（新课标）2020高考物理一轮复习 单元综合专题（十二）核反应中的力电课件 新人教版

单元综合专题(十二)核反应中的力电综合专题专题综述近代物理记忆提纲一、波粒二象性光电效应的四个规律？(1)产生光电效应的条件？(2)光电子的最大初动能？(3)光电子发射时间？(4)饱和光电流的强度？什么是饱和光电流？饱和光电流与入射光强的关系？与所加正向电压的关系？什么是遏止电压？遏止电压与光电子的最大初动能的关系式？与入射光强的关系？光子的能量公式？什么是逸出功？写出光电效应方程？极限频率与逸出功的关系？什么现象表明光具有波动性？，什么现象表明光具有粒子性？怎样理解波粒二像性？二、原子结构α粒子散射实验结果？该实验说明了什么？卢瑟福的原子核式结构模型？玻尔的原子模型的三个假设？原子能级跃迁公式？氢原子轨道半径公式？能级公式？原子受激跃迁吸收光子的条件？一个氢原子跃迁最多能发出的光谱线条数？一群氢原子跃迁最多能发出的光谱线条数？电子轨道半径越大，原子的能量、电势能、电子动能怎样变化？三、原子核某原子核的符号是ZAX，该原子核质量数、电荷数、质子数、中子数、核外电子数各是多少？什么是同位素？贝克勒尔发现的天然放射现象说明了什么？比较α、β、γ三种放射线的穿透能力和电离能力？在α衰变和β衰变中，中子与质子发生怎样的转化？什么是半衰期？半衰期的决定因素？半衰期的计算公式？对少数原子核衰变适用吗？卢瑟福发现质子的核反应方程？查德威克发现了中子的核反应方程？什么是结合能？什么是比结合能？结合能与核子数的关系？轻核、重核、中等核的比结合那个大？那个原子核稳定高？爱因斯坦质能方程？什么是质量亏损？利用核能的两种方式？铀核裂变发生链式反应的条件？轻核聚变的发生条件？题型透析磁场中的原子核衰变问题1．判断运动轨迹的形状根据动量守恒和左手定则，判断α、β与新核运动的轨迹如下：(1)在α衰变中，α粒子和新核的运动方向相反，受磁场力方向相反，运动轨迹是外切圆，如图(甲)．(2)在β衰变中，β粒子和新核的运动方向相反，受磁场力方向相同，运动轨迹是内切圆，如图(乙)．2．判断轨迹半径的大小根据动量守恒，判断α(或β)粒子与新核的动量等大反向，根据R＝mvqB可知：半径R与粒子电量成反比，大圆一定是α或β粒子．例1(2015·北京)实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图．则()A．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外C．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里【答案】D【解析】由动量守恒可知，原子核静止在磁场中，发生β衰变后的新核与电子的动量大小相等，方向相反．由qBv＝mv2R，得R＝mvqB，粒子运动的半径与电荷量成反比．新核带电量大于电子，因此R较小，知轨迹2为新核轨迹，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里．例2(多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1(图中半径大小没有按比例画)，如图所示，则()A．α粒子与反冲核动量大小相等、方向相反B．原来放射性元素的原子核电荷数为90C．反冲核的核电荷数为88D．α粒子和反冲核的速度之比为1∶88【答案】ABC【解析】粒子之间作用过程中满足动量守恒，α粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反，由于释放α粒子和反冲核在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，由qvB＝mv2R得R＝mvqB.若原来放射性元素的核电荷数为Z，则α粒子有R1＝p1B·2e，对反冲核R2＝p2B（Ze－2e）由于p1＝p2，R1∶R2＝44∶1，得Z＝90它们的速度大小与质量成反比，可知D项错误．动量守恒和能量守恒在核反应中的应用1．核反应中的动量守恒：核反应前粒子的总动量等于反应后的总动量．2．核反应中的能量守恒：核反应中释放的核能转化为原子核的动能或光子的能量．3．原子核的动能与动量的关系：Ek＝p22m4．常见的三种类型(1)反冲类(见例4)．(2)非弹性碰撞类(见例5)．(3)弹性碰撞类(见例6)．例3钚的放射性同位素94239Pu静止时衰变为铀核激发态92235U*和α粒子，而铀核激发态92235U*立即衰变为铀核92235U，并放出能量为0.097MeV的γ光子．已知：94239Pu、92235U和α粒子的质量分别为mPu＝239.0521u、mU＝235.0439u和mα＝4.0026u，1u＝931.5MeV/c2.衰变放出的γ光子的动量可忽略，求α粒子的动能．【答案】5.034MeV【解析】上述衰变过程的质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα①放出的能量为ΔE＝Δmc2②这能量是铀核的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和，即ΔE＝EU＋Eα＋Eγ③由①②③式解得EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ④设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα，则由动量守恒得mUvU＝mαvα⑤又EU＝12mUvU2⑥Eα＝12mαvα2⑦由⑤⑥⑦式解得EUEα＝mαmU⑧由④⑧式解得Eα＝mUmU＋mα[(mPu－mU－mα)c2－Eγ]代入题给数据解得Eα＝5.034MeV.方法提炼在例3中，原子核衰变类似反冲过程，衰变后α粒子与铀核的动量等大反向，利用Ek＝p22m可得：α粒子与铀核的动能之比等于质量的反比EUEα＝mαmU，这是解决此类问题的简捷方法．例4已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，23He核的质量为3.0150u．两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成23He并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能．(质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV.除了计算质量亏损外，23He的质量可以认为是中子的3倍)(1)写出该核反应的反应方程式．(2)该核反应释放的核能是多少？(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12MeV，则反应前每个氘核的动能是多少MeV?【答案】(1)12H＋12H―→23He＋01n(2)3.26MeV(3)0.45MeV【解析】(1)核反应方程为：12H＋12H―→23He＋01n.(2)质量亏损为：Δm＝2.0136×2u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，释放的核能为：ΔE＝Δmc2＝931.5×0.0035MeV＝3.26MeV.(3)设中子和23He核的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2.反应前每个氘核的动能是E0，反应后中子和23He核动能分别为E1、E2，根据动量守恒定律，得m1v1－m2v2＝0E1E2＝m2m1＝3，E2＝E13＝1.04MeV由能量的转化和守恒定律，得E1＋E2＝2E0＋ΔE，每个氘核的动能E0＝0.45MeV.例5在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂．中子在重水中可与12H核碰撞减速，在石墨中与612C核碰撞减速．上述碰撞可简化为弹性碰撞模型．某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？【答案】重水减速效果更好【解析】设中子质量为mn，靶核质量为m由动量守恒定律：mnv0＝mnv1＋mv2由能量守恒定律：12mnv12＋12mv22＝12mnv02解得：v1＝mn－mmn＋mv0在重水中靶核质量：mH＝2mnv1H＝mn－mHmn＋mHv0＝－13v0在石墨中靶核质量：mc＝12mnv1C＝mn－mcmn＋mcv0＝－1113v0与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好．1．(2018·郑州模拟)(多选)中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，ΔE＝Δmc2＝2.2MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是()A．用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量等于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C．用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D．用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零答案AD解析中子和质子结合成氘核所释放的能量或氘核分解成质子和中子所吸收的能量都相等，即为此反应的结合能，根据动量守恒，用光子照射静止的氘核，系统的总动量不为零，故照射后总动量也不能为零，总动能也不能为零；故A、D两项正确．2．将威耳逊云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核1530P，放出一个正电子后变成原子核1430Si，能近似反映正电子和Si核轨迹的是()答案B解析把放出的正电子和衰变生成物Si核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，放出的正电子的运动方向跟Si核运动方向一定相反．由于它们都带正电荷，在洛伦兹力作用下一定形成两个外切圆的轨道，C、D两项可排除．因为有洛伦兹力作为向心力，即qvB＝mv2r.所以做匀速圆周运动的半径为r＝mvqB.衰变时，放出的正电子与反冲核Si的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即rerSi＝qSiqe＝141.可见正电子运动的圆半径较大．故选B项．3．(2018·长沙模拟)运动的原子核X放出α粒子后变成静止的原子核Y.已知原子核X、α粒子的质量分别是M、m，α粒子的动能为E，真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速．则在上述核反应中的质量亏损是()A.M－mmc2EB.M－mMc2EC.m（M－m）c2ED.M（M－m）c2E答案B解析核反应中动量守恒，有：mvα＝Mvx，α粒子的动能为E＝12mvα2，根据能量守恒得，ΔE＝12mvα2－12Mvx2，由爱因斯坦质能方程得，ΔE＝Δmc2，联立解得Δm＝M－mMc2E，故B项正确，A、C、D三项错误．4．(2018·南京模拟)匀强磁场中有一个静止的氮核714N，被与磁场方向垂直、速度为v的α粒子击中形成复合核，然后沿相反方向释放出一个速度也为v的质子，则以下说法正确的是()①质子与反冲核的动能之比为17∶25②质子与反冲核的动量大小之比为1∶5③质子与反冲核的动量大小之比为8∶17④质子与反冲核在磁场中旋转频率之比为8∶17A．①②B．③④C．①③D．②④答案A解析①该过程的核反应方程为：24He＋714N→11H＋817Oα粒子撞击714N核形成复合核过程，遵循动量守恒定律，规定α粒子速度方向为正方向，有：mav＝－mHv＋mOv′解得：反冲核速度v′＝5v17，质子与反冲核的动能之比为12×1×v2∶12×17×(5v17)2＝17∶25，故①正确；②③、质子与反冲核的动量大小之比为1×v17×5v17＝1∶5，故②正确，③错误；④、质子与反冲核在磁场中旋转周期T＝2πmBq，频率f＝1T，频率之比为11817＝17∶8，故④错误．5．(2018·杭州模拟)(多选)云室能显示射线的径迹，把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性．放射性元素A的原子核静止放在磁感应强度B＝2.5T的匀强磁场中发生衰变，放射出粒子并变成新原子核B，放射出的粒子与新核运动轨迹如图所示，测得两圆的半径之比R1∶R2＝42∶1，且R1＝0.2m．已知α粒子质量mα＝6.64×10－27kg，β粒子质量mβ＝9.1×10－31kg，普朗克常量取h＝6.6×10－34J·s，下列说法正确的是()A．新原子核B的核电荷数为84B．放射性元素A原子核发生的是β衰变C．衰变放射出的粒子的速度大小为2.4×107m/sD．如果A原子核衰变时释放出一种频率为1.2×1015Hz的光子，那么这种光子能使逸出功为4.54eV的金属钨发生光电效应答案ACD解析A项，由动量守恒0＝mv－mαvα，粒子做圆周运动向心力等于洛伦兹力qvB＝mv2r，又qα＝2e，R1∶R2＝42∶1，由以上关系得该放射性元素的电荷量q＝84e，即衰变前原子核的电荷数为84，故A项正确；B项，衰变过程中动量守恒，因初动量为零，故衰变后两粒子动量大小相等，方向相反．粒子轨