2024年高中物理新教材同步学案 选择性必修第三册 第5章 章末素养提升（含解析）

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章末素养提升例1　在下列描述核反应的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于核裂变的是________，属于核聚变的是________。(填正确答案前的字母)A.eq \o\ar(14, 6)C→eq \o\ar(14, 7)N＋eq \o\al(　0,－1)e B.eq \o\al(32,15)P→eq \o\al(32,16)S＋eq \o\al(　0,－1)eC.eq \o\ar(238, 92)U→eq \o\ar(234, 90)Th＋eq \o\al(4,2)He D.eq \o\ar(14, 7)N＋eq \o\al(4,2)He→eq \o\ar(17, 8)O＋eq \o\al(1,1)HE.eq \o\ar(235, 92)U＋eq \o\al(1,0)n→eq \o\ar(140, 54)Xe＋eq \o\al(94,38)Sr＋2eq \o\al(1,0)n F.eq \o\al(3,1)H＋eq \o\al(2,1)H→eq \o\al(4,2)He＋eq \o\al(1,0)n答案　C　AB　E　F解析　α衰变是一种放射性衰变，α粒子(eq \o\al(4,2)He)会从原子核中射出，C项符合要求；β衰变是指原子核内自发地放出一个电子(eq \o\ar(0,－1)e)，同时原子序数加1的过程，A、B两项符合要求；核裂变是指一些质量较大的原子核，如铀、钍和钚等在吸收一个中子后分裂成两个或多个质量较小的原子核，同时放出多个中子和很大能量的过程，E项符合要求；核聚变是指两个轻核结合成质量较大的原子核并释放大量能量的过程，F项符合要求；D项属于人工核转变的方程。例2　(多选)氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤，它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一。已知eq \o\ar(222,86)Rn的半衰期约为3.8天。则(　　)A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小B．经过15.2天，16 g的eq \o\ar(222, 86)Rn衰变后还剩1 gC.eq \o\ar(222, 86)Rn发生一次α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2D．一个eq \o\ar(238,92)U原子核衰变为一个eq \o\ar(222, 86)Rn原子核的过程中，发生β衰变的次数为2次答案　BCD解析　半衰期由原子核的种类决定，与温度等外界因素无关，故A错误；经过15.2天，即4个半衰期，16 g的eq \o\ar(222, 86)Rn衰变后还剩eq \f(1,16)的原子核没有衰变，即还剩1 g的eq \o\ar(222, 86)Rn没有衰变，故B正确；原子核经过一次α衰变，电荷数减少2，质量数减少4，中子数减少2，故C正确；一个eq \o\ar(238, 92)U原子核衰变为一个eq \o\ar(222, 86)Rn原子核的过程中，质量数减少16，发生了4次α衰变，电荷数减少6，则发生β衰变的次数为2次，故D正确。例3　(2022·江苏泰州高二期末)核能具有高效、清洁等优点，利用核能是当今世界解决能源问题的一个重要方向。原子核的比结合能随质量数变化的曲线如图所示，根据该曲线可知，下列说法正确的是(　　)A.eq \o\al(6,3)Li核比eq \o\al(4,2)He核更稳定B.eq \o\al(2,1)H核的结合能约为1 MeVC．两个eq \o\al(2,1)H核结合成eq \o\al(4,2)He核时释放能量约为24 MeVD.eq \o\al(2,1)H核和eq \o\al(4,2)He核的平均核子质量相等答案　C解析　比结合能越大的原子核越稳定，eq \o\al(6,3)Li核的比结合能比eq \o\al(4,2)He核的比结合能低，因此，eq \o\al(4,2)He核比eq \o\al(6,3)Li核更稳定，A错误；eq \o\al(2,1)H核的比结合能为1 MeV，eq \o\al(2,1)H核由两个核子组成，因此，eq \o\al(2,1)H核的结合能为2×1 MeV＝2 MeV，B错误；eq \o\al(4,2)He的结合能为4×7 MeV＝28 MeV，两个eq \o\al(2,1)H核结合成eq \o\al(4,2)He核时释放能量约为28 MeV－2×2 MeV＝24 MeV，C正确；两个eq \o\al(2,1)H核结合成eq \o\al(4,2)He核时释放能量，发生质量亏损，而反应前后的核子数不变，因此，eq \o\al(2,1)H核和eq \o\al(4,2)He核的平均核子质量不相等，D错误。例4　(2022·烟台市高二期末)氘核的质量为2.013 553 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量是1.008 665 u。(1 u相当于931.5 MeV能量，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，e＝1.6×10－19 C，结果保留三位有效数字)。(1)写出一个质子和一个中子结合为氘核时的核反应方程。(2)氘核的结合能和比结合能各是多少？(3)如果该反应释放的核能是以射出一个光子的形式释放，则光子的频率是多少？答案　(1)eq \o\al(1,1)H＋eq \o\al(1,0)n→eq \o\al(2,1)H(2)2.23 MeV　1.12 MeV(3)5.38×1020 Hz解析　(1)一个质子和一个中子结合为氘核时的核反应方程eq \o\al(1,1)H＋eq \o\al(1,0)n→eq \o\al(2,1)H(2)一个质子和一个中子结合为氘核时质量亏损Δm＝1.007 277 u＋1.008 665 u－2.013 553 u＝0.002 389 u放出的能量为ΔE＝0.002 389×931.5 MeV≈2.23 MeV可知氘核的结合能为2.23 MeV，氘核的比结合能为E′＝eq \f(ΔE,2)＝eq \f(2.23,2) MeV≈1.12 MeV(3)核能以光子的形式释放，则光子的频率是ν＝eq \f(ΔE,h)＝eq \f(2.23×106×1.6×10－19,6.63×10－34) Hz≈5.38×1020 Hz。例5　(2022·苏州市高二期末)海水中有丰富的氘，可以充当未来的重要能源，两个氘核聚合成一个氦核(同位素)的同时放出一个中子，并释放出巨大的能量，若其中氘核的质量为m0，中子的质量为m1，氦核的质量为m2，光在真空中的速度为c。(1)写出该核反应方程并求该核反应释放的核能；(2)若两个氘核以相同大小的动能对心正碰，求反应后产生的中子与氦核的动能之比。答案　(1)eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(2,1)H→eq \o\al(3,2)He＋eq \o\al(1,0)n　(2m0－m1－m2)c2　(2)3∶1解析　(1)核反应过程中，原子核的质量数与核电荷数守恒，则可写出核反应方程为eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(2,1)H→eq \o\al(3,2)He＋eq \o\al(1,0)n核反应中的质量亏损为Δm＝2m0－m1－m2核反应所释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(2m0－m1－m2)c2(2)把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为零，即mHevHe＋mnvn＝0根据动能与动量的大小关系有Ek＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(p2,2m)氦核与中子的质量之比等于质量数之比，即有mHe∶mn＝3∶1，解得反应后产生的中子与氦核的动能之比Ekn∶EkHe＝3∶1。物理观念天然放射现象：三种射线α射线(eq \o\al(4,2)He)：氦核流，穿透能力很弱，电离作用很强β射线(eq \o\ar(　0,－1)e)：高速电子流， 穿透能力较强， 电离作用较弱γ射线：是一种电磁波，伴随α衰变和β衰变而产生，穿透能力更强，电离作用更弱原子核的衰变意义：放射性元素的原子核自发放出某种粒子后变成新的原子核的变化①α衰变：eq \o\al(A,Z)X→eq \o\al(A－4,Z－2)Y＋eq \o\al(4,2)He②β衰变：eq \o\al(A,Z)X→eq \o\ar(　A,Z＋1)Y＋eq \o\al(　0,－1)e核反应与核能核力：短程力，只与邻近核子发生作用结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开所需要的能量就是原子核的结合能比结合能(平均结合能)：比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定爱因斯坦质能方程：E＝mc2或ΔE＝Δmc2重核的裂变：eq \o\ar(235, 92)U＋eq \o\al(1,0)n―→eq \o\ar(144, 56)Ba＋eq \o\al(89,36)Kr＋3eq \o\al(1,0)n轻核的聚变：eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(3,1)H―→eq \o\al(4,2)He＋eq \o\al(1,0)n“基本粒子”粒子的分类：强子、轻子、规范玻色子、希格斯玻色子夸克模型科学思维1.能根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程2．能用半衰期、质量亏损和爱因斯坦质能方程计算核能相关问题科学态度与责任1.了解两类核能应用的利弊，关注受控热核反应研究的进展2．关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响