第五章 章末素养提升（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第三册教师用书（人教版 浙江）

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，穿透能力很弱，电离作用很强 β射线：高速电子流，穿透能力较强，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，穿透能力更强，电离作用最弱 原子核的衰变 意义：放射性元素的原子核自发放出某种粒子后变成新的原子核的变化 ①α衰变：YHe ②β衰变： 核反应与核能 核力：短程力，只与邻近核子发生作用 结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开所需要的能量就是原子核的结合能 比结合能(平均结合能)：比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 爱因斯坦质能方程：E=mc2 重核的裂变：nKr+n 轻核的聚变：H→Hen “基本”粒子 粒子的分类：强子、轻子、规范玻色子、希格斯玻色子 夸克模型 科学 思维 核反应的规律 质量数守恒和电荷数守恒 半衰期的统计意义 大量原子核有半数发生衰变需要的时间，它由原子核本身性质决定，与原子所处的物理、化学状态无关 科学态度 与责任 1.通过学习近代研究微观世界的科学历史，学习科学家的探究精神 2.体会人类对物质结构的探索是不断深入的，科学的探索没有止境 3.主动关注核技术应用对人类生活和社会发展带来的影响 例1　(2024·湖北卷)硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一、nXY是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y代表两种不同的原子核，则(　　) A.a=7，b=1 B.a=7，b=2 C.a=6，b=1 D.a=6，b=2 答案　B 解析　由质量数和电荷数守恒可得 10+1=a+4，5+0=3+b 解得a=7，b=2 故选B。 1.衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子，分别为α衰变或β衰变，衰变过程是自发进行的。 2.人工转变方程的左边一般是氦原子核与常见原子核，右边也是常见元素的原子核。 3.聚变方程的左边是轻核，右边有稍重的原子核。 4.裂变方程的左边是重核与中子，右边有中等质量的原子核和中子。 5.无论哪种核反应方程都满足质量数、电荷数守恒。 例2　(2024·温州市统考)如图，一个原子核X经历如图所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，下列说法正确的是(　　) A.原子核X生成原子核Y，共经历了11次α衰变和12次β衰变 B.原子核X生成原子核Y，共经历了8次α衰变和6次β衰变 C.原子核X生成更稳定原子核Y，原子核结合得更牢固，所以Y原子核的结合能变大 D.原子核X生成更稳定原子核Y，原子核结合得更牢固，所以Y原子核核子的平均质量变大 答案　B 解析　原子核X质量数为238，电荷数为92，原子核Y质量数为206，电荷数为82，设共经历了m次α衰变和n次β衰变，根据质量数守恒4m+206=238，得：m=8，根据电荷数守恒92-2m+n=82，得：n=6，故A错误，B正确；原子核X生成更稳定原子核Y，放出能量，原子核结合得更牢固，所以Y原子核的比结合能更大，结合能不一定变大，故C错误，放能的过程中，存在质量亏损，核子的平均质量变小，故D错误。 1.特征：每发生一次α衰变，质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变，中子数减少1，质子数增加1。 2.技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数，这是因为β衰变次数的多少对质量数没有影响，然后根据衰变规律确定β衰变的次数。 3.比结合能是原子核稳定程度的量度。不同种类的原子核的比结合能不同，比结合能越大，原子核就越稳定，核子的平均质量越小。 例3　(2024·宁波市期末)研究表明原子核核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系。一般认为大于铁原子核质量数(56)的为重核，小于则是轻核，下列对该图像的理解正确的是(　　) A.从图中可以看出，Fe原子核最稳定 B.从图中可以看出，重核A裂变成原子核B和C时，需要吸收能量 C.从图中可以看出，轻核D和E发生聚变生成原子核F时，需要吸收能量 D.从图中可以看出，重核随原子序数的增加，比结合能变大 答案　A 解析　轻核可聚变为更稳定的核，重核可裂变为更稳定的核，则Fe原子核最稳定，A正确；重核A裂变原子核B和C时，由题图可知，核子平均质量减小，裂变过程存在质量亏损，需要释放能量，B错误；轻核D和E发生聚变生成原子核F时，由题图可知，核子平均质量减小，聚变过程存在质量亏损，需要释放能量，C错误；由题图可知重核随原子序数的增加，原子核的核子平均质量增大，原子核越不稳定，故比结合能变小，D错误。 1.核聚变是轻核结合成质量较大的核，核裂变是重核裂变成中等质量的核。无论核聚变、核裂变都释放能量。 2.如果核反应释放出能量，那么一定是产物的比结合能大于反应物的比结合能；反之吸收热量。 3.中等质量的核最稳定，比结合能最大，核子的平均质量最小。 例4　(2023·金华市联考)2023年4月12日，中科院合肥物质科学研究院有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造新的世界纪录，成功实现403秒稳态高约束模式等离子体运行。科研人员称该成果表明未来聚变实验堆高约束稳态运行具备可行性，对于探索未来聚变堆前沿物理等问题具有重要意义。一种典型的氢核聚变反应是两个氘核H)聚变成氦核He)，同时释放中子，已知氘核质量为2.013 6 u，氦核质量为3.015 0 u，中子质量为1.008 7 u，1 u相当于931.5 MeV的能量。 (1)写出上述核反应方程式； (2)求核反应中释放的核能(结果保留2位小数)； (3)原子核具有足够的动能去克服库仑斥力，碰撞时十分接近，才可以发生核聚变。若两个氘核以相等的动能进行对心碰撞，已知一个氘核动能大小为0.37 MeV，并且核反应释放的核能全部转化为动能，求反应中产生的中子和氦核的动能。 答案　(1)Hn　(2)3.26 MeV　(3)3 MeV　1 MeV 解析　(1)由题意可写出氢核聚变反应方程式为 HHn。 (2)核反应中质量亏损为 Δm=2×2.013 6 u-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u 释放的核能为 E=0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV。 (3)两个氘核以相等的动能进行对心碰撞，故系统初动量为零，据动量守恒定律有0=p氦+p中 即产生的中子和氦核的动量大小相等，方向相反， 由于Ek=mv2= 故中子和氦核的动能之比 Ek中∶Ek氦=m氦∶m中=3∶1， 中子和氦核的总动能 Ek总=2×0.37 MeV+3.26 MeV=4 MeV 可解得Ek中=3 MeV，Ek氦=1 MeV。 核能的计算方法 1.由ΔE=Δmc2(Δm单位为“kg”)计算。 2.由ΔE=Δm×931.5 MeV(Δm单位为“u”)计算。 3.借助动量守恒和能量守恒计算。 学科网（北京）股份有限公司 $ 章末素养提升 DIWUZHANG 第五章 1 物理 观念 天然放射现象：三种射线 α射线：氦核流，穿透能力 ，电离作用_____ β射线：高速电子流，穿透能力 ，电离作用_____ γ射线：是一种电磁波，伴随α衰变和β衰变而产生，穿透能力 ，电离作用_____ 原子核的衰变 意义：放射性元素的原子核自发放出某种粒子后变成新的原子核的变化 ①α衰变：YHe ②β衰变： 再现 素养知识 很弱 很强 较强 较弱 更强 最弱 物理 观念 核反应与核能 核力：短程力，只与 核子发生作用 结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们 所需要的能量就是原子核的结合能 比结合能(平均结合能)：比结合能越 ，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 爱因斯坦质能方程：E=mc2 重核的裂变：nKr+____ 轻核的聚变：H→n “基本”粒子 粒子的分类：强子、轻子、规范玻色子、希格斯玻色子 夸克模型 再现 素养知识 邻近 分开 大 n He 科学 思维 核反应的规律 质量数守恒和电荷数守恒 半衰期的统计意义 大量原子核有半数发生衰变需要的时间，它由原子核 决定，与原子所处的物理、化学状态_____ 科学 态度 与责任 1.通过学习近代研究微观世界的科学历史，学习科学家的探究精神 2.体会人类对物质结构的探索是不断深入的，科学的探索没有止境 3.主动关注核技术应用对人类生活和社会发展带来的影响 再现 素养知识 本身性质 无关 　(2024·湖北卷)硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一、nXY是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y代表两种不同的原子核，则 A.a=7，b=1 B.a=7，b=2 C.a=6，b=1 D.a=6，b=2 例1 提能 综合训练 √ 由质量数和电荷数守恒可得 10+1=a+4，5+0=3+b 解得a=7，b=2 故选B。 总结提升 1.衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子，分别为α衰变或β衰变，衰变过程是自发进行的。 2.人工转变方程的左边一般是氦原子核与常见原子核，右边也是常见元素的原子核。 3.聚变方程的左边是轻核，右边有稍重的原子核。 4.裂变方程的左边是重核与中子，右边有中等质量的原子核和中子。 5.无论哪种核反应方程都满足质量数、电荷数守恒。 　(2024·温州市统考)如图，一个原子核X经历如图所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，下列说法正确的是 A.原子核X生成原子核Y，共经历了11次α衰变和 12次β衰变 B.原子核X生成原子核Y，共经历了8次α衰变和 6次β衰变 C.原子核X生成更稳定原子核Y，原子核结合得 更牢固，所以Y原子核的结合能变大 D.原子核X生成更稳定原子核Y，原子核结合得更牢固，所以Y原子核核 子的平均质量变大 例2 √ 原子核X质量数为238，电荷数为92，原子核Y质量数为206，电荷数为82，设共经历了m次α衰变和n次β衰变， 根据质量数守恒4m+206=238，得：m=8， 根据电荷数守恒92-2m+n=82，得：n=6， 故A错误，B正确； 原子核X生成更稳定原子核Y，放出能量， 原子核结合得更牢固，所以Y原子核的比 结合能更大，结合能不一定变大，故C错误，放能的过程中，存在质量亏损，核子的平均质量变小，故D错误。 总结提升 1.特征：每发生一次α衰变，质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变，中子数减少1，质子数增加1。 2.技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数，这是因为β衰变次数的多少对质量数没有影响，然后根据衰变规律确定β衰变的次数。 3.比结合能是原子核稳定程度的量度。不同种类的原子核的比结合能不同，比结合能越大，原子核就越稳定，核子的平均质量越小。 　(2024·宁波市期末)研究表明原子核核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系。一般认为大于铁原子核质量数(56)的为重核，小于则是轻核，下列对该图像的理解正确的是 A.从图中可以看出，Fe原子核最稳定 B.从图中可以看出，重核A裂变成原 子核B和C时，需要吸收能量 C.从图中可以看出，轻核D和E发生 聚变生成原子核F时，需要吸收能量 D.从图中可以看出，重核随原子序数的增加，比结合能变大 例3 √ 轻核可聚变为更稳定的核，重核可裂变为更稳定的核，则Fe原子核最稳定，A正确； 重核A裂变原子核B和C时，由题图可 知，核子平均质量减小，裂变过程存 在质量亏损，需要释放能量，B错误； 轻核D和E发生聚变生成原子核F时， 由题图可知，核子平均质量减小，聚变过程存在质量亏损，需要释放能量，C错误； 由题图可知重核随原子序数的增加，原子核的核子平均质量增大，原子核越不稳定，故比结合能变小，D错误。 总结提升 1.核聚变是轻核结合成质量较大的核，核裂变是重核裂变成中等质量的核。无论核聚变、核裂变都释放能量。 2.如果核反应释放出能量，那么一定是产物的比结合能大于反应物的比结合能；反之吸收热量。 3.中等质量的核最稳定，比结合能最大，核子的平均质量最小。 　(2023·金华市联考)2023年4月12日，中科院合肥物质科学研究院有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造新的世界纪录，成功实现403秒稳态高约束模式等离子体运行。科研人员称该成果表明未来聚变实验堆高约束稳态运行具备可行性，对于探索未来聚变堆前沿物理等问题具有重要意义。一种典型的氢核聚变反应是两个氘核H)聚变成氦核He)，同时释放中子，已知氘核质量为2.013 6 u，氦核质量为3.015 0 u，中子质量为1.008 7 u，1 u相当于931.5 MeV的能量。 (1)写出上述核反应方程式； 例4 答案　Hn 由题意可写出氢核聚变反应方程式为 Hn。 (2)求核反应中释放的核能(结果保留2位小数)； 答案　3.26 MeV 核反应中质量亏损为 Δm=2×2.013 6 u-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u 释放的核能为 E=0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV。 (3)原子核具有足够的动能去克服库仑斥力，碰撞时十分接近，才可以发生核聚变。若两个氘核以相等的动能进行对心碰撞，已知一个氘核动能大小为0.37 MeV，并且核反应释放的核能全部转化为动能，求反应中产生的中子和氦核的动能。 答案　3 MeV　1 MeV 两个氘核以相等的动能进行对心碰撞，故系统初动量为零，据动量守恒定律有0=p氦+p中 即产生的中子和氦核的动量大小相等，方向相反， 由于Ek=mv2= 故中子和氦核的动能之比 Ek中∶Ek氦=m氦∶m中=3∶1， 中子和氦核的总动能 Ek总=2×0.37 MeV+3.26 MeV=4 MeV 可解得Ek中=3 MeV，Ek氦=1 MeV。 总结提升 核能的计算方法 1.由ΔE=Δmc2(Δm单位为“kg”)计算。 2.由ΔE=Δm×931.5 MeV(Δm单位为“u”)计算。 3.借助动量守恒和能量守恒计算。 $