章末復習課【知識體系】eq\a\vs4\al(原子核)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(原子核的組成\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(①,中子))核子,原子核的衰變\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(三種射線：α射線、β射線，②,衰變分類\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(α衰變：③,β衰變：④)),衰變規律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(⑤守恒,⑥守恒)),半衰期\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(意義：表示衰變快慢,公式：m＝m0\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up6(\f(t,T1/2)))),決定因素：由⑦決定)),人工轉變\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(質子的發現：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H,中子的發現：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n,正電子的發現：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e,放射性同位素及應用與防護)),核力與結合能\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(核力\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定義,特點)),結合能,平均結合能,核能的利用\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(⑧,輕核聚變)))),小粒子和大宇宙\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(粒子,夸克模型))))[答案填寫]①質子②γ射線③eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He④eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e⑤質量數⑥電荷數⑦核本身性質⑧重核裂變主題1對核反應方程及類型的理解1．核反應．常見核反應分為衰變、人工轉變、裂變、聚變等幾種類型．(1)衰變．α衰變：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(核內2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He)．β衰變：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e(核內eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e)．γ衰變：原子核處于較高能級，輻射光子后躍遷到低能級．衰變反應的特點：衰變是原子核自發地轉變成另一種原子核，反應物只有一個放射性核，生成物中除有一個新核外，還有α粒子或β粒子．(2)人工轉變．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(發現質子的核反應)．eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(發現中子的核反應)．人工轉變特點：以高能微觀粒子轟擊原子核為標志，反應物中除有一個原子核外，還有一個入射粒子，如α粒子、質子、中子等．(3)裂變．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n.裂變特點：質量較大的重核捕獲中子分裂成兩個以上中等質量的核，并放出幾個中子．(4)聚變．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n聚變特點：反應物中為n個質量較小的輕核，生成物包含一個質量較大的核．2．核反應方程的書寫．(1)必須遵守電荷數守恒、質量數守恒規律，有些核反應方程還要考慮到能量守恒規律．(2)核反應方程中的箭頭(→)表示核反應進行的方向，不能把箭頭寫成等號．(3)寫核反應方程必須要有實驗依據，決不能毫無根據地編造．(4)在寫核反應方程時，應先將已知原子核和已知粒子的符號填入核反應方程一般形式的適當位置上；然后根據質量數守恒和電荷數守恒規律計算出未知核(或未知粒子)的電荷數和質量數；最后根據未知核(或未知粒子)的電荷數確定它們是哪種元素(或哪種粒子)，并在核反應方程一般形式中的適當位置填寫上它們的符號．【典例1】(2023·江蘇卷)核電站利用原子核鏈式反應放出的巨大能量進行發電，eq\o\al(235,)92U是核電站常用的核燃料.eq\o\al(235,)92U受一個中子轟擊后裂變成eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr兩部分，并產生________個中子．要使鏈式反應發生，裂變物質的體積要________(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積．解析：由質量數守恒和電荷數守恒可知：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，可見產生了3個中子，鏈式反應的一個條件是鈾燃料的體積必須大于或等于臨界體積．答案：3大于針對訓練1．(2023·北京卷)實驗觀察到，靜止在勻強磁場中A點的原子核發生衰變，衰變產生的新核與電子恰在紙面內做勻速圓周運動，運動方向和軌跡示意如圖，則()A．軌跡1是電子的，磁場方向垂直紙面向外B．軌跡2是電子的，磁場方向垂直紙面向外C．軌跡1是新核的，磁場方向垂直紙面向里D．軌跡2是新核的，磁場方向垂直紙面向里解析：靜止的核發生β衰變(eq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋eq\o\al(0,－1)e)由內力作用，滿足動量守恒，則新核Y和電子的動量等大反向，垂直射入勻強磁場后均做勻速圓周運動，由qvB＝meq\f(v2,r)可知r＝eq\f(mv,qB)，則兩個新核的運動半徑與電量成反比，即eq\f(1,Z＋1)，則新核為小圓，電子為大圓；而新核帶正電，電子帶負電，由左手定則可知磁場方向垂直紙面向里，選項D正確．答案：D主題2核能的計算核能的計算是原子核物理中的熱點問題，在重核的裂變、輕核的聚變、放射性衰變以及某些人工轉變的核反應中，都伴隨著巨大的核能釋放，根據不同的題設條件和不同的核反應特征，歸納以下幾種計算方法：(1)根據質量虧損計算(E＝mc2或ΔE＝Δmc2)．①根據核反應方程，計算核反應前和核反應后的質量虧損Δm.②根據愛因斯坦質能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2計算核能．③計算過程中Δm的單位是千克，ΔE的單位是焦耳．(2)利用原子單位u和電子伏特計算(ΔE＝Δm×MeV)．①明確原子單位u和電子伏特間的關系．因1u＝×10－27kg則E＝mc2＝6×10－27××108)2J＝×10－10J.又1eV＝×10－19J，則E＝×10－10J＝MeV.②根據1原子質量單位(u)相當于MeV能量，用核子結合成原子核時質量虧損的原子質量單位數乘以MeV，即ΔE＝Δm×MeV.③上式中，Δm單位是u，ΔE的單位是MeV.(3)利用平均結合能來計算核能．原子核的結合能＝核子的平均結合能×核子數．核反應中反應前系統內所有原子核的總結合能與反應后生成的所有新核的總結合能之差，就是該次核反應所釋放(或吸收)的核能．(4)根據能量守恒和動量守恒來計算核能．參與核反應的粒子所組成的系統，在核反應過程中的動量和能量是守恒的，因此，在題給條件中沒有涉及質量虧損，或者核反應所釋放的核能全部轉化為生成的新粒子的動能而無光子輻射的情況下，從動量和能量守恒可以計算出核能的變化．(5)應用阿伏加德羅常數計算核能．若要計算具有宏觀質量的物質中所有原子核都發生核反應所放出的總能量，應用阿伏加德羅常數計算核能更為簡便．①根據物體的質量m和摩爾質量M，由n＝eq\f(m,M)求出摩爾數，并求出原子核的個數N＝NAn＝NAeq\f(m,M).②由題設條件求出一個原子核與另一個原子核反應放出或吸收的能量E0(或直接從題目中找出E0)．③再根據E＝NE0求出總能量．【典例2】已知氘核的平均結合能為MeV，氦核的平均結合能為MeV，則兩個氘核結合成一個氦核時()A．釋放出MeV的能量B．釋放出MeV的能量C．釋放出MeV的能量D．吸收MeV的能量解析：依據題意可寫出兩個氘核結合成一個氦核的核反應方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He，因氘核的平均結合能為MeV，氦核的平均結合能為MeV，故核反應過程釋放能量．ΔE＝4×MeV－2×2×MeV＝MeV，故選C.答案：C針對訓練2．試計算用α粒子轟擊鈹(eq\o\al(9,4)Be)核發現中子的核反應中所釋放的能量(已知鈹核、碳核、α粒子和中子的質量分別為mBe＝19u，mC＝0u，mα＝6u，mn＝665u．1u＝566×10－27kg解析：核反應方程為eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n＋ΔE，核反應中的質量虧損為Δm＝mBe＋mα－mC－mn＝19＋6－0－665)u＝125u，ΔE＝Δmc2＝125×MeV≈MeV或ΔE＝125×566×10－27×(3×108)2J≈×10－13J.答案：MeV(或×10－13J)統攬考情半衰期、質能方程的應用、計算和核反應方程的書寫是高考的熱點問題，試題一般以基礎知識為主，較簡單．真題例析(2023·課標全國Ⅰ卷)(多選)關于天然放射性，下列說法正確的是________．A．所有元素都可能發生衰變B．放射性元素的半衰期與外界的溫度無關C．放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性D．α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透能力最強E．一個原子核在一次衰變中可同時放出α、β和γ三種射線解析：并不是所有的元素都能發生衰變，只有原子序號超過83的元素才都能發生衰變，選項A錯．放射性元素的半衰期由原子核內部的結構決定，與外界溫度無關，選項B對．放射性元素其放射性來自于原子核內部，與其他元素形成化合物并沒有改變其內部原子核結構，所以仍具有放射性，選項C對．α、β和γ三種射線中，γ射線能量最高，穿透能力最強，選項D對．一個原子核在一次衰變中，要么是α衰變要么是β衰變，同時伴隨著能量的釋放，選項E錯．答案：BCD針對訓練(2023·課標全國Ⅱ卷)(多選)在人類對微觀世界進行探索的過程中，科學實驗起到了非常重要的作用．下列說法符合歷史事實的是________．A．密立根通過油滴實驗測得了基本電荷的數值B．貝克勒爾通過對天然放射性現象的研究，發現了原子中存在原子核C．居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了釙(P0)和鐳(Ra)兩種新元素D．盧瑟福通過α粒子散射實驗，證實了在原子核內存在質子E．湯姆孫通過陰極射線在電場和在磁場中的偏轉實驗，發現了陰極射線是由帶負電的粒子組成，并測出了該粒子的比荷解析：密立根通過油滴實驗測出了基本電荷的數值為×10－19C，A對；貝克勒爾通過對天然放射性的研究，證明了原子核有復雜結構，B錯；居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了釙(Po)和鐳(Ra)兩種新元素，C對；盧瑟福通過α粒子散射實驗，得出了原子的核式結構理論，D錯；湯姆孫通過對陰極射線在電場及在磁場中偏轉的實驗，發現了陰極射線是由帶負電的粒子組成，并測定了粒子的比荷，答案：ACE1．(2023·重慶卷)下圖中曲線a、b、c、d為氣泡室中某放射物質發生衰變放出的部分粒子的徑跡，氣泡室中磁感應強度方向垂直紙面向里．以下判斷可能正確的是()A．a、b為β粒子的徑跡 B．a、b為γ粒子的徑跡C．c、d為α粒子的徑跡 D．c、d為β粒子的徑跡解析：γ射線是不帶電的光子流，在磁場中不偏轉，故選項B錯誤．α粒子為氦核帶正電，由左手定則知受到向上的洛倫茲力向上偏轉，故選項A、C錯誤；β粒子是帶負電的電子流，應向下偏轉，選項D正確．答案：D2．(2023·北京卷)下列核反應方程中，屬于α衰變的是()\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H \o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n \o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e解析：用人工方法eq\o\al(4,2)He核轟擊eq\o\al(14,7)N產生質子，選項A錯誤；衰變是原子核自發放射粒子的核反應，選項B正確；兩個輕核結合成中核的反應為輕核聚變反應，選項C錯誤；D為β衰變．答案：B3．(2023·山東卷)(多選)14C發生放射性衰變為14N，5700年．已知植物存活其間，其體內14C與12C的比例不變；生命活動結束后，14C的比例持續減少．現通過測量得知，某古木樣品中A．該古木的年代距今約為5700年B．12C、13C、C．14C衰變為14ND．增加樣品測量環境的壓強將加速14C解析：因古木樣品中14C的比例正好是現代植物所制樣品的二分之一，則可知經過的時間為一個半衰期，即該古木的年代距今約為5700年，選項A正確；12C、13C、14C具有相同的質子數，由于質量數不同，故中子數不同，選項B錯誤；根據核反應方程可知，14C衰變為14N的過程中放出電子，答案：AC4．(2023·福建卷)下列是有關原子結構和原子核的認識，其中正確的是()A．γ射線是高速運動的電子流B．氫原子輻射光子后，其繞核運動的電子動能增大C．太陽輻射能量的主要來源是太陽中發生的重核裂變\o\al(210,83)Bi的半衰期是5天，100克eq\o\al(210,83)Bi經過10天后還