2020屆高考物理一輪復習 14.2原子核學案

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1、第 2課時　原子核 基礎知識歸納 1.天然放射現(xiàn)象 (1)天然放射現(xiàn)象：某些物質(zhì)能　自發(fā)　發(fā)射出人眼看不見但能使照相底片感光的射線，物質(zhì)發(fā)射這種射線的性質(zhì)叫做放射性.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，揭示了原子核也具有　復雜結(jié)構(gòu)　. (2)半衰期 放射性元素的原子核有　半數(shù)　發(fā)生衰變需要的時間叫半衰期.半衰期與放射性元素的多少及物理、化學狀態(tài)無關，只由　核內(nèi)部的因素　決定，不同的元素有不同的半衰期. 三種射線的本質(zhì)和特性 名稱 實質(zhì) 射出 速度 電離 作用 穿透本領 云室中徑跡 α射線 高速 氦核流 較強 小紙片即 可擋住 直而粗 β射線 高速 電子

2、流 較弱 較強(穿透幾毫 米厚的鋁板) 細而彎曲 γ射線 高能 光子流 c 更小 強(穿透幾厘 米厚的鉛板) 一般看不到 (3)放射性同位素的利用主要有兩個途徑：一是利用它的　射線　，二是作為　示蹤原子　.　過量的放射線　會對環(huán)境造成污染，對人類和自然界產(chǎn)生破壞作用.為了防止一些人工合成的放射性物質(zhì)和天然的放射性物質(zhì)對環(huán)境造成的污染，人們需要采取有效措施. 2.原子核的變化 (1)衰變： α衰變：原子核放出α粒子.其衰變規(guī)律： β衰變：原子核放出β粒子.其衰變規(guī)律： γ衰變：α衰變或β衰變時形成的新核不穩(wěn)定，釋放出γ光子. (2)人工核轉(zhuǎn)變：

3、 (發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應) (人工制造放射性同位素) (3)重核的裂變：在一定條件下(超過臨界體積)，裂變反應會連續(xù)不斷地進行下去，這就是鏈式反應.鈾235核能夠發(fā)生鏈式反應的鈾塊的最小體積叫做它的　臨界體積　. 核反應堆的構(gòu)造： A.核燃料——用鈾棒(含U,3%～4%的濃縮鈾). B.減速劑——用石墨、重水或普通水(U只吸收慢中子). C.控制棒——用鎘做成(鎘吸收中子的能力很強). D.冷卻劑——用水或液態(tài)鈉(把反應堆內(nèi)的熱量傳遞出去). (4)輕核的聚變：H＋H→He＋n(需要幾百萬度高溫，所以又叫熱核反應) 3.核能及其運用 (1)核力：原子核的半徑很小，其中的質(zhì)子之

4、間的庫侖力很大，受到這么大的庫侖斥力卻能是穩(wěn)定狀態(tài)，一定還有另外一種力把各核子緊緊地拉在一起，這種力叫做　核力　. ①核力是很強的力. ②核力作用范圍小，只在2.0×10－15 m短距離內(nèi)起作用. ③每個核子只跟它相鄰的核子間才有核力作用. (2)核能 ①結(jié)合能：核子結(jié)合成原子核時放出一定的能量，原子核分解成核子時吸收一定能量，這種能量叫　結(jié)合能　. ②質(zhì)量虧損：核子結(jié)合生成原子核，所生成的原子核的質(zhì)量比生成它的核子的總質(zhì)量要小些，這種現(xiàn)象叫做　質(zhì)量虧損　. 也可以認為在核反應中，參加核反應的總質(zhì)量m和核反應后生成的核總質(zhì)量m′之差：Δm＝m－m′. ③愛因斯坦質(zhì)能方程：愛因斯

5、坦的相對論指出：物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系，它們的關系是：E＝mc2，這就是愛因斯坦的質(zhì)能方程. 質(zhì)能方程的另一個表達形式是：ΔE＝Δmc2. 4.粒子物理學 到19世紀末，人們認識到物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成，原子由原子核和電子組成，原子核由質(zhì)子和中子組成. 20世紀30年代以來，人們認識了正電子、μ子、K介子、π介子等粒子.后來又發(fā)現(xiàn)了各種粒子的反粒子(質(zhì)量相同而電荷及其他一些物理量相反). 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子達400多種，形成了粒子物理學.按照粒子物理理論，可以將粒子分成三大類：媒介子、輕子和強子，其中強子是由更基本的粒子——夸克組成.從目前的觀點看，媒介子、輕子

6、和夸克是沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“點狀”粒子.用粒子物理學可以較好地解釋宇宙的演化. 重點難點突破 一、半衰期由什么決定，如何計算 1.半衰期是研究衰變過程的一個重要概念.放射性元素的衰變規(guī)律是統(tǒng)計規(guī)律，只適用于含有大量原子的樣品，半衰期表示放射性元素的大量原子核有50%發(fā)生衰變所需要的時間，表示大量原子核衰變的快慢，對某一個原子核而言，半衰期是無意義的，因此這個核何時發(fā)生衰變，會受到各種偶然因素的影響.同樣地，當樣品中原子數(shù)目減少到統(tǒng)計規(guī)律不再起作用的時候，也就不能肯定在某一時間里這些原子核會有多少發(fā)生衰變了，所以不能根據(jù)半衰期來推斷放射性元素的樣品全部衰變完所需的時間. 2.決定因素：由原子

7、核本身決定，與外部的物理條件、化學變化等因素無關. 3.公式：N余＝N原()　M余＝M原() 式中N原、M原分別表示衰變前放射性元素的原子核個數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，T表示半衰期. 二、如何推斷核衰變的次數(shù) 兩種衰變規(guī)律為 X→Y＋He，X→Y＋e. 由此可知，α衰變時其質(zhì)量數(shù)、核電荷數(shù)都改變，β衰變時只改變核電荷數(shù)，不改變質(zhì)量數(shù).所以在判斷發(fā)生幾次α和β衰變的問題時，必須先由質(zhì)量數(shù)的變化來確定α衰變的次數(shù). 三、怎樣正確寫出核反應方程 解決這類問題的方法：一是要掌握核反應方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律；二是要熟悉和掌握教材中出現(xiàn)的重要核反應方程式，并知道其意義；三是要

8、熟記常見的基本粒子的符號，如質(zhì)子、中子、α粒子、β粒子、正電子、氘核、氚核等.另外，還要注意在寫核反應方程時，不能無中生有，必須是確實存在、有實驗基礎的核反應. 另外，核反應通常是不可逆的，方程中只能用箭頭“→”連接并指示反應方向，而不是用“＝”連接. 四、三種射線在電場和磁場中偏轉(zhuǎn)時有何特點 三種射線在電場和磁場中偏轉(zhuǎn)時有以下特點： 1.不論在電場還是磁場中，γ射線總是做勻速直線運動，不發(fā)生偏轉(zhuǎn). 2.在勻強電場中，α和β粒子沿相反方向做類平拋運動，且在同樣的條件下，β粒子的偏移大. 如圖所示，粒子在電場力方向做初速度為零的勻加速直線運動，位移x可表示為x＝at2＝()2∝.

9、典例精析 1.α、β、γ三種射線的性質(zhì) 【例1】如圖所示，x為未知放射性源，L為一薄鋁片，N、S可以提供強磁場.當將強磁場移走時，計數(shù)器的計數(shù)率不變，然后鋁片移開，則計數(shù)率大幅度上升，這些現(xiàn)象說明放射源是(　　) A.純β粒子放射源 B.純γ光子放射源 C.α粒子和β粒子混合放射源 D.α粒子和γ光子混合放射源 【解析】鋁片L已將α射線擋住，故通過L的可能是β射線和γ射線.當將強磁場移開時，由于不受強磁場的偏轉(zhuǎn)作用，若含有β射線，計數(shù)器的計數(shù)率增大，題意為不變，說明放射源中不含β射線.將鋁片移開，計數(shù)率大幅度上升，說明放射源中含α粒子. 【答案】D 【思維提升】根據(jù)三種

10、射線的不同特性進行判斷. 【拓展1】一天然放射性物質(zhì)射出三種射線，經(jīng)過一個勻強電場和勻強磁場共存的區(qū)域(方向如圖所示)，調(diào)整電場強度E和磁感應強度B的大小，使得在MN上只有兩個點受到射線照射，下面的哪種判斷是正確的(已知α粒子比β粒子速度小)( C ) A.射到b點的一定是α射線 B.射到b點的一定是β射線 C.射到b點的一定是α射線或β射線 D.射到b點的一定是γ射線 【解析】γ射線不帶電，在電場或磁場中它都不受場的作用，只能射到a點，因此D選項不對.調(diào)整E和B的大小，即可以使帶正電的α射線沿直線前進，也可以使帶負電的β射線沿直線前進.沿直線前進的條件是電場力與洛倫茲力平衡，即

11、qE＝qBv 已知α粒子比β粒子的速度小得多，當我們調(diào)節(jié)使α粒子沿直線前進時，速度大的β粒子向右偏轉(zhuǎn)，有可能射到b點，當我們調(diào)節(jié)使β粒子沿直線前進時，速度較小的α粒子也將會向右偏，也可能射到b點，因此C選項正確，而A、B選項都不對. 2.半衰期 【例2】(1)關于放射性元素的半衰期，下列說法正確的是(　　) A.是原子核質(zhì)量減少一半所需的時間 B.是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間 C.把放射性元素放在密封的容器中，可以減慢放射性元素的半衰期 D.可以用來測定地質(zhì)年代、生物年代等 (2)設鐳226的半衰期為1.6×103年，質(zhì)量為100 g的鐳226經(jīng)過4.8×103年后，有多少

12、克鐳發(fā)生衰變？若衰變后的鐳、變?yōu)殂U206，則此時鐳、鉛質(zhì)量之比為多少？ 【解析】(2)經(jīng)過三個半衰期，剩余鐳的質(zhì)量為 M′余＝M原()＝100× g＝12.5 g 已衰變的鐳的質(zhì)量為(100－12.5) g＝87.5 g 設生成鉛的質(zhì)量為m，則226∶206＝87.5∶m 得m＝79.8 g 所以鐳、鉛質(zhì)量之比為125∶798 【答案】(1)BD　(2)87.5 g；125∶798 【思維提升】(1)半衰期是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變，變成新核，并不是原子核的數(shù)量、質(zhì)量減少一半. (2)要理解半衰期公式中各物理量的含義. 【拓展2】目前，在居家裝修中經(jīng)常用花崗巖、大理石等裝修材料

13、，這些巖石都不同程度含有放射性元素，比如，有些含有鈾、釷的花崗石會釋放出放射性的惰性氣體氡，而氡會發(fā)生放射性衰變，放出α、β、γ射線，這些射線會導致細胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病，根據(jù)有關放射性知識可知，下列說法正確的是( B ) A.氡的半衰期為3.8天，若取8個氡原子核，經(jīng)7.6天后一定剩下2個氡原子核 B.β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的 C.γ射線一般伴隨著α或β射線產(chǎn)生，在這三種射線，γ射線的穿透能力最強，電離能力也最強 D.發(fā)生α衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了4 2.質(zhì)量虧損與核能的計算 【例3】已知氮核質(zhì)量mN＝14

14、.007 53 u，氧核質(zhì)量m0＝17.004 54 u，氦核質(zhì)量mHe＝4.003 87 u，質(zhì)子質(zhì)量mH＝1.008 15 u，試判斷核反應： H＋He→O＋H 是吸能反應，還是放能反應？能量變化多少？ 【解析】先計算出質(zhì)量虧損Δm，然后由1 u相當于931.5 MeV能量代入計算即可. 反應前總質(zhì)量mN＋mHe＝18.011 40 u 反應后總質(zhì)量mO＋mH＝18.012 69 u 因為反應中質(zhì)量增加，所以此反應為吸能反應，所吸收能量為 ΔE＝Δmc2＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV＝1.2 MeV 【思維提升】(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，

15、用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損Δm的數(shù)值乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2. (2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當于931.5 MeV，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV. 【拓展3】一個靜止的U(原子質(zhì)量為232.037 2 u)，放出一個α粒子(原子質(zhì)量為4.002 60 u)后，衰變成Th(原子質(zhì)量為228.028 7 u).假設放出的核能完全變成Th核和α粒子的動能，試計算α粒子的動能. 【解析】反應中產(chǎn)生的質(zhì)量虧損 Δm＝mU－(mTh＋mα)＝0.005 9 u 反應中釋放的核能 ΔE＝Δm×931.5 MeV＝5.5 MeV 在U核衰變過程中動量守恒、能量守恒，則 0＝mαvα－mThvTh ΔE＝mαv＋mThv 解以上兩式得 ΔE＝＋ ＝(mαvα)2 則α粒子的動能 Eα＝mαv＝ΔE ＝×5.5 MeV ＝5.41 MeV