专题12 原子核——高二年级物理下学期期末专题复习知识点清单+训练学案+期末模拟卷（人教版2019）

专题12 原子核【知识梳理】-2020-2021学年高二年级物理下学期期末专项复习（新2019人教版）

[体系构建]

①电离

②穿透

③有半数

④核子

⑤氮核

⑥铍核

⑦质量数

⑧电荷数

⑨mc2

[能力强化]

一、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

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．

【例1】　(多选)下列说法正确的是(　　)

A．H＋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

【答案】ACD

【解析】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．

故选ACD。

【变式训练1】(多选)下列关于核裂变和核辐射的方程中正确的是(　　)

A．U＋n→Ba＋Kr＋10n

B．Pu→U＋He

C．Cs→Ba＋e

D．I→Xe＋e

【答案】BCD

【解析】选项A中，质量数不守恒，故A错误；核辐射是放出α、β、γ三种射线，选项B为α衰变，放出α射线，选项C、D为β衰变，放出β射线，故B、C、D正确．

故选BCD。

二、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.

【例2】　如图所示，有界匀强磁场磁感应强度为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)

【答案】Ra→Rn＋He　2.04×10－14 J

【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1/4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.

【变式训练2】(多选)一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si*.下列说法正确的是(　　)

A．核反应方程为p＋Al→Si*

B．核反应过程中系统动量守恒

C．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

D．硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致

【答案】ABD

【解析】核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为p＋Al→Si*，说法A正确；核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，说法B正确；核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，说法C错误；根据动量守恒定律有mpvp＝mSivSi，碰撞后硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度方向一致，说法D正确．

故选BCD。