内容发布更新时间 : 2024/5/2 21:24:45星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

1

章末总结

??

原子核的组成——核子???

质子?11H???

中子?1

0

n? ?????三种射线：α射线、β射线、衰变?

γ射线?三种衰变：α衰变、β衰变、γ衰变

原子核??核变化??

?半衰期??14

4

??人工转变

?质子的发现：7N＋2

He→178O＋11

H

??

中子的发现：94Be＋42

He→126C＋10

??

n ??核裂变：23592U＋10

n→144

56Ba＋8936Kr＋310n?核聚变：21

H＋31H→42He＋10

n

??核能??爱因斯坦质能方程：E＝mc2或ΔE＝Δmc2

???

核能的利用：核电站、核武器

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 其他 衰变 α衰变 23892U→23490Th＋42He β衰变 23490Th→23491Pa＋ 01896年 贝克勒尔 －1e 23592U＋10n→9038Sr＋136原子弹 裂变 54Xe ＋1011938年 0n＋141MeV 原理 234聚变 1H＋1H→2He＋10n ＋17.6 MeV 氢弹原理 27约里奥· 正电子 13Al＋42He→3015P＋10n 人工转 30 15P→30 14Si＋0＋1e 1934年居里夫妇 变 发现 14质子 7N＋42He→178O＋11H 1919年 卢瑟福 1

发现 9中子 4Be＋42He→126C＋10n 1932年 查德威克 2.解题时注意事项 (1)熟记一些粒子的符号

α粒子(42He)、质子(11H)、中子(10n)、电子(

0－1e)、氘核(21H)、氚核(3

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 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中，表述正确的是( )

A.31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应 B.31H＋21H→42He＋10n是β衰变

C．235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应 D．235 92U＋10n→140 54Xe＋9438Sr＋210n是α衰变

解析 B项为轻核聚变，β衰变的实质为一个中子转化为一个质子后释放出一个电子，选项B错误；α衰变的实质是释放氦核(α粒子)，而D项是重核裂变，并未释放α粒子，选项D错误，

正确选项为A、C. 答案 AC

二、半衰期及衰变次数的计算

1．半衰期：大量放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间． 计算公式：N(12)n或m1余＝N原余＝m原(2)n，

其中n＝t

τ，τ为半衰期．

2．确定衰变次数的方法

(1)A′

ZX→AZ′Y＋n42He＋m

0

－1e

根据质量数、电荷数守恒得

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

图1

放射性元素238 92U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成210 83Bi，而210

83Bi可以经一次衰变变成210 aX(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成b81Tl，210 aX和b81Tl最后都变成206 82Pb，衰变路径

如图1所示．则( ) A．a＝82，b＝211

B. 21083Bi→210 aX是β衰变，210 83Bi→b

81Tl是α衰变 C. 21083Bi→210 aX是α衰变，210 83Bi→b81Tl是β衰变 D.b81Tl经过一次α衰变变成206 82Pb

解析 由 21083Bi→210 aX，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a＝84.由210 83Bi→b81Tl是核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b＝206，由 20681Tl→206 82Pb发生了一次β衰变．故选B.

答案 B 三、核能的计算

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＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能．方程ΔE＝Δmc2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)”，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

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 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21H＋21H→4

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，故结合前氘核的能量为E1＝2×1.1 Mev＝2.2 MeV，结合后氦核的能量E2＝4×7.1 MeV＝28.4 Mev，所以ΔE＝2E1－E2＝－24.0 MeV，式中负号表示释放核能，故选C. 答案 C

四、核反应与动量、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(α粒子、β粒子)形成外切圆或内切圆．

例4 用中子轰击锂核(63Li)发生核反应，生成氚核(3

1H)和α粒子，并放出4.8 MeV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α粒子的动能比是多少？ (4)α粒子的动能是多大？

解析 (1)核反应方程为63Li＋10n→31H＋4

2He＋4.8 MeV

(2)依据ΔE＝Δmc2得，Δm＝4.8

931.5

u≈0.005 2 u (3)根据题意有m1v1＝m2v2

2

3

m、mp2

式中1、v12、v2分别为氚核和α粒子的质量和速度，由上式及动能Ek＝2m，可得它们的动能之比EEp2p211

k1∶k2＝2m∶m＝∶2m＝m22∶m1＝4∶3.

1222m1(4)α粒子的动能

E＝37(E3

k2k1＋Ek2)＝7×4.8 MeV≈2.06 MeV

答案

(1)63Li＋10n→31H＋42He＋4.8 MeV

(2)0.005 2 u (3)4∶3 (4)2.06 MeV

1．(对核反应的理解)完成下列核反应方程．

A．14 7N＋42He→17

8O＋________ B.3015P→3014Si＋________

C. 23592U＋10n→9038Sr＋136 54Xe＋________ D.21H＋31H→________＋10n

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

11H 0

＋1e

1010n 4

2He

B A C D

解析 根据电荷数守恒和质量数守恒可完成核反应方程，然后判断核反应的类型．

2．(半衰期的有关计算)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”．

(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：42He＋______→8

4Be＋γ.

(2)84Be

是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16

s．一定质量的84Be，经

7.8×10

－16

s后所剩

下的84Be

占开始时的________________．

答案 (1)412He (2)8

(或12.5%) 解析 (2)由题意可知经过了3个半衰期，故剩余的8Be的质量m1余＝m原(31142)＝8m原，故应填8或12.5%.

3

3．(核能的计算)(1)在核反应10n＋X→31H＋4

2He＋ΔE过程中，X是未知核．由核反应知识可以确定X核为______．若10n、X核、31H和42He的静止质量分别为m1、mX、m3和m4，则ΔE的值为

________．

(2)核能、风能等新能源是近年来能源发展的重点方向之一．与煤、石油等传统能源相比较，核能具有哪些优点和缺点？

(3)有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰．为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站．请用物理学知识，指出建造哪种类型的发电站更合适，并请说明理由．

答案 (1)①63Li ②[(m1＋mX)－(m3＋m4)]c2

(2)优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁；产能更多． 缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高． (3)建风能发电站比较合理

理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知识，一方面将风能转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏．

解析 (1)由质量数和电荷数守恒可知：X核是63Li.由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2

可得ΔE＝[(m1

＋mX)－(m3＋m4)]c2.

4．(核反应与能量、动量结合问题)两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：

21H＋21H→31H＋1

1H.

(已知21H的质量m0＝2.013 6 u，31H的质量m1＝3.015 6 u，1

1H的质量m2＝1.007 3 u)

(1)此核反应中放出的能量ΔE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______．

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： Δm＝(2×2.013 6－3.015 6－1.007 3) u＝0.004 3 u， ΔE＝Δmc2＝0.004 3×931.5 MeV≈4.005 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，故碰后氚核和质子的总动量也为零．设其动量分别为p1、p2，必有p1＝－p2.