2019版高考物理一輪復(fù)習(xí)第13章近代物理初步第49課時原子核及核反應(yīng)學(xué)案

1、第49課時原子核及核反應(yīng)考點(diǎn)1原子核的衰變與半衰期1原子核的衰變(1)原子核放出粒子或，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變，原子核衰變時電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。(2)分類：衰變：XYHe；衰變：XYe；輻射：當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時，原子核中有的發(fā)生衰變，有的發(fā)生衰變，同時伴隨著輻射。(3)兩個典型的衰變方程：衰變：UThHe。衰變：ThPae。2三種射線的比較3半衰期(1)定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。1下列說法中正確的是()A貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾和含鈾礦物的天然放射現(xiàn)

2、象，從而揭示出原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)B太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核裂變反應(yīng)C把放射性元素放入溫度很低的冷凍室中，其衰變變慢，半衰期變長D利用射線的貫穿性可以為金屬探傷，也可以進(jìn)行人體的透視答案A解析貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾和含鈾礦物的天然放射現(xiàn)象，從而揭示出原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，拉開了人們認(rèn)識原子核的序幕，A正確；太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，B錯誤；放射性元素的半衰期與外界條件無關(guān)，C錯誤；利用射線的貫穿性可以為金屬探傷，不能對人體進(jìn)行透視，因?yàn)樯渚€對人體細(xì)胞有傷害，D錯誤。2如圖所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出、三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，下列說法正確的是()A表示射線

3、，表示射線B表示射線，表示射線C表示射線，表示射線D表示射線，表示射線答案C解析射線為電磁波，不帶電，在電場、磁場中均不偏轉(zhuǎn)，故和表示射線，A、B、D錯誤；射線中的粒子為氦的原子核，帶正電，在勻強(qiáng)電場中，沿電場方向偏轉(zhuǎn)，故表示射線，由左手定則可知在勻強(qiáng)磁場中射線向左偏，故表示射線；射線帶負(fù)電，同理可以分析和表示射線。C正確。3(多選)在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場中，有一原來靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運(yùn)動軌跡分別如圖所示，由圖可以判定()A該核發(fā)生的是衰變B該核發(fā)生的是衰變C磁場方向一定垂直紙面向里D磁場方向向里還是向外不能判定答案BD解析原來靜止的核，放出粒子后，總動量守恒，

4、所以粒子和反沖核的速度方向一定相反，根據(jù)圖示，它們在同一磁場中是向同一側(cè)偏轉(zhuǎn)的，由左手定則可知它們必帶異種電荷，故應(yīng)為衰變；由于不知它們的旋轉(zhuǎn)方向，因而無法判定磁場是向里還是向外，即都有可能，故B、D正確。考點(diǎn)2核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程1重核裂變(1)定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程。(2)特點(diǎn)：裂變過程中釋放出巨大能量。裂變的同時能夠釋放出23(或更多)個中子。裂變的產(chǎn)物不是唯一的。對于鈾核裂變有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比較小。(3)典型的裂變反應(yīng)方程：UnKrBa3n。(4)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一

5、代繼續(xù)下去的過程。(5)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量。(6)裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆。(7)反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護(hù)層。2輕核聚變(1)定義：兩輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程。輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)。(2)特點(diǎn)：聚變過程放出大量的能量，平均每個核子放出的能量，比裂變反應(yīng)中每個核子放出的能量大3至4倍。聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更劇烈。對環(huán)境污染較少。自然界中聚變反應(yīng)原料豐富。(3)典型的聚變反應(yīng)方程：HHHen17.6 MeV3人工轉(zhuǎn)變(1)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子：NHeOH。(2)查德威克發(fā)現(xiàn)中子：BeHeCn。1中國最新一

6、代“人造太陽”實(shí)驗(yàn)裝置，于2006年9月28日在合肥成功放電，這是世界首個投入運(yùn)行的全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置?！叭嗽焯枴币蕴剿鳠o限而清潔的核聚變能源為目標(biāo)，由于它和太陽產(chǎn)生能量的原理相同，都是熱核聚變反應(yīng)，所以被外界稱為“人造太陽”。你認(rèn)為“人造太陽”中所涉及的核反應(yīng)方程是()A.UnSrXe10nB.NHOHC.HHHenD.UThHe答案C解析聚變反應(yīng)是質(zhì)量較輕的核聚變生成質(zhì)量較大的核，由題目知C正確，故選C。2關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是()A核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量B中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C重核裂變釋放大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)減

7、少D重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能答案D解析重核裂變釋放的能量來源于質(zhì)量虧損，其能量遠(yuǎn)大于俘獲中子吸收的能量，A錯誤、D正確；只有鈾塊體積大于臨界體積才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，否則中子穿過鈾塊也不會發(fā)生，B錯誤；重核裂變遵循質(zhì)量數(shù)守恒，C錯誤。3(2016全國卷)在下列描述核過程的方程中，屬于衰變的是_，屬于衰變的是_，屬于裂變的是_，屬于聚變的是_。(填正確答案標(biāo)號)A.CNeB.PSeC.UThHeD.NHeOHE.UnXeSr2nF.HHHen答案CABEF解析天然放射性元素自發(fā)地放出粒子(即氦核He)的衰變屬于衰變；放出粒子的衰變屬于衰變；重核分裂成幾個中等質(zhì)量原子核的現(xiàn)象

8、為核裂變；輕原子核聚合成較重原子核的反應(yīng)為核聚變。D屬于人工轉(zhuǎn)變?？键c(diǎn)3核能1核力(1)定義：原子核內(nèi)部核子間特有的相互作用力。(2)核力的特點(diǎn)：是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；是短程力，作用范圍在1.51015 m之內(nèi)；每個核子只能與其相鄰的核子發(fā)生核力作用。2結(jié)合能：核子結(jié)合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，也稱核能。3比結(jié)合能(1)定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。(2)特點(diǎn)：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。4質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損：愛因斯坦質(zhì)能方程是Emc2，原子核的質(zhì)量

9、必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小m，這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能Emc2。例用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核Li，發(fā)生核反應(yīng)后生成氚核和粒子，生成的氚核速度方向與中子的速度方向相反，氚核與粒子的速度之比為78，中子的質(zhì)量為m，質(zhì)子的質(zhì)量可近似看作m，光速為c。(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)求氚核和粒子的速度大?。?3)若核反應(yīng)過程中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為粒子和氚核的動能，求出質(zhì)量虧損。解析(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒，則有核反應(yīng)方程為：nLiHHe。(2)由動量守恒定律得：mnvmHv1mHev2由題意得：v1v278解得v1，v2。(3)氚核和粒子的動能之和為：Ek3mv4mv

10、mv2釋放的核能為：EEkEknmv2mv2mv2由愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2得，質(zhì)量虧損為m。答案(1)nLiHHe(2)(3)(1)應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖根據(jù)Emc2計算，計算時m的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，E的單位是“J”。根據(jù)Em931.5 MeV計算，因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，所以計算時m的單位是“u”，E的單位是“MeV”。(2)根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能：原子核的結(jié)合能核子比結(jié)合能核子數(shù)。(3)利用質(zhì)能方程計算核能時，不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進(jìn)行計算。1核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不可缺少，我國在完善核電安全基礎(chǔ)上將加大核電站建設(shè)規(guī)模，核泄

11、漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細(xì)胞基因，提高罹患癌癥的風(fēng)險。已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為PuXHe，下列有關(guān)說法正確的是()AX原子核中含有92個中子B100個Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余50個C由于衰變時釋放巨大能量，根據(jù)Emc2，衰變過程總質(zhì)量增加D衰變發(fā)出的射線是波長很短的光子，具有很強(qiáng)的穿透能力答案D解析根據(jù)核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律，X原子核中含有92個質(zhì)子，235個核子，143個中子，A錯誤。半衰期是對大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，100個Pu經(jīng)過24100年后不一定還剩余50個，B錯誤。由于衰變時釋放巨大能量，衰變過程總質(zhì)量減少，放出

12、粒子的質(zhì)量和生成新核的質(zhì)量之和小于衰變前核的質(zhì)量，C錯誤。衰變發(fā)出的射線是波長很短的光子，具有很強(qiáng)的穿透能力，D正確。2“超導(dǎo)托卡馬克”(英名稱：EAST，俗稱“人造太陽”)是我國自行研制的可控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)裝置。設(shè)該實(shí)驗(yàn)反應(yīng)前氘核(H)的質(zhì)量為m1，氚核(H)的質(zhì)量為m2，反應(yīng)后氦核(He)的質(zhì)量為m3，中子(n)的質(zhì)量為m4，光速為c。下列說法中不正確的是()A這種裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是HHHenB由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知m1m2m3m4C核反應(yīng)放出的能量等于(m1m2m3m4)c2D這種裝置與我國大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)原理不相同答案B解析可控?zé)岷朔磻?yīng)裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是

13、HHHen，故A正確；核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，但質(zhì)量不守恒，核反應(yīng)過程中存在質(zhì)量虧損，因此m1m2m3m4，故B錯誤；核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損mm1m2m3m4，釋放的核能Emc2(m1m2m3m4)c2，故C正確；這種裝置的核反應(yīng)是核聚變，我國大亞灣核電站所使用核裝置是核裂變，它們的核反應(yīng)原理不相同，故D正確。3某些建筑材料可產(chǎn)生放射性氣體氡，氡可以發(fā)生或衰變。原來靜止的氡核(Rn)發(fā)生一次衰變生成新核釙(Po)。取氡核的質(zhì)量mRn222.0176 u，釙核的質(zhì)量mPo218.0090 u，粒子的質(zhì)量m4.0026 u，已知1 u相當(dāng)于931.5 MeV。(1)寫出衰變的核反應(yīng)方程；(2)該衰

14、變反應(yīng)中釋放出的核能。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)RnPoHe(2)5.6 MeV解析(1)衰變方程為：RnPoHe。(2)該核衰變反應(yīng)的質(zhì)量虧損mmRnmPom0.006 u釋放的核能E0.006931.5 MeV5.6 MeV。1(2017天津聯(lián)考)下列說法正確的是()A根據(jù)天然放射現(xiàn)象，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)B一個氫原子從n3能級躍遷到n2能級，該氫原子吸收光子，能量增加C鈾(U)經(jīng)過多次、衰變形成穩(wěn)定的鉛(Pb)的過程中，有6個中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子D機(jī)場、車站等地進(jìn)行安全檢查時，能輕而易舉地窺見箱內(nèi)物品，利用了射線較強(qiáng)的穿透能力答案C解析盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是粒子散射實(shí)

15、驗(yàn)，A錯誤；氫原子從n3能級躍遷到n2能級，氫原子要放出光子，能量減小，B錯誤；分析可得鈾經(jīng)過8次衰變和6次衰變形成了穩(wěn)定的鉛，而衰變的本質(zhì)就是中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時釋放出電子的過程，故C正確；機(jī)場、車站等地進(jìn)行安全檢查，利用的是X射線的穿透本領(lǐng)，D錯誤。2下列說法正確的是()A從高空對地面進(jìn)行遙感攝影是利用紫外線有良好的穿透能力B玻爾對氫原子光譜的研究導(dǎo)致原子的核式結(jié)構(gòu)模型的建立C衰變的實(shí)質(zhì)是一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子D目前核電站利用的是核裂變釋放的核能答案D解析從高空對地面進(jìn)行遙感攝影是利用紅外線有良好的穿透能力，A錯誤；盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，B錯誤；衰變的實(shí)質(zhì)是

16、一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子，C錯誤；目前核電站利用的是核裂變釋放的核能，D正確。314C測年法是利用14C衰變規(guī)律對古生物進(jìn)行年代測定的方法。若以橫坐標(biāo)t表示時間，縱坐標(biāo)m表示任意時刻14C的質(zhì)量，m0為t0時14C的質(zhì)量，下面四幅圖中能正確反映14C衰變規(guī)律的是()答案C解析由于每經(jīng)過一個半衰期T,14C的質(zhì)量減少一半，所以mm0，C正確。4(多選)下列哪些現(xiàn)象能說明放射線來自原子核()A三種射線的能量都很高B放射線的強(qiáng)度不受溫度、外界壓強(qiáng)等物理?xiàng)l件的影響C元素的放射性與所處的化學(xué)狀態(tài)(單質(zhì)、化合態(tài))無關(guān)D射線、射線都是帶電的粒子流答案BC解析能說明放射線來自原子核的證據(jù)是，元素的放射

17、性與其所處的化學(xué)狀態(tài)和物理狀態(tài)無關(guān)，B、C正確。5(多選)關(guān)于質(zhì)子與中子，下列說法正確的是()A原子核(除氫核外)由質(zhì)子和中子構(gòu)成B質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子C盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在D盧瑟福發(fā)現(xiàn)了中子，并預(yù)言了質(zhì)子的存在答案ABC解析原子核內(nèi)存在質(zhì)子和中子，中子和質(zhì)子統(tǒng)稱為核子，盧瑟福只發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，以后又預(yù)言了中子的存在，A、B、C正確。6(多選)地球的年齡到底有多大，科學(xué)家利用天然放射性元素的衰變規(guī)律，通過對目前發(fā)現(xiàn)的最古老的巖石中鈾和鉛含量的測定，推算出該巖石中含有的鈾是巖石形成初期時(巖石形成初期時不含鉛)的一半。鈾238衰變后形成鉛206，鈾238的相對含量隨時間變化規(guī)律如圖所

18、示，圖中N為鈾238的原子數(shù)，N0為鈾和鉛的原子總數(shù)，由此可以判斷出()A鈾238的半衰期為90億年B地球的年齡大致為45億年C被測定的古老巖石樣品在90億年時的鈾、鉛原子數(shù)之比約為14D被測定的古老巖石樣品在90億年時的鈾、鉛原子數(shù)之比約為13答案BD解析由題意、半衰期的含義及鈾238衰變后含量隨時間的變化規(guī)律圖象可知：鈾238的半衰期和地球的年齡均大致為45億年，被測定的古老巖石樣品在90億年時鈾原子數(shù)的相對值為0.25，即占總原子數(shù)的，由此可推得其中鉛占原子數(shù)的，鈾、鉛原子數(shù)之比約為13。B、D正確。7(多選)以下是有關(guān)近代物理內(nèi)容的若干敘述，其中不正確的是()A原子核發(fā)生一次衰變，該原

19、子外層就失去一個電子B按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，但原子的能量增大C核衰變中，光子是衰變后轉(zhuǎn)變的新核輻射的D比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時一定吸收核能答案AD解析衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)為一個質(zhì)子和一個電子，電子釋放出來，不是來自核外電子，故A錯誤；按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，但原子的能量增大，B正確；核衰變中，衰變后轉(zhuǎn)變的新核不穩(wěn)定，放出能量才能變得穩(wěn)定，能量以光子的形式放出，C正確；比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時會出現(xiàn)質(zhì)量虧損，

20、根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得知，一定釋放核能，故D錯誤。8以下是物理學(xué)史上3個著名的核反應(yīng)方程xLi2yyNxOyBezCx、y和z是3種不同的粒子，其中z是()A粒子 B質(zhì)子 C中子 D電子答案C解析將前2個核反應(yīng)方程化簡消去x，得y是He，結(jié)合第3個方程由質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知z是中子n，C正確。9(2017全國卷)大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是：HHHen，已知H的質(zhì)量為2.0136 u，He的質(zhì)量為3.0150 u，n的質(zhì)量為1.0087 u,1 u931 MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為()A3.7 MeV B3.3 MeV

21、C2.7 MeV D0.93 MeV答案B解析釋放的核能Emc2(2mHmHemn)c20.0035931 MeV3.3 MeV，B正確。10(2017全國卷)一靜止的鈾核放出一個粒子衰變成釷核，衰變方程為UThHe。下列說法正確的是()A衰變后釷核的動能等于粒子的動能B衰變后釷核的動量大小等于粒子的動量大小C鈾核的半衰期等于其放出一個粒子所經(jīng)歷的時間D衰變后粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量答案B解析靜止的鈾核在衰變過程中遵循動量守恒，系統(tǒng)的總動量為零，因此衰變后產(chǎn)生的釷核和粒子的動量等大反向，即pThp，B正確。釷核和粒子的質(zhì)量不等，因此衰變后釷核和粒子的動能不等，A錯誤。半衰期是有

22、一半鈾核衰變所用的時間，并不是一個鈾核衰變所用的時間，C錯誤。由于衰變過程釋放能量，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，衰變過程有質(zhì)量虧損，D錯誤。11(2015天津高考)物理學(xué)重視邏輯，崇尚理性，其理論總是建立在對事實(shí)觀察的基礎(chǔ)上。下列說法正確的是()A天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的B電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識到原子具有核式結(jié)構(gòu)C粒子散射實(shí)驗(yàn)的重要發(fā)現(xiàn)是電荷是量子化的D密立根油滴實(shí)驗(yàn)表明核外電子的軌道是不連續(xù)的答案A解析天然放射現(xiàn)象說明原子核是可分的，即核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的，A項(xiàng)正確；電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識到原子是可分的，B項(xiàng)錯誤；粒子散射實(shí)驗(yàn)的重要發(fā)現(xiàn)是原子具有核式結(jié)構(gòu)，C項(xiàng)錯誤；密立根油滴實(shí)驗(yàn)精確地測出了電子的電荷量，原子光譜的分立性表明原子核外電子軌道是不連續(xù)的，D項(xiàng)錯誤。12(2017江蘇高考)(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有()A.He核的結(jié)合能約為14 MeVB.He核比Li核更穩(wěn)定C兩個H核結(jié)合成He核時釋放能量D.U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大答案BC解析He核有4個核子，由比結(jié)合能圖線可知，He核的結(jié)合能約為28 MeV，A錯誤。比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，B正確。兩個H核結(jié)合成He核時，核子的比結(jié)合能變大，結(jié)合時要放出能量，C正確。由比結(jié)合能