2019-2020学年粤教版物理选修3-5新素养学案：第四章本章优化总结 Word版含答案

本章优化总结

几个重要的核反应

原子核的变化叫做核反应，常见的核反应有：衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型．不论是哪种类型的核反应，都遵守质量数守恒和电荷数守恒，这是写核反应方程的重要依据．但是，写核反应方程时，应以实验事实为依据，而不能仅仅根据这两条守恒定律随意去写实际上不存在的核反应．下面我们进行列表比较．

衰变 原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的过程，也叫天然放射现象 贝克勒尔 238234 92U→ 90Th 人工转变 人工用高速粒子轰击原子核，产生另一种新核的过程 卢瑟福、查德威克、居里夫妇等 14N＋4He→ 7217O＋1H 81重核裂变 重核分裂成质量较小的原子核，释放出能量的过程 轻核聚变 轻核结合成质量较大的原子核，释放出能量的过程 概念 发现者 或重要 贡献者 典型 反应 2351 92U＋0n→ 14489 56Ba＋36Kr 2H＋3H 11＋42He →42He 方程 234234 90Th→ 91Pa 944Be＋2He→ 121 6C＋0n ＋310n ＋10n 需要极高的温度，原子核才能获得足够的动能克服库仑斥力 ＋－01e 产生 条件 需要中子的轰击和一定的临界体积 所有原子序数大于83的元素及需要人工用高速个别小于等于83粒子进行诱发 的元素自发进行 通过原子核的人工转变发现了质子、中子、正电子等基本粒子和一些人工放射性同位素 得到人工放射性同位素、作示踪原子 意义 揭开了人类研究原子核结构的序幕 人类获得新能源人类获得新能源的一种重要途径 的一种重要途径 应用 举例 利用放射性元素的半衰期进行文物年代鉴定等 核电站、核潜艇、原子弹等 氢弹、热 核反应 说明 衰变与其他核反应最主要的区别为前者自发进行，不需要其他粒子诱发，生成α、β或γ粒子；后三种都是原子核的人工转变，重核裂变和轻核聚变与其他人工转变不同的是有巨大能量释放，裂变最显著的特征是重核分成中等质量的核，聚变则为轻核结合成质量较大的原子核 (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( )

241

A．31H＋1H→2He＋0n是核聚变反应

241

B．31H＋1H→2He＋0n是β衰变

1141921

C．235 92U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋30n是核裂变反应

1140941D．235 92U＋0n→ 54Xe＋38Sr＋20n是α衰变

[解析] A、B所列反应是核聚变，不是β衰变，β衰变要放出电子，故A对B错；C、D两种反应都是核裂变，故C对D错．

[答案] AC

核反应中的守恒量

在各种核反应中，存在着一些“守恒量”，这些“守恒量”为我们提供了解决核反应中

电荷、质量、能量、动量变化问题的方法和依据．概括为“五个守恒”：

(1)质量数守恒；(2)电荷数守恒；(3)质能守恒(“亏损质量”与释放或吸收的“核能”相当)；(4)能量守恒；(5)动量守恒．

7

用速度几乎为零的慢中子轰击静止的硼核(10 5B)，产生锂核(3Li)和α粒子．已知

中子质量mn＝1.008 665 u，硼核质量mB＝10.016 77 u，锂核质量mLi＝7.018 22 u，α粒子质量mα＝4.001 509 u．涉及动量问题时，质量亏损不计．

(1)写出该反应的核反应方程； (2)求出该反应放出的能量ΔE；

(3)若该反应中放出的能量全部变成生成物的动能，则锂核和α粒子的动能各是多少？(1 u相当于931.5 MeV能量)

[思路点拨] 根据质量数和电荷数守恒写出核反应方程，由质量亏损及爱因斯坦质能方程求出核能，再由动量守恒和能量守恒求出锂核和α粒子的动能．

174[解析] (1)核反应方程为10 5B＋0n→3Li＋2He.

(2)核反应过程中的质量亏损为 Δm＝(mB＋mn)－(mLi＋mα)

＝(10.016 77 u＋1.008 665 u)－(7.018 22 u＋4.001 509 u)＝0.005 706 u 释放出的能量为

ΔE＝0.005 706×931.5 MeV≈5.32 MeV. (3)根据衰变前后系统动量守恒，有mLivLi＝mαvα 112，E＝mv2 由动能定理知EkLi＝mLivLikα

22ααEkLimα4

联立得＝＝.

EkαmLi7

根据能量守恒有EkLi＋Ekα＝ΔE＝5.32 MeV. 解得生成物的动能分别为 EkLi≈1.93 MeV Ekα≈3.39 MeV.

174

[答案] (1)10 5B＋0n→3Li＋2He (2)5.32 MeV (3)1.93 MeV 3.39 MeV

原子核知识与力学、电磁学的综合

带电粒子在电场中受电场力作用会发生偏转，运动的带电粒子在磁场中受磁场力作用也会发生偏转，若原子核反应处在某一电场或磁场中，反应后的带电粒子必然在电场或磁场中发生偏转，这样就把电、磁场知识与原子知识有机地结合了起来．

原来静止的铀238和钍234同时在同一匀强磁场中，由于衰变而开始做匀速圆

周运动．铀238发生了一次α衰变，钍234发生了一次β衰变．

(1)试画出铀238发生一次α衰变时所产生的新核及α粒子在磁场中的运动轨迹的示意图．

(2)试画出钍234发生一次β衰变时所产生的新核及β粒子在磁场中的运动轨迹的示意图．

甲

[解析] (1)铀238发生衰变时，由于放出α粒子而产生了新核，根据动量守恒定律，它们的总动量为零，即：m1v1＋m2v2＝0.因为它们都带正电，衰变时的速度正好相反，所以，受到的洛伦兹力方向也相反，因而决定了它们做圆周运动的轨迹圆是外切的．它们做匀速圆mvR1q2周运动的向心力由洛伦兹力提供，所以R＝.又因为m1v1＝m2v2，所以＝，由于q1＝2，

BqR2q1R145

q2＝92－2＝90，因而＝.如图甲所示，其中轨道a为α粒子的径迹，轨道半径为R1，轨

R21道b为新核的径迹，其轨道半径为R2.

乙

(2)同理，钍234发生一次β衰变时放出β粒子时与产生的新核的动量大小相等，方向相反，即总动量为零．可是，β粒子带负电，新核带正电，它们衰变时的速度方向相反，但受到的洛伦兹力方向相同，所以，它们的两个轨迹圆是内切的，且β粒子的轨道半径大于新核的轨道半径，它们的轨迹示意图如图乙所示，其中，c为β粒子的径迹，d为新核的径迹．

[答案] 见解析