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1、【步步高步步高】2014-2015】2014-2015 学年高中物理学年高中物理 第四章章末总结（含解析）粤第四章章末总结（含解析）粤教版选修教版选修 3-53-5一、对核反应方程及类型的理解 1四类核反应方程的比较名称核反应方程时间其它 衰变UTh He23892234904 2衰变 衰变ThPae23490234910 - 11896 年贝可勒尔裂变U nSrXe10 n1235921 09038136541 041MeV1938 年原子弹原理 聚变H H He n17.6 MeV2 13 14 21 0氢弹原理正电子Al HeP n27134 230151 0PSie3015301401
2、1934 年约里奥居里夫妇发现质子N HeO H14 74 217 81 1 1919 年卢瑟福人工转变发现中子Be HeC n9 44 212 61 0 1932 年查德威克2.解题时注意事项(1)熟记一些粒子的符号 粒子( He)、质子( H)、中子( n)、电子(e)、氘核( H)、氚核( H)4 21 11 00 - 12 13 1(2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒例 1 在下列四个核反应中，X 不表示中子的是_；属于原子核的人工转变的是_A.N HeOX14 74 217 8B.Al HePX27134 23015C. H
3、 H HeX2 13 14 2D.UXSrXe10X23592903813654解析 在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒，据此，可以判断未知粒子属于什么粒子，在 A 中，未知粒子的质量数为x：14417x，x1，其电荷数为y：728y，y1，即未知粒子是质子( H)；1 1对 B，未知粒子的质量数：27430x，x1，电荷数：13215y，y0，所以是中子( n)；对 C，未知粒子的质量数：234x，x1，电荷数：1 0112y，y0，也是中子( n)；对 D，未知粒子质量数1 0235x9013610x，x1，电荷数：92y385410y，y0，也是中子( n)
4、，1 0故方程中 X 不是中子的核反应只有 A.A、B 为原子核的人工转变答案 A AB二、半衰期及衰变次数的计算1半衰期：原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间计算公式：NN0( )n或mm0( )n，1 21 2其中n，T1/2为半衰期t T1/22确定衰变次数的方法(1) XYnHemeA ZAZ4 201根据质量数、电荷数守恒得AA4nZZ2nm二式联立求解得 衰变次数n和 衰变次数m.(2)根据 衰变和 衰变( 衰变质量数不变)直接求解例 2 (单选)某放射性元素经过 11.4 天有 的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为( )7 8A11.4 天 B7.6 天C5.7 天 D3
5、.8 天解析 根据( ) ，得3，因为t11.4 天，所以T1/23.8 天，选1 2t T1/21 8t T1/211.4 3D.答案 D例 3 图 1(单选)放射性元素U 衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而2389221083Bi 可以经一次衰变变成X(X 代表某种元素)，也可以经一次衰变变成21083210aTl，X 和Tl 最后都变成Pb，衰变路径如图 1 所示则( )b81210ab8120682Aa82，b211B.BiX 是 衰变，BiTl 是 衰变21083210a21083b81C.BiX 是 衰变，BiTl 是 衰变21083210a21083b81D.Tl
6、经过一次 衰变变成Pbb8120682解析 由BiX，质量数不变，说明发生的是 衰变，同时知a84.由21083210aBiTl 是核电荷数减 2，说明发生的是 衰变，同时知b206，由21083b81TlPb 发生了一次 衰变故选 B.2068120682答案 B三、核能的计算方法1利用质能方程来计算核能(1)根据核反应方程，计算核反应前与核反应后的质量亏损 m.(2)根据爱因斯坦质能方程Emc2或 Emc2计算核能方程 Emc2中若 m的单位用“kg” 、c的单位用“m/s” ，则 E的单位为“J” ；若 m的单位用“u” ，可直接用质量与能量的关系式 1 u 相当于 931.5 MeV
7、推算 E，此时 E的单位为“兆电子伏(MeV)” ，即原子质量单位 1 u 对应的能量为 931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用2利用平均结合能来计算核能原子核的结合能核子的平均结合能核子数核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能例 4 试计算用 粒子轰击铍( Be)核发现中子的核反应中所释放的能量(已知铍核、9 4碳核、 粒子和中子的质量分别为mBe9.012 19 u，mC12.000 u，m4.002 6 u，mn1.008 665 u1 u1.660 5661027kg)解析 核反应方程为 Be He6C
8、 nE，核反应中的质量亏损为9 44 2121 0mmBemmCmn9.012 19 u4.002 6 u12.000 0 u1.008 665 u0.006 125 uEmc20.006 125931.5 MeV5.705 MeV 或 E0.006 1251.660 5661027(3108)2 J9.151013 J答案 5.705 MeV(或 9.151013 J)例 5 (单选)已知氘核的平均结合能为 1.1 MeV，氦核的平均结合能为 7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时( )A释放出 4.9 MeV 的能量B释放出 6.0 MeV 的能量C释放出 24.0 MeV 的能量D吸
9、收 4.9 MeV 的能量解析 依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为 H H He，因氘2 12 14 2核的平均结合能为 1.1 MeV，氦核的平均结合能为 7.1 MeV，故氘核的结合能为E121.1 MeV，氦核的结合能E247.1 MeV，于是吸收的能量为E2E1E224.0 MeV，式中负号表示释放核能，故选 C.答案 C四、原子核物理与动量、能量相结合的综合问题1核反应过程中满足四个守恒：质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒、能量守恒2核反应过程若在匀强磁场中发生，粒子在磁场中做匀速圆周运动，衰变后的新核和放出的粒子( 粒子、 粒子)形成外切圆或内切圆例 6 用中子轰击锂
10、核( Li)发生核反应，生成氚核( H)和 粒子，并放出 4.8 MeV6 33 1的能量(1)写出核反应方程(2)求出质量亏损(3)若中子和锂核是以等大反向的动量相碰，则氚核和 粒子的动能比是多少？(4) 粒子的动能是多大？解析 (1)核反应方程为 Li n H He4.8 MeV6 31 03 14 2(2)依据 Emc2得m u0.005 2 u4.8 931.5(3)根据题意有m1v1m2v2式中m1、m2、v1、v2分别为氚核和 粒子的质量和速度，由上式及动能Ek，可得p2 2m它们的动能之比为Ek1Ek2m2m143.p2 2m1p2 2m21 2m11 2m2(4) 粒子的动能E
11、k2 (Ek1Ek2) 4.8 MeV2.06 MeV3 73 7答案 (1) Li n H He4.8 MeV6 31 03 14 2(2)0.005 2 u (3)43 (4)2.06 MeV1(单选)下列说法不正确的是( )A. H H He n 是聚变2 13 14 21 0B.U nXeSr2 n 是裂变235921 01405494381 0C.RaRn He 是 衰变22688222864 2D.NaMge 是裂变2411241201答案 D解析 原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变衰变是指原子核放出 粒子或 粒子后，变成新的原子核的变化，如本题中的 C 和 D 两选项
12、原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下产生新的原子核的过程裂变是重核分裂成质量较小的核，如 B 选项聚变是轻核结合成质量较大的核，如 A 选项由上述可知 D 选项是错误的2(单选)一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m.那么下列说法中正确的有( )A经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了B经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有m/4 发生了衰变C经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8D经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M/2答案 C解析 经过两个半衰期后铀元素的质量还剩m/4，A、B 项均错误；经过三个半衰期后，铀元素的质量还剩m/8，C 项正确；经过一个半衰期后该矿石的质量
13、剩下M ，故 Dm 2项错误3(双选)图 2U 放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi 可以经一238922108321083次衰变变成X(X 代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Tl，X 和Tl210ab81210ab81最后都变成Pb，衰变路径如图 2 所示则图中的( )20682Aa84，b206B是 衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的C是 衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的D.U 经过 10 次 衰变，8 次 衰变可变成Pb2389220682答案 AB解析 是 衰变，是 衰变，因此a84，b206，U 经过 10 次 衰变和238928 次
14、 衰变可变成质量数为 206，电荷数为 86 的元素4一个铀核衰变为钍核时释放出一个 粒子，已知铀核的质量为 3.853 1311025 kg，钍核的质量为 3.786 5671025 kg， 粒子的质量为 6.646 721027 kg.在这个衰变过程中释放出的能量等于_J(保留两位有效数字)答案 8.71013解析 因为 mmUmThm3.853 1311025 kg3.786 5671025 kg6.646 721027 kg9.71030 kg故 Emc29.71030(3108)2 J8.71013 J5两个动能均为 1 MeV 的氘核发生正面碰撞，引起如下反应： H H H H.2
15、 12 13 11 1(1)此核反应中放出的能量 E为_(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氚核具有的动能是_(已知mH2.013 6 u，mH3.015 6 u，mH1.007 3 u)2 13 11 1答案 (1)4.005 MeV (2)1.001 MeV解析 (1)此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为：m(22.013 63.015 61.007 3) u0.004 3 u，Emc20.004 3931.5 MeV4.005 MeV.(2)因碰前两氘核动能相同，相向正碰，故碰前的总动量为零因核反应中的动量守恒，故碰后质子和氚核的总动量也为零设其动量分别为p1、p2，必有p1p2.设碰后质子和氚核的动能分别为Ek1和Ek2，质量分别为m1和m2.
