.卢瑟福提出原子的核式结构的实验依据是α粒子散射实验，A错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，氢原子要放出光子，能量减小，B错误；机场、车站等地进行安全检查，利用的是X射线的穿透本领，D错误．2．(2020·江西景德镇第一次质检)下列说法中正确的是( )A．卢瑟福通过实验发觉了质子的核反应方程为42He＋14 7N→17 8O＋11HB．铀核裂变的核反应是：235 92U→141 56Ba＋9236Kr＋210nC．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，开释的能量是(2m1＋2m2－m3)c2D．原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸取波长为λ2的光子，已知λ1>λ2，那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸取波长为λ1λ2λ1－λ2的光子解析：选ACD.发觉质子的核反应方程为42He＋14 7N→17 8O＋11H，A正确；用中子轰击铀核才能发生裂变反应，B错误；由质能方程，知质子和中子结合成一个α粒子，质量亏损为(2m1＋2m2－m3)，开释的能量为(2m1＋2m2－m3)c2，C正确；原子从a能级状态跃迁到b能级状态发射波长为λ1的光子，则a能级比b能级能量高hc/λ1，原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸取波长为λ2的光子，则c 能级比b 能级的能量高hc /λ2，则a 能级比c 能级的能量低hc /λ2－hc /λ1，从a 能级跃迁到c 能级要吸取的光子波长为λ，能量为hc /λ＝hc /λ2－hc /λ1，吸取光子的波长为λ1λ2λ1－λ2，D 正确． 3．(2020·武汉武昌区调研)一个静止的铀核232 92U(原子质量为 2 u)放出一个α粒子(原子质量为 6 u)后衰变成钍核Th(原子质量为 7 u)．u 为原子质量单位．该核衰变反应方程式为________________________________________________________；该反应中的质量亏损为______u ；开释的核能为____MeV.解析：依照质量数守恒和核电荷数守恒可知核反应方程式为232 92U →228 90Th ＋42He.质量亏损为Δm ＝m U －m Th －m α＝ 2－ 7－ 6)u ＝ 9 u开释的核能为ΔE ＝Δmc 2＝ 9× MeV ＝ MeV.答案：232 92U →228 90Th ＋42He 94．氢原子的能级图如图所示，一群处于n ＝4能级的氢原子向低能级跃迁过程中能够辐射出光子，则( )A ．最多能辐射出6种频率的光子B ．辐射出的波长最大的光子最容易使某种金属发生光电效应C ．辐射出的光子最大能量为 eVD ．一群处于n ＝1能级的氢原子吸取 eV 的光子，一定有氢原子能够跃迁到n ＝2能级E ．从n ＝4能级跃迁到n ＝3能级辐射出的光子频率最低解析：选ACE.由n ＝4能级向低能级跃迁过程中能够辐射出的不同频率的光子种数为C 24＝6，A 正确；光子的能量ΔE ＝E m －E n ，因此最大能量为ΔE ＝E 4－E 1＝ eV ，C 正确；由c ＝λν和E ＝hν可知，频率越大的光子能量越大，波长越短，故应该是波长越短的光子越容易使某种金属发生光电效应，B 错误； eV 的光子，其能量值不能满足ΔE ＝E m －E n ，D 错误；从n ＝4能级跃迁到n ＝3能级时ΔE ＝E 4－E 3＝ eV ，最小，故辐射出的光子频率最低，E 正确．5．(2020·南京模拟)钚的一种同位素239 94Pu 衰变时开释庞大能量，其衰变方程为239 94Pu →235 92U ＋42He ＋γ，则( )A ．核燃料总是利用比结合能小的核B ．核反应中γ光子的能量确实是结合能92)U 核比239 94Pu 核更稳固，说明23592U 的结合能大D ．由于衰变时开释庞大能量，因此239 94Pu 比235 92U 的比结合能小答案：AD6．为应对月球表面夜晚的－150 ℃以下的低温，“嫦娥三号”采纳了放射性同位素热源(RHU)．放射性同位素热源一样利用半衰期较长的同位素，比如钚238(半衰期约为90年)，放射性同位素发射高能量的α射线，在热电元件中将热量转化成电流．一种得到钚238的核反应为238 92U ＋21H →X ＋y 10n ；X →238 94Pu ＋0－1e ，由反应式可知，新核X 的中子数为________，y ＝________；10 g 钚238通过180年大约还剩下________g.解析：由X →238 94Pu ＋0－1e 可知新核的电荷数为93，质子数为93，质量数为238，则中子数为145，由238 92U ＋21H →X ＋y 10n ，可知y ＝2；由半衰期的概念知通过180年大约还剩下2.5 g钚238.答案：145 2一、选择题1．(2020·南京模拟)以下说法中正确的是( )A．汤姆孙通过实验发觉了质子B．贝克勒尔通过实验发觉了中子C．卢瑟福通过实验提出了原子的核式结构模型D．查德威克发觉了天然放射现象，说明原子具有复杂的结构解析：选C.汤姆孙通过实验发觉了电子而不是质子，A错误；贝克勒尔发觉了天然放射现象，揭示了原子核的复杂性，而中子是由英国物理学家查德威克发觉的，因此B、D错误；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，C正确．2．(2020·高考新课标全国卷Ⅰ)关于天然放射性，下列说法正确的是( )A．所有元素都有可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强E．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线解析：选BCD.自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B、C正确；α、β和γ三种射线电离能力依次减弱，穿透能力依次增强，选项D正确；原子核发生衰变时，不能同时发生α和β衰变，γ射线相伴这两种衰变产生，故选项E错误．3．(2020·高考上海卷)在一个238 92U原子核衰变为一个206 82Pb原子核的过程中，发生β衰变的次数为( )A．6次B．10次C．22次D．32次解析：选A.一个238 92U原子核衰变为一个206 82Pb原子核的过程中，发生α衰变的次数为(238－206)÷4＝8次，发生β衰变的次数为2×8－(92－82)＝6次，选项A正确．4．天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知( )A．②来自于原子核外的电子B．①的电离作用最强，是一种电磁波C．③的电离作用较强，是一种电磁波D．③的电离作用最弱，属于原子核内开释的光子解析：选D.由图知三种射线的穿透能力由弱到强是①<②<③，故①是α射线，实质是42He，不是电磁波；②是β射线，实质是高速电子流；③是γ射线，其电离作用最弱，故只有D项对．5．(2020·高考重庆卷)碘131的半衰期约为8天．若某药物含有质量为m的碘131，通过32天后，该药物中碘131的含量大约还有( )解析：选C.通过32天即4个半衰期，碘131的含量变为m′＝m24＝m16，C项正确．6．(2020·东北三校联考)如图所示为氢原子的能级图，已知可见光的光子能量范畴约为～ eV，镁板的电子逸出功为 eV，以下说法正确的是( )A ．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照耀镁板一定不能产生光电效应现象B ．用能量为 eV 的自由电子轰击处于基态的氢原子，可使其跃迁到激发态C ．处于n ＝2能级的氢原子能够吸取任意频率的紫外线，同时使氢原子电离D ．处于n ＝4能级的氢原子能够吸取任意频率的紫外线，同时使氢原子电离解析：选BD.氢原子从高能级向基态跃迁放出的光子能量E ≥ eV> eV ，故A 错；因为 eV> eV ，故通过碰撞的方式可使基态氢原子跃迁，B 正确；使n ＝2能级的氢原子电离所需最小能量为 eV ，但有的紫外线光子能量小于 eV ，故C 错；使n ＝4能级的氢原子电离所需最小能量为 eV ，紫外线光子能量大于 eV ，故D 正确．7．放射性元素a b X 的衰变反应是a b X →c d Y ＋N ，其中N 是未知的射线，则下列说法正确的是( )A ．若此衰变为β衰变，则b ＝d ＋1B ．若此衰变为α衰变，则a ＝c ＋4C ．射线N 是从Y 核中放出的D ．若放射性元素a b X 通过6 h 还剩下1/8没有衰变，则它的半衰期为2 hE ．用射线N 照耀锌板一定可使锌板带电解析：选BDE.核反应遵循质量数守恒与电荷数守恒，若此衰变为β衰变，则b ＝d －1，A 错误；若此衰变为α衰变，则a ＝c ＋4，B 正确；若N 为α或β射线，则其是从X 核中放出的，C 错误；a b X 通过6 h 还剩下1/8没有衰变，则它的半衰期是2 h ，D 正确；N 可能是α射线或β射线或γ射线，其中α射线与β射线是由带电粒子组成的，γ射线虽不带电，但它能使锌板发生光电效应，故E 正确．8．(2020·高考重庆卷)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 →a ＋b ＋210n则a ＋b 可能是( )54Xe ＋9336Kr 56)Ba ＋9236Kr56)Ba ＋9338Sr54)Xe ＋9438Sr 解析：选D.利用质量数守恒和电荷数守恒能够判定出可能的核反应方程．选项A 不满足电荷数守恒也不满足质量数守恒，选项C 不满足电荷数守恒；选项B 不满足质量数守恒；只有选项D 正确．Co 发生一次β衰变后变为Ni 核，在该衰变过程中还发出两个频率为ν的光子，假如衰变前6027Co 的质量为M Co ，衰变后产生的Ni 核质量为M Ni ，β粒子的质量为m ，则下列说法中正确的是( )A ．衰变反应方程为6027Co →6028Ni ＋0－1eB ．衰变过程的质量亏损为Δm ＝M Co －(M Ni ＋m )C ．光子能量E ＝hν＝Δmc 2D ．两个光子的总能量为E 总＝2hν＝Δmc 2解析：选AB.由核反应过程的质量数守恒和电荷数守恒可知，A 正确；质量亏损确实是反应后的总质量与反应前的总质量的差值，故B 正确；依照质能方程可知，亏损的质量全部转化成能量即核反应开释的核能，但产生的核能还要提供反应后新核和β粒子的动能，故C 、D 错误．☆10.(2020·湖北八市联考)人们发觉，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系．下列说法正确的是( )A ．由图可知，原子核D 和E 聚变成原子核F 时会有质量亏损，要吸取能量。
高三物理一轮复习第13章波粒二象性原子结构原子核第3节原子核教师用书
第3节 原子核考点一| 原子核的组成 放射性元素的衰变1．天然放射现象 (1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．(2)三种射线名称 构成 符号 电离能力贯穿本领 α射线 氦核 42He 最强 最弱 β射线 电子 0－1e较强 较强 γ射线光子γ最弱最强(3)①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．②应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等． ③防护：防止放射性对人体组织的伤害． 2．原子核的组成(1)原子核由质子(11H)和中子(10n)组成，质子和中子统称为核子．质子带正电，中子不带电．(2)基本关系①核电荷数＝质子数(Z )＝元素的原子序数＝核外电子数． ②质量数(A )＝核子数＝质子数＋中子数．(3)X 元素的原子核的符号为AZ X ，其中A 表示质量数，Z 表示核电荷数．(4)同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素．3．原子核的衰变、半衰期 (1)原子核的衰变①原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变． ②分类α衰变：A Z X→A －4Z －2Y ＋42He β衰变：AZ X→AZ ＋1Y ＋0－1eγ衰变：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射．③两个典型的衰变方程α衰变：238 92U→234 90Th＋42Heβ衰变：234 90Th→234 91Pa＋0－1e.(2)半衰期①定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．(3)公式：N余＝N原·⎝⎛⎭⎪⎫12tτm余＝m原·⎝⎛⎭⎪⎫12tτt表示衰变时间τ表示半衰期．1．α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程A Z X→A－4Z－2Y＋42HeAZ X→A Z＋1Y＋0－1e 衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子211H＋210n→42He10n→11H＋0－1e匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒方法一：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素A Z 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，则表示该核反应的方程为A Z X→A′Z′Y＋n42He＋m0－1e，根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程A＝A′＋4n Z＝Z′＋2n－m由以上两式联立解得n＝A－A′4，m＝A－A′2＋Z′－Z由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组．方法二：因为β衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．3．对半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少数原子核，无半衰期可言．(2)根据半衰期的概率，可总结出公式N余＝N原⎝⎛⎭⎪⎫12tτ，m余＝m原⎝⎛⎭⎪⎫12tτ.式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．(3)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．1．(多选)有关原子核的知识，下列说法正确的是( )A．原子核可发生β衰变表明原子核中有电子B．放射性元素的原子核经过2个半衰期将全部衰变C．在核反应中，动量守恒D．在核反应中，质量数和电荷数都守恒CD[原子核发生β衰变的实质是核内中子转化为质子时产生的，并在转化过程中释放光子，原子核中没有电子，选项A错误；放射性元素的原子核经过2个半衰期有34发生衰变，选项B错误；在核反应中，系统动量守恒，质量数和电荷数都守恒，选项C、D正确．] 2．天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图1331所示，由此可推知( )【导学号：】图1331A．②来自于原子核外的电子B．①的电离作用最强，是一种电磁波C．③的电离作用较强，是一种电磁波D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子D[三种射线均来自于原子核内，A错误；从图中可看出，一张纸能挡住①射线，则①射线一定是α射线，其贯穿本领最差，电离能力最强，但不是电磁波，而是高速粒子流，B 错误；铝板能挡住②，而不能挡住③，说明③一定是γ射线，其电离能力最弱，贯穿本领最强，是一种电磁波，属于原子核内以能量形式释放出来的以光速运行的高能光子，D 正确．]3．(多选)(2016·丽水选考模拟)天然放射性元素23290Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成20882Pb(铅)．下列诊断中正确的是( )A ．衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变B ．铅核比钍核少8个质子C ．β衰变所放出的电子来自原子核外D ．钍核比铅核多24个中子AB [由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数，x ＝232－2084＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数，2x －y＝90－82＝8，y ＝2x －8＝4，钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子，由于物质的衰变与元素的化学状态无关，所以β衰变所放出的电子来自原子核内，11n→11H ＋0－1e ，所以A 、B 正确．]4．(2016·浙江4月选考)下列说法中正确的是( ) A ．波源的频率越高，波速越大 B ．温度升高，放射性元素的半衰期不变 C ．氢原子吸收光子从低能级跃迁到高能级 D ．光发生全反射时，临界角随入射角增大而变大 答案：BC考点二| 探测射线的方法、放射性的应用与防护、粒子与宇宙1．探测射线的方法(1)射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡．(2)射线中的粒子会使照相乳胶感光． (3)射线中的粒子会使荧光物质产生荧光． 2．放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．(2)放射性同位素的应用一是应用它的射线．二是作示踪原子．(3)辐射与安全人类一直生活在有放射性的环境之中，过量的射线对人体组织有破坏作用．要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染．3．粒子及分类(1)反粒子实验中发现，对应着许多粒子都存在质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反的粒子，这些粒子叫做反粒子．例如，电子的反粒子就是正电子．(2)粒子的分类按照粒子与各种相互作用的不同关系，可将粒子分为三大类：①强子：参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子．②轻子：不参与强相互作用的粒子，最早发现的轻子是电子．③媒介子：是传递各种相互作用的粒子．(3)夸克模型的提出1964年提出的夸克模型，认为强子是由更基本的夸克组成的．对探测仪器的理解(1)威尔逊云室(2)气泡室粒子通过过热液体时，在它的周围产生气泡而形成粒子的径迹．(3)盖革－米勒计数器①优点：G－M计数器非常灵敏，使用方便．②缺点：只能用来计数，不能区分射线的种类．1．在工业生产中，某些金属材料内部出现的裂痕是无法直接观察到的，如果不能够发现它们，可能会给生产带来极大的危害．自从发现放射线以后，就可以利用放射线进行探测，这是利用了( )A．α射线的电离作用B ．β射线的带电性质C ．γ射线的贯穿本质D ．放射性元素的示踪本领C [放射性同位素的应用是沿着利用它的射线和作为示踪原子两个方向开展的，放射性同位素放出α、β、γ射线，γ射线的贯穿本领最强，可以用来金属探伤，A 、B 、D 错误，C 正确．]2．(多选)(2017·嵊州选考模拟)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( )A ．利用钴60治疗肿瘤等疾病B ．γ射线探伤C ．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况D ．把含有放射性同位素的肥料施给农作物用以检测农作物吸收养分的规律 答案：CD3．关于粒子，下列说法正确的是( )【导学号：】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 ．强子都是带电的粒子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 答案：D4．将威耳逊云室置于磁场中，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( )B [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，放出的正电子的运动方向跟Si 核运动方向一定相反．由于它们都带正电荷，在洛伦兹力作用下的运动轨迹是两个外切圆，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r ＝mv qB.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．]考点三| 核力与结合能 核裂变、核聚变1．核力 (1)定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力． (2)特点：①核力是强相互作用的一种表现； ②核力是短程力，作用范围在×10－15m 之内；③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用． 2．结合能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能．3．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E ＝mc 2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm ，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE ＝Δmc 2.4．重核裂变(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程．(2)典型的裂变反应方程：235 92U ＋10n→8936Kr ＋144 56Ba ＋310n.(3)链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程． (4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量． (5)裂变的应用：原子弹、核反应堆．(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层． 5．轻核聚变(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程．轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应．(2)典型的聚变反应方程：21H ＋31H→42He ＋10n ＋ MeV1．质能方程的三个易错点(1)质量亏损并不是质量消失，只是静止质量变成了运动的质量； (2)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的；(3)质量和能量这两个量并不可以相互转化，只是这两个量在数值上有联系．2．核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程列式计算：即ΔE＝Δmc2(Δm的单位：kg)．(2)根据1原子质量单位(u)相当于兆电子伏能量，则ΔE＝Δm× MeV(Δm的单位：u,1 u＝6×10－27 kg)．(3)核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能．3．核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发238 92U―→234 90Th＋42Heβ衰变自发234 90Th―→234 91Pa＋0－1e人工转变人工控制147N＋42He―→178O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be―→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He―→3015P＋10n 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子3015P―→3014Si＋＋1e重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n23592U＋10n―→13654Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变很难控制21H＋31H―→42He＋10n(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律．(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．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．铯原子核(133 55Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能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：ABC2．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)( )【导学号：】A ．(m 1＋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 2C [由质能方程ΔE ＝Δmc 2，其中Δm ＝m 1＋m 2－m 3 可得ΔE ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，选项C 正确．]3．(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，表述正确的是( )H ＋21H→42He ＋10n 是核聚变反应 H ＋21H→42He ＋10n 是β衰变92)U ＋10n→144 56Ba ＋8936Kr ＋310n 是核裂变反应 92)U ＋10n→14054Xe ＋9438Sr ＋210n 是α衰变AC [β衰变时释放出电子(0－1e)，α衰变时释放出氦原子核(42He)，可知选项B 、D 错误；选项A 中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子，是典型的核聚变反应；选项C 中一个U235原子核吸收一个中子，生成一个Ba 原子核和一个Kr 原子核并释放出三个中子，是核裂变反应，选项A 、C 正确．]4．(2016·10月浙江选考)用中子(10n)轰击铀核(23592U)产生裂变反应，会产生钡核(14456Ba)和氪核(8936Kr)并释放出中子(10n)，当达到某些条件时可发生链式反应，一个铀核(23592U)裂变时，释放的能量约为200 MeV(1 eV ＝×10－19J)，以下说法正确的是( )92)U 的裂变方程为23592U→14436Ba ＋8936Kr ＋10n 92)U 的裂变方程为23592U ＋10n→14436Ba ＋8936Kr ＋310n 92)U 发生链式反应的条件与铀块的体积有关D ．一个23592U 裂变时，质量亏损约为×10－28kgBCD [A.由题意，23592U 的裂变方程为23592U ＋10n→14456Ba ＋8936Kr ＋310n ，故A 错误，B 正确；C.要发生链式反应，铀块体积必须大于临界体积，故与铀块体积有关，C 正确；D.根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2，可得质量亏损约为×10－28kg ，故D 正确．]。
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第3讲 核反应和核能 (对应学生用书第227页) 天然放射现象和衰变 1.天然放射现象 (1)天然放射现象． 元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构． (2)放射性和放射性元素． 物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素． (3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线． (4)放射性同位素的应用与防护． ①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同． ②应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等． ③防护：防止放射性对人体组织的伤害． 2．原子核的衰变 (1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变． (2)分类 α衰变：AZX→A－4Z－2Y＋4
2He
β衰变：AZX→ AZ＋1Y＋ 0－1e
(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关．
1半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少数原子核，无半衰期可言.2原子核衰变时质量数守恒，核反应过程前、后质量发生变化质量亏损而释放出核能.
【针对训练】 1．(2012·上海高考)与原子核内部变化有关的现象是( ) A．电离现象 B．光电效应现象
C．天然放射现象 D．α粒子散射现象 【解析】 与原子核内部变化有关的现象是天然放射现象，故C正确． 【答案】 C 核反应和核能 1.核反应 在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒． 2．核力 核子间的作用力．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内，只在相邻的核子间发生作用． 3．核能 核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能． 4．质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2. 【针对训练】 2．(2012·广东高考)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，表述正确的有( ) A.31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应 B.31H＋21H→42He＋10n是β衰变 C.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应 D.235 92U＋10n→140 54Xe＋9438Sr＋210n是α衰变 【解析】 β衰变时释放出电子( 0－1e)，α衰变时释放出氦原子核(42He)，可知选项B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项C中一个U 235原子核吸收一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子是核裂变反应． 【答案】 AC
(对应学生用书第228页) 衰变和半衰期 1.原子核衰变规律 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 AZX→A－4Z－2Y＋42He AZX→ AZ＋1Y＋ 0－1e 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体抛射出 中子转化为质子和电子
211H＋210n→42He 10n→11H＋ 0－1e 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 2.对半衰期的理解 (1)根据半衰期的概念，可总结出公式
N余＝N原(12)t/τ，m余＝m原(12)t/τ 式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期． (2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关． (1)232 90Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成208 82Pb(铅)．以下说法正确的是( ) A．铅核比钍核少8个质子 B．铅核比钍核少16个中子 C．共经过4次α衰变和6次β衰变 D．共经过6次α衰变和4次β衰变
图13－3－1 (2)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖，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13－3－1所示，请估算4 mg的3215P经多少天的衰变后还剩0.25 mg? 【解析】 (1)设α衰变次数为x，β衰变次数为y，由质量数守恒和电荷数守恒得232＝208＋4x
90＝82＋2x－y，解得x＝6，y＝4，C错，D对． 铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A对． 铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B对． (2)写出衰变方程3015P→3014Si＋ 0＋1e，故这种粒子为 0＋1e(正电子)由m－t图象知3215P的半衰期为14天，由m余＝m原(12)tτ得0.25 mg＝4 mg×(12)t14，故t＝56天． 【答案】 (1)ABD (2) 0＋1e(正电子) 56天 核反应方程的书写
类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 238 92U→234 90Th＋42He
β衰变 自发 234 90Th→234 91Pa＋ 0－1e
人工转变 人工 控制 14 7N＋42He→17 8O＋11H
(卢瑟福发现质子) 42He＋94Be→12 6C＋10n
(查德威克发现中子)
2713Al＋42He→3015P＋10n
3015P→3014Si＋ 0＋1e 约里奥—居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子
重核裂变 比较容易 进行人工 控制 235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋
310n 235 92U＋10n→136 54Xe＋9038Sr＋ 1010n 轻核聚变 目前无 法控制 21H＋31H→42He＋10n
(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接． (2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程． (3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．
现有四个核反应： A.21H＋31H→42He＋10n B.235 92U＋10n→X＋8936Kr＋310n C.2411Na→2412Mg＋ 0－1e D.42He＋94Be→12 6C＋10n (1)________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程． (2)求B中X的质量数和中子数．
【解析】 (1)人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核．箭头的右边也是常见元素的原子核．D是查德威克发现中子的核反应方程，B是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程．A是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程． (2)由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X质量数为144，电荷数为56，所以中子数为144－56＝88. 【答案】 (1)D B A (2)质量数为144，中子数为88 核能的产生和计算 1.获得核能的途径 (1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程．重核裂变的同时放出几个中子，并释放出大量核能．为了使铀235裂变时发生链式反应，铀块的体积应大于它的临界体积． (2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能，要想使氘核和氚核合成氦核，必须达到几百万度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应． 2．核能的计算方法 (1)应用ΔE＝Δmc2：先计算质量亏损Δm，注意Δm的单位1 u＝1.66×10－27 kg,1 u相当于931.5 MeV的能量，u是原子质量单位． (2)核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能． 根据ΔE＝Δmc2计算核能时，若Δm以千克为单位，“c”代入3×108_m/s，ΔE的单位为“J”；若Δm以“u”为单位，则由1uc2＝931.5_MeV得ΔE＝Δm×931.5_MeV.
(1)234 90Th是不稳定的，能自发的发生衰变． ①完成234 90Th衰变反应方程234 90Th→234 91Pa＋________. ②234 90Th衰变为222 86Rn，经过________次α衰变，________次β衰变． (2)1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子．科学研究表明其核反应过程是：α粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核，复核发生衰变放出质子，变成氧核．设α粒子质量为m1，初速度为v0，氮核质量为m2，质子质量为m0，氧核的质量为m3，不考虑相对论效应． ①α粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间，复核的速度为多大？ ②求此过程中释放的核能． 【解析】 (1)①根据电荷数守恒和质量数守恒，粒子为 0－1e.
②设发生n次α衰变，m次β衰变，则有234＝222＋4n,90＝86＋2n－m，解得n＝3，m＝2. (2)①设复核的速度为v，由动量守恒定律得m1v0＝(m1＋m2)v 解得v＝m1v0
m1＋m2
.
②核反应过程中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m0－m3
反应过程中释放的核能ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－m0－m3)c2.
【答案】 (1)① 0－1e ②3 2
(2)①v＝m1v0m1＋m2 ②(m1＋m2－m0－m3)c2
(对应学生用书第229页) 1．(2012·天津高考)下列说法正确的是( ) A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期 B．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子 C．从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力 D．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量 【解析】 放射性元素的半衰期与压强、温度以及它是单质还是化合物无关，因此无法采用物理或化学方法改变放射性元素的半衰期，选项A错误；氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子，选项B正确；遥感摄影是利用红外线具有良好的衍射能力，选项C错误；核子结合成原子核时，产生质量亏损，释放核能，故原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，选项D错误． 【答案】 B 2．图13－3－2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．图乙中检查所利用的射线是( )