（名师导学）2020版高考物理总复习 第十二章 第3节 原子核课件 新人教版

第3节原子核考点1►原子核的衰变1．天然放射现象(1)放射性元素________发出射线的现象，叫做天然放射现象，1896年由法国物理学家__________首先发现．自发地贝克勒尔(2)三种放射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2e－e0质量4mpmp1840静止质量为零符号42He0－1eγ速度0.1c0.99cc贯穿本领最弱较强最强贯穿实例用纸能挡住穿透几毫米的铝板穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱2.原子核的组成(1)1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了________，并猜想原子核内还存在_______，1932年，他的学生查德威克通过实验证实了________的存在．(2)原子核是由质子和中子组成的．常用符号AZX表示，X为元素符号，A表示核的________，Z表示核的_________．3．原子核的衰变(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．质子中子中子质量数电荷数(2)分类α衰变，放射出α粒子β衰变，放射出β粒子衰变类型α衰变β衰变衰变方程AZX→A－4Z－2Y＋42HeAZX→AZ＋1Y＋0－1e衰变实质核内的2个质子和2个中子结合成一个整体射出核内的一个中子转化为一个质子和一个电子211H＋210n→42He10n→11H＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒(3)半衰期：放射性元素的原子核有_______发生衰变所需的时间．半衰期由______________的因素决定，跟原子所处的____________________无关．如果放射性元素初始时刻的质量为m0，它的半衰期是T，则经过时间t，剩下的放射性元素的质量m＝12tTm0.半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少数原子核，无半衰期可言．4．放射性同位素及应用(1)同位素具有相同________而________不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，互称_________．半数核内部本身物理或化学状态质子数中子数同位素有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素．天然放射性同位素不过四十多种，而人工制造的放射性同位素已达1000多种．(2)放射性同位素的应用和防护①放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等．②作示踪原子．③防护：阻止放射性对人体组织的伤害例123290Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成20882Pb(铅)，以下说法正确的是()A．铅核比钍核少10个质子B．铅核比钍核少8个中子C．共经过4次α衰变和6次β衰变D．共经过6次α衰变和4次β衰变【解析】根据质量数和电荷数守恒可知，铅核比钍核少8个质子，少16个中子，故A、B错误；发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子0－1e，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x－y＋82＝90，4x＋208＝232，解得x＝6，y＝4，故衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变，故C错误，D正确．【答案】D例23015P是人类首先制造出的放射性同位素，其半衰期为2.5min，能衰变为3014Si和一个未知粒子．则该衰变的方程为______________________．已知容器中原有纯的3015P质量为m，则5min后容器中剩余3015P的质量为________．【解析】衰变的方程为：3015P→3014Si＋01e；半衰期为2.5min，则5min经过2个半衰期，则容器中剩余3015P的质量为：m余＝122m＝m4.【答案】3015P→3014Si＋01em4【小结】确定衰变次数的方法(1)设放射性元素AZX经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素A′Z′Y，则表示该核反应的方程为AZX→A′Z′Y＋n42He＋m0－1e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m(2)确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据β衰变规律确定β衰变的次数．1.23592U通过m次α衰变和n次β衰变，变成20782Pb，则()A．m＝7，n＝4B．m＝7，n＝3C．m＝14，n＝9D．m＝14，n＝18【解析】原子核每发生一次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2；每发生一次β衰变，质量数不变，电荷数增加1.比较两种原子核，质量数减少28，即发生了α衰变次数：m＝284＝7；电荷数应减少14，而电荷数减少10，说明发生了β衰变次数：n＝m×2－(92－82)＝4，所以A项正确．A2．(多选)关于天然放射性，下列说法正确的是()A．所有元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．α、β和γ三种射线，γ射线的穿透力最强BCD【解析】有些原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，故A错误；放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度无关，故B正确；放射性元素的放射性与核外电子无关，故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故C正确；α、β和γ三种射线，γ射线的穿透力最强，电离能力最弱，故D正确．3．下列说法中正确的是()A．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的B．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强C．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就只剩下一个氡原子核了D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4A【解析】β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，选项A正确；γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，选项B错误；半衰期是大量原子的统计结果，对少数原子不适用，选项C错误；发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2，选项D错误．考点2►核反应方程与核能的计算1．核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发23892U→23490Th＋42Heβ衰变自发23490Th→23491Pa＋0－1e人工转变人工控制147N＋42He→178O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)3015P→3014Si＋0＋1e重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变除氢弹外可控核聚变正在研究中21H＋31H→42He＋10n2.核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础．如质子(11H)、中子(____)、α粒子(______)、β粒子(____)、正电子(01e)、氘核(21H)、氚核(____)等．(2)掌握核反应方程遵守的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据．由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“―→”表示反应方向．(3)核反应过程中质量数守恒，核电荷数守恒．3．核力和核能(1)核力：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能克服库仑力而紧密地结合在一起，这种力称为核力．其特点为：①核力是_________作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．10n42He0－1e31H强相互②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内．③每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．(2)核能：核子结合成原子核时释放的能量或把原子核分解成核子时需要供给的能量，这就是原子核的________，简称核能．__________________等于比结合能，比结合能越大，原子核越_______．(3)质量亏损：原子核的质量_______组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损．(4)爱因斯坦质能方程为__________，若核反应中的质量亏损为Δm，释放的核能ΔE＝Δmc2.结合能结合能除以核子数稳定小于E＝mc2(5)释放核能的两条途径：重核_______和轻核________．①裂变：重核分裂成质量较小的核的反应．如：_______________________________．②聚变：两个轻核结合成质量较大的核的反应．如：__________________________．23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n裂变聚变21H＋31H→42He＋10n例3用中子(10n)轰击铀核(23592U)产生裂变反应，会产生钡核(14456Ba)和氪核(8936Kr)并释放出中子(10n)，当达到某些条件时可发生链式反应．一个铀核(23592U)裂变时释放的能量约为200MeV(1eV＝1.6×10－19J)．真空中的光速为3×108m/s，下列说法正确的是()A.23592U的裂变方程为23592U→14456Ba＋8936Kr＋10nB.23592U的裂变方程为23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310nC．一个23592U裂变时，质量亏损约为7.1×10－28kgD．一个23592U裂变时，质量亏损约为3.6×10－28kg【解析】23592U的裂变方程为23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n，方程两边的中子不能相约，故A错误，B正确；一个铀核(23592U)裂变时，释放的能量约为200MeV，根据爱因斯坦质能方程得，质量亏损Δm＝ΔEc2＝200×106×1.6×10－199×1016kg＝3.6×10－28kg，故C错误，D正确．【答案】BD例431H的质量为3.016050u，质子的质量为1.007277u，中子的质量为1.008665u．1u相当于931.5MeV.则：(计算结果保留两位有效数字)(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收能量，还是放出能量？吸收或放出的能量又为多少？(2)氚核的结合能和比结合能各为多少？【解析】(1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是11H＋210n→31H，反应前各核子总质量为mp＋2mn＝1.007277u＋2×1.008665u＝3.024607u反应后新核的质量为mH＝3.016050u质量亏损为Δm＝3.024607u－3.016050u＝0.008557u因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放出能量的反应．释放的核能为ΔE＝Δm×931.5MeV＝0.008557×931.5MeV＝8.0MeV.(2)氚核的结合能即为此核反应放出的能量，ΔE＝8.0MeV.它的比结合能为ΔE3≈2.7MeV.【小结】(1)核能的计算方法①根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．②根据ΔE＝Δm×931.5MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．③根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．(2)利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算．4．完成下列核反应方程：①查德威克发现中子94Be＋42He→_________；②卢瑟福发现质子147N＋42He→___________；③居里夫妇发现放射性同位素2713Al＋42He→______________．126C＋10n178O＋11H3015P＋10n【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒，可得发现中子的核反应方程为94Be＋42He→126C＋10n；发现质子的核反应方程为147N＋42He→178C＋11H；发现放射性同位素的核反应方程为2713Al＋42He→3015C＋10n.5．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是()A．比结合能越大，原子核越不稳定B．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量C．自由核子组成原