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第2講原子核 考點(diǎn)1 天然放射現(xiàn)象 原子核的組成 原子核 1 天然放射現(xiàn)象 1 天然放射現(xiàn)象 放射性 放射性 元素 放出射線的現(xiàn)象 首先由 發(fā)現(xiàn) 天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 說明 具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 2 放射性和放射性元素 物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫 具有放射性的元素叫 元素 3 三種射線 放射性元素放射出的射線共有三種 分別是 射線 射線 射線 自發(fā) 貝克勒爾 2 原子核 質(zhì)子 中子 核子 1 原子核的組成 原子核由 和 組成 質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為 質(zhì)子 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 原子核的核電荷數(shù) 數(shù) 原子核的質(zhì)量數(shù) 2 同位素 具有相同 不同 的原子 在元素周期表中的 相同 同位素具有相同的 性 質(zhì) 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 位置 化學(xué) 考點(diǎn)2 原子核的衰變和半衰期 1 原子核的衰變 1 原子核放出 粒子或 粒子 變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變 2 分類 2 半衰期 1 定義 放射性元素的原子核有 發(fā)生衰變所需的 時間 半數(shù) 2 衰變規(guī)律 N N0 m m0 3 影響因素 由 因素決定 跟原子所處的物理 化學(xué)狀態(tài)無關(guān) 原子核內(nèi)部 考點(diǎn)31 核力 核力 核能 質(zhì)能方程 質(zhì)量虧損 核反應(yīng) 1 定義 原子核內(nèi)部 間所特有的相互作用力 2 特點(diǎn) 核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn) 核力是短程力 作用范圍在1 5 10 15m之內(nèi) 每個核子只跟它的相鄰核子間有核力作用 核子 2 核能 1 結(jié)合能 放出 吸收 核子結(jié)合為原子核時 的能量或原子核分解為核子時 的能量 叫做原子核的結(jié)合能 亦稱核能 2 比結(jié)合能 核子數(shù) 定義 原子核的結(jié)合能與 之比 叫做比結(jié)合能 也叫做平均結(jié)合能 大 牢固 穩(wěn)定 特點(diǎn) 不同原子核的比結(jié)合能不同 原子核的比結(jié)合能越 表示原子核中核子結(jié)合得越 原子核越 3 質(zhì)能方程 質(zhì)量虧損 愛因斯坦質(zhì)能方程E 原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小 m 這就是質(zhì)量虧損 由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能 E 4 原子核的人工轉(zhuǎn)變 1 質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) mc2 mc2 質(zhì)子 2 中子的發(fā)現(xiàn) 中子 5 重核的裂變 1 重核是指 很大的原子核 2 重核俘獲一個中子后分裂為兩個或幾個中等質(zhì)量數(shù)的原子核的反應(yīng)叫做重核的裂變 在裂變的同時 還會放出幾個中子和大量能量 鈾235裂變時 同時放出2 3個中子 如果這些中子再引起其他鈾235核裂變 就可使裂變反應(yīng)不斷地進(jìn)行下去 這種反應(yīng)叫 反應(yīng) 鈾235能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體 積叫做它的 體積 質(zhì)量數(shù) 鏈?zhǔn)?臨界 6 輕核的聚變 1 輕核是指質(zhì)量數(shù) 的原子核 如氫核 氦核等 2 某些輕核結(jié)合成質(zhì)量數(shù)較大的原子核的反應(yīng)過程叫做輕核的 同時放出大量的能量 輕核聚變只能發(fā)生在超高溫條件下 故輕核聚變也叫做 反應(yīng) 很小 聚變 熱核 基礎(chǔ)自測 1 下列核反應(yīng)方程中 屬于 衰變的是 答案 B 2 多選 下列核反應(yīng)方程及其表述完全正確的是 答案 AC 3 2016年上海卷 研究放射性元素射線性質(zhì) 的實驗裝置如圖12 2 1所示 兩塊平行放置的金屬板A B分別與電源的兩極a b連接 放射源發(fā)出的射線從其上方小孔向外射出 則 A a為電源正極 到達(dá)A板的為 射線B a為電源正極 到達(dá)A板的為 射線C a為電源負(fù)極 到達(dá)A板的為 射線 圖12 2 1 D a為電源負(fù)極 到達(dá)A板的為 射線答案 B 4 2017年新課標(biāo) 卷 一靜止的鈾核放出一個 粒子衰變成 A 衰變后釷核的動能等于 粒子的動能B 衰變后釷核的動量大小等于 粒子的動量大小C 鈾核的半衰期等于其放出一個 粒子所經(jīng)歷的時間D 衰變后 粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量答案 B 熱點(diǎn)1考向1 原子核的衰變規(guī)律三種射線 熱點(diǎn)歸納 1 三種射線的比較 續(xù)表 2 衰變 衰變的比較 典題1 研究某未知元素放射性的實驗裝置如圖12 2 2所示 實驗開始時在薄鋁片和熒光屏之間有圖示方向的勻強(qiáng)電場E 通過顯微鏡可以觀察到 在熒光屏的某一位置上每分鐘閃爍的亮點(diǎn)數(shù) 若撤去電場后繼續(xù)觀察 發(fā)現(xiàn)每分鐘閃爍的亮點(diǎn)數(shù)沒有變化 如果再將薄鋁片移開 觀察到每分鐘閃爍的亮點(diǎn) 數(shù)大大增加 由此可以判斷 放射源發(fā)出的射線可能為 圖12 2 2 A 射線和 射線C 射線和X射線 B 射線和 射線D 射線和 射線 解析 放射性元素放射出的射線為 射線 射線和 射線 射線貫穿能力弱 一張薄紙就可擋住 射線貫穿能力較強(qiáng) 可貫穿鋁片 射線貫穿能力極強(qiáng) 射線帶正電 射線帶負(fù)電 在電場中偏轉(zhuǎn) 射線不帶電 由此可知 放射源發(fā)出的射線可能為 射線和 射線 選項D正確 答案 D 遷移拓展 圖12 2 3中曲線a b c d為氣泡室中某放射物發(fā)生衰變放出的部分粒子的徑跡 氣泡室中磁感應(yīng)強(qiáng)度方 向垂直于紙面向里 以下判斷可能正確的是 圖12 2 3 A a b為 粒子的徑跡C c d為 粒子的徑跡 B a b為 粒子的徑跡D c d為 粒子的徑跡 解析 由于 粒子帶正電 粒子帶負(fù)電 粒子不帶電 據(jù)左手定則可判斷a b可能為 粒子的徑跡 c d可能為 粒子的徑跡 選項D正確 答案 D 考向2 衰變次數(shù)的確定方法 熱點(diǎn)歸納 由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為求解一個二元一次方程組 方法二 因為 衰變對質(zhì)量數(shù)無影響 可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定 衰變的次數(shù) 然后根據(jù)衰變規(guī)律確定 衰變的次數(shù) A 鉛核比釷核少8個質(zhì)子B 鉛核比釷核少16個中子C 共經(jīng)過4次 衰變和6次 衰變D 共經(jīng)過6次 衰變和4次 衰變 答案 ABD 熱點(diǎn)2 半衰期 熱點(diǎn)歸納 1 半衰期公式 射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量 N余 m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量 t表示衰變時間 表示半衰期 2 半衰期的物理意義 半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量 同一放射性元素具有的衰變速率一定 不同的放射性元素半衰期不同 有的差別很大 3 半衰期的適用條件 半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律 是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié) 對于一個特定的原子核 無法確定何時發(fā)生衰變 典題3 多選 14C發(fā)生放射性衰變成為14N 半衰期約5700年 已知植物存活期間 其體內(nèi)14C與12C的比例不變 生命活動結(jié)束后 14C的比例持續(xù)減小 現(xiàn)通過測量得知 某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一 下列說 法正確的是 A 該古木的年代距今約5700年B 12C 13C 14C具有相同的中子數(shù)C 14C衰變?yōu)?4N的過程中放出 射線D 增加樣品測量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C的衰變 解析 古木樣品中14C的比例是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一 根據(jù)半衰期的定義知該古木的年代距今約5700年 選項A正確 同位素具有相同的質(zhì)子數(shù) 不同的中子數(shù) 選項B錯線 選項C正確 放射性元素的半衰期與核內(nèi)部自身因素有關(guān) 與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān) 選項D錯誤 答案 AC 熱點(diǎn)3考向1 核反應(yīng)方程核反應(yīng)的四種類型 熱點(diǎn)歸納 續(xù)表 典題4 2017年天津卷 如圖12 2 4所示 我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證 這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻(xiàn) 下列核反應(yīng)方程 中屬于聚變反應(yīng)的是 圖12 2 4 答案 A 考向2 核反應(yīng)方程式的書寫 熱點(diǎn)歸納 1 熟記常見基本粒子的符號 是正確書寫核反應(yīng)方程的基2 掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律 是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù) 由于核反應(yīng)不可逆 所以書寫核反應(yīng)方程式時只能用 表示反應(yīng)方向 3 核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒 電荷數(shù)守恒 答案 D 熱點(diǎn)4 質(zhì)能方程與核能的計算 熱點(diǎn)歸納 1 對質(zhì)能方程的理解 1 一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系 物體的總能量和它的質(zhì)量成正比 即E mc2 方程的含義 物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系 物體的能量增大 質(zhì)量也增大 物體的能量減少 質(zhì)量也減少 2 核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損 m 其能量也要相應(yīng)減少 即 E mc2 3 原子核分解成核子時要吸收一定的能量 相應(yīng)的質(zhì)量增加 m 吸收的能量為 E mc2 2 核能的計算方法 1 根據(jù) E mc2計算 計算時 m的單位是 kg c的單 位是 m s E的單位是 J 2 根據(jù) E m 931 5MeV計算 因1原子質(zhì)量單位 u 相當(dāng)于931 5MeV的能量 所以計算時 m的單位是 u E的單位是 MeV 3 根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能 原子核的結(jié)合能 核子比結(jié)合能 核子數(shù) 考向1 核能的理解 典題6 多選 2017年江蘇卷 原子核的比結(jié)合能曲線 如圖12 2 5所示 根據(jù)該曲線 下列判斷正確的有 圖12 2 5 答案 BC 考向2 核能的計算 典題7 2017年新課標(biāo) 卷 大科學(xué)工程 人造太陽 主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電 氘核聚變反應(yīng)的 B 3 3MeVD 0 93MeV 變反應(yīng)中釋放的核能約為 A 3 7MeVC 2 7MeV答案 B 核反應(yīng)與動量守恒定律的綜合模型 1 核反應(yīng)過程遵循能量守恒定律 在無光子輻射的情況下 核反應(yīng)中釋放的核能將轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動能 有光子輻射的情況下 核反應(yīng)中釋放的核能將轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動能及光子的能量 一般認(rèn)為核反應(yīng)放出的能量與反應(yīng)前原子核的動能之和等于反應(yīng)后原子核的總動能 2 核反應(yīng)過程遵循動量守恒定律 即反應(yīng)前原子核的總動 量等于反應(yīng)后原子核的總動量 3 解決核反應(yīng)與動量及能量守恒定律綜合的問題時 首先應(yīng)用質(zhì)能方程求出核反應(yīng)釋放出的核能 其次根據(jù)動量守恒定律和能量守恒定律列出相應(yīng)的方程 最后聯(lián)立求解 典題8 2017年北京卷 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中 一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次 衰變 放射出的 粒子q分別表示 粒子的質(zhì)量和電荷量 寫出該 衰變的核反應(yīng)方程 2 粒子的圓周運(yùn)動可以等效成一個環(huán)形電流 求圓周運(yùn) 動的周期和環(huán)形電流的大小 3 設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)為為 粒子和新核的動 能 新核的質(zhì)量為M 求衰變過程的質(zhì)量虧損 m 子核Y 已知X Y和 粒子的質(zhì)量分別是M m1和m2 真空中的光速為c 粒子的速度遠(yuǎn)小于光速 求反應(yīng)后與反應(yīng)前的總動能之差以及 粒子的動能 解 反應(yīng)后由于存在質(zhì)量虧損 所以反應(yīng)前后總動能之差等于質(zhì)量虧損而釋放出的能量 故根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可得 反應(yīng)過程中三個粒子組成的系統(tǒng)動量守恒 故有