2019物理同步新一线教科选修3-5（课件+讲义+精练）：第三章 原子核(共21份打包)

原子核 专题一 核反应与核反应方程 1.核反应 常见核反应分为衰变、人工转变、裂变、聚变等几种类型： (1)衰变： α衰变：He) n→H＋2He(核内2Th＋U→ β衰变：e) H＋n→e(核内Pa＋Th→ γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。 衰变反应的特点：衰变是原子核自发地转变成另一种原子核，反应物只有一个放射性核，生成物中除有一个新核外，还有α粒子或β粒子。 (2)人工转变： H(发现质子的核反应) O＋He→N＋ n(发现中子的核反应) C＋He→Be＋ 人工转变特点：以高能微观粒子轰击原子核为标志，反应物中除有一个原子核外，还有一个入射粒子，如α粒子、质子、中子等。 (3)裂变： n Kr＋3Ba＋n→U＋ 裂变特点：质量较大的重核捕获中子分裂成两个以上中等质量的核，并放出几个中子。 (4)聚变： n He＋H→H＋ 聚变特点：反应物为n个质量较小的轻核，生成物包含一个质量较大的核。 2．核反应方程的书写 (1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有些核反应方程还要考虑到能量守恒规律。 (2)核反应方程中的箭头(→)表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号。 (3)写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造。 (4)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上；然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子)的电荷数和质量数；最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子)，并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号。 [例1]　[多选]关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有(　　) A.He是α衰变 Th＋U→ B.H是β衰变 O＋He→N＋ C.n是轻核聚变 He＋H→H＋ D.e是重核裂变 Kr＋2Se→ [解析]　反应物中只有一个放射性核，生成物中除有一个新核外，还有α粒子或β粒子，故A项是α衰变，D项是β衰变，所以A对D错。反应物中除有一个原子核外，还有一个入射粒子——α粒子，故B项为原子核的人工转变，所以B错。两个质量中等的核结合成一个质量较大的核，故C项为轻核聚变，所以C对。 [答案]　AC 专题二 核能与核能的计算 核能的计算是原子核物理中的热点问题，在重核的裂变、轻核的聚变、放射性衰变以及某些人工转变的核反应中，都伴随着巨大的核能释放，根据不同的题设条件和不同的核反应特征，归纳以下四种计算途径。 1．根据质量亏损计算核能 方法一：用质能方程ΔE＝Δmc2计算核能，其中Δm的单位取千克，ΔE的单位是焦耳。 方法二：根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。 其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV。 2．根据平均结合能计算核能 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。 3．根据能量守恒和动量守恒来计算核能 参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题设条件中没有涉及到质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，从动量和能量守恒可以计算出核反应释放或吸收的能量。 4．根据阿伏加德罗常数计算核能 若已知微观数目的原子核发生核反应释放的能量，要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便。 [例2]　氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程为Li：5.603 MeV，试求此核反应过程中释放的核能。 He：7.075 MeV、H：1.112 MeV、Li，已知各核的平均结合能分别为He→H＋ [解析]　Li时释放能量，则此核反应过程中释放的核能为二者之差。 He分解成核子需提供能量，核子结合成H和 He分解成7个核子所需的能量为 H和 E1＝3×1.112 MeV＋4×7.075 MeV＝31.636 MeV 7个核子结合成Li释放的能量为 E2＝7×5.603 MeV＝39.221 MeV 所以此核反应过程中释放的核能为 ΔE＝E2－E1＝39.221 MeV－31.636 MeV ＝7.585 MeV。 [答案]　7.585 MeV 专题三 半衰期的计算与应用 1.半衰期T 半衰期是指由大量原子组成的放射性样品中，放射性元素的原子核有一半发生衰变所需的时间。 2．计算公式 N′＝N0()n，其中n＝t/T。(式中N′、m′为衰变后剩余的原子数量和质量，N0、m0为衰变前原子数量和质量，n为半衰期个数，t是所用时间)。 )n或m′＝m0