2020-2021学年高中物理-阶段复习课5-原子核学案-新人教版选择性必修3.doc

2020-2021学年高中物理 阶段复习课5 原子核学案 新人教版选择性必修3

2020-2021学年高中物理 阶段复习课5 原子核学案 新人教版选择性必修3

年级：
姓名：

- 8 -

原子核
核心整合·思维导图
必备考点·素养评价
素养一　物理观念
考点原子核
1.天然放射性的发现:
(1)说明了原子核是可分的、是有结构的。
(2)原子核的组成:
①质子;②中子。
2.原子核:
物理观念
情境
核反应方程
意义或性质
放射
现象
三种
射线
XYHe

XYe
α射线,速度为光速的,其电离能力强,穿透能力较差。
β射线,速度为光速的99%,穿透能力较强,电离能力较弱。
γ射线是能量很高的电磁波,电离作用更小,穿透能力更强。
核
反
应
核
能
核能
核力:短程力,只与邻近核子发生作用
结合能:由分散的核子结合成原子核的过程中所释放的能量
比结合能(平均结合能):比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定
爱因斯坦质能方程:E=mc2或ΔE=Δmc2
人工转变
NHeOH
BeHeCn
(1)质子和中子的发现
(2)原子核的组成
核裂变
UnBaKr+n

核聚变
HHHen
(1)轻核聚变产能效率高。
(2)地球上聚变燃料的储量丰富。
(3)轻核聚变更为安全、清洁。
3.原子核的关键词的转化:

【素养评价】
1.(多选)用中子轰击U原子核,发生一种可能的裂变反应,其裂变方程为Un→XSr+n,则以下说法中正确的是(　　)
A.X原子核中含有84个中子
B.反应生成物的总结合能比U原子核的结合能小
C.X原子核中核子的平均质量比U原子核中核子的平均质量小
D.X原子核中核子的比结合能比U原子核中核子的比结合能大
【解析】选C、D。由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知:X原子核中含有92-38=54个质子,235+1-94-2-54=86个中子,故A错误;裂变反应中,质量亏损,释放核能,说明生成的原子核更加稳定,即往比结合能大的方向反应,所以反应生成物的总结合能比U原子核的结合能大,故B错误;裂变反应中,质量亏损,释放核能,说明生成的原子核更加稳定,即X原子核中核子的平均质量比U原子核中核子的平均质量小,故C正确U裂变的过程中释放能量,则U的比结合能小于X原子核的比结合能,即X原子核中核子的比结合能比U原子核中核子的比结合能大,故D正确。
2.2019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mPuU的质量为mU,真空中的光速为c,下列说法正确的是 (　　)
A.Pu发生β衰变后产生的新核为U
BPu衰变为U,中子数减少2
C.温度升高时Pu的衰变会加快
DPu衰变为U释放的能量为(mPu-mU)c2
【解析】选B。根据质量数守恒与电荷数守恒可知衰变方程为PuUHe,此为α衰变,其质量数减少4,核电荷数减少2,故中子数减少2,故A错误,B正确;半衰期是由放射性元素本身决定的,与环境温度无关,故C错误;此核反应过程中的质量亏损为Δm=mPu-mU-mα,核反应的过程中释放的能量:ΔE=(mPu-mU-mα)c2,故D错误。
素养二　科学思维
考点核能的计算方法
1.三个角度的比较:
角度
情境
物理过程

物理规律
放射

α衰变:
XYHe
β衰变:
XYe
核
反应

HH→
He+γ
UnSr+
Xe+1n
质量数和
电荷数守恒
核能

质量亏损
质能方程
E=mc2或
ΔE=Δmc2
2.计算核能的常用方法:
(1)根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2计算核能。
(2)根据1 u相当于931.5 MeV能量来计算。
(3)在无光子辐射的情况下,核反应中释放的核能全部转化为生成的新核和新粒子的动能。
3.核能中的关键词转化:

【素养评价】
1.一静止的U核衰变为Th核时,放出一个α粒子,已知衰变过程中质量亏损为Δm,α粒子的质量为m1Th的质量为m2,光在真空中的速度为c。若释放的核能全部转化为系统的动能。
(1)写出衰变方程。
(2)求Th核的动能。
【解析】(1)根据质量数守恒与电荷数守恒可得衰变方程为:
UThHe。
(2)衰变的过程中动量守恒,以α粒子运动的方向为正方向,根据动量守恒定律得:0=m1vα-m2vTh,
由能量守恒:
E=Δmc2=m1+m2,
可得新核的动能:
ETh=·E=。
答案:(1UThHe　(2)
2.现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是UnNdZr+n+e+。
(1)核反应方程中的是中微子,它不带电,质量数为零。试确定生成物锆(Zr)的电荷数Z与质量数A
(2)已知铀核的质量为235.043 9 u,中子质量为1.008 7 u,钕(Nd)核的质量为142.909 8 u,锆核的质量为89.904 7 u;又知1 u相当于931.5 MeV,试计算1 kg铀235大约能产生的能量是多少。
【解析】(1)锆的电荷数Z=92-60+8=40,
质量数A=236-143-3=90,
核反应方程中应用符号Zr表示。
(2)1 kg铀235的铀核数为n=×6.02×1023个。
不考虑核反应中生成的电子质量,1个铀核反应发生的质量亏损为Δm=
235.043 9 u-142.909 8 u-89.904 7 u-2×1.008 7 u=0.212 u,
1 kg铀235完全裂变产生的能量约为E=nΔmc2=×6.02×1023×0.212×931.5×106×1.6×10-19 J≈8.09×1013 J。
答案:(1)40　90　(2)8.09×1013 J
【补偿训练】
为确定爱因斯坦的质能方程ΔE=Δmc2的正确性,设计了如下实验:用动能为E1=0.60 MeV的质子轰击静止的锂核Li,生成两个α粒子,测得两个α粒子的动能之和为E2=17.9 MeV,已知质子、α粒子、锂核的质量分别取mp=1.007 3 u、mα=4.002 6 u、mLi=7.016 0 u。
(1)写出核反应方程。
(2)通过计算说明ΔE=Δmc2正确。(1 u=1.660 6×10-27 kg)
【解析】(1)核反应方程为LiHHe
(2)核反应的质量亏损:
Δm=mLi+mp-2mα
=7.016 0 u+1.007 3 u-2×4.002 6 u=0.018 1 u
由质能方程可得与质量亏损相当的能量:
ΔE=Δmc2=0.018 1×1.660 6×10-27×(3×108)2 J
=16.9 MeV
而系统增加的能量:ΔE′=E2-E1=17.3 MeV
这些能量来自核反应中,在误差允许的范围内可认为相等,所以ΔE=Δmc2正确。
答案:(1LiHHe　(2)见解析