高中人教版 (新课标)6 核裂变教学设计

这是一份高中人教版 (新课标)6 核裂变教学设计，共8页。













[自我校对]


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





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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eq \\al(4,2)He或eq \\al( 0,－1)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．


(多选)下列说法正确的是( )


A.eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n是聚变


B.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(140, 54)Xe＋eq \\al(94,38)Sr＋2eq \\al(1,0)n是裂变


C.eq \\al(226, 98)Ra→eq \\al(222, 96)Rn＋eq \\al(4,2)He是α衰变


D.eq \\al(24,11)Na→eq \\al(24,12)Mg＋eq \\al( 0,－1)e是裂变


【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；放射性元素自发的放射出α粒子的现象是α衰变，C正确．


【答案】 ABC


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＝N0eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \s\up12(\f(t,T)).


(2)剩余质量：m＝m0eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \s\up12(\f(t,T)).


如图19­1所示，有界匀强磁





图19­1


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eq \\al(226, 88)Ra(镭)，eq \\al(226, 88)Ra放出某种放射线后衰变成eq \\al(222, 86)Rn(氡)．试写出eq \\al(226, 88)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eq \\al(226, 88)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，电子电量e＝1.6×10－19 C)


【解析】 eq \\al(226, 88)Ra→eq \\al(222, 86)Rn＋eq \\al(4,2)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＝eq \f(1,2)mαv2＝eq \f(p2,2mα)＝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＝eq \f(1,2)MRnveq \\al(2,1)＝eq \f(mαE1,MRn)


衰变过程释放出的能量为


E1＋E2＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1＋\f(mα,MRn)))E1≈2.04×10－14 J.


【答案】 eq \\al(226, 88)Ra→eq \\al(222, 86)Rn＋eq \\al(4,2)He 2.04×10－14 J





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，故动量守恒.


2反应前后总能量守恒.








1．(多选)下列关于核裂变和核辐射的方程中正确的是( )


A.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n―→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋10eq \\al(1,0)n


B.eq \\al(239, 94)Pu―→eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(4,2)He


C.eq \\al(137, 55)Cs―→eq \\al(137, 56)Ba＋eq \\al(0,－1)e


D.eq \\al(131, 53)I―→eq \\al(131, 54)Xe＋eq \\al(0,－1)e


【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．


【答案】 BCD


2．下列说法正确的是( )


A．自由核子结合成原子核时，一定遵守质量守恒


B．在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量


C．发生核反应时，若反应前的总质量小于反应后的总质量，这个反应是放能反应


D．发生核反应时，若反应前的总质量小于反应后的总质量，这个反应必定吸收能量


【解析】 当自由核子结合成原子核时，一定存在质量亏损；核反应前后一般存在质量的变化，若质量减少则放出能量，反之吸收能量，由此知D正确，A、B、C错误．


【答案】 D


3．如图19­2所示，国际原子能机构2007年2月15日公布核辐射警示新标志，新标志为黑框经底三角，内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形．核辐射会向外释放三种射线：α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．现有甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中，其中一个核放出一个α粒子，另一个核放出一个β粒子，得出如图所示的四条径迹，则( )





图19­2


A．磁场的方向一定垂直于纸面向里


B．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子


C．a为α粒子的径迹


D．b为β粒子的径迹


【解析】 衰变过程中满足动量守恒，释放粒子与新核的动量大小相等、方向相反，根据带电粒子在磁场中的运动不难分析：若轨迹为外切圆，则为α衰变；若轨迹为内切圆，则为β衰变．又因为R＝eq \f(mv,qB)知半径与电荷量成反比，可知答案为B项．


【答案】 B


4．(多选)一静止的铝原子核eq \\al(27,13)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eq \\al(28,14)Si*.下列说法正确的是( )


A．核反应方程为p＋eq \\al(27,13)Al→eq \\al(28,14)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


【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＋eq \\al(27,13)Al→eq \\al(28,14)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．


【答案】 ABD


5．在下列描述核过程的方程中，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.eq \\al(14, )6C→eq \\al(14, )7N＋ 0－1e


B.eq \\al(32,15)P→eq \\al(32,16)S＋ 0－1e


C.eq \\al(238, )92U→eq \\al(234, )90Th＋eq \\al(4,2)He


D.eq \\al(14, )7N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, )8O＋eq \\al(1,1)H


E.eq \\al(235, )92U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(140, )54Xe＋eq \\al(94,38)Sr＋2eq \\al(1,0)n


F.eq \\al(3,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n


【解析】 α衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出α粒子的现象，选项C为α衰变；β衰变为衰变过程中释放出β粒子的现象，选项A、B均为β衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项E是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项F是典型的核聚变过程．


【答案】 C AB E F





四类核反应及其核反应方程
核反应式
与其相关的重要内容
eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He
α衰变实质2eq \\al(1,1)H＋2eq \\al(1,0)n→eq \\al(4,2)He
eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(234, 91)Pa＋eq \\al( 0,－1)e
β衰变实质eq \\al(1,0)n→eq \\al(1,1)H＋eq \\al( 0,－1)e
eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H
质子的发现(1919年)
卢瑟福
eq \\al(9,4)Be＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(12, 6)C＋eq \\al(1,0)n
中子的发现(1932年)
查德威克
eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n
人工放射性同位素的发现
约里奥—居里夫妇
eq \\al(30,15)P→eq \\al(30,14)Si＋eq \\al(0,1)e
正电子的发现(1934年)
约里奥—居里夫妇
eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(90,38)Sr


＋eq \\al(136, 54)Xe＋10eq \\al(1,0)n


eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba


＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n
重核裂变
eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
轻核聚变
核反应中的“守恒规律”