（浙江专版）2019年高中物理第十九章章末小结与测评讲义（含解析）新人教版选修3_5.doc

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1、- 1 -章末小结与测评原子核原 子 核 的 组 成天 然 放 射 性 原 子 序 数 83的 原 子 核 都 具 有 放 射 性衰 变 ： 原 子 核 放 出 粒 子 转 变 成 新 核 衰 变 衰 变 )半 衰 期 ： 大 量 原 子 核 半 数 发 生 衰 变 所 需 的 时 间 )三 种 射 线 射 线 ： 具 有 放 射 性 的 原 子 核 放 出 的 ， 42He 射 线 ： 具 有 放 射 性 的 原 子 核 放 出 的 ， 0 1e 射 线 ： 光 子 ， 伴 随 着 射 线 或 射 线 放 出 的 )原 子 核 的 组 成 质 子 ： 卢 瑟 福 发 现中 子 ： 查 德 威

2、 克 发 现 ) )原子核Error!关于核反应方程1几个重要的核反应方程核反应式 与其相关的重要内容U Th He23892 23490 42 衰变来源：2 H2 n He1 10 42Th Pa e23490 23491 0 1 衰变来源：n H e10 1 0 1N He O H147 42 178 1 质子的发现(1919 年) 卢瑟福Be He C n94 42 126 10 中子的发现(1932 年) 查德威克Al He P n2713 42 3015 10 人工放射性同位素的发现(1934年)约里奥居里夫妇P Si 01 e3015 3014 正电子的发现 约里奥居里夫妇U n

3、Sr Xe1023592 10 9038 13654 10nU n Ba Kr3 n23592 10 14456 8936 10重核的裂变H H He n21 31 42 10 轻核的聚变2确定衰变次数的方法X Y n He m eAZ AZ 42 0 1根据质量数、电荷数守恒得- 2 -Z Z2 n mA A4 n二式联立求解得 衰变次数 n， 衰变次数 m。典例 1 (多选)天然放射性元素 Th(钍)经过一系列 衰变和 衰变之后，变成23290Pb(铅)。下列判断中正确的是( )20882A铅核比钍核少 24 个中子B铅核比钍核少 8 个质子C衰变过程中共有 4 次 衰变和 8 次 衰变D

4、衰变过程中共有 6 次 衰变和 4 次 衰变解析选 BD 钍核 Th 比铅核 Pb 多 90828 个质子，质量数之差为23290 2088223220824，故 Pb 比 Th 少 24816 个中子，B 对，A 错；设从 Th Pb 20882 23290 23290 20882经过了 n 次 衰变和 m 次 衰变，则由质量数守恒和核电荷数守恒，可求出 n、 m 的值。衰变方程为： Th Pb n He m e。23290 20882 42 0 1Error!解得 n6， m4，即经过 6 次 衰变和 4 次 衰变，选项 D 对，C 错。三种射线性质和衰变规律 射线 射线 射线组成 高速氦

5、核流 高速电子流光子流(高频电磁波)电荷量 2e e 0质量 4mp(mp1.6710 27 kg) mp1 836 静止质量为零符号 He42 e0 1 速度 0.1c 0.99c c来源 发生 衰变 发生 衰变伴随 或 衰变产生产生机理2 个质子和 2 个中子结为一整体从核中射出核内中子转化为质子时产生衰变( 或 )产生的新核处于激发态时，辐射 光子回到基态衰变后电荷量变化少 2e 多 1e 不变衰变后质量变化少 4mp 不变 不变- 3 -电磁场中 偏转 偏转 不偏转穿透本领 最弱 较强 最强电离作用 很强 较弱 最弱径迹 粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片 感光 感光 感光应用原子核

6、人工转变做“炮弹” ；消除静电测量物体的厚度和密度等工业中可用来探伤或流水线的自动控制；医疗上用来治疗肿瘤典例 2 (多选)下列说法正确的是( )A 射线与 射线都是电磁波B原子核发生 衰变后，新核的质量数比原核的质量数减少 4C原子核内某个中子转化为质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是 衰变D放射性元素的原子核数量越多，半衰期就越长解析选 BC 射线是电磁波， 射线不是电磁波，故选项 A 错误； 衰变是： XbaY He，故选项 B 正确； 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b 4a 2 42生的，故选项 C 正确；半衰期由原子核自身决定，与外界环境及物质形态无关，

7、与放射性元素的原子核数量的多少无关，故选项 D 错误。四类核反应的比较衰变 人工转变 重核裂变 轻核聚变典型反应方程U Th23892 23490He42Th Pa23490 23491e0 1N He O147 42 178 H1Be He C94 42 126 n10U n B23592 10 14156a Kr3 n9236 10H H21 31He n42 10产生条件所有原子序数大于 83 的元素及个别小于 83 的元素自发进行需要人工用高速粒子进行诱发需要中子的轰击和一定的临界体积需要极高温，核才能获得足够的动能克服库仑斥力意义拉开了人类研究原子核结构的序幕发现了质子、中子、正电子

8、等基本粒子和一些人人类获得新能源的一种重要途径人类获得新能源的一种重要途径- 4 -工放射性同位素应用举例利用放射性元素的半衰期进行文物年代鉴定等得到人工放射性同位素、作示踪原子核电站、核潜艇、原子弹等氢弹、热核反应典例 3 (多选)在下列四个核反应中，X 表示中子的是哪些？_。在以下核反应中哪些属于原子核的人工转变？_。A. N He OX147 42 178B. Al He PX2713 42 3015C. H H HeX21 31 42D. UX Sr Xe10X23592 9038 13654解析 在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒，据此，可以判断未知粒子

9、属于什么粒子。在 A 中，未知粒子的质量数为：14417 x， x1，其电荷数为：728 y， y1，即未知粒子是质子( H)；对 B，未1知粒子的质量数：27430 x， x1，其电荷数为：13215 y， y0，所以是中子( n)；对 C，未知粒子的质量数为：234 x， x1，电荷数为：112 y， y0，也10是中子( n)；对 D，未知粒子质量数为 235 x9013610 x， x1，电荷数为：1092 y385410 y， y0，也是中子( n)，故核反应 X 是中子的核反应为 B、C、D。10人工转变核反应的特点：有粒子作为“炮弹”轰击原子核，并且能够在实验室中进行。因此，A、

10、B 为原子核的人工转变。答案 BCD AB核反应的守恒规律与核能的计算原子核的变化叫核反应，常见的核反应有：衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型。不论是哪种类型的核反应，都遵守质量数守恒和电荷数守恒，这是写核反应方程的重要依据。但是，写核反应方程时，应以实验事实为依据，而不能仅仅根据这两条守恒定律随意去写实际上不存在的核反应；需要特别注意的是，核反应通常是不可逆的，方程只能用箭头符号“”来连接，并指示反应的方向，而不能用“= =”连接核反应方程。同时，对核反应方程的理解和应用中还包含着质量守恒(“亏损质量”与释放的核能相当)；能量守恒；在衰变和人工转变等过程中遵从动量守恒定律。 核反应过程通常

11、伴有巨大的能量转化。为了使核能释放，主要的途径有：重核的裂变和轻核的聚变。重核的裂变和轻核的聚变之所以都能释放能量，关键是因为反应中发生了质量亏损。研- 5 -究表明：不同元素的原子核其核子的平均质量不同，其中以铁核的核子平均质量最小，以铁元素为基准，随元素的原子序数的增大或减小，其核子的平均质量都随之增大，这就是重核裂变成质量较小的核和轻核聚变成质量较大的核都要发生质量亏损的原因。爱因斯坦的质能方程 E mc2，说明物体的质量和能量之间存在着一定关系。质量的变化必然引起能量的变化，即 E mc2。由于核反应中发生质量亏损，因此将伴随着能量释放，故根据 E mc2是计算释放核能的主要方法。需要

12、明确的是：核反应中的质量亏损并不是核子个数的亏损，核子个数是守恒的，所谓质量亏损，也不是质量的消失，只是在核反应过程中伴随着能量的辐射所体现出相应部分的质量。如果在核反应中无光子辐射的情况下，核反应中释放的能量转化为生成的新核和新粒子的动能，因而在这种情况下，可利用力学中的动量守恒和能量守恒来处理有关问题。如果核反应处在某一电场或磁场中，反应后的带电粒子必然在电场或磁场中发生偏转，这样就会出现核反应与电场和磁场知识的综合，即带电粒子在电场、磁场中的运动，用前面所学知识、方法处理即可。典例 4 曾落在日本广岛上爆炸的原子弹，相当于 2 万吨 TNT 炸药放出的能量。原子弹放出的能量约 8.410

13、13 J，试问有多少个 U 原子核进行分裂？该原子弹中含铀 U23592 23592的质量最小限度为多少千克？(一个铀 U 原子核分裂时产生的能量约为 200 23592MeV， NA6.0210 23 mol1 )解析 一个 U 原子核分裂时所产生的能量约为23592200 MeV20010 6 eV2.010 81.61019 J3.210 11 J。设共有 n 个 U 核发生裂变，则23592n 2.610 24(个)8.410133.210 11铀的质量 m23510 3 kg1.015 kg。2.610246.021023答案 2.610 24个 1.015 kg专题训练1(多选)关

14、于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有( )A. U Th He 是 衰变23892 23490 42B. N He O H 是 衰变147 42 178 1C. H H He n 是轻核聚变21 31 42 10D. Se Kr2 e 是重核裂变8234 8236 0 1解析：选 AC 核反应 U Th He 放出了 粒子，是 衰变，A 正确；23892 23490 42N He O H 是 粒子轰击氮核产生新核的反应，属于原子核的人工转变，B 错误；147 42 178 1- 6 -H H He n 是氘、氚聚合成氦核的聚变反应，C 正确； Se Kr2 e 是 衰变，21 31 42

15、10 8234 8236 0 1D 错误。2(多选)如图所示，国际原子能机构 2007 年 2 月 15 日公布核辐射警示新标志，新标志为黑框经底三角，内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形。核辐射会向外释放三种射线： 射线带正电， 射线带负电， 射线不带电。现有甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中，其中一个核放出一个 粒子，另一个核放出一个 粒子，得出如图所示的四条径迹，则( )A磁场的方向一定垂直于纸面向里B甲核放出的是 粒子，乙核放出的是 粒子C a 为 粒子的径迹， d 为 粒子的径迹D b 为 粒子的径迹， c 为 粒子的径迹解析：选 BD 衰变过程中满足动量守恒，

16、释放粒子与新核的动量大小相等、方向相反，根据带电粒子在磁场中的运动可知：若轨迹为外切圆，则为 衰变；若轨迹为内切圆，则为 衰变。又由 R 知半径与电荷量成反比，可知答案为 B、D 项。mvqB3完成下列四个核反应，并在方程式后面写出方程类型。(1) U n Sr Xe_ n _23592 10 9038 13654 10(2) Po Pb_ _21084 20682(3) H H He_ _21 31 42(4) U Np_ _23992 2399解析：(1) U n Sr Xe10 n 裂变23592 10 9038 13654 10(2) Po Pb He 衰变21084 20682 42

17、(3) H H He n 聚变21 31 42 10(4) U Np e 衰变23992 2399 0 1答案：见解析4 衰变是指放射性元素的原子核自发地放出 射线的衰变。(1)设元素 X 是放射性元素，其质量数和核电荷数分别为 A、 Z， 衰变后的原子核是Y，写出核反应方程。(2) 衰变释放的能量称为 衰变能，用 Q 表示，设原子核 X、Y 和 粒子的质量分别是 mX、 mY、 m ，求 Q。- 7 -(3)若 衰变能是以反冲核和 粒子的动能的形式释放的，已知自发式 衰变多数发生在核质量数大于 209 的重核里，试证明 衰变能的 98%以上表现为 粒子的动能。解析：(1) X Y He。AZ

18、 A 4Z 2 42(2)Q( mX mY m )c2。(3)放射性元素 X 可看做是静止的，由 衰变动量守恒知： mYvY m v ；由能量守恒可得： Q ；mYv2Y2 m v22所以 Q m v Ek ；(mmY 1) 12 2 (mmY 1)变形得 Ek QmYm mY当 mY取 209 时， Ek Q，即 Ek 98.12% Q。2094 209答案：(1) X Y HeAZ A 4Z 2 42(2)(mX mY m )c2(3)见解析(时间：45 分钟 满分：100 分)一、单项选择题(本题共 6 小题，每小题 4 分，共 24 分)1下列关于原子和原子核的说法正确的是( )A 衰

19、变现象说明：电子是原子核的组成部分B玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化C放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固解析：选 B 原子核是由质子和中子组成， 衰变是核内中子转变成为质子同时生成了电子，即 粒子，故 A 错；半衰期由原子核本身决定，与外界环境因素无关，C 错；比结合能越大表示原子核中核子结合得越牢固，D 错；玻尔提出的氢原子能级不连续就是原子能量量子化，B 对。2.如图所示，天然放射性元素，放出 、 三种射线同时射 入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，射入时速度方向和电场、磁场方 向都垂直，进入场区后发现 射线和 射线都沿直线前进，则 射线 (

20、 )A向右偏 B向左偏C直线前进 D无法判断解析：选 A 射线不带电故在电磁场中不偏转， 射线不偏转是因为所受电场力与洛- 8 -伦兹力是一对平衡力，故 Eq Bqv 即 v ，而 射线的速度远比 射线小，因此 射线EB进入场区后，受向右的电场力远大于向左的洛伦兹力，故 射线向右偏，A 正确，B、C、D错。3(北京高考)质子、中子和氘核的质量分别为 m1、 m2和 m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是( c 表示真空中的光速)( )A( m m2 m3)cB( m1 m2 m3)cC( m1 m2 m3)c2D( m1 m2 m3)c2解析：选 C 一个质子和一个中子结合成氘核

21、时，质量亏损 m m1 m2 m3，根据质能方程，释放的能量 E mc2( m1 m2 m3)c2，选项 C 正确，A、B、D 错误。4某放射性元素的原子核发生 2 次 衰变和 6 次 衰变，关于它的原子核的变化，下列说法中正确的是( )A中子数减少 8 B质子数减少 2C质子数增加 2 D核子数减少 10解析：选 C 发生 2 次 衰变，质量数减少 8，电荷数减少 4，发生 6 次 衰变，质量数不变，电荷数增加 6，最终质量数减少 8，电荷数增加 2。所以核子数减少 8，质子数增加2，中子数减少 10，选项 C 正确。5(天津高考)下列说法正确的是( )A原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量

22、守恒的规律B 射线、 射线、 射线都是高速运动的带电粒子流C氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子D发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关解析：选 C 原子核发生衰变时，遵守质量数、电荷数守恒，而不是遵守电荷守恒和质量守恒的规律，A 项错误； 射线、 射线是高速运动的带电粒子流， 射线是不带电的光子，B 项错误；氢原子从激发态向基态跃迁时，只能辐射能量等于两能级差的频率特定的光子，C 项正确；由光电效应方程知，发生光电效应时，光电子的动能只与入射光的频率有关，D 项错误。6(重庆高考)碘 131 的半衰期约为 8 天。若某药物含有质量为 m 的碘 131，经过 32 天后，该药

23、物中碘 131 的含量大约还有A. B. C. D.m4 m8 m16 m32解析：选 C 经过 32 天即 4 个半衰期，碘 131 的含量变为 m ，C 项正确。m24 m16- 9 -二、多项选择题(本题共 4 小题，每小题 4 分，共 16 分)7天然放射现象显示出( )A原子不是单一的基本粒子B原子核不是单一的基本粒子C原子核具有复杂的结构D原子内部大部分是空的解析：选 BC 天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，它是可分的，故不是单一的基本粒子。B、C 正确。8据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界上第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试。下列关于“人

24、造太阳”的说法正确的是( )A “人造太阳”的核反应方程是 H H He n21 31 42 10B “人造太阳”的核反应方程是 U n Ba Kr3 n23592 10 14156 9236 10C “人造太阳”释放的能量大小的计算公式是 E mc2D “人造太阳”核能大小的计算公式是 E mc212解析：选 AC “人造太阳”发生的是氢核聚变，所以核反应方程式为H H He n，A 正确；而 B 选项中的核反应是核裂变，故 B 错误；“人造太阳”释放21 31 42 10的能量大小的计算公式是 E mc2，C 正确；而核能大小的计算公式为 E mc2，D 错误。9已知 介子、 介子都是由一

25、个夸克(夸克 u 或夸克 d)和一个反夸克(反夸克 或u反夸克 )组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中 e 为元电荷。d u d u d带电量 e e e23 e13 e23 e13下列说法正确的是( )A 由 u 和 组成 B 由 d 和 组成d uC 由 u 和 组成 D 由 d 和 组成d u解析：选 AD 带电量为 e，u 带电量为 e, 带电量为 e，故 由 u 和 23 d 13 d组成，A 对，B 错； 带电量为 e，d 带电量为 e, 带电量为 e，故 由 d 和 13 u 23 u组成，D 对，C 错。102013 年 12 月中旬，中国自行研制的“玉兔”号月球车，在 38

26、 万千米之外的月球表面闲庭信步。月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的 He 含量十分丰富，32科学家认为 He 是发生核聚变的极好原料，将来 He 也许是人类重要的能源，所以探测月球32 32意义十分重大。关于 He，下列说法正确的是( )32- 10 -A. He 的原子核内有三个中子、两个质子32B. He 的原子核内有一个中子、两个质子32C. He 发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损32D. He 原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起32解析：选 BC He 是氦元素的一种同位素，质量数是 3，电荷数是 2，原子核内有两个32质子、一个中子，所以 A 错误，B 正

27、确；发生核聚变放出能量就会有质量亏损，C 正确；原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引力，D 错误。三、非选择题(本题共 5 小题，共 60 分)11(8 分)一质子束入射到静止靶核 Al 上，产生如下核反应：p AlXn，式中2713 2713p 代表质子，n 代表中子，X 代表核反应产生的新核。由反应式可知，新核 X 的质子数为_，中子数为_。解析：根据质量数守恒可知 X 的质量数为 27，根据核电荷数守恒可知其质子数为 14，所以中子数为 13。答案：14 1312(10 分)放射性元素 Po 衰变为 Pb，此衰变过程的核反应方程是21084 20682_；用此衰变过程中

28、发出的射线轰击 F，可得到质量数为 22 的氖(Ne)元19素和另一种粒子，此核反应过程的方程是_。解析：根据衰变规律，此衰变过程的核反应方程是 Po Pb He。用 射线轰击21084 20682 42F，得到质量数为 22 的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是：19He F Ne H。42 19 2210 1答案： Po Pb He21084 20682 42He F Ne H42 19 2210 113(12 分)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到 108 K时，可以发生“氦燃烧” 。(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：He_ Be。42 84(2)

29、 Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为 2.61016 s。一定质量的 Be，经84 847.81016 s 后所剩 Be 占开始时的_。84解析：(1)根据质量数和电荷数守恒可知 He He Be。42 42 84(2)经历半衰期的次数 n 3，故剩余的 Be 占开始时的 3 。tT 7.810 162.610 16 84 (12) 18答案：(1) He(或 ) (2) (或 12.5%)421814(15 分)太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能量来源。( mp1.007 3 u， mHe4.002 6 u， me0.000 5

30、5 - 11 -u)(1)写出这个核反应方程。(2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为 3.81026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？解析：(1)核反应方程是 4 H He X，而 X 只能是 2 个正电子，因此核反应方程应是1 42 02 024 H He2 01 e。1 42(2)反应前的总质量为m14 mp41.007 3 u4.029 2 u反应后的总质量为m2 mHe2 me4.002 6 u20.000 55 u4.003 7 u质量亏损为 m m1 m20.025 5 u根据爱因斯坦质能方程得释放的能量为 E0.025 5931.5 MeV23.75

31、MeV。(3)根据爱因斯坦质能方程得太阳每秒减少的质量为 m kg4.210 9 kg。 Ec2 3.81026 3108 2答案：(1)4 H He2 01 e1 42(2)23.75 MeV (3)4.210 9 kg15(15 分)三个 粒子结合成一个碳 C，已知碳原子的质量为 12.000 0 u，氦原子126质量为 4.002 6 u。(1)写出核反应方程；(2)这个核反应放出的能量是多少焦？(3)这个能量为多少 MeV?解析：(1)3 He C E。42 126(2) m34.002 6 u12.000 0 u0.007 8 u， m0.007 81.6610 27 kg12.94810 30 kg， E mc21.16510 12 J。(3) E eV7.2810 6 eV7.28 MeV。1.16510 121.610 19答案：(1)3 He C E (2)1.16510 12 J42 126(3)7.28 MeV- 12 -