1、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)基本关系核电荷数质子数(Z)元素的原子序数核外电子数。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X，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，分别是射线、射线、射线。3
2、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。(1)原子核是由质子、中子、电子组成的。()(2)射线、射线、射线的组成是三种不同的粒子。()(3)、三种射线中，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B光电效应C天然放射性现象 D发现质子C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
3、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、和三种射线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，不能同时发生和衰变，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)原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。(2)分类：衰变：XYHe；衰变：XYe。2半衰期(1)定义
4、：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。(2)衰变规律：NN0、mm0。(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。(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、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BC粒子是原子核的重要组成部分CA粒子一定带正电DB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
5、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粒子为射线，穿透性最强，故D错误。2.Th(钍)经过一系列衰变和衰变，变成Pb(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次衰变和6次衰变D共经过6次衰变和4次衰变C设衰变次数为x，衰变次数为y，由质量数守恒和电荷数守恒得2322084x,90822xy，解得x6，y4，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点的原子核发生衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆
6、周运动，运动方向和轨迹示意图如图所示，则()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，原子核发生衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为p。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)衰变和衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变方程XYHeXAZ1Y01e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子2H2nHenH01e匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷
7、数守恒、质量数守恒(2)射线：射线经常是伴随着衰变或衰变同时产生的。其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变的过程中，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mAmB为()A3031B3130C12 D21C由mm0有mAm0，mBm0，得mAmB12。C正确。5(多选)(2019南通模拟)钍Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤Pa，同时伴随有射线产生，其方程为ThPaX，钍的半衰期为24天。则下列说法中正确的是()AX为质子BX是钍核中的一个中子转
8、化成一个质子时产生的C射线是镤原子核放出的D1 g钍Th经过120天后还剩0.312 5 gBC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；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Th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Al俘获一速度为2.8107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si。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
9、能C硅原子核的速度为1.0106 m/sD硅原子核处于静止状态AC质子与铝原子核碰撞满足动量守恒，由动量守恒有27m0m2.810728mv，得碰后硅原子核速度v1.0106 m/s，碰撞是一个完全非弹性碰撞，机械能不守恒，A、C正确，B、D错误。7.实验观察到静止在匀强磁场中A点的原子核U发生衰变，衰变方程为UThHe，两个新核的运动轨迹如图所示。则下列说法正确的是()A钍核与粒子半径之比是145B钍核与粒子半径之比是451C钍核与粒子半径之比是146D两原子核的运动轨迹应是两圆内切A上述核反应满足动量守恒，即p1p2p，由半径公式：R知，钍核与粒子半径之比等于其电量的倒数比，即R1R229
10、0145，同种电荷轨迹为外切，故A对，B、C、D错。知识点三| 核反应与核能1核力(1)定义：原子核内部核子间特有的相互作用力。(2)核力的特点是强相互作用的一种表现；是短程力，作用范围在1.51015 m之内；每个核子只能与其相邻的核子发生核力作用。2结合能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫作原子核的结合能，也称核能。3比结合能(1)定义：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。(2)特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。4质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程Emc2，原子核的质量必然比组
11、成它的核子的质量和要小m，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能Emc2。5核反应在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。6重核裂变(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。(2)典型的裂变反应方程：UnKrBa3n(3)链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。(5)裂变的应用：原子弹、核反应堆。(6)反应堆构造：核燃料、慢化剂、镉棒、防护层。7轻核聚变(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反
12、应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。(2)典型的聚变反应方程：HHHen17.6 MeV(1)重核裂变和轻核聚变都能释放核能。()(2)核反应中质量数守恒，故没有质量亏损。()(3)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。()考法1四类核反应1(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有()AUThHe是衰变BNHeOH是衰变C.HHHen是轻核聚变D.SeKr2e是重核裂变AC衰变是放射出氦核的天然放射现象，A正确；衰变是放射出电子的天然放射现象，而B项是发现质子的原子核人工转变，故B错误；C项是轻核的聚变，D项是衰变现象，故C正确，D错误。2.(2018全国
13、卷)1934年，约里奥居里夫妇用粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：AlnX。X的原子序数和质量数分别为()A15和28B15和30C16和30 D17和31B据粒子和中子的质量数和电荷数写出核反应方程：HeAlnX，结合质量数守恒和电荷数守恒得，A427130，Z213015，原子序数等于核电荷数，故B正确。考法指导核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发UThHe衰变自发ThPae人工转变人工控制NHeOH(卢瑟福发现质子)HeBeCn(查德威克发现中子)AlHePn(约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)PSi01e重核裂变比较容易进行人工控制UnBaK
14、r3nUnXeSr10n轻核聚变很难控制HHHen考法2结合能与比结合能的理解3.(多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有()AHe核的结合能约为14 MeVBHe核比Li核更稳定C两个H核结合成He核时释放能量D.92U核中核子的平均结合能比Kr核中的大BCHe核有4个核子，由比结合能图线可知，He核的结合能约为28 MeV，A错。比结合能越大，原子核越稳定，B对。两个H核结合成He核时，核子的比结合能变大，结合时要放出能量，C对。由比结合能图线知，U核中核子平均结合能比Kr核中的小，D错。4(2019广元模拟)一静止原子核A衰变为2个静止原子核B和6个电子并释放热
15、量E，其中A的核子比结合能为E1，B的比结合能为E2，释放时一个电子的初动能为E3，则下列说法正确的是()A放出的B粒子为BBE2E1E3EC比结合能E1小于比结合能E2D该反应过程质量一定增加CA衰变为2个静止原子核B和6个电子，则B的质量数2mm，所以m，B的电荷数2nn6，所以n3，则B粒子为B，A错误。A的结合能为mE1，B的结合能为mE2，根据能量守恒可得mE2mE1E6E3，B错误。核反应的过程中释放热量，可知比结合能E1小于比结合能E2，C正确。该反应的过程中释放热量，由质能方程可知，一定有质量亏损，D错误。考法3质量亏损核能的计算5.(2017全国卷)一静止的铀核放出一个粒子衰
16、变成钍核，衰变方程为UThHe。下列说法正确的是()A衰变后钍核的动能等于粒子的动能B衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间D衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量B衰变过程遵守动量守恒定律，故选项A错，选项B对。根据半衰期的定义，可知选项C错。衰变释放核能，有质量亏损，故选项D错。6.(2017全国卷)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：HHHen。已知H的质量为2.013 6 u，He的质量为3.015 0 u，n的质量为1.008 7 u,1 u931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能
17、约为()A3.7 MeVB3.3 MeVC2.7 MeV D0.93 MeVB在核反应方程HHHen中，反应前物质的质量m122.013 6 u4.027 2 u，反应后物质的质量m23.015 0 u1.008 7 u4.023 7 u，质量亏损mm1m20.003 5 u。则氘核聚变释放的核能为E9310.003 5 MeV3.3 MeV，选项B正确。考法指导1核能(1)核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其能量也要相应减少，即Emc2。(2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加m，吸收的能量为Emc2。2核能的计算方法(1)利用质能方程计算核能根据Emc2计算。计算时m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，E的单位是“J”。根据Em931.5 MeV计算。因1原子质量单位“u”相当于931.5 MeV的能量，所以计算时m的单位是“u”，E的单位是“MeV”。(2)利用比结合能计算核能原子核的结合能核子的比结合能核子数。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，就是该核反应所释放(或吸收)的核能。