第5章 原子核与基本粒子 章末素养提升-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（教科版2019）

章末素养提升 物理观念 天然放射现象：三种射线 α射线：氦核流，穿透力弱，电离作用强 β射线：高速电子流，穿透力强，电离作用较弱 γ射线：是一种电磁波，伴随α衰变和β衰变而产生，穿透力极强，电离作用更弱 放射性元素的衰变 含义：放射性元素是不稳定的，会自发地蜕变为另一种元素，同时放出射线的现象。 ①α衰变：X―→Y＋He ②β衰变：X―→Y＋e 核反应与核能 结合能：由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量称为原子核的结合能 比结合能(平均结合能)：比结合能越大，原子核就越稳定，比结合能是原子核稳定程度的量度 爱因斯坦质能方程：E＝mc2或ΔE＝Δmc2 重核的裂变：U＋n―→Ba＋Kr＋3n 轻核的聚变：H＋H―→He＋n 基本粒子 粒子的分类：强子、轻子、规范玻色子 夸克模型 科学思维 1.能根据质量数守恒和电荷数守恒，写出核反应方程 2.能用半衰期、质量亏损和质能方程计算核能相关问题 科学态度与责任 1.了解两类核能应用的利弊，关注受控热核反应研究的进展 2.关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响 例1　(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中X＋N→Y＋O、Y＋Li→2X，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则(　　) A．Z＝1，A＝1 B．Z＝1，A＝2 C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4 答案　D 解析　设Y的电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程中质量数和电荷数守恒可知，第一个核反应方程的电荷数和质量数满足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二个核反应方程的电荷数和质量数满足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，联立解得Z＝2，A＝4，故选D。 例2　(多选)氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤，它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一。已知Rn的半衰期约为3.8天。则(　　) A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小 B．经过15.2天，16 g的Rn还剩1 g没有衰变 C.Rn发生一次α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2 D．一个U原子核衰变为一个Rn原子核的过程中，发生β衰变的次数为2次 答案　BCD 解析　半衰期由原子核的种类决定，与温度等外界因素无关，故A错误； 经过15.2天，即4个半衰期，16 g的Rn衰变后还剩的原子核没有衰变，即还剩1 g的 Rn没有衰变，故B正确； 原子核经过一次α衰变，电荷数减少2，质量数减少4，中子数减少2，故C正确； 一个U原子核衰变为一个Rn原子核的过程中，质量数减少16，发生了4次α衰变，电荷数减少6，则发生β衰变的次数为2次，故D正确。 例3　(2022·泰州市高二期末)核能具有高效、清洁等优点，利用核能是当今世界解决能源问题的一个重要方向。原子核的比结合能随质量数变化的曲线如图所示，根据该曲线可知，下列说法正确的是(　　) A.Li核比He核更稳定 B.H核的结合能约为1 MeV C．两个H核结合成He核时释放能量约为24 MeV D.H核和He核的平均核子质量相等 答案　C 解析　比结合能越大的原子核越稳定，Li核的比结合能比He核的比结合能小，因此，He核比Li核更稳定，A错误；H核的比结合能为1 MeV，H核由两个核子组成，因此，H核的结合能为2×1 MeV＝2 MeV，B错误；He的结合能为4×7 MeV＝28 MeV，两个H核结合成He核时释放能量约为28 MeV－2×2 MeV＝24 MeV，C正确；两个H核结合成He核时释放能量，发生质量亏损，而反应前后的核子数不变，因此，H核和He核的平均核子质量不相等，D错误。 例4　(2022·烟台市高二期末)氘核的质量为2.013 553 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量是1.008 665 u。(1 u相当于931.5 MeV能量，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，e＝1.6× 10－19 C，结果保留三位有效数字)。 (1)写出一个质子和一个中子结合为氘核时的核反应方程。 (2)氘核的结合能和比结合能各是多少？ (3)如果该反应释放的核能是以射出一个光子的形式释放，则该光子的频率是多少？ 答案　(1)H＋n→H (2)2.23 MeV　1.12 MeV (3)5.38×1020 Hz 解析　(1)一个质子和一个中子结合为氘核时的核反应方程H＋n→H (2)一个质子和一个中子结合为氘核时质量亏损 Δm＝1.007 277 u＋1.008 665 u－2.013 553 u＝0.002 389 u 放出的能量为ΔE＝0.002 389×931.5 MeV≈2.23 MeV 可知氘核的结合能为2.23 MeV，氘核的比结合能为 E′＝＝ MeV≈1.12 MeV (3)核能以光子的形式释放，则光子的频率是 ν＝＝ Hz≈5.38×1020 Hz。 例5　(2022·滨州市高二期末)核电站利用核反应堆工作，铀核U裂变生成钡核Ba和氪核Kr。在一个反应堆中用石墨做慢化剂使快中子减速。碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核的每次碰撞都是弹性正碰，而且认为碰撞前碳核都是静止的。 (1)试完成铀核裂变反应方程： U＋n→Ba＋Kr＋3n (2)已知U、Ba、Kr核以及中子的质量分别是235.043 9 u,140.913 9 u,91.897 3 u和1.008 7 u，计算一个铀核裂变放出的核能。1 u＝1.66×10－27 kg，c＝3.0×108 m/s；(结果保留两位有效数字) (3)设碰撞前中子的动能是E0，经过一次碰撞，中子失去的动能是多少。 答案　(1)U＋n→Ba＋Kr＋3n (2)3.2×10－11 J　(3)E0 解析　(1)根据电荷数和质量数守恒可得： 核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n (2)核反应过程中的质量亏损为 Δm＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7) u＝0.215 3 u 由爱因斯坦质能方程得一个铀核裂变放出的能量为 ΔE＝Δmc2＝0.215 3×1.66×10－27×(3×108)2 J≈3.2×10－11 J (3)设中子和碳核的质量分别为m和M，碰撞前中子的速度为v0，碰撞后中子和碳核的速度分别为v和v′， 根据动量守恒定律，可得mv0＝mv＋Mv′ 根据弹性碰撞中能量守恒， 可得E0＝mv02＝mv2＋Mv′2 解得v＝v0 已知M＝12m， 可得v＝－v0 则在碰撞过程中中子损失的能量为 ΔE＝mv02－mv2＝E0 学科网（北京）股份有限公司 $$