第五章原子核章末复习 学案 高中物理人教版（2019）选择性必修第三册

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《原子核》章末复习【构建知识网络】复习课本，说出，并在右侧构建网络：核反应1．三种射线的性质？2．原子核的符号？电荷数、质量数分别等于什么？3．原子核衰变的类型、规律、解释？β衰变的实质？4．什么是半衰期？放射性同位素的应用？5．谁发现了质子？核反应方程是？谁发现了中子？核能6．什么是比结合能？7．质能关系？质量亏损？8．什么是核裂变？核聚变？【典型例题】例1．（核反应方程）目前，我们学习过的核反应有 4 种类型：衰变、核裂变、核聚变和人工核转变。请在下列方程后的括号内填写正确的类型。 例2．（原子核的衰变）钍232（）经过6次α衰变和4次β衰变后变成一种稳定的元素。它的质量数是_____，原子序数是_____。例3．（半衰期）（多选）取一定量的氡222样品，经过19天时间，有的原子核发生衰变，下列说法正确的是（　　）A．氡222的半衰期为3.8天B．继续对该样品进行加热，再经过8.8天，仅剩的原子核未发生衰变C．取16个氡222原子核，经过15.2天，其中一定有15个发生衰变D．取16g氡222，经过15.2天，其中还剩1g未发生衰变例4．（三种射线）如图所示，x为未知放射源，它向右方发射放射线，P为一张厚度为0.5 mm左右的薄铝箔，铝箔右侧是一真空区域，内有较强磁场，Q为荧光屏，H是观察装置。实验时，若将磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，再将铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，则可知放射源x可能为(　　)A．α和β的混合放射源B．α和γ的混合放射源C．β和γ的混合放射源D．α、β和γ的混合放射源例5．（结合能与比结合能）原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的是（　　）A．He核的结合能约为14MeVB．Li核比He核更稳定C．4个He反应生成核时释放能量D．U核中核子的平均质量比Kr核中的小例6．（原子核在磁场中的圆周运动）如图甲所示，静止在匀强磁场中的eq \o\al(6,3)Li核俘获一个速度为v0＝7.7×104 m/s的中子而发生核反应，即eq \o\al(6,3)Li＋eq \o\al(1,0)n→eq \o\al(3,1)H＋eq \o\al(4,2)He，若已知eq \o\al(4,2)He的速度v2＝2.0×104 m/s，其方向与反应前中子速度方向相同，试求：(1)eq \o\al(3,1)H的速度大小和方向；(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出eq \o\al(3,1)H与eq \o\al(4,2)He轨道半径之比；(3)当eq \o\al(4,2)He旋转三周时，粒子eq \o\al(3,1)H旋转几周？例7．（核能的计算；动量、能量观点解决问题。）在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。在轻核聚变的核反应中，两个氘核（）以相同的动能0.35 MeV做相向的对心正碰，假设该反应中释放的核能全部转化为氦核（）和中子（）的动能。已知氘核的质量mD=2.0141u，中子的质量mn=1.0087u，氦核的质量mHe=3.0160u，其中1u相当于931MeV。请写出该核反应方程，并求出在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少？（单位用MeV表示，结果保留1位有效数字）【课后巩固】1．（多选）下列物理学史，说法正确的是(　　)A．居里夫人首先发现了放射性现象 B．卢瑟福发现了质子是原子核的组成成分C．查德威克预言了中子的存在 D．钱三强、何泽慧发现了铀核的三分裂、四分裂现象2．下列关于近代核物理知识的说法正确的是(　　)A．所有元素都可能发生衰变 B．太阳辐射的能量来自太阳内部的核裂变反应C．可利用γ射线对某些金属棒进行探伤检测 D．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流3．下面列出的是一些核反应方程：eq \o\al(30,15)P→eq \o\al(30,14)Si＋X，eq \o\al(9,4)Be＋eq \o\al(2,1)H→eq \o\al(10, 5)B＋Y，eq \o\al(4,2)He＋eq \o\al(4,2)He→eq \o\al(7,3)Li＋Z，其中(　　)A．X是正电子，Y是中子，Z是质子 B．X是质子，Y是中子，Z是正电子C．X是正电子，Y是质子，Z是中子 D．X是中子，Y是正电子，Z是质子4．一个静止的放射性同位素的原子核eq \o\al(30,15)P衰变为eq \o\al(30,14)Si，另一个静止的天然放射性元素的原子核eq \o\al(234, 90)Th衰变为eq \o\al(234, 91)Pa，在同一磁场中，得到衰变后粒子的运动径迹1、2、3、4，如图所示，则这四条径迹依次是(　　)A．电子、eq \o\al(234, 91)Pa、eq \o\al(30,14)Si、正电子B．eq \o\al(234, 91)Pa、电子、正电子、eq \o\al(30,14)SiC．eq \o\al(30,14)Si、正电子、电子、eq \o\al(234, 91)PaD．正电子、eq \o\al(30,14)Si、eq \o\al(234, 91)Pa、电子5．氡是一种放射性气体，主要来源于不合格的水泥、墙砖、石材等建筑材料。呼吸时氡气会随气体进入肺部，氡衰变时放出α射线，这种射线像小“炸弹”一样轰击肺细胞，使肺细胞受损，从而引发肺癌、白血病等。若有一静止的氡核eq \o\al(222, 86)Rn发生α衰变，放出一个速度为v0、质量为m的α粒子和一个质量为M的反冲核钋eq \a\vs4\al(eq \o\al(218, 84)Po)，此过程动量守恒，若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能。(1)写出衰变方程；(2)求出反冲核钋的速度；(计算结果用题中字母表示)(3)求出这一衰变过程中的质量亏损。(计算结果用题中字母表示)6．两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为2.014 1 u，氦核质量为4.002 6 u。求出1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量。(阿伏加德罗常数NA为6.0×1023 mol-1，氘核的摩尔质量为2 g/mol，l u相当于931.5 MeV的能量。结果保留两位有效数字。)7．钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态 和α粒子，而铀核激发态立即衰变为铀核，并放出能量为0.097 MeV的γ光子。 已知的质量mPu为239.052 1 u，的质量mU为235.043 9 u，α粒子的质量mα为4.002 6 u，且l u相当于931.5 MeV 的能量。 已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能。结果保留两位有效数字。《原子核》章末复习答案【典型例题】衰变 核裂变 人工核转变 核聚变208 82AD 解析：A．经过t=19天后，还有未衰变的原子核为根据半衰期公式有解得半衰期，选项A正确；B．根据半衰期公式可知，再经过8.8天，则有，选项B错误；C．半衰期具有统计意义，对大量的原子核适用，对少数的原子核不适用，选项C错误；D．根据半衰期公式有，选项D正确。故选AD。选B 解析：将强磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，说明磁场对射线粒子没有影响，可知射到屏上的是不带电的γ射线；再将厚0.5 mm左右的薄铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，说明除接收到γ射线外，又接收到了原来被铝箔P挡住的射线，而厚度为0.5 mm左右的铝箔能挡住的只有α射线，所以此放射源应是α和γ的混合放射源，B正确。C解析：A．由图可知核的比结合能约为7MeV，所以结合能约为4×7MeV=28 MeV，选项A错误；B．核的比结合能比核的比结合能小，所以 核更稳定，选项B错误；C．4个反应生成核，由比结合能小的反应生成比结合能大的要释放能量，选项C正确；D．的比结合能比核的比结合能小，裂变时要释放能量， 核中核子的平均质量比核中的要大，选项D错误。(1)大小为1.0×103 m/s，方向与v0方向相反(2)3∶40　(3)2周解析：(1)反应过程动量守恒，由动量守恒定律得m0v0＝m1v1＋m2v2(v1为氚核速度，m0、m1、m2分别代表中子、氚核、氦核质量)代入数值可解得v1＝－1.0×103 m/s，即eq \o\al(3,1)H的速度大小为1.0×103 m/s，方向与v0方向相反。(2)eq \o\al(3,1)H和eq \o\al(4,2)He在磁场中均受洛伦兹力，做匀速圆周运动的半径之比r1∶r2＝eq \f(m1v1,q1B)∶eq \f(m2v2,q2B)＝3∶40。(3)eq \o\al(3,1)H和eq \o\al(4,2)He做匀速圆周运动的周期之比T1∶T2＝eq \f(2πm1,q1B)∶eq \f(2πm2,q2B)＝3∶2所以它们的旋转周数之比：n1∶n2＝T2∶T1＝2∶3，即eq \o\al(4,2)He旋转3周，eq \o\al(3,1)H旋转2周。 解析：(1)核反应方程由爱因斯坦的质能方程，核聚变反应中释放的核能为核反应中系统的能量守恒有核反应中系统的动量守恒有由可知解得【课后巩固】答案　BD答案　C解析：有些元素的原子核不稳定，可以自发地发生衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，A错误；太阳辐射的能量来自太阳内部的核聚变反应，B错误；γ射线的穿透本领强，所以可利用γ射线对某些金属棒进行探伤检测，C正确；β射线为原子核内的中子转化为质子时形成的电子流，D错误。3．答案　A解析：根据电荷数守恒、质量数守恒，知X的电荷数为1，质量数为0，为正电子；Y的电荷数为0，质量数为1，为中子；Z的电荷数为1，质量数为1，为质子。故A正确，B、C、D错误。4．答案　B解析：eq \o\al(30,15)P→eq \o\al(30,14)Si＋eq \o\al(　0,＋1)e(正电子)，产生的两个粒子，都带正电，应是外切圆，由R＝eq \f(mv,qB)知，电荷量大的半径小，故3是正电子，4是eq \o\al(30,14)Si；eq \o\al(234, 90)Th→eq \o\al(234, 91)Pa＋eq \o\al(　0,－1)e(电子)，产生的两个粒子，一个带正电，一个带负电，应是内切圆，由R＝eq \f(mv,qB)知，电荷量大的半径小，故1是eq \o\al(234, 91)Pa，2是电子，故B项正确。5．答案　(1)eq \o\al(222, 86)Rn→eq \o\al(218, 84)Po＋eq \o\al(4,2)He　(2)大小为eq \f(mv0,M)，方向与α粒子速度方向相反　(3)eq \f(（M＋m）mveq \o\al(2,0),2Mc2)解析：(1)由质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为eq \o\al(222, 86)Rn→eq \o\al(218, 84)Po＋eq \o\al(4,2)He。(2)核反应过程动量守恒，以α粒子的速度方向为正方向，由动量守恒定律得mv0＋Mv＝0解得v＝－eq \f(mv0,M)，负号表示方向与α粒子速度方向相反。(3)衰变过程产生的能量ΔE＝eq \f(1,2)mveq \o\al(2,0)＋eq \f(1,2)Mv2＝eq \f(（M＋m）mveq \o\al(2,0),2M)由爱因斯坦质能方程得ΔE＝Δmc2解得Δm＝eq \f(（M＋m）mveq \o\al(2,0),2Mc2)。6．答案 3.6×1027MeV 7．答案 5.0 MeV