高考物理一轮复习核反应和核能教学案新人教版

第2节 核反应和核能

知识点一| 原子核的组成 放射性同位素

1．原子核的组成

(1)原子核由质子和中子组成，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ZX，其中A表示质量数，Z表示核电荷数。 2．天然放射现象

(1)天然放射现象：元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。

(2)放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。

(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线。 3．放射性同位素的应用与防护

(1)同位素：具有相同质子数和不同中子数的原子核。

(2)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。

(3)应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。 (4)防护：防止放射性对人体组织的伤害。 [判断正误]

(1)原子核是由质子、中子、电子组成的。

(2)α射线、β射线、γ射线的组成是三种不同的粒子。 (3)α、β、γ三种射线中，α射线的电离作用最强。

1．(2019·上海检测)人类认识到原子核的结构是复杂的，是从发现下列哪一现象开始的( )

A．阴极射线 C．天然放射性现象

B．光电效应 D．发现质子

(×) (×) (√)

AC [天然放射性现象是原子核内部变化产生的，人类认识原子核的复杂结构并进行研究

是从发现天然放射性现象开始的，C正确。]

2．(多选)关于天然放射性，下列说法正确的是( ) A．所有元素都可能发生衰变

B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关

C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线

BC [自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B、C正确；原子核发生衰变时，不能同时发生α和β衰变，γ射线伴随这两种衰变产生，故选项D错误。]

知识点二| 原子核的衰变和半衰期

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：ZX→Z－2Y＋2He； β衰变：ZX→Z＋1Y＋－1e。 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。

A A 0

AA－44

tt?1?τ?1?τ

(2)衰变规律：N＝N0??、m＝m0??。

?2??2?

(3)影响因素：由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理化学状态无关。 [判断正误]

(1)半衰期与温度无关。

(√)

(2)如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。(×) (3)所有元素都可以发生衰变。

(×)

考法1 原子核的衰变

1.(2019·常德模拟)某一放射性物质发生衰变时放出α、β、γ三种射线，让这三种射线进入磁场，运动情况如图所示，下列说法正确的是( )

A．该放射性物质的半衰期随温度的升高会增大 B．C粒子是原子核的重要组成部分 C．A粒子一定带正电

D．B粒子的穿透性最弱

C [半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故A错误；由题图可知C粒子为电子，而原子核带正电，故B错误；由左手定则可知，A粒子一定带正电，故C正确；B粒子为γ射线，穿透性最强，故D错误。]

2. 90Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成 82Pb(铅)。以下说法中错误的是( ) A．铅核比钍核少8个质子 B．铅核比钍核少16个中子

C．共经过4次α衰变和6次β衰变 D．共经过6次α衰变和4次β衰变

C [设α衰变次数为x，β衰变次数为y，由质量数守恒和电荷数守恒得232＝208＋4x,90＝82＋2x－y，解得x＝6，y＝4，C错误，D正确；铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A正确；铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B正确。]

3.实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图所示，则( )

232

208

A．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外 B．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外 C．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里 D．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里

D [根据动量守恒定律，原子核发生β衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为

mv2mvpp。根据qvB＝，得轨道半径r＝＝，故电子的轨迹半径较大，即轨迹1是电子的，轨

rqBqB迹2是新核的。根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向里。选项D正确。]

[考法指导] (1)α衰变和β衰变的比较 衰变类型 衰变方程 AZα衰变 X→Z－2Y＋2He A－44β衰变 AZX→AZ＋1Y＋0－1e 2个质子和2个中子 衰变实质 结合成一个整体射出 21H＋20n→2He 114中子转化为质子和电子 10n→1H＋0－1e 1 匀强磁场 中轨迹形 状 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 (2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。 其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子。

考法2 半衰期的理解与计算

4．若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比mA∶mB为( )

A．30∶31 C．1∶2

B．31∶30 D．2∶1

2020

?1?τ?1?4?1?5

C [由m＝m0??有mA＝??m0，mB＝??m0，得mA∶mB＝1∶2。C正确。]

?2??2??2?

5．(多选)(2019·南通模拟)钍 90Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤 91Pa，同时伴随有γ射线产生，其方程为 90Th→ 91Pa＋X，钍的半衰期为24天。则下列说法中正确的是( )

A．X为质子

B．X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的 C．γ射线是镤原子核放出的

D．1 g钍 90Th经过120天后还剩0.312 5 g

BC [根据电荷数和质量数守恒知，钍核衰变过程中放出了一个电子，即X为电子，故A错误；发生β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子时产生的，故B正确；γ射线是镤原子核放出的，故C正确；钍的半衰期为24天，1 g钍 90Th经过120天即经过5个半衰期，故经过120天后还剩0.031 25 g，故D错误。]

考法3 衰变中的动量守恒

6．(多选)静止的铝原子核13Al俘获一速度为2.8×10 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核14Si。下列说法正确的是( )

A．核反应过程中系统动量守恒

B．俘获前质子的动能等于俘获后硅原子核的动能 C．硅原子核的速度为1.0×10 m/s D．硅原子核处于静止状态

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