第十六章　第3課時(shí)　原子核-2025年高中物理大一輪復(fù)習(xí)

第3課時(shí)原子核目標(biāo)要求1.了解天然放射現(xiàn)象及三種射線的性質(zhì)。2.了解原子核的衰變，掌握半衰期的概念，并會(huì)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。3.了解四種核反應(yīng)類型，能根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程。4.認(rèn)識(shí)原子核的結(jié)合能與比結(jié)合能，能進(jìn)行有關(guān)核能的計(jì)算?？键c(diǎn)一原子核的衰變半衰期1.原子核的組成：原子核是由________和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的________。2．天然放射現(xiàn)象放射性元素________地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由________________發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明________________具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。原子序數(shù)大于83的元素都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于或等于83的，有的也能發(fā)出射線。3．三種射線的比較名稱構(gòu)成符號(hào)電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)α射線__核eq\o\al(4,2)He＋2e4u最____最____β射線____eq\o\ar(0,－1)e－eeq\f(1,1837)u較強(qiáng)較強(qiáng)γ射線光子γ00最____最____4.原子核的衰變(1)衰變：原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。(2)α衰變、β衰變衰變類型α衰變?chǔ)滤プ兯プ兎匠蘣q\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(M,Z)X→eq\o\ar(M,Z＋1)Y＋eq\o\ar(0,－1)e衰變實(shí)質(zhì)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\ar(0,－1)e勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡形狀衰變規(guī)律________守恒、質(zhì)量數(shù)守恒(3)γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)產(chǎn)生的。5．半衰期(1)公式：N余＝N原，m余＝m原，式中t為衰變時(shí)間，T為半衰期。(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由________________________________決定的，跟原子所處的外部條件(如溫度、壓強(qiáng))和化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)________(選填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)。6．放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)(1)放射性同位素：有________放射性同位素和________放射性同位素兩類，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同。(2)應(yīng)用：放射治療、培優(yōu)、保鮮、做________等。(3)防護(hù)：防止放射性對(duì)人體組織的傷害。1．三種射線按穿透能力由強(qiáng)到弱的排列順序是γ射線、β射線、α射線。()2．β衰變中的電子來(lái)源于原子核外電子。()3．發(fā)生β衰變時(shí)，新核的電荷數(shù)不變。()4．如果現(xiàn)在有100個(gè)某放射性元素的原子核，那么經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期后還剩50個(gè)。()例1(2023·浙江1月選考·9)宇宙射線進(jìn)入地球大氣層與大氣作用會(huì)產(chǎn)生中子，中子與大氣中的氮14會(huì)產(chǎn)生以下核反應(yīng)：eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(14,6)C＋eq\o\ar(1,1)H，產(chǎn)生的eq\o\ar(14,6)C能自發(fā)進(jìn)行β衰變，其半衰期為5730年，利用碳14的衰變規(guī)律可推斷古木的年代。下列說(shuō)法正確的是()A.eq\o\ar(14,6)C發(fā)生β衰變的產(chǎn)物是eq\o\ar(15,7)NB．β衰變輻射出的電子來(lái)自碳原子的核外電子C．近年來(lái)由于地球的溫室效應(yīng)，引起eq\o\ar(14,6)C的半衰期發(fā)生微小變化D．若測(cè)得一古木樣品的eq\o\ar(14,6)C含量為活體植物的eq\f(1,4)，則該古木距今約為11460年例2(多選)科學(xué)家利用天然放射性元素的衰變規(guī)律，通過(guò)對(duì)目前發(fā)現(xiàn)的古老巖石中鈾含量來(lái)推算地球的年齡，鈾238的相對(duì)含量隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示，下列說(shuō)法正確的是()A．鈾238發(fā)生α衰變的方程為eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(242,90)Th＋eq\o\ar(4,2)HeB．測(cè)得某巖石中現(xiàn)含有的鈾是巖石形成初期時(shí)的一半，可推算出地球的年齡約為45億年C．2000個(gè)鈾核經(jīng)過(guò)90億年，一定還有500個(gè)鈾核未發(fā)生衰變D．鈾238(eq\o\ar(238,92)U)最終衰變形成鉛206(eq\o\ar(206,82)Pb)，需經(jīng)8次α衰變，6次β衰變例3(2022·全國(guó)甲卷·17)兩種放射性元素的半衰期分別為t0和2t0，在t＝0時(shí)刻這兩種元素的原子核總數(shù)為N，在t＝2t0時(shí)刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為eq\f(N,3)，則在t＝4t0時(shí)刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為()A.eq\f(N,12)B.eq\f(N,9)C.eq\f(N,8)D.eq\f(N,6)考點(diǎn)二核反應(yīng)核反應(yīng)類型1．核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變?chǔ)了プ冏园l(fā)eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋________β衰變自發(fā)eq\o\ar(234,90)Th→eq\o\ar(234,91)Pa＋eq\o\ar(0,－1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?基本粒子轟擊原子核)eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(4,2)He→________＋eq\o\ar(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(9,4)Be→eq\o\ar(12,6)C＋eq\o\ar(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\ar(27,13)Ar＋eq\o\ar(4,2)He→_____＋eq\o\ar(1,0)n約里奧－居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子eq\o\ar(30,15)P→eq\o\ar(30,14)Si＋____重核裂變?nèi)菀卓刂?慢中子、鏈?zhǔn)椒磻?yīng))eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋________eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(136,54)Xe＋eq\o\ar(90,38)Sr＋________輕核聚變現(xiàn)階段很難控制(需要極高溫度——一般由核裂變提供)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→________＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV2.核反應(yīng)方程式的書寫(1)熟記常見基本粒子的符號(hào)，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子(______)、中子(______)、α粒子(________)、β粒子(______)、正電子(________)、氘核(________)、氚核(________)等。(2)掌握核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律：____________守恒，________________守恒。(3)由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“→”表示反應(yīng)方向。例4(2023·天津卷·3)關(guān)于太陽(yáng)上進(jìn)行的核聚變，下列說(shuō)法正確的是()A．核聚變需要在高溫下進(jìn)行B．核聚變中電荷不守恒C．太陽(yáng)質(zhì)量不變D．太陽(yáng)核反應(yīng)方程式：eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(141,56)Ba＋eq\o\ar(92,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n例5(2023·北京卷·3)下列核反應(yīng)方程中括號(hào)內(nèi)的粒子為中子的是()A.eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋()B.eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋()C.eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋()D.eq\o\ar(14,6)C→eq\o\ar(14,7)N＋()例6(2023·全國(guó)甲卷·15)在下列兩個(gè)核反應(yīng)方程中X＋eq\o\ar(14,7)N→Y＋eq\o\ar(17,8)O、Y＋eq\o\ar(7,3)Li→2X，X和Y代表兩種不同的原子核，以Z和A分別表示X的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，則()A．Z＝1，A＝1 B．Z＝1，A＝2C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4考點(diǎn)三質(zhì)量虧損及核能的計(jì)算1．核力和核能(1)核力：原子核內(nèi)部，________間所特有的相互作用力。核力是強(qiáng)相互作用，為短程力，作用范圍只有約10－15m，與電性無(wú)關(guān)。(2)結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們________需要的能量，叫作原子核的結(jié)合能，也叫核能。(3)比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與____________之比，叫作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越________，原子核越________。2．質(zhì)量虧損凡是釋放核能的核反應(yīng)，反應(yīng)后各原子核(新生核)及微觀粒子的質(zhì)量(即靜止質(zhì)量)之和________，兩者的差值就叫______________。3．質(zhì)能方程(1)愛因斯坦得出物體的能量與它的質(zhì)量的關(guān)系：________________。(2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對(duì)應(yīng)減少的能量ΔE＝________________。原子核分解成核子時(shí)要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝______。4．核能的計(jì)算(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計(jì)算核能。①ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位為“kg”，c的單位為“m/s”，則ΔE的單位為“J”。②ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位為“u”，則可直接利用ΔE＝Δm×931.5MeV/u計(jì)算，此時(shí)ΔE的單位為“MeV”，即1u＝1.6605×10－27kg，相當(dāng)于931.5MeV，這個(gè)結(jié)論可在計(jì)算中直接應(yīng)用。(2)利用比結(jié)合能計(jì)算核能原子核的結(jié)合能＝核子的比結(jié)合能×核子數(shù)。核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能。1．核力就是庫(kù)侖力。()2．核反應(yīng)中，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，一定有核能產(chǎn)生。()3．原子核的結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。()4．原子核越大，它的結(jié)合能越大，比結(jié)合能可能越小。()例7(2023·全國(guó)乙卷·16)2022年10月，全球眾多天文設(shè)施觀測(cè)到迄今最亮伽馬射線暴，其中我國(guó)的“慧眼”衛(wèi)星、“極目”空間望遠(yuǎn)鏡等裝置在該事件觀測(cè)中作出重要貢獻(xiàn)。由觀測(cè)結(jié)果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內(nèi)釋放的能量量級(jí)為1048J。假設(shè)釋放的能量來(lái)自物質(zhì)質(zhì)量的減少，則每秒平均減少的質(zhì)量量級(jí)為(光速為3×108m/s)()A．1019kgB．1024kgC．1029kgD．1034kg例8(多選)(2022·福建卷·2改編)2011年3月，日本發(fā)生的大地震造成了福島核電站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素eq\o\ar(131,53)I，其衰變方程為eq\o\ar(131,53)I→eq\o\ar(131,54)Xe＋eq\o\ar(0,－1)e，半衰期為8天，已知mI＝131.03721u，mXe＝131.03186u，me＝0.000549u，1u相當(dāng)于931.5MeV，則下列說(shuō)法正確的是()A．該反應(yīng)前后質(zhì)量虧損0.00535uB．該反應(yīng)中釋放的能量約為7.16×10－13JC．放射性元素eq\o\ar(131,53)I發(fā)生的衰變?yōu)棣了プ僁．經(jīng)過(guò)16天，75%的eq\o\ar(131,53)I原子核發(fā)生了衰變例9(2023·山東濟(jì)南市歷城二中模擬)太陽(yáng)目前處于主序星階段，氫燃燒殆盡后將發(fā)生“氦閃”，進(jìn)入紅巨星階段?！昂らW”是氦(eq\o\ar(4,2)He)聚變變成碳，2eq\o\ar(4,2)He→eq\