鲁科版高中物理选择性必修第三册第5章章末综合提升课件+学案+测评含答案
展开主题1 四类核反应及其核反应方程
1．书写原则：核反应遵循质量数和电荷数守恒。
2．常见的核反应方程及相关内容
核反应式 | 与其相关的重要内容 | |
U→Th＋He | α衰变实质2H＋2n→He | |
Th→Pa＋e | β衰变实质n→H＋e | |
N＋He→O＋H | 质子的发现(1919年) | 卢瑟福 |
Be＋He→C＋n | 中子的发现(1932年) | 查德威克 |
Al＋He→P＋n | 人工放射性同位素的发现 | 约里奥—居里夫妇 |
P→Si＋e | 正电子的发现(1934年) | 约里奥—居里夫妇 |
U＋n→Sr＋ Xe＋10n U＋n→Ba＋ Kr＋3n | 重核裂变 | |
H＋H→He＋n | 轻核聚变 | |
3.关于核反应的四点说明
(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。
(4)四类核反应的判断技巧：衰变方程的箭头左侧只有一项且箭头右侧必有He或e；人工转变的箭头左侧都含有一个用来轰击的小粒子，多为质子、中子、α粒子或β粒子，且被轰击核多为中等质量核；重核裂变的箭头左侧多为铀235，且有中子；聚变方程的箭头左侧的原子序数都很小，多为前4号元素。
【典例1】 (多选)下列说法正确的是( )
A．21H＋H→He＋n是聚变
B．U＋n→Xe＋Sr＋2n是裂变
C．Ra→Rn＋He是α衰变
D．Na→Mg＋e是裂变
思路点拨：(1)裂变是重核分裂为两个中等质量的核；聚变是两个轻核结合成质量较大的核。
(2)核方程遵循电荷数守恒、质量数守恒。
ABC [聚变是两个轻核结合成质量较大的核，A正确；裂变反应指的是质量较大的核分解成几块中等质量的核，B正确，D错误；放射性元素自发地放射出α粒子的现象是α衰变，C正确。]
1．(2021·重庆高三零模)下列核反应方程正确的是( )
A． U＋ n→Ba＋Kr＋3n
B． U＋n→ Rb＋Cs＋2n
C． U＋ n→ Br＋La＋3H
D． U＋ n→Sr＋Xe＋9n
B [由于左边质量数237＋1＝238，右边质量数142＋91＋3＝236，质量数不守恒，
92＝56＋36 电荷数守恒，故A错误；B中方程左右两边质量数235＋1＝142＋91＋3，质量数守恒；B中方程左右两边电荷数92＝37＋55，电荷数守恒，故B正确；C中方程左右两边质量数235＋1＝87＋146＋3，质量数守恒；C中方程左右两边电荷数92≠57＋35＋3，电荷数不守恒，故C错误；D中方程左右两边质量数235＋1≠90＋136＋9，质量数不守恒；D中方程左右两边电荷数92＝38＋54，电荷数守恒，故D错误。故选B。]
主题2 核反应中的“守恒规律”
原子核物理中，常提及核反应的“守恒规律”与“核能的计算”问题。事实上，在核反应过程中，由于核力对核子做功，会引起“核反应系统”(以下简称“系统”)的能量变化。我们就把系统释放或吸收的这部分能量，叫做核能。从而，核反应即可分为质量亏损、释放核能和质量增加、吸收核能两大类型。其中，又以研究发生质量亏损、释放核能的一类核反应为学习的重点。
欲解决核反应中有关“守恒规律”与“核能的计算”问题，可利用以下几条“依据”：
1．五个守恒
(1)质量数守恒。
(2)质子数(电荷数)守恒。
(3)质量守恒(“亏损质量”与释放的“核能”相当)。
(4)能量守恒。
(5)动量守恒。
2．两个方程
(1)质能方程：E＝mc2，m指物体的质量。
(2)核能：ΔE＝Δmc2。
3．一个半衰期(T)
(1)剩余核数：N＝N0。
(2)剩余质量：m＝m0。
【典例2】 如图所示，有界匀强磁场磁感应强度大小为B＝0.05 T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界，在磁场中A处放一个放射源，内装Ra(镭)，Ra放出某种放射线后衰变成Rn(氡)。试写出Ra衰变的方程。若A距磁场的左边界MN的距离OA＝1.0 m时，放在MN左侧的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0 m，则此时可以推断出一静止镭核Ra衰变时放出的能量是多少(保留两位有效数字，取1 u＝1.6×10－27 kg，电子电荷量e＝1.6×10－19 C)?
思路点拨：(1)据质量数和电荷数守恒写出核反应方程。
(2)据动量守恒定律、动能定义可求能量。
[解析] Ra→Rn＋He。
镭衰变放出α粒子和氡核，在磁场中做匀速圆周运动，α粒子垂直于MN边界射出被接收器接收，α粒子在磁场中的轨迹为圆周，得圆半径为R＝1.0 m
α粒子的动量mαv＝qBR＝1.6×10－20 kg·m/s
α粒子的动能为
E1＝mαv2＝＝2.0×10－14 J
衰变过程中动量守恒，有mαv＝MRnv1
氡核反冲的动能为E2＝MRnv＝
衰变过程释放出的能量为
E1＋E2＝E1≈2.04×10－14 J。
[答案] Ra→Rn＋He 2.04×10－14 J
[一语通关] 如果在核反应中无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能。在这种情况下计算核能的主要依据是：
(1)核反应过程中只有内力作用，故系统动量守恒。
(2)反应前后总能量守恒。
2．常言道，万物生长靠太阳。据科学家论证，太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太阳内部达到一定温度时，会发生“核燃烧”，其中“核燃烧”的核反应方程为He＋X→Be＋γ，方程中X表示某种粒子，Be是不稳定的粒子，其半衰期为T，这个核反应释放出的能量为ΔE，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是( )
A．若使Be的温度降低，其半衰期会减小
B．方程中的X为电子(e)
C．该核反应过程产生的质量亏损为Δm＝
D．“核燃烧”的核反应是裂变反应
C [半衰期的大小与温度等外界因素无关，若使Be的温度降低，其半衰期不变，故A错误；根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为2，质量数为4，即X粒子是He，故B错误；由爱因斯坦质能方程可知，该核反应过程产生的质量亏损为Δm＝，故C正确；“核燃烧”的核反应是聚变反应，故D错误。故选C。]
