高中 物理 必修第三冊 第五章 原子核《章末整合提升》教學(xué)設(shè)計

eq\a\vs4\al(章末整合提升)素養(yǎng)1核反應(yīng)方程的書寫1．書寫原則：核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。2．常見的核反應(yīng)方程及相關(guān)內(nèi)容核反應(yīng)方程與其相關(guān)的重要內(nèi)容eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(7))N＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He→eq\o\al(\s\up1(17),\s\do1(8))O＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)(1919年)盧瑟福eq\o\al(\s\up1(9),\s\do1(4))Be＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He→eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1(6))C＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n中子的發(fā)現(xiàn)(1932年)查德威克eq\o\al(\s\up1(27),\s\do1(13))Al＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He→eq\o\al(\s\up1(30),\s\do1(15))P＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n人工放射性同位素的發(fā)現(xiàn)約里奧·居里夫婦eq\o\al(\s\up1(30),\s\do1(15))P→eq\o\al(\s\up1(30),\s\do1(14))Si＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e正電子的發(fā)現(xiàn)(1934年)約里奧·居里夫婦eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(144),\s\do1(56))Ba＋eq\o\al(\s\up1(89),\s\do1(36))Kr＋3eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n重核裂變eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n輕核聚變3.關(guān)于核反應(yīng)的三點說明(1)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接。(2)核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程。(3)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守恒?！纠?】太陽能是由太陽內(nèi)部熱核反應(yīng)形成的，其核反應(yīng)主要是()A．eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))nB．eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(7))N＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He→eq\o\al(\s\up1(17),\s\do1(8))O＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))HC．eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(136),\s\do1(54))Xe＋eq\o\al(\s\up1(90),\s\do1(38))Sr＋10eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))nD．eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U→eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He[解析]太陽內(nèi)部核聚變是氫原子核的聚變，故A正確；B為實現(xiàn)原子核人工轉(zhuǎn)變的反應(yīng)，C為重核裂變，D為α衰變，均不屬于聚變反應(yīng)，故B、C、D錯誤。[答案]A素養(yǎng)2原子核的衰變和半衰期1．原子核衰變規(guī)律衰變類型α衰變β衰變衰變方程eq\o\al(\s\up1(A),\s\do1(Z))X→eq\o\al(\s\up1(A－4),\s\do1(Z－2))Y＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))Heeq\o\al(\s\up1(A),\s\do1(Z))X→eq\o\al(\s\up1(A),\s\do1(Z＋1))Y＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))Heeq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒2.半衰期(1)意義：放射性元素衰變的快慢用半衰期來表示，即半衰期反映了核衰變過程的統(tǒng)計快慢程度。(2)特征：只由核本身的因素決定，而與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。(3)公式表示：N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，式中N原、m原分別表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余分別表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，τ表示半衰期。【例2】(多選)天然放射性元素eq\o\al(\s\up1(232),\s\do1(90))Th(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變之后，變成eq\o\al(\s\up1(208),\s\do1(82))Pb(鉛)。下列判斷正確的是()A.鉛核比釷核少24個中子B．鉛核比釷核少8個質(zhì)子C．衰變過程中共有4次α衰變和8次β衰變D．衰變過程中共有6次α衰變和4次β衰變[解析]釷核eq\o\al(\s\up1(232),\s\do1(90))Th比鉛核eq\o\al(\s\up1(208),\s\do1(82))Pb多90－82＝8個質(zhì)子，質(zhì)量數(shù)之差為232－208＝24，故eq\o\al(\s\up1(208),\s\do1(82))Pb比eq\o\al(\s\up1(232),\s\do1(90))Th少24－8＝16個中子，B正確，A錯誤；設(shè)從eq\o\al(\s\up1(232),\s\do1(90))Th→eq\o\al(\s\up1(208),\s\do1(82))Pb經(jīng)過了n次α衰變和m次β衰變，衰變方程為：eq\o\al(\s\up1(232),\s\do1(90))Th→eq\o\al(\s\up1(208),\s\do1(82))Pb＋neq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋meq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e，則由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(90＝82＋2n－m,232＝208＋4n＋m×0))，解得n＝6，m＝4，即經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變，D正確，C錯誤。[答案]BD【例3】氡222是一種天然放射性氣體，被吸入后，會對人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷。它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一。其衰變方程是eq\o\al(\s\up1(222),\s\do1(86))Rn→eq\o\al(\s\up1(218),\s\do1(84))Po＋______。已知eq\o\al(\s\up1(222),\s\do1(86))Rn的半衰期約為3.8天，則約經(jīng)過________天，16g的eq\o\al(\s\up1(222),\s\do1())86Rn衰變后還剩1g。[解析]根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知空內(nèi)應(yīng)填eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He(或α)，根據(jù)m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，解得t＝3.8×4天＝15.2天。[答案]eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He(或α)15.2素養(yǎng)3核反應(yīng)與核能【例4】在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出的α粒子(eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He)在與磁場垂直的平面內(nèi)做勻速圓周運動，其軌道半徑為R。用m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。(1)放射性原子核用eq\o\al(\s\up1(A),\s\do1(Z))X表示，新核的元素符號用Y表示，寫出該α衰變的核反應(yīng)方程；(2)α粒子的圓周運動可以等效成一個環(huán)形電流，求圓周運動的周期和環(huán)形電流大??；(3)設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動能，新核的質(zhì)量為M，真空中光速為c，求衰變過程的質(zhì)量虧損Δm。[解析](1)由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知，eq\o\al(\s\up1(A),\s\do1(Z))X→eq\o\al(\s\up1(A－4),\s\do1(Z－2))Y＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He；(2)根據(jù)洛倫茲力提供向心力有qv1B＝meq\f(veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)),R)所以v1＝eq\f(qBR,m)，圓周運動的周期T＝eq\f(2πR,v1)＝eq\f(2πm,qB)等效電流I＝eq\f(q,T)＝eq\f(q2B,2πm)；(3)衰變過程動量守恒，有0＝pY＋pα所以pY＝－pα，“－”號表示方向相反。因為p＝mv，Ek＝eq\f(1,2)mv2所以Ek＝eq\f(p2,2m)即EkY∶Ekα＝m∶M由能量守恒定律得Δmc2＝EkY＋EkαΔm＝eq\f(Ekα,c2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(M＋m,M)))，其中Ekα＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),