第十六章物理

大一輪復(fù)習(xí)近代物理第85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。內(nèi)容索引考點(diǎn)一原子核的衰變及半衰期考點(diǎn)二核反應(yīng)及核反應(yīng)類型課時(shí)精練考點(diǎn)三質(zhì)量虧損及核能的計(jì)算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的元素，有的也能發(fā)出射線。原子核的衰變及半衰期考點(diǎn)一質(zhì)子質(zhì)子數(shù)自發(fā)貝克勒爾原子核3.三種射線的比較名稱構(gòu)成符號電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)α射線

核＋2e4u最____最____β射線______－e較強(qiáng)較強(qiáng)γ射線光子γ00最____最____氦強(qiáng)弱電子弱強(qiáng)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。衰變類型α衰變β衰變衰變方程衰變實(shí)質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子勻強(qiáng)磁場中軌跡形狀

衰變規(guī)律

守恒、質(zhì)量數(shù)守恒(2)α衰變、β衰變電荷數(shù)(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。

核內(nèi)部自身的因素?zé)o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)：防止放射性對人體組織的傷害。天然人工示蹤原子判斷正誤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個某放射性元素的原子核，那么經(jīng)過一個半衰期后還剩50個。(

)×√××

例1√

例2√

返回核反應(yīng)及核反應(yīng)類型考點(diǎn)二1.核反應(yīng)的四種類型

類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)β衰變自發(fā)人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?基本粒子轟擊原子核)類型可控性核反應(yīng)方程典例人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?基本粒子轟擊原子核)約里奧－居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子重核裂變?nèi)菀卓刂?慢中子、鏈?zhǔn)椒磻?yīng))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)

2.核反應(yīng)方程式的書寫(1)熟記常見基本粒子的符號，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。

質(zhì)量數(shù)電荷數(shù)

例3√設(shè)Y的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為m和n，根據(jù)核反應(yīng)方程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，第一個核反應(yīng)方程的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二個核反應(yīng)方程的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，聯(lián)立解得Z＝2，A＝4，故選D。

例4√

返回質(zhì)量虧損及核能的計(jì)算考點(diǎn)三1.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

。核子分開核子數(shù)牢固穩(wěn)定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＝

。變小質(zhì)量虧損E＝mc2Δmc2Δmc24.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。判斷正誤1.核力就是庫侖力。(

)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5√

為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，核反應(yīng)堆中需要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒，當(dāng)反應(yīng)過于劇烈時(shí)，將鎘棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些，故D錯誤。(2023·全國乙卷·16)2022年10月，全球眾多天文設(shè)施觀測到迄今最亮伽馬射線暴，其中我國的“慧眼”衛(wèi)星、“極目”空間望遠(yuǎn)鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻(xiàn)。由觀測結(jié)果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內(nèi)釋放的能量量級為1048J。假設(shè)釋放的能量來自于物質(zhì)質(zhì)量的減少，則每秒鐘平均減少的質(zhì)量量級為(光速為3×108m/s)A.1019kg B.1024

kgC.1029kg D.1034

kg例6√

例7

(2)求氧17的比結(jié)合能；

(3)已知mα＝4.002603u，mN＝14.003074u，mO＝16.999133u，mH＝1.007825u，1u相當(dāng)于931.5MeV的能量，該反應(yīng)需吸收的能量ΔE＝1.19MeV。若核反應(yīng)中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為動能，要使這一反應(yīng)可能實(shí)現(xiàn)，求入射的α粒子的最小動能。答案0.0032515MeV該反應(yīng)過程質(zhì)量增加Δm＝mH＋mO－mα－mN＝0.001

281

u結(jié)合能增加ΔE'＝Δmc2＝0.001

281×931.5

MeV＝1.193

251

5

MeV根據(jù)能量守恒，入射的α粒子的最小動能Ek＝ΔE'－ΔE＝0.003

251

5

MeV。返回課時(shí)精練對一對答案123456789101112題號12345678答案CBBADCDB題號9101112答案BC(1)0

1

(4m1－m2－2m3)c2

(2)4.4×109kgBD1234567891011基礎(chǔ)落實(shí)練答案12

√根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得6×2＝2×4＋x＋y6＝2×2＋y解得x＝2，y＝2，故選C。1234567891011答案2.(2024·北京卷·1)已知釷234的半衰期是24天。1g釷234經(jīng)過48天后，剩余釷234的質(zhì)量為A.0g B.0.25gC.0.5g D.0.75g√12

1234567891011答案12

√

1234567891011答案

√121234567891011答案

121234567891011答案

√121234567891011答案α衰變的本質(zhì)是原子核中兩個質(zhì)子和兩個中子緊密結(jié)合成一個整體，從原子核中放出氦原子核，故A錯誤；鉛核的中子數(shù)為208－82＝126釷核中子數(shù)為232－90＝142，可知鉛核比釷核少16個中子，故B錯誤；設(shè)共經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得232＝208＋4x90＝82＋2x－y解得x＝6，y＝4，可知共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變，故C錯誤，D正確。121234567891011答案6.(2024·安徽蚌埠市三模)位于合肥的核聚變大科學(xué)裝置“夸父”預(yù)計(jì)于2025年底全面建成，它將用來驗(yàn)證我國“人造太陽”實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)。下列關(guān)于核聚變反應(yīng)的說法正確的是A.核聚變反應(yīng)過程中沒有質(zhì)量虧損B.核聚變反應(yīng)后原子核的總質(zhì)量增加C.核聚變反應(yīng)后，核子的比結(jié)合能增加D.核聚變反應(yīng)后，核子的比結(jié)合能減小√121234567891011答案核聚變反應(yīng)過程中存在質(zhì)量虧損，核聚變反應(yīng)后原子核的總質(zhì)量減少，故A、B錯誤；核聚變反應(yīng)后，反應(yīng)后的原子核比反應(yīng)前的原子核更穩(wěn)定，核子的比結(jié)合能增加，故C正確，D錯誤。127.(2025·山西太原市檢測)人造心臟的放射性同位素動力源用的燃料是钚238，钚238衰變快慢有一定的規(guī)律。如圖所示，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示任意時(shí)刻钚238的質(zhì)量m與t＝0時(shí)的質(zhì)量m0的比值。則經(jīng)過43.2年剩余钚238的質(zhì)量與初始值的比值約為A.0.250 B.0.875

C.0.500

D.0.7071234567891011答案√12能力綜合練1234567891011答案12

1234567891011答案

√121234567891011答案12原子核的比結(jié)合能越大，原子核就越穩(wěn)定，A錯誤；一次“氦閃”放出的核能為12×7.69

MeV－3×4×7.08

MeV＝7.32

MeV，B正確；反應(yīng)過程中釋放能量，核子有質(zhì)量虧損，故氦4的核子平均質(zhì)量大于碳12的核子平均質(zhì)量，C錯誤；氦4