发布时间 : 星期一 文章2018版高中物理第三章原子核章末整合导学案教科版选修3-5更新完毕开始阅读
第三章 原子核
章末整合
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 衰变 α衰变 β衰变 裂变 238 92234 90235 92核反应方程 U―→ 90Th＋2He 234 91 0－12344时间 1896年 其它 贝可勒尔 原子弹 原理 氢弹原理 约里奥— 居里夫妇 卢瑟福 查德威克 Th―→Pa＋e 190136U＋0n―→38Sr＋ 54Xe ＋100n＋141 MeV 2111938年 聚变 2713H＋1H―→2He＋ 1034n＋17.6 MeV 4301 正电子 人工转变 发现质子 发现中子 2.解题时注意事项 Al＋2He―→15P＋0n 3015P―→14Si＋＋1e 417130 01934年 1919年 1932年 14 794N＋2He―→ 8O＋1H 4121Be＋2He―→ 6C＋0n (1)熟记一些粒子的符号
α粒子(2He)、质子(1H)、中子(0n)、电子(－1e)、氘核(1H)、氚核(1H)
(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】 (多选)在下列四个核反应中，X表示中子的是( ) 属于原子核的人工转变的是( ) A. 7N＋2He―→ 8O＋X B.13Al＋2He―→15P＋X C.1H＋1H―→2He＋X
D. 92U＋X―→38Sr＋ 54Xe＋10X 答案 BCD AB
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：14＋4＝17＋x，x＝1，其电荷数为：7＋2＝8＋y，y＝1，即未知粒子是质子(1H)；对B，未知粒子的质量数：27＋4＝30＋x，x＝1，其电荷数为：13＋2＝15＋y，y＝0，所以是中子(0n)；对C，未知粒子的质量数为：2＋3＝4＋x，x＝1，电荷数为：1＋1＝2＋y，y＝0，也是中子(0n)；对D，未知粒子质量数为235＋x＝90＋136＋10x，x＝1，电荷数为：92＋y＝38＋54＋10y，y＝0，也是中子(0n)，故方程中X是中子的核反应为B、C、D.其中A、B为原子核的人工转变． 针对训练1 完成下列核反应方程． A. 7N＋2He―→ 8O＋________ B.15P―→14Si＋________
C. 92U＋0n―→38Sr＋ 54Xe＋________ D.1H＋1H―→________＋0n
其中属于衰变的是________，属于人工转变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________． 答案 1H
1
0
＋1
2
3
1
235
1
90
136
30
30
14
4
17
1
1
1
1
235
90
136
2
3
4
27
4
30
14
4
17
4
1
1
0
2
3
e 100n 2He B A C D
14
解析 根据电荷数守恒和质量数守恒可完成核反应方程，然后由核反应的类型即可判断出反应的类型．
二、半衰期及衰变次数的计算
1．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．
t?1?n?1?n计算公式：N＝N0??或m＝m0??，其中n＝，
τ?2??2?τ为半衰期．
2．确定衰变次数的方法
(1)ZX―→Z′Y＋n2He＋m－1e 根据质量数、电荷数守恒得
AA′4 0
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m
二式联立求解得α衰变次数n和β衰变次数m.
(2)根据α衰变和β衰变(β衰变质量数不变)直接求解．
【例2】 一个 83Bi原子核中含有的中子数是多少个？ 83Bi具有放射性，现有 83Bi元素16 g，经15天，该元素还剩2 g，则该元素的半衰期为多少天？ 答案 127 5
15?1?n210
解析 一个 83Bi原子核中含有的中子个数为210－83＝127.根据m余＝m原??知n＝3＝，
τ?2?所以τ＝5天． 针对训练2
放射性元素 92U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成 83Bi，而 83Bi可以经一次衰变变成 aX(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成81Tl， aX和81Tl最后都变成 82Pb，衰变路径如图1所示．则( )
210
b210
b206
238
210
210
210
210
210
图1
A．a＝82，b＝211
B. 83Bi―→ aX是β衰变， 83Bi―→81Tl是α衰变 C. 83Bi―→ aX是α衰变， 83Bi―→81Tl是β衰变 D.81Tl经过一次α衰变变成 82Pb 答案 B
解析 由 83Bi―→ aX，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a＝84.由 83Bi―→81Tl是核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b＝206，由 81Tl―→ 82Pb发生了一次β衰变．故选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Δm.
(2)根据爱因斯坦质能方程E＝mc或ΔE＝Δmc计算核能．方程ΔE＝Δmc中若Δm的单位用“kg”、c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”；若Δm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推算ΔE，此时ΔE的单位为“兆电子伏(MeV)”，
2
2
2
206
206
210
210
210
b b206
210
210
210
b210
210
210
b即1 u＝1.66×10
－27
kg，相当于931.5 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3】 试计算用α粒子轰击铍(4Be)核发现中子的核反应中所释放的能量．(已知铍核、碳核、α粒子和中子的质量分别为mBe＝9.012 19 u，mC＝12.000 u，mα＝4.002 6 u，mn＝1.008 665 u．1 u＝1.660 566×10答案 5.705 MeV(或9.15×10
9
4
－13
－279
kg)
J)
12
1
解析 核反应方程为4Be＋2He―→ 6C＋0n＋ΔE，核反应中的质量亏损为Δm＝mBe＋mα－mC－
mn＝9.012 19 u＋4.002 6 u－12.000 0 u－1.008 665 u＝0.006 125 u，ΔE＝Δmc2＝0.006
125×931.5 MeV≈5.705 MeV或ΔE＝0.006 125×1.660 566×10
－13
－27
×(3×10) J≈9.15×10
82
J.
针对训练3 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 C．释放出24.0 MeV的能量 答案 C
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1H＋1H―→2He，因氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，故核反应过程释放能量．ΔE＝4×7.1 MeV－2×2×1.1 MeV＝24.0 MeV，故选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．静止核在磁场中自发衰变：轨迹为两相切圆，α衰变时两圆外切，β衰变时两圆内切，根据动量守恒m1v1＝m2v2和r＝知，半径小的为新核，半径大的为α粒子或β粒子，其特点对比如下表：
匀强磁场中轨迹 α衰变 AZ2
2
4
B．释放出6.0 MeV的能量 D．吸收4.9 MeV的能量
mvqBX―→Z－2Y＋2He A－44两圆外切，α粒子半径大 β衰变 AZX―→Z＋1Y＋－1e A 0匀强磁场中轨迹 两圆内切，β粒子半径大