1、物 理 选修3-5 人教版新课标导学第十六章动量守恒定律 核心素养整合提升 1 知识脉络构建 2 素养整合提升 3 触及高考演练 知识脉络构建原子核原子核的组成核子质子中子核外电子放射现象衰变衰变半衰期探测射线的方法威尔逊云室气泡室盖革米勒计数器放射性的应用与防护核反应人工放射性同位素放射性同位素的应用辐射与安全 原子核核力与核能核力与结合能核力结合能质量亏损核能的利用核裂变原理链式反应及其条件应用：原子弹、核电站核聚变热核反应的条件应用：氢弹、受控热核反应粒子和宇宙粒子强子轻子媒介子宇宙宇宙的演化恒星的演化素养整合提升一、核反应及其规律1核反应原子核的变化叫做核反应。2规律在各种核反应中，存
2、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：(1)五个守恒质量数守恒；质子数(电荷数)守恒；质量守恒(“亏损质量”与释放的“核能”相当)；能量守恒；动量守恒。(2)两个方程质能方程：Emc2，m 指物体的质量；核能：Emc2。(3)一个半衰期(T)剩余核数：NN0(12)tT；剩余质量：mm0(12)tT。3原子核衰变规律衰变类型 衰变 衰变衰变方程AZXA4Z2Y42HeAZX AZ1Y 01e2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衰变实质211H210n42He10n11H 01e衰变规律电荷数守恒、质量数
3、守恒4核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例 衰变自发23892U23490Th42He衰变 衰变自发23490Th23491Pa 01e147N42He178O11H(卢瑟福发现质子)42He94Be126C10n(查德威克发现中子)3713Al42He3015P10n人工转变人工控制3015P3014Si01e(约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)23592U10n14456Ba8936Kr310n重核裂变比较容易进行人工控制23592U10n13654Xe9038Sr1010n轻核聚变除氢弹外无法控制21H31H42He10n典例 1 (多选)(1)关于核衰变和核反应的类型
4、，下列表述正确的有()A23892U23490Th42He 是 衰变B147N42He178O11H 是 衰变C21H31H42He10n 是轻核聚变D8234Se8236Kr2 01e 是重核裂变AC(2)现有四个核反应：A21H31H42He10nB23592U10nX8936Kr310nC2411Na2412Mg 01eD42He94Be126C10n_是发现中子的核反应方程，_是研究原子弹的基本核反应方程，_是研究氢弹的基本核反应方程。求 B 中 X 的质量数和中子数。D B A 解题指导：(1)明确核反应的四种类型(2)要牢记几个重要的核反应方程(3)掌握核反应方程的书写规律解析：(
5、1)衰变是原子核自发地放出或粒子的核反应，衰变方程的特点是箭头的左边只有一个原子核，箭头的右边出现或粒子；聚变反应的特点是箭头的左边是两个轻核，箭头的右边是较大质量的原子核；裂变方程的特点是箭头的左边是重核与中子反应，箭头右边是中等质量的原子核。综上所述中，A、C正确。(2)人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核。箭头的右边也是常见元素的原子核。D是查德威克发现中子的核反应方程，B是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程。A是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程。由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X质量数为144，电荷数为56，所以中子数为1445688。二、核反应方程及核能计算1核反
6、应方程的书写方法(1)熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础。如质子(11H)、中子(10n)、粒子(42He)、粒子(01e)、正电子(01e)、氘核(21H)、氚核(31H)等。(2)掌握核反应方程遵守的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，所以要理解并应用好质量数守恒和电荷数守恒的规律。(3)熟悉核反应的四种基本类型，可以帮助我们理清思路，很快写出正确的核反应方程。2核能计算的几种方法(1)根据Emc2计算，m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，E的单位是“J”。(2)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
7、，所以计算时m的单位是“u”，E的单位是“MeV”。(3)根据平均结合能来计算核能：原子核的结合能平均结合能核子数。(4)如果在核反应中无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能。在这种情况下计算核能的主要依据是：核反应过程中只有内力作用，故动量守恒。反应前后总能量守恒。常见的反应类型的能量计算：反应前总动能反应过程中释放的核能反应后总动能。典例 2 如图所示，有界匀强磁场的磁感应强度为 B，区域足够大，方向垂直于 xOy 平面，y 轴为磁场的左边界，A为固定在 x 轴上的一个内装镭核(22688Ra)的放射源，放射源垂直于磁场方向释放一个 粒子后镭核衰变成氡(Rn)核。粒
8、子偏转后从 y 轴上的 N 点沿 x 轴负方向飞离磁场，已知 N 点到 O点的距离为 L，OA 间的距离为L2，粒子的质量为 m，电荷量为 q，氡核的质量为 m0。(1)写出镭核的衰变方程。(2)如果镭核衰变时释放的能量全部转化为 粒子和氡核的动能，求一个原来静止的镭核衰变时放出的能量。解题指导：动量守恒定律结合带电粒子在匀强磁场中的运动规律求解。解析：(1)镭核的衰变方程为22688Ra22286Rn42He。(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动，轨迹如图所示，由几何关系得(LR)2L22R2，得R58L由牛顿运动定律得 qvBmv2R 粒子的动能为 E112mv2由以上式得 E125q2B2L
9、2128m。衰变过程中动量守恒，设衰变后氡核速度v0，mvm0v0，则氡核反冲的动能为 E212m0v20mE1m0，所以静止的镭核衰变时放出的能量为 EE1E225q2B2L2mm0128mm0答案：(1)22688Ra22286Rn42He(2)25q2B2L2mm0128mm0触及高考演练从近几年的高考试题来看，本章内容是高考的热点，所考查知识有原子核的衰变、核反应、核能等，考查形式有选择、填空、计算，以选择题为主，常以最新的科技发展为背景出题。应引起师生的高度重视。例 题一、考题真题探析 (多选)(2019浙江卷，15)静止在匀强磁场中的原子核 X 发生 衰变后变成新原子核 Y。已知核
10、 X 的质量为 A，电荷数为 Z，核 X、核 Y 和 粒子的质量分别为 mX、mY 和 m，粒子在磁场中运动的半径为 R。则()A衰变方程可表示为AZXA4Z2Y42HeB核 Y 的结合能为(mXmYm)c2C核 Y 在磁场中运动的半径为 2RZ2D核 Y 的动能为 EKYmYmXmYmc2mYmAC 解析：衰变过程中质量数和电荷数均守恒，故该衰变方程为AZXA4Z2Y42He，故 A 正确；结合能是把核子分开而需要的能量，而(mXmYm)c2 是衰变过程中释放的能量，故 B 错误；衰变过程中满足动量守恒定律，即有 0mYvYmv，又粒子在磁场中做圆周运动的半径 rmvqB，故核 Y 与 粒子
11、在磁场中做圆周运动的半径之比rYrqqY2Z2，故 rY 2RZ2，C 正确；衰变过程中根据能量守恒定律，若释放的核能全部转化为动能，则 EkYEk(mXmYm)c2，而EkYEkp22mY2mXp2 mmY，联合上述二式可得，EkYmmXmYmc2mYm，若释放的核能不完全转化为动能，则无法计算，故 D 错误。二、临场真题练兵一、选择题(14 题为单选题，5 题为多选题)1(2019全国卷，15)太阳内部核反应的主要模式之一是质子质子循环，循环的结果可表示411H42He201e2已知11H 和42He 的质量分别为 mp1.007 8 u 和 m4.002 6 u，1 u931 MeV/c
12、2，c 为光速。在 4 个11H 转变成 1 个42He 的过程中，释放的能量约为()A8 MeVB16 MeVC26 MeVD52 MeVC 解析：核反应质量亏损m41.007 8 u4.002 6 u0.028 6 u，释放的能量E0.028 6931 MeV26.6 MeV，选项C正确。2(2018天津卷，1)国家大科学工程中国散裂中子源(CSNS)于 2017 年8 月 28 日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是()A147N 俘获一个 粒子，产生178O 并放出一个粒子B2713Al 俘获一个 粒子，产生30
13、15P 并放出一个粒子C115B 俘获一个质子，产生84Be 并放出一个粒子D63Li 俘获一个质子，产生32He 并放出一个粒子B 解析：根据质量数守恒、电荷数守恒，各选项核反应方程如下：A 错：147N42He178O11H。B 对：2713Al42He3015P10n。C 错：115B11H84Be42He。D 错：63Li11H32He42He3(2018全国卷，14)1934 年，约里奥居里夫妇用 粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核素 X：2713AlnX。X 的原子序数和质量数分别为()A15 和 28B15 和 30C16 和 30D17 和 31B 解析：将核反
14、应方程式改写成42He2713Al10nX，由电荷数和质量数守恒知，X 应为3015X。4(2018江苏卷，12C)已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为_。A14 B12C21D41B 解析：根据衰变规律，经过 2T 后剩有的 A 的质量mA122TT m014m0剩有的 B 的质量 mB122T2Tm012m0所以mAmB12，故选项 B 正确。5(2019天津卷，6)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018 年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到 1 亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚
15、变的说法正确的是()A核聚变比核裂变更为安全、清洁B任何两个原子核都可以发生聚变C两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加D两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加AD 解析：与核裂变相比轻核聚变更为安全、清洁，A正确；自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚变，不是任意两个原子核都能发生核聚变，B错误；两个轻核发生聚变结合成质量较大的核时，放出巨大的能量，根据Emc2可知，聚变反应中存在质量亏损，则总质量较聚变前减少，C错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质量减少，所以核子的比结合能增加，D正确。二、非选择题6(2019江苏卷，12)100 年前，卢瑟福用 粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用 粒子轰击6028Ni 核也打出了质子：42He6028Ni6229Cu11HX，该反应中的X 是_(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是_(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。解析：根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为1，电荷数为零，所以X是中子。目前人类获得核能的主要方式是核裂变。中子 核裂变