高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核综合与测试导学案

章末总结

体系构建

① 射线 ② 氦原子核 ③ 电子流 ④ 电磁波 ⑤ ⑥ ⑦ 质量数 ⑧ 半数 ⑨ 新原子核 ⑩ 短程 ⑪ 核子数 ⑫

综合提升

见学用171页

提升一核反应方程及其类型

例1  2020年12月12日，大亚湾反应堆“中微子实验”正式退役了。在3 275天11小时43分0秒的运行期间，这里产出了一系列重要的中微子研究成果，包括发现第三种中微子振荡模式，使我国的中微子研究跨入国际先进行列。中微子是宇宙中最古老、数量最多的物质粒子，太阳、地球、超新星、宇宙线、核反应堆，甚至人体都在不停地产生中微子，每秒钟有亿万个中微子穿过人们的身体。大多数原子核发生核反应的过程中也都伴有中微子的产生，例如核裂变、核聚变、β衰变等。下列关于核反应的说法，正确的是(      )

A.是α衰变方程，是β衰变方程

B. 高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，其核反应方程为

C.衰变为，经过3次α衰变，2次β衰变

D.是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程

答案：

解析：是轻核聚变反应方程，是β衰变方程，项错误；高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，其核反应方程为，项错误；每经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，每经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，衰变为，经过3次α衰变，2次β衰变，项正确；是核裂变方程，不是氢弹的核反应方程，项错误。

综合提升

    1.核反应的四种类型

    2.核反应方程式的书写

（1）熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础。如质子、中子、α粒子、β粒子、正电子、氘核、氚核等。

（2）掌握核反应方程遵循的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“ ”表示反应方向。

（3）核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。

迁移应用

1.四个核反应方程分别为：

①；

②；

③；

④。

下列说法正确的是(      )

A.①②都是重核铀的同位素的核反应，故都是重核的裂变反应

B.①③反应前都有一个中子，故都是原子核的人工转变

C.②③④生成物中都有氦核，故都是α衰变反应

D.③比④放出的能量少，说明③比④质量亏损得少

答案：

解析：①是重核的裂变反应，②是α衰变反应，项错误；③是原子核的人工转变，④是轻核的聚变反应，、两项错误；③比④放出的能量少，根据爱因斯坦质能方程可知，③比④质量亏损得少，故项正确。

2.（2021吉林油田第十一中学高三月考）下列核反应式中，代表α粒子的是(      )

A.

B.

C.

D.

答案：

解析：按照质量数守恒、电荷数守恒的规律，可分别判断各项中是什么粒子。

提升二半衰期及衰变次数的计算

例2  （2021浙江嘉兴高三月考）1926年首次结合放射性氡应用了示踪技术，后来又进行了多领域的生理、病理和药理研究。氡的放射性同位素最常用的是。经过次α衰变和次β衰变后变成稳定的。则(      )

A. 式子中的，

B. 核反应方程为

C. 的比结合能小于的比结合能

D. 通过改变温度等外部条件，可以控制放射性氡的半衰期

答案：

解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，，解得，，项错误；核反应方程为，项错误；该反应放出核能，则的比结合能小于的比结合能，项正确；半衰期与外部条件无关，项错误。

综合提升

    1.衰变、衰变的比较

    2.确定衰变次数的方法

（1）衰变方程：

（2）求解方法：根据质量数、电荷数守恒得，，两式联立求解α衰变次数和β衰变次数。

    3.半衰期

（1）概念：大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间。对个别或少量原子核，无半衰期可言。

（2）计算公式：或，其中，为半衰期。

迁移应用

1.放射性元素经过2次α衰变和1次β衰变后生成一新元素，则元素在元素周期表中的位置较元素的位置向前移动了(      )

A. 1位B. 2位C. 3位D. 4位

答案：

解析：发生一次衰变电荷数减少2，发生一次衰变电荷数增加1，据题意，电荷数变化为：，新元素位置向前移动了3位。

2.大量的某放射性元素经过天有的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为(      )

A. 天B. 天C. 天D. 天

答案：

解析：经过了天还有的原子核没有衰变，可知该放射性元素经过了3个半衰期，即可算出半衰期是天。

提升三核能的计算

例3 已知氘核的平均结合能为，氦核的平均结合能为，则两个氘核结合成一个氦核时(      )

A. 释放出的能量

B. 释放出的能量

C. 释放出的能量

D. 吸收的能量

答案：

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，因氘核的平均结合能为，氦核的平均结合能为，故释放的核能为

，故项正确。

综合提升

    1.根据质能方程计算

（1）根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损。

（2）根据爱因斯坦质能方程计算核能。

其中的单位是千克，的单位是焦耳。

    2.利用原子质量单位和电子伏特计算

（1）明确原子质量单位和电子伏特之间的关系

，

由

得

（2）根据1原子质量单位相当于的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以，

即。

其中的单位是，的单位是。

    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，利用动量守恒和能量守恒可以计算出核能的变化。

    4.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。

    5.应用阿伏加德罗常数计算核能

若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能量，应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便。

（1）根据物体的质量和摩尔质量由求出物质的量，并求出原子核的个数：。

（2）由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量（或直接从题目中找出）。

（3）再根据求出总能量。

迁移应用

1.利用氦和氘进行的聚变反应安全无污染，容易控制。月球上有大量的氦3，每个航天大国都将获取氦3作为开发月球的重要目标之一。已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子的核反应方程是：，若有氘全部发生聚变，则释放的能量是（为阿伏加德罗常数）(      )

A.

B.

C.

D.

答案：

解析：氘共有个氘核，每2个氘核反应就放出能量，所以释放的能量为。

2.一个氘核和一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，已知氘核质量为，氚核质量为，氦核质量为，中子质量为，相当于的能量。

（1）写出聚变的核反应方程；

（2）求此反应过程中释放的能量为多少？平均每个核子释放出多少核能？

答案：（1）

（2）

解析：（1）核反应方程为

（2）此反应过程的质量亏损为

，

。

平均每个核子释放的核能为

。

高考体验

见学用171页

1.（2021全国甲，17，6分）如图，一个原子核经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核，在此过程中放射出电子的总个数为(      )

A.6B.8C.10D.14

答案：

解析：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫作这种元素的半衰期。从图中可以看出，质量为的衰变时，从衰变一半到所用时间为，所以半衰期为，选项正确，选项、、错误。

2.（多选）（2020课标Ⅰ，19，6分）下列核反应方程中，、、、代表α粒子的有(      )

A.

B.

C.

D.

答案： ; 

解析：粒子为氦原子核，根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，选项中的为，选项中的为，选项中的为中子，选项中的为。

3.（2020课标Ⅱ，18，6分）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式表示。海水中富含氘，已知海水中含有的氘核约为个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知标准煤燃烧释放的热量约为，，则约为(      )

A. B. C. D.

答案：

解析：由海水中的氘核聚变释放的能量与质量为的标准煤燃烧释放的热量相等，有：，解得，故选项正确。

4.（多选）（2020课标Ⅲ，19，6分）1934年，约里奥-居里夫妇用粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素，反应方程为。会衰变成原子核，衰变方程为。则(      )

A.的质量数与的质量数相等

B.的电荷数比的电荷数少1

C.的电荷数比的电荷数多2

D.的质量数与的质量数相等

答案：  ;

解析：设和的电荷数分别为和，质量数分别为和，则反应方程为

，

根据反应方程电荷数和质量数守恒，解得，；，

解得，，， ,即的质量数与的质量数相等，的电荷数比的电荷数多1，电荷数比的电荷数多2，的质量数比的质量数多3，、正确，、错误。