2021版物理全能大一轮复习人教版讲义：12.3　原子核

温馨提示：

    此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。

第3讲　原　子　核　　　　　　　　　

必备知识

一、原子核的组成、放射性、放射性同位素、射线的危害与防护

1.天然放射现象:放射性元素自发地发出射线的现象,首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的发现说明了原子核具有复杂的结构。

2.三种射线的比较:

3.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。质子带正电,中子不带电。

(2)原子核中的两种数量关系。

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元素的原子核符号为X,其中A表示质量数,Z表示核电荷数。

4.放射性同位素的应用与防护:

(1)同位素:具有相同质子数和不同中子数的原子核。

(2)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。

(3)应用:消除静电、工业探伤、作示踪原子等。

(4)防护:防止放射性对人体组织的伤害。

二、原子核的衰变、半衰期、核力、结合能、质量亏损

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XY+He

β衰变XY+e

γ辐射: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。

①α衰变UThHe;

②β衰变ThPae。

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.核力:

(1)定义:原子核内部核子间特有的相互作用力。

(2)核力的特点。

①是强相互作用的一种表现;

②是短程力,作用范围在1.5×10-15 m之内;

③每个核子只能与与其相邻的核子发生核力作用。

4.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,叫作原子核的结合能,也称核能。

5.比结合能:

(1)定义:原子核的结合能与核子数之比,称作比结合能,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,原子核越稳定。

6.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。

三、核反应类型与核反应方程

1.重核裂变:

(1)重核裂变定义: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)重核裂变的特点。

①裂变过程中释放出巨大的能量;

②裂变的同时能够释放出2～3(或更多)个中子;

③裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式,但三分裂和四分裂概率比较小。

(3)典型的裂变反应方程:

UnKrBa+n。

(4)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。

(5)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。

(6)裂变的应用:原子弹、核反应堆。

(7)反应堆构造:核燃料、减速剂、镉棒、防护层。

2.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)特点。

①聚变过程放出大量的能量,平均每个核子放出的能量,比裂变反应中每个核子放出的能量大3至4倍。

②聚变反应比裂变反应更剧烈。

③对环境污染较少。

④自然界中聚变反应原料丰富。

(3)典型的聚变反应方程:

HHHen+17.6 MeV

3.人工转变:

(1)卢瑟福发现质子NHeO+H。

(2)查德威克发现中子BeHeC+n。

基础小题

1.判断下列题目的正误。

(1)β衰变中的电子来源于原子核外电子。 (　　)

(2)半衰期是一个统计规律,对少数原子核不适用。 (　　)

(3)三种射线,按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线。(　　)

(4)目前核电站多数采用核聚变反应发电。 (　　)

(5)爱因斯坦质能方程反映了物质的质量就是能量,它们之间可以相互转化。(　　)

(6)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的。 (　　)

提示:(1)×。β衰变是原子核的衰变,β衰变中的电子来源于原子核中的中子。

(2)√。放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫半衰期,半衰期是对大量的放射性元素的统计规律,在微观领域不能确定某一个体的规律,只能描述它们的大量的统计规律。

(3)√。α射线贯穿能力很弱,电离作用很强,是高速氦核流,β射线能贯穿几毫米厚的铝板,电离作用较强,γ射线贯穿能力最强,能穿透几厘米厚的铅板。

(4)×。目前核电站采用核裂变反应发电。

(5)×。爱因斯坦质能方程E=mc2,不能说明能量和质量之间存在相互转化的关系,只是说明一定质量的物体会有相应数量的能量,系统能量减少时,其质量也相应减少。

(6)×。人们认识原子核具有复杂结构是从贝克勒尔发现天然放射现象开始的。

 2.(教材改编题Th经过一系列α衰变和β衰变后变成Pb,则Pb比Th少 (　　)

A.16个中子,8个质子　　　　 B.8个中子,16个质子

C.24个中子,8个质子     D.8个中子,24个质子

【解析】选A。 Pb比Th质子数少(90-82)=8个,核子数少(232-208)=24个,所以中子数少(24-8)=16个,故A正确,B、C、D错误。

3.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为HCN+Q1,H+NC+X+Q2

方程中Q1、Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:

以下推断正确的是 (　　)

A.X是He,Q2>Q1　　　　　B.X是He,Q2>Q1

C.X是He,Q2<Q1    D.X是He,Q2<Q1

【解析】选B。由核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒知:X是He,排除A、C;前一核反应过程的质量亏损Δm1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7)u=0.002 1 u,而后一核反应的质量亏损Δm2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6) u=0.005 3 u,Δm2>Δm1,故Q2>Q1,D错误,B正确,故选B。

4.如图所示,表示原子核的比结合能与质量数A的关系,据此下列说法中正确的是              (　　)

A.重的原子核,例如,铀核U),因为它的核子多,核力大,所以结合得坚固而稳定

B.锂核Li)的核子的比结合能比铀核的比结合能小,因而比铀核结合得更坚固更稳定

C.原子核结合的松紧程度可以用“比结合能”来表征,比结合能的定义是每个核子的平均结合能;比结合能越大的原子核越稳定

D.以上三个表述都错误

【解析】选C。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,而组成原子核的核子越多,它的结合能并不是越高,只有当比结合能越大,原子核中的核子结合得越牢固,原子核越稳定,故C正确,A、B、D错误。

5.幽门螺标菌可以引发多种胃病,因此能否准确、迅速地检测病人是否受到感染,对于治疗方案的选择是个关键。幽门螺杆菌在生命过程中会产生一种酶,它使尿素分解,生成物中包括二氧化碳。如果在检测前让病人服下少量尿素,根据呼出的气体中是否含有酶分解尿素产生的二氧化碳,即可做出诊断。然而,正常新陈代谢也会产生二氧化碳。为了将二者区分,可以请病人服下用14C合成的尿素,14C具有放射性,能够自发地进行β衰变,因此检测呼出的二氧化碳是否具有放射性即可准确判断。但是射线对人体有害,所以这不是很好的办法。现在医院里普遍选用的尿素是用无放射性的13C合成的,用质谱仪或光谱分析的方法检测呼出的二氧化碳中是否含有13C,就可以判断病人的胃部是否被幽门螺杆菌感染,这种方法准确、迅速,现在已经得到了广泛应用。下列说法正确的是              (　　)

A.12C、13C、14C的化学性质不同

B.12C、13C、14C的原子光谱不同

C.14C衰变后变为14B

D.14C衰变后生成的新核比14C的质量数少

【解析】选B。12C、13C、14C都是碳的同位素,它们的化学性质是相同的,故A错误;12C、13C、14C都是碳的同位素,由于它们的质量数不同,所以原子的能级不同,则它们的原子光谱不同,故B正确;14C具有放射性,能够自发地进行β衰变,根据质量数守恒与电荷数守恒可知,衰变的产物的质量数:m=14-0=14,电荷数:6+1=7,可知14C衰变后变成14N,故C错误;14C自发地进行β衰变,衰变的产物的质量数不变,故D错误。

6.原子核的平均结合能与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子核结构和核反应的说法中正确的是              (　　)

A.原子核a和b聚变成原子核c时会有质量亏损,要放出能量

B.原子核f裂变成原子核d和e时会有质量增加,要吸收能量

C.原子核c中核子的平均质量要比原子核b的大

D.原子核f中核子的平均质量要比原子核e的小

【解析】选A。由题图可知,a、b的平均结合能小于c,原子核a和b聚变成原子核c时会有质量亏损,要放出能量,故A正确;原子核f裂变成原子核d和e时,有质量亏损,放出能量,故B错误;a、b聚变成c时有质量亏损,可知原子核c中核子的平均质量小于b,故C错误;f裂变成d和e时,有质量亏损,可知f中核子的平均质量比原子核e的大,故D错误。

关闭Word文档返回原板块