《新高考物理一轮复习知识梳理+分层练习专题77 原子核物理（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新高考物理一轮复习知识梳理+分层练习专题77 原子核物理（含解析）（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2023届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练专题77 原子核物理导练目标导练内容目标1原子核的衰变和半衰期目标2核反应方程与核能的计算【知识导学与典例导练】一、 原子核的衰变和半衰期1.三种射线的比较种类射线射线射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)电荷量2e-e0质量4mp,mp=1.6710-27 kg静止质量为零速度0.1c0.99cc在电场、磁场中偏转与射线偏转方向相反不偏转贯穿本领最弱,用纸能挡住较强,能穿透几毫米的铝板最强,能穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱2.衰变、衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变方程Hee衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子
2、转化为1个质子和1个电子H+Hee衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒3.衰变次数的计算方法若Y+He+e则A=A+4n,Z=Z+2n-m解以上两式即可求出m和n。4.半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,对个别或少量原子核,无半衰期可言。(2)根据半衰期的概念,可总结出公式N余=N原,m余=m原。式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t表示衰变时间,表示半衰期。【例1】陶寺遗址是尧的都城，是最早的“中国”，在发掘中采用了碳十四测年技术等多项科技手段来判断陶寺文化的绝对年代。的衰变方程为，下列说法正确
3、的是（）A衰变方程中的X是中子B需吸收能量才能发生衰变C随着的不断衰变，其半衰期会逐渐变长D与X的质量之和小于的质量【答案】D【详解】A据质量数守恒和电荷数守恒可知，X为，即电子，A错误；B发生的为衰变，自发进行，会放出能量，B错误；C的半衰期由原子核内部结构决定，与所处的物理、化学环境无关，不会变长，C错误；D由于衰变过程放出能量，发生质量亏损，可知与X的质量之和小于的质量，D正确。故选D。【例2】花岗岩、砖砂、水泥及深层地下水等物质会释放氡气。氡气被吸入人体后会形成内照射，对人体的危害仅次于吸烟。氡的同位素中对人体危害最大的是氡及其衰变产物，氡的衰变链为：，其中氡的半衰期为3.8天。关于氡
4、的衰变，下列说法正确的是（）A将抽取的深层地下水煮沸后，氡会更快地衰变掉B衰变过程只发生了衰变C每经过3.8天，将有半数的氡衰变为铅D一个氡核每经过一个衰变链，共发生了3次衰变、2次衰变【答案】D【详解】A半衰期不随外界温度、压强变化，由原子核自身决定，A错误；B由衰变方程可知衰变过程除了发生了衰变，还发生了衰变，B错误；C每经过3.8天，将有半数的氡衰变为，衰变为的更少，C错误；D氡核比铅核少12个核子，由于衰变时质量数不变，由此可确定衰变的次数，即222210 = 4n得n = 3可得衰变为x = 82(863 2) = 2，D正确。故选D。二、 核反应方程与核能的计算1.核反应的四种类型
5、类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发ThHe衰变自发ThPae人工转变人工控制HeH(卢瑟福发现质子)HeBen(查德威克发现中子)AlHen(约里奥-居里夫妇发现放射性同位素)Sie重核裂变比较容易进行人工控制BaKr+nXeSr+1n轻核聚变很难控制Hen2.核反应方程的书写(1)熟记常见粒子的符号是正确书写核反应方程的基础。如质子H)、中子n)、粒子He)、粒子e)、正电子e)、氘核H)、氚核H)等。(2)掌握核反应方程遵循的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据。由于核反应不可逆,因此书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向。(3)核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒
6、。3.核能的计算方法(1)根据E=mc2计算,计算时m的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,E的单位是“J”。(2)根据E=m931.5 MeV/u计算。因1原子质量单位(1 u)相当于931.5 MeV,所以计算时m的单位是“u”,E的单位是“MeV”。(3)根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能=核子比结合能核子数。4.对质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,即E=mc2。方程的含义:物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系,物体的能量增大,质量也增大;物体的能量减少,质量也减少。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损m,其能量也要相应减
7、少,即E=mc2。(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加m,吸收的能量为E=mc2。【例3】一个中子被捕获后生成和的过程中释放出的核能。已知真空中的光速为，则下列有关叙述正确的是（）A该反应属于原子核的裂变B没有放射性C该反应过程中的质量亏损为D的比结合能为【答案】A【详解】A由质量数守恒、电荷数守恒可得，核反应方程为该反应属于原子核的裂变，故A正确；B原子序数大于83的所有天然存在的元素都具有放射性，有放射性，故B错误；C已知真空中光速为c，根据可得反应过程中的质量亏损为故C错误；D的结合能并不是它衰变时放出的能量，所以的比结合能不是，故D错误。故选A。【例4】位于合肥市科
8、学岛上的东方超环（EAST）（俗称“人造小太阳”）是中国科学院等离子体物理研究所自主设计、研制并拥有完全知识产权的磁约束核聚变实验装置，是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克。该装置主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程+。假设两个氘核以相同大小的速度沿同一直线相向碰撞，聚变反应释放的能量全部转化为两个新核的动能，分别用mH、mHe、mn，表示、的质量，用c表示光速，则下列说法正确的是（）A反应后中子与氦核的动能之比为B反应后中子和氦核的速度大小之比为C该聚变反应中释放的核能为（2mHmHemn）c2D氘核聚变成氦核的过程中，核子的平均质量减小【答案】ACD【详解】AB由于反应
9、前两个氘核速度方向相反，所以系统初动量为零，核反应过程中内力远大于外力，动量守恒，所以生成的氦核与中子的合动量也为零，设反应后中子和氦核的速度大小分别为vn和vHe，则解得所以反应后中子与氦核的动能之比为故A正确，B错误；C根据质能方程可得该聚变反应中释放的核能为故C正确；D氘核聚变成氦核的过程中，核子数守恒，但由于释放了核能，所以存在质量亏损，则反应后核子的平均质量减小，故D正确。故选ACD。【多维度分层专练】1稀土是我国重要的矿产资源，稀土储量和稀土产品年出口量均居世界第一位。我国稀土矿体大致分为三类：一类是氟碳铈矿；二类是独居石；三类是离子吸附型矿。各类稀土矿不同程度地伴有天然放射性核素
10、钍系和轴系，其中包含如下核反应方程：；。下列说法正确的是（）A的比结合能比的比结合能大BX的穿透能力比Y的穿透能力强CY是Ra核中的一个中子转化成一个质子时产生的D两个核反应都属于核裂变反应【答案】C【详解】BD由核反应方程满足质量数、核电荷数守恒可知，X为粒子，Y为粒子，X的穿透能力较弱，为衰变，为衰变，故BD错误；A由是衰变，衰变过程要释放能量，生成物Ac比反应物Ra更加稳定，所以生成物的比结合能比反应物的比结合能大，故A错误；C衰变的实质是原子核中的一个中子转化成一个质子和一个电子，故C正确。故选C。2心脏起搏器使用“氚电池”供电，是利用了氚核（）发生衰变过程释放的能量，衰变方程为，已知
11、氚核的半衰期为12.5年。氚核与其同位素氘核（）在一定条件下可以发生反应，反应方程为。下列说法正确的是（）A新核X是氘核（）B氚核（）发生衰变时，质量和电荷数都守恒C若有质量为100g的氚核，经过25年后，剩余氚核的质量为25gD是核聚变方程，核电站利用该核反应获得核能【答案】C【详解】A根据质量数守恒和电荷数守恒，可知新核X是，故A错误；B氚核（）发生衰变时，质量数和电荷数都守恒，但质量不守恒，故B错误；C根据可得故C正确；D核反应方程式H+HHe+n，属于核聚变（或热核反应），核电站利用核裂变获得核能，故D错误。故选C。3我国设计的“玉兔号”月球车上应用了钚238小型核能电池。已知钚（）在
12、衰变的过程中放出一个电子，生成新原子核镅（Am）。若钚（）的比结合能为E1，镅（Am）的比结合能为E2下列说法正确的是（）A衰变方程为B原子核镅（Am）有145个中子C衰变过程中释放的核能为238（）D月球昼夜温差大会影响钚238的半衰期【答案】C【详解】A核反应不是化学反应，不能用“=”，故A错误；B根据核电荷数和质量数守恒可知衰变方程为，所以原子核销（Am）有95个质子，143个中子，故B错误；C为钚（）的比结合能，为镅（Am）的比结合能，衰变过程中释放的核能为238（），故C正确；D钚238的半衰期由原子核本身因素决定，与月球昼夜温差无关，故D错误。故选C。4我国“华龙一号”是当前核电市
13、场接受度最高的三代核电机型之一，其全面建成有力支撑了我国由核电大国向核电强国跨越。核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X是某种粒子，a是X粒子的个数，用mU、mBa、mKr分别表示、核的质量，mX表示X粒子的质量，c为真空中的光速，以下说法正确的是（）A的结合能小于与的结合能之和BX为中子，a = 2C的比结合能比的大D上述核反应中放出的核能DE = (mUmBamKr3mX)c2【答案】A【详解】A核裂变要释放能量，则核裂变产物与的结合能之和一定大于原来重核的结合能，A正确；B由电荷数守恒知X的电荷数为0，故X为中子，由质量数守恒知a
14、= 3，B错误；C核裂变过程释放能量，比结合能变大，则的比结合能比的小，C错误；D由题意知，核反应过程中的质量亏损Dm = mUmBamKr2mX由质能方程可知，释放的核能DE = (mUmBamKr2mX)c2，D错误。故选A。52019年1月3日，“玉兔二号”月球车与“嫦娥四号”着陆器分离，实现月球背面着陆。“玉兔二号”搭载了一块核电池，利用Pu衰变为U释放能量，可在月夜期间提供一定的电能。已知Pu的质量为，U的质量为，真空中的光速为c，下列说法正确的是（）APu发生衰变后产生的新核为U BPu衰变为U，中子数减少2C温度升高时，Pu的衰变会加快DPu衰变为U释放的能量为【答案】B【详解】APu衰变为U，根据质量数守恒与电荷数守恒可知衰变方程为PuUHe则发生的是衰变，其质量数减少4，核电荷数减少2，则中子数减少2，A错误；BPu衰变为U，其中子数减少2，质量数减少4，核电荷数减少2，B正确；C半衰期与外界因素无关，即温度升高时，Pu的衰变快慢不变，C错误；D核反应过程中的质量亏损为核反应过程中释放的能量D错误。故选B。6幽门螺杆菌很容易诱发胃肠疾病，临床上常用的检测方法之一是做碳14（）呼气试验。被检者口服含的胶囊
