高考物理一轮复习 第13章 原子物理 第3讲 讲义人教版浙江Word文件下载.docx

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电子

　e

较强

γ射线

光子

γ

（3）放射性同位素的应用与防护

①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.

②应用：

消除静电、工业探伤、做示踪原子等.

③防护：

防止放射性对人体组织的伤害.

2.原子核的组成

（1）原子核由质子（H）和中子（n）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

①核电荷数＝质子数（Z）＝元素的原子序数＝核外电子数.

②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.

（4）同位素：

具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素.

3.原子核的衰变、半衰期

（1）原子核的衰变

①原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变.

②分类

α衰变：

X→Y＋He

β衰变：

X→Y＋e

γ衰变：

当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射.

③两个典型的衰变方程

U→Th＋He

Th→Pa＋　e.

（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影响因素：

放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.

（3）公式：

N余＝N原·

（）

m余＝m原·

t表示衰变时间

τ表示半衰期.

4.裂变反应和聚变反应、裂变反应堆　核反应方程

（1）重核裂变

质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程.

②典型的裂变反应方程

U＋n→Kr＋Ba＋3n.

③链式反应：

由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程.

④临界体积和临界质量：

裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量.

⑤裂变的应用：

原子弹、核反应堆.

⑥反应堆构造：

核燃料、减速剂、镉棒、防护层.

（2）轻核聚变

两个轻核结合成质量较大的核的反应过程.轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应.

②典型的聚变反应方程

H＋H→He＋n＋17.6MeV

（3）人工转变

卢瑟福发现质子：

N＋He→O＋H

查德威克发现中子：

He＋Be→C＋n

居里夫妇发现放射性同位素、正电子：

Al＋He→P＋n

P→Si＋e

1.[三种射线的比较]天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图1所示，由此可推知（　　）

图1

A.②来自于原子核外的电子

B.①的电离作用最强，是一种电磁波

C.③的电离作用较强，是一种电磁波

D.③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子

答案　D

解析　三种射线均来自于原子核内，A错误；

从图中可看出，一张纸能挡住①射线，则①射线一定是α射线，其贯穿本领最差，电离能力最强，但不是电磁波，而是高速粒子流，B错误；

铝板能挡住②，而不能挡住③，说明③一定是γ射线，其电离能力最弱，贯穿本领最强，是一种电磁波，属于原子核内以能量形式释放出来的以光速运行的高能光子，D正确.

2.[原子核结构]在α粒子轰击金箔的散射实验中，α粒子可以表示为He，He中的4和2分别表示（　　）

A.4为核子数，2为中子数

B.4为质子数和中子数之和，2为质子数

C.4为核外电子数，2为中子数

D.4为中子数，2为质子数

答案　B

解析　根据He所表示的物理意义，原子核的质子数决定核外电子数，原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数.原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和，即为核内的核子数.元素符号的左下角表示的是质子数或核外电子数，即为2，左上角表示的是核子数，即为4，故B正确.

3.[原子核的衰变]（多选）天然放射性元素Th（钍）经过一系列α衰变和β衰变之后，变成Pb（铅）.下列诊断中正确的是（　　）

A.衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变

B.铅核比钍核少8个质子

C.β衰变所放出的电子来自原子核外

D.钍核比铅核多24个中子

答案　AB

解析　由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数，x＝＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数，2x－y＝90－82＝8，y＝2x－8＝4，钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子，由于物质的衰变与元素的化学状态无关，所以β衰变所放出的电子来自原子核内，n→H＋e，所以A、B正确.

4.[半衰期]关于半衰期，以下说法正确的是（　　）

A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长

B.升高温度可以使半衰期缩短

C.氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个

D.氡的半衰期为3.8天，若有4g氡原子核，经过7.6天就只剩下1g

解析　考虑到放射性元素衰变的快慢跟原子所处的物理状态或化学状态无关，又考虑到半衰期是一种统计规律，即给定的四个氡核是否马上衰变会受到各种偶然因素的支配，A、B、C错误.m余＝m原·

＝4×

g＝1g，故D正确.

5.[核反应方程]核反应方程Be＋He→C＋X中的X表示（　　）

A.质子B.电子C.光子D.中子

解析　设X的质子数为m，质量数为n.则有4＋2＝m＋6,9＋4＝12＋n，所以m＝0，n＝1，即X为中子，故A、B、C错误，D正确.

6.[核反应方程]（多选）能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一.下列释放核能的反应方程，表述正确的有（　　）

A.H＋H→He＋n是核聚变反应

B.H＋H→He＋n是β衰变

C.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变反应

D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是α衰变

答案　AC

解析　β衰变时释放出电子（e），α衰变时释放出氦原子核（He），可知选项B、D错误；

选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子，是典型的核聚变反应；

选项C中一个U235原子核吸收一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子，是核裂变反应，选项A、C正确.

考点二　核力与核能

1.核力：

原子核内部，核子间所特有的相互作用力.

2.核能

（1）核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2.

（2）原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2.

3.核能释放的两种途径的理解

（1）使较重的核分裂成中等大小的核；

（2）较小的核结合成中等大小的核.核子的比结合能都会增大，都可以释放能量.

7.[核能的理解]（多选）关于原子核的结合能，下列说法正确的是（　　）

A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量

B.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能

C.铯原子核（Cs）的结合能小于铅原子核（Pb）的结合能

D.比结合能越大，原子核越不稳定

E.自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能

答案　ABC

解析　由原子核的结合能定义可知，原子核分解成自由核子时所需的最小能量为原子核的结合能，选项A正确；

重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大，衰变前后核子数不变，因此原子核衰变产物的结合能之和一定大于衰变前的结合能，选项B正确；

铯原子核的核子数少，因此其结合能小，选项C正确；

比结合能越大的原子核越稳定，选项D错误；

自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项E错误.

8.[核能的计算]质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是（c表示真空中的光速）（　　）

A.（m1＋m2－m3）c　　　　　　B.（m1－m2－m3）c

C.（m1＋m2－m3）c2D.（m1－m2－m3）c2

答案　C

解析　由质能方程ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3

可得ΔE＝（m1＋m2－m3）c2，选项C正确.

考点三　探测射线的方法　放射性的应用与防护

1.探测射线的方法

（1）射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡.

（2）射线中的粒子会使照相乳胶感光.

（3）射线中的粒子会使荧光物质产生荧光.

2.放射性同位素的应用与防护

（1）放射性同位素：

（2）放射性同位素的应用

一是应用它的射线.二是作示踪原子.

（3）辐射与安全

人类一直生活在有放射性的环境之中，过量的射线对人体组织有破坏作用.要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染.

9.[放射性的应用]在工业生产中，某些金属材料内部出现的裂痕是无法直接观察到的，如果不能够发现它们，可能会给生产带来极大的危害.自从发现放射线以后，就可以利用放射线进行探测，这是利用了（　　）

A.α射线的电离作用

B.β射线的带电性质

C.γ射线的贯穿本质

D.放射性元素的示踪本领

解析　放射性同位素的应用是沿着利用它的射线和作为示踪原子两个方向开展的，放射性同位素放出α、β、γ射线，γ射线的贯穿本领最强，可以用来金属探伤，A、B、D错误，C正确.

10.[放射性的探测]将威耳逊云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核P放出一个正电子后变成原子核Si，如图所示能近似反映正电子和Si核轨迹的是（　　）

解析　把放出的正电子和衰变生成物Si核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，放出的正电子的运动方向跟Si核运动方向一定相反.由于它们都带正电荷，在洛伦兹力作用下的运动轨迹是两个外切圆，C、D可排除.

因为洛伦兹力提供向心力，即qvB＝m.

所以做匀速圆周运动的半径r＝.

衰变时，放出的正电子与反冲核Si的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即＝＝.可见正电子运动的圆半径较大.

练出高分

基础巩固题组

1.关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是（　　）

A.α射线是原子核自发放出的氦核，它的穿透能力最强

B.β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力

C.γ射线一般随着α或β射线产生，它的穿透能力最强

D.γ射线是电磁波，它的穿透能力最弱

解析　α、β、γ三种射线有不同的性质，了解这三种射线的性质可知C正确.

2.下列说法中正确的是（　　）

A.裂变又叫链式反应

B.太阳上现在正在进行着激烈的裂变反应

C.大亚湾核电站是利用裂变反应发电的

D.秦山核电站是利用聚变反应发电的

解析　裂变反应并不是链式反应，故A错误.太阳上进行的反应是聚变反应，故B错误.核电站是利用裂变反应发电的，目前还没有利用聚变反应发电的核电站，故C正确，D错误.

3.下列核反应方程中，属于α衰变的是（　　）

A.N＋He→O＋HB.U→Th＋He

C.H＋H→He＋nD.Th→Pa＋e

解析　α衰变是重核自发的发出α粒子的天然放射现象，其中α粒子是He，所以B正确；

A为人工转变，C为轻核的聚变，D是β衰变，故A、C、D皆错误.

4.重核的裂变和轻核的聚变是人类利用原子核能的两种主要方法.下列关于裂变和聚变的说法正确的是（　　）

A.裂变和聚变过程都有质量亏损

B.裂变过程有质量亏损，聚变过程质量有所增加

C.裂变过程质量有所增加，聚变过程质量有所减少

D.裂变和聚变过程质量都有所增加

答案　A

5.以下几个核反应中，X代表α粒子的反应式是（　　）

A.He＋Be→C＋X

B.Th→Pa＋X

C.H＋H→n＋X

D.P→Si＋X

解析　A中X为n，B中X为e，D中X为e，可知A、B、D错误，C中X为α粒子，C正确.

6.Th（钍核）经过6次α衰变和4次β衰变后变成铅核，则（　　）

A.铅核的符号为Pb，它比Th少8个中子

B.铅核的符号为Pb，它比Th少16个中子

C.铅核的符号为Pb，它比Th少16个中子

D.铅核的符号为Pb，它比Th少12个中子

解析　设铅的质量数为M，核电荷数为Z，则由质量数守恒可得M＝232－6×

4＝208，由核电荷数守恒可得Z＝90－6×

2＋4×

1＝82.则铅的中子数N1＝208－82＝126，钍的中子数N2＝232－90＝142.所以铅核的中子数比钍核的中子数少16个.C正确.

7.下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是（　　）

A.γ射线是高速运动的电子流

B.氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大

C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变

D.Bi的半衰期是5天，100克Bi经过10天后还剩下50克

解析　β射线是高速电子流，而γ射线是一种电磁波，选项A错误.氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B正确.太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C错误.10天为两个半衰期，剩余的Bi为100×

g＝100×

（）2g＝25g，选项D错误.

8.放射性元素发生衰变时会放出射线，若在垂直于射线射出的方向上加一匀强电场，射线在电场中被分为a、b、c三束，如图1所示，则其中（　　）

A.a为β射线，b为α射线

B.a为α射线，c为β射线

C.利用α射线可检查金属内部有无裂纹

D.利用γ射线照射可使种子发生变异，培育出新的优良品种

解析　根据射线在电场中的偏转可判断出a为α射线，b为β射线，c为γ射线，由各种射线的特点知D正确.

9.一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出196MeV的能量，则1g纯U完全发生核反应时放出的能量为（NA为阿伏加德罗常数）（　　）

A.NA×

196MeVB.235NA×

196MeV

C.235×

196MeVD.×

解析　由于1mol的铀核质量为235g,1g铀235的摩尔数为，因此1g铀235释放的能量E＝×

196MeV，故D正确.

10.（多选）下列说法正确的是（　　）

A.玛丽·

居里首先提出原子的核式结构模型

B.卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子

C.查德威克在原子核人工转变实验中发现了中子

D.爱因斯坦为解释光电效应实验提出了光子说

答案　CD

解析　玛丽·

居里确认放射现象的起因在于原子内部，而不是提出原子的核式结构模型，故A错误.卢瑟福在α粒子散射实验中并没有发现电子，故B错误.据物理史实可知C、D正确.

11.（多选）某原子核内有N个核子，其中包含有中子n个，当该核俘获1个中子后，放出1个α粒子和1个β粒子，它自身转化成一个新核，可知这个新核（　　）

A.有n－1个中子

B.有n－2个中子

C.核子数是N－3

D.原子序数是N－n－2

答案　BC

解析　通过分析知核子的个数n1＝N－4＋1＝N－3，中子的个数n1＝n－2，原子序数n3＝N－n－1.

12.（多选）下列应用是把放射性同位素作为示踪原子的是（　　）

A.利用钴60治疗肿瘤等疾病

B.γ射线探伤

C.利用含有放射性碘131的油检测地下输油管的漏油情况

D.把含有放射性元素的肥料施给农作物用以研究农作物吸收养分的规律

解析　利用钴60治疗肿瘤和利用γ射线探伤是利用钴60或γ射线能量高、贯穿本领大的特点，故A、B错误；

C、D是利用放射性同位素作为示踪原子，故C、D正确.

能力提升题组

13.完成下列核反应方程，并说明其反应类型：

（1）U＋n→Xe＋38Sr＋，属反应；

（2）Rn→Po＋，属反应；

（3）H＋H→＋n，属反应.

答案　

（1）2n　裂变　

（2）He　α衰变　（3）He　聚变

14.钋210经α衰变成稳定的铅，其半衰期为138天.质量为64g的钋210经过276天后，还剩多少克钋？

生成了多少克铅？

写出核反应方程.

答案　16g　47.09g　Po→Pb＋He

解析　核反应方程为：

Po→Pb＋He.

276天为钋的2个半衰期，还剩的钋没有衰变，故剩余钋的质量mPo＝×

64g＝16g.

生成铅的质量m＝×

48g≈47.09g.

15.已知氘核的质量为2.0136u，中子的质量为1.0087u，He核的质量为3.0150u.

（1）写出两个氘核聚变成He核的反应方程.

（2）计算上述反应中释放的核能.

（3）若两个氘核以相等的动能0.35MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的He核和中子的动能各是多少？

答案　

（1）H＋H→He＋n　

（2）3.26MeV

（3）0.99MeV　2.97MeV

解析　

（1）核反应方程为H＋H→He＋n.

（2）核反应中的质量亏损

Δm＝2.0136u×

2－（3.0150u＋1.0087u）＝0.0035u

释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.0035×

931.5MeV

≈3.26MeV.

（3）设He核和中子的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，则由动量守恒定律及能量守恒定律得

m1v1－m2v2＝0，Ek1＋Ek2＝2Ek0＋ΔE，解得

Ek1＝（2Ek0＋ΔE）＝×

（2×

0.35＋3.26）MeV

＝0.99MeV

Ek2＝（2Ek0＋ΔE）＝×

0.35＋3.26）MeV＝2.97MeV.