2020版高考物理一轮复习第12章第2节核反应和核能教学案新人教版.pdf
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1、第 2 节 核反应和核能第 2 节 核反应和核能 知识点一| 原子核的组成 放射性同位素 1原子核的组成 (1)原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为核子。质子带正电,中子不带电。 (2)基本关系 核电荷数质子数(Z)元素的原子序数核外电子数。 质量数(A)核子数质子数中子数。 (3)X 元素的原子核的符号为 X,其中A表示质量数,Z 表示核电荷数。 A Z 2天然放射现象 (1)天然放射现象:元素自发地放出射线的现象,首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的 发现,说明原子核具有复杂的结构。 (2)放射性和放射性元素:物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性。具有放射性的元 素叫放射性元素。 (3
2、)三种射线:放射性元素放射出的射线共有三种,分别是 射线、 射线、 射线。 3放射性同位素的应用与防护 (1)同位素:具有相同质子数和不同中子数的原子核。 (2)放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学 性质相同。 (3)应用:消除静电、工业探伤、作示踪原子等。 (4)防护:防止放射性对人体组织的伤害。 判断正误 (1)原子核是由质子、中子、电子组成的。() (2) 射线、 射线、 射线的组成是三种不同的粒子。() (3)、 三种射线中, 射线的电离作用最强。() 1(2019上海检测)人类认识到原子核的结构是复杂的,是从发现下列哪一现象开始的 ( ) A阴极
3、射线 B光电效应 C天然放射性现象 D发现质子 C 天然放射性现象是原子核内部变化产生的,人类认识原子核的复杂结构并进行研究 是从发现天然放射性现象开始的,C 正确。 2(多选)关于天然放射性,下列说法正确的是( ) A所有元素都可能发生衰变 B放射性元素的半衰期与外界的温度无关 C放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D一个原子核在一次衰变中可同时放出 、 和 三种射线 BC 自然界中绝大部分元素没有放射现象,选项 A 错误;放射性元素的半衰期只与原子 核结构有关,与其他因素无关,选项 B、C 正确;原子核发生衰变时,不能同时发生 和 衰变, 射线伴随这两种衰变产生,故选项 D 错误
4、。 知识点二| 原子核的衰变和半衰期 1原子核的衰变 (1)原子核放出 粒子或 粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。 (2)分类: 衰变: XY He; A ZA4Z24 2 衰变: XYe。 A ZAZ101 2半衰期 (1)定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 (2)衰变规律:NN0、mm0。 ( 1 2) ( 1 2) (3)影响因素:由原子核内部因素决定的,跟原子所处的物理化学状态无关。 判断正误 (1)半衰期与温度无关。() (2)如果某放射性元素的原子核有 100 个,经过一个半衰期后还剩 50 个。() (3)所有元素都可以发生衰变。() 考法 1 原子核
5、的衰变 1.(2019常德模拟)某一放射性物质发生衰变时放出 、 三种射线, 让这三种射线进入磁场,运动情况如图所示,下列说法正确 的是( ) A该放射性物质的半衰期随温度的升高会增大 BC粒子是原子核的重要组成部分 CA粒子一定带正电 DB粒子的穿透性最弱 C 半衰期由原子核本身决定,与外界因素无关,故 A 错误;由题图可知C粒子为电子, 而原子核带正电,故 B 错误;由左手定则可知,A粒子一定带正电,故 C 正确;B粒子为 射线,穿透性最强,故 D 错误。 2.Th(钍)经过一系列 衰变和 衰变,变成Pb(铅)。以下说法中错误的是( ) 2329020882 A铅核比钍核少 8 个质子 B
6、铅核比钍核少 16 个中子 C共经过 4 次 衰变和 6 次 衰变 D共经过 6 次 衰变和 4 次 衰变 C 设衰变次数为x, 衰变次数为y, 由质量数守恒和电荷数守恒得2322084x,90 822xy,解得x6,y4,C 错误,D 正确;铅核、钍核的质子数分别为 82、90,故 A 正确;铅核、钍核的中子数分别为 126、142,故 B 正确。 3.实验观察到,静止在匀强磁场中A点的原子核发生 衰变,衰变产生的新核与电子恰 在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹示意图如图所示,则( ) A轨迹 1 是电子的,磁场方向垂直纸面向外 B轨迹 2 是电子的,磁场方向垂直纸面向外 C轨迹 1 是
7、新核的,磁场方向垂直纸面向里 D轨迹 2 是新核的,磁场方向垂直纸面向里 D 根据动量守恒定律, 原子核发生 衰变后产生的新核与电子的动量大小相等, 设为p。 根据qvB,得轨道半径r,故电子的轨迹半径较大,即轨迹 1 是电子的,轨迹 2 mv2 r mv qB p qB 是新核的。根据左手定则,可知磁场方向垂直纸面向里。选项 D 正确。 考法指导 (1) 衰变和 衰变的比较 衰变类型 衰变 衰变 衰变方程XY He A ZA4Z24 2 X AZ1Y 01e A Z 2 个质子和 2 个中子 结合成一个整体射出 中子转化为质子和电子 衰变实质 2 H2 n He 1 11 04 2 n H
8、01e 1 01 1 匀强磁场 中轨迹形 状 衰变规律电荷数守恒、质量数守恒 (2) 射线: 射线经常是伴随着 衰变或 衰变同时产生的。 其实质是放射性原子核在发生 衰变或 衰变的过程中,产生的新核由于具有过多的 能量(原子核处于激发态)而辐射出光子。 考法 2 半衰期的理解与计算 4若元素A的半衰期为 4 天,元素B的半衰期为 5 天,则相同质量的A和B,经过 20 天 后,剩下的质量之比mAmB为( ) A3031 B3130 C12 D21 C 由mm0有mAm0,mBm0,得mAmB12。C 正确。 ( 1 2) ( 1 2) ( 1 2) 5(多选)(2019南通模拟)钍Th 具有放
9、射性,它能放出一个新的粒子而变为镤Pa, 2349023491 同时伴随有 射线产生,其方程为ThPaX,钍的半衰期为 24 天。则下列说法中正确 2349023491 的是( ) AX 为质子 BX 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的 C 射线是镤原子核放出的 D1 g 钍Th 经过 120 天后还剩 0.312 5 g 23490 BC 根据电荷数和质量数守恒知,钍核衰变过程中放出了一个电子,即 X 为电子,故 A 错误;发生 衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子时产生的,故 B 正确; 射线是镤原子核放出的,故 C 正确;钍的半衰期为 24 天,1 g 钍Th 经过 12
10、0 天即经过 5 个 23490 半衰期,故经过 120 天后还剩 0.031 25 g,故 D 错误。 考法 3 衰变中的动量守恒 6(多选)静止的铝原子核Al 俘获一速度为 2.8107 m/s 的质子 p 后,变为处于激发态 2713 的硅原子核Si。下列说法正确的是( ) 2814 A核反应过程中系统动量守恒 B俘获前质子的动能等于俘获后硅原子核的动能 C硅原子核的速度为 1.0106 m/s D硅原子核处于静止状态 AC 质子与铝原子核碰撞满足动量守恒,由动量守恒有 27m0m2.810728mv, 得碰后硅原子核速度v1.0106 m/s,碰撞是一个完全非弹性碰撞,机械能不守恒,A
11、、C 正 确,B、D 错误。 7.实验观察到静止在匀强磁场中A点的原子核U发生衰变, 衰变方程为UTh 238922389223490 He,两个新核的运动轨迹如图所示。则下列说法正确的是( ) 4 2 A钍核与 粒子半径之比是 145 B钍核与 粒子半径之比是 451 C钍核与 粒子半径之比是 146 D两原子核的运动轨迹应是两圆内切 A 上述核反应满足动量守恒,即p1p2p,由半径公式:R知,钍核与 粒 mv qB p qB 子半径之比等于其电量的倒数比, 即R1R2290145, 同种电荷轨迹为外切, 故 A 对, B、 C、D 错。 知识点三| 核反应与核能 1核力 (1)定义:原子核
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