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2019-2020年高三物理一輪復(fù)習(xí) 原子核學(xué)案 【基礎(chǔ)知識(shí)回顧】 一、原子核的組成 1、1919年盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子即氫原子核。核反應(yīng)方程______________。 2、盧瑟福預(yù)想到原子內(nèi)存在質(zhì)量跟質(zhì)子相等的不帶電的中性粒子，即中子。查德威克經(jīng)過(guò)研究，證明：用天α射線轟擊鈹時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種看不見的貫穿能力很強(qiáng)（10-20厘米的鉛板）的不帶電粒子，用其轟擊石蠟時(shí)，竟能從石蠟中打出質(zhì)子，此貫穿能力極強(qiáng)的射線即為設(shè)想中的中子。核反應(yīng)方程___ ______________。 3、質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子，原子核的電荷數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的和。具有相同質(zhì)子數(shù)的原子屬于同一種元素；具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的原子互稱同位素。 4、天然放射現(xiàn)象 （1）人類認(rèn)識(shí)原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和它的變化規(guī)律，是從天然放射現(xiàn)象開始的。 （2）1896年貝克勒耳發(fā)現(xiàn)放射性，在他的建議下，瑪麗居里和皮埃爾居里經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)了新元素釙和鐳。 （3）用磁場(chǎng)來(lái)研究放射線的性質(zhì)（圖見3-5第74頁(yè)）： ①α射線帶正電，偏轉(zhuǎn)較小，α粒子就是氦原子核，貫穿本領(lǐng)很小，電離作用很強(qiáng)，使底片感光作用很強(qiáng)；②β射線帶負(fù)電，偏轉(zhuǎn)較大，是高速電子流，貫穿本領(lǐng)很強(qiáng)（幾毫米的鋁板），電離作用較弱；③γ射線中電中性的，無(wú)偏轉(zhuǎn)，是波長(zhǎng)極短的電磁波，貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)（幾厘米的鉛板），電離作用很小。 二、原子核的衰變 半衰期 1、原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ儭Ｔ谒プ冎须姾蓴?shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的（注意：質(zhì)量并不守恒。）。γ射線是伴隨α射線或β射線產(chǎn)生的，沒(méi)有單獨(dú)的γ衰變（γ衰變：原子核處于較高能級(jí)，輻射光子后躍遷到低能級(jí)。）。α衰變舉例 ；β衰變舉例 。 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(shí)間。放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部本身的因素決定，與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)，它是對(duì)大量原子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。N= ， m= 。 三、放射性的應(yīng)用與防護(hù) 放射性同位素 1、放射性同位素的應(yīng)用：a、利用它的射線（貫穿本領(lǐng)、電離作用、物理和化學(xué)效應(yīng)）；b、做示蹤原子。 2、放射性同位素的防護(hù)：過(guò)量的射線對(duì)人體組織有破壞作用，這些破壞往往是對(duì)細(xì)胞核的破壞，因此，在使用放射性同位素時(shí)，必須注意人身安全，同時(shí)要放射性物質(zhì)對(duì)空氣、水源等的破壞。 四、核力與結(jié)合能 質(zhì)量虧損 1、由于核子間存在著強(qiáng)大的核力（核子之間的引力，特點(diǎn)：①核力與核子是否帶電無(wú)關(guān)②短程力，其作用范圍為，只有相鄰的核子間才發(fā)生作用），所以核子結(jié)合成原子核（例_______________________）或原子核分解為核子（例_______ _____）時(shí)，都伴隨著巨大的能量變化。核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量叫原子核的結(jié)合能，亦稱核能。 2、我們把核子結(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。愛因斯坦在相對(duì)論中得出物體的質(zhì)量和能量間的關(guān)系式_________________，就是著名的質(zhì)能聯(lián)系方程，簡(jiǎn)稱質(zhì)能方程。 1u=_____________kg 相當(dāng)于____________MeV （此結(jié)論在計(jì)算中可直接應(yīng)用）。 五、原子核的人工轉(zhuǎn)變?cè)雍嗽谄渌Ｗ拥霓Z擊下產(chǎn)生新核的過(guò)程，稱為核反應(yīng)（原子核的人工轉(zhuǎn)變）。在核反應(yīng)中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的。 舉例：（1）如α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子；（2）1934年，約里奧居里和伊麗芙居里夫婦在用α粒子轟擊鋁箔時(shí)，除探測(cè)到預(yù)料中的中子外，還探測(cè)到了正電子。核反應(yīng)方程______ ___________________這是第一次用人工方法得到放射性同位素。 六、重核的裂變 輕核的聚變 1、凡是釋放核能的核反應(yīng)都有質(zhì)量虧損。核子組成不同的原子核時(shí)，平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損是不同的，所以各種原子核中核子的平均質(zhì)量不同。核子平均質(zhì)量小的，每個(gè)核子平均放的能多。鐵原子核中核子的平均質(zhì)量最小，所以鐵原子核最穩(wěn)定。凡是由平均質(zhì)量大的核，生成平均質(zhì)量小的核的核反應(yīng)都是釋放核能的。 2、1938年德國(guó)化學(xué)家哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)重核裂變，即一個(gè)重核在俘獲一個(gè)中子后，分裂成幾個(gè)中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過(guò)程,這發(fā)現(xiàn)為核能的利用開辟了道路。鈾核裂變的核反應(yīng)方程________ _____________。 3、由于中子的增殖使裂變反應(yīng)能持續(xù)地進(jìn)行的過(guò)程稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。為使其容易發(fā)生，最好使用純鈾235。因?yàn)樵雍朔浅Ｐ?，如果鈾塊的體積不夠大，中子從鈾塊中通過(guò)時(shí)，可能還沒(méi)有碰到鈾核就跑到鈾塊外面去了，因此存在能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體積，即臨界體積。 發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件是裂變物的體積大于臨界體積，并有中子進(jìn)入。應(yīng)用有原子彈、核反應(yīng)堆。 4、輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核叫聚變。（例： ________）發(fā)生聚變的條件是：超高溫（幾百萬(wàn)度以上），因此聚變又叫熱核反應(yīng)。 太陽(yáng)的能量產(chǎn)生于熱核反應(yīng)?？梢杂迷訌梺?lái)引起熱核反應(yīng)。應(yīng)用有氫彈、可控?zé)岷朔磻?yīng)。 要點(diǎn)講練： 【例1】鈾裂變的產(chǎn)物之一氪90（）是不穩(wěn)定的,它經(jīng)過(guò)一系列衰變最終成為穩(wěn)定的鋯86（）,這些衰變 是 （ ） A.1次衰變,6次衰變 B.4次衰變 C.2次衰變 D.2次衰變,2次衰變 【例2】放射性同位素在技術(shù)上有很多應(yīng)用,不同的放射源可用于不同的目的,下表列出一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射線: 對(duì)于以下幾種用途,分別選取表中哪一種放射性元素作放射源. （1）塑料公司生產(chǎn)聚乙烯薄膜,方法是讓較厚的聚乙烯膜通過(guò)軋輥壓薄,利用適當(dāng)?shù)姆派渚€來(lái)測(cè)定通過(guò)軋輥后的薄膜厚度是否均勻. （2）醫(yī)生用放射性方法治療腫瘤. （3）放射源和控制器間相隔很小一段距離,若它們之間煙塵濃度比達(dá)某一設(shè)定的臨界值,探測(cè)器探測(cè)到的射線強(qiáng)度將比正常情況下小得多,從而可通過(guò)自動(dòng)控制裝置,觸發(fā)電鈴,可發(fā)生火災(zāi)警報(bào),預(yù)防火災(zāi). （4）用放射性同位素作示蹤原子,用來(lái)診斷人體內(nèi)的器官是否正常.方法是給被檢查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物質(zhì),當(dāng)這些物質(zhì)的一部分到達(dá)要檢查的器官時(shí),可根據(jù)放射性同位素的射線情況分析器官正常 與否. 例3.一個(gè)U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng),其裂變方程為U +n→X+Sr+n,則下列敘述正確的是 （ ） A.X原子核中含有86個(gè)中子 B.X原子核中含有141個(gè)核子 C.因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量,根據(jù)E=mc2,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加 D.因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少 【例4】一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核,同時(shí)輻射一個(gè)光子.已知質(zhì)子、中子、氘核 的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c.下列說(shuō)法正確的是 （ ） A.核反應(yīng)方程是 B.聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3 C.輻射出的光子的能量E=（m3-m1-m2）c D.光子的波長(zhǎng)= 【例5】有下列4個(gè)核反應(yīng)方程 （1）a、b、c、d四種粒子依次是 （ ） （2）上述核反應(yīng)依次屬于 （ ） A.衰變、人工轉(zhuǎn)變、人工轉(zhuǎn)變、聚變 B.裂變、裂變、聚變、聚變 C.衰變、衰變、聚變、聚變 D.衰變、裂變、人工轉(zhuǎn)變、聚變 強(qiáng)化練習(xí)： 1. xx年美國(guó)和俄羅斯的科學(xué)家利用回旋加速器,通過(guò)Ca（鈣48）轟擊Cf（锎249）發(fā)生核反應(yīng),成功合成了第118號(hào)元素,這是迄今為止門捷列夫元素周期表中原子序數(shù)最大的元素.實(shí)驗(yàn)表明,該元素的原子核先放出3個(gè)相同的粒子x,再連續(xù)經(jīng)過(guò)3次衰變后,變成質(zhì)量數(shù)為282的第112號(hào)元素的原子核,則上述過(guò)程中的粒子x是 （ ） A.中子 B.質(zhì)子 C.電子 D.粒子 2.U放射性衰變有多種可能途徑,其中一種途徑是先變成Bi,而Bi可以經(jīng)一次①衰變變成X（X代表某種元素）,也可以經(jīng)一次②衰變變成Ti,X和Ti最后都變成Pb,衰變路徑如圖所示.則圖中的 （ ） A.a=84,b=206 B.①是β衰變,放出電子,電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的 C.②是β衰變,放出電子,電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的 D. U經(jīng)過(guò)10次β衰變,8次衰變可變成Pb 4.正電子（PET）發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像,它的基本原理是:將放射性同位素15O注入人體,參與人體的代謝過(guò)程.15O在人體內(nèi)衰變放出正電子,與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對(duì)光子,被探測(cè)器探測(cè)到,經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生清晰的圖象.根據(jù)PET原理,回答下列問(wèn)題: （1）寫出15O的衰變和正負(fù)電子湮滅的方程式. （2）將放射性同位素15O注入人體,15O的主要用途是 （ ） A.利用它的射線 B.作為示蹤原子C.參與人體的代謝過(guò)程 D.有氧呼吸 （3）設(shè)電子質(zhì)量為m,電荷量為q,光速為c,普朗克常量為h,則探測(cè)到的正負(fù)電子湮滅后生成的光子的波長(zhǎng)= . （4）PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng) （填“長(zhǎng)”或“短”或“長(zhǎng)短均可”） 5.在下列四個(gè)核反應(yīng)方程中,x表示He,且屬于聚變的反應(yīng)是 （ ） A.U+n→Sr+Xe+3x B.H+H→x+n C.P→Si+x D.Mg+x→Al+H 12.一個(gè)原來(lái)靜止的鋰核（）俘獲一個(gè)速度為7.7104 m/s的中子后,生成一個(gè)氚核和一個(gè)氦核,已知氚核的速度 大小為1.0103 m/s,方向與中子的運(yùn)動(dòng)方向相反. （1）試寫出核反應(yīng)方程. （2）求出氦核的速度. （3）若讓一個(gè)氘核和一個(gè)氚核發(fā)生聚變時(shí),可產(chǎn)生一個(gè)氦核同時(shí)放出一個(gè)中子,求這個(gè)核反應(yīng)釋放出的能量.（已知氘核質(zhì)量為mD=2.014 102 u,氚核質(zhì)量為mT=3.016 050 u,氦核的質(zhì)量mHe=4.002 603 u,中子質(zhì)量mn=1.008 665 u, 1 u=1.660 610-27 kg）