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1学案63原子核与放射性核能一、概念规律题组1．若用x代表一个中性原子的核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对23490Th的原子来说()A．x＝90，y＝90，z＝234B．x＝90，y＝90，z＝144C．x＝144，y＝144，z＝90D．x＝234，y＝234，z＝3242．关于天然放射现象，下列说法正确的是()A．放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期B．放射性物质放出的射线中，α粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生β衰变D．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线3．关于放射性元素的半衰期，下列说法中正确的是()A．原子核全部衰变所需要的时间的一半B．原子核有半数发生衰变所需要的时间C．原子量减少一半所需要的时间D．元素质量减半所需要的时间4．关于质能方程，下列哪些说法是正确的()A．质量减小，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系二、思想方法题组2一、确定衰变次数的方法[规范思维]二、对半衰期的理解1．根据半衰期的概念，可总结出公式N余＝N原(12)t/τ，m余＝m原(12)t/τ3式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．2．影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．3．只有对大量原子核衰变时谈半衰期才有意义，因为半衰期为统计规律，对少数原子核不适用．【例2】)碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰期为8天．(1)碘131核的衰变方程：13153I→______________(衰变后的元素用X表示)．(2)经过________天有75%的碘131核发生了衰变．[针对训练1]某考古队发现一古生物骸骨．考古专家根据骸骨中146C的含量推断出了该生物死亡的年代．已知此骸骨中146C的含量为活着的生物体中146C的1/4，146C的半衰期为5730年．该生物死亡时距今约________年．三、核反应的四种类型特别提示1.核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．2．核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．43．核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．【例3】下列说法正确的是()A.157N＋11H―→126C＋42He是α衰变方程B.11H＋21H―→32He＋γ是核聚变反应方程C.23892U―→23490Th＋42He是核裂变反应方程D.42He＋2713Al―→3015P＋10n是原子核的人工转变方程【例4】原子核聚变有望给人类的未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出热量．这几种反应的总效果可以表示为621H―→k42He＋d11H＋210n＋43.15MeV由平衡条件可知()A．k＝1，d＝4B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6D．k＝2，d＝3四、核能的计算1．核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时释放的能量为质量亏损(Δm)数乘以真空中光速(c＝3×108m/s)的平方即ΔE＝Δmc2①(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核子结合成原子核时释放的能量为亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV②(3)注意①式中Δm的单位是kg，ΔE的单位是J；②式中Δm的单位是指原子质量单位u(1u＝1.660566×10－27kg)，ΔE的单位是兆电子伏特(MeV)．2．核反应中释放的核能，在无光子辐射的情况下，将转化为生成的新核和新粒子的动能．因此在此情况下可应用动量守恒定律和能量守恒及转化定律来计算核能．【例5】历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5MeV的质子11H轰击静止的AZX，生成两个动能均为8.9MeV的42He.(1MeV＝1.6×10－13J)(1)写出上述反应方程；(2)求出上述反应中的质量亏损．56[针对训练2]原来静止的铀23892U和钍234同时在同一匀强磁场中，由于衰变而开始做匀速圆周运动．铀238发生了一次α衰变，钍234发生了一次β衰变．(1)试画出铀238发生一次α衰变时所产生的新核及α粒子在磁场中运动轨迹的示意图．(2)试画出钍234发生一次β衰变时所产生的新核及β粒子在磁场中运动轨迹的示意图．【基础演练】1．下列现象中，与原子核内部变化有关的是()A．α粒子散射现象B．天然放射现象C．光电效应现象D．原子发光现象2．放射性元素衰变时放出的三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是()A．α射线，β射线，γ射线B．γ射线，β射线，α射线C．γ射线，α射线，β射线D．β射线，α射线，γ射线A．α衰变、β衰变和β衰变B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变D．α衰变、β衰变和α衰变4．原子核AZX与氘核21H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知()A．A＝2，Z＝1B．A＝2，Z＝2C．A＝3，Z＝3D．A＝3，Z＝25．关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的有()A．是原子核质量减少一半所需的时间B．是原子核有半数发生衰变所需的时间C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的半衰期D．可以用来测定地质年代、生物年代等6．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的中微子(νe)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器主体是一个贮满615t四氯乙烯(C2Cl4)液体的巨桶．中微子可以将一个氯核转变为一个氩核和一个电子，其核反应方程式为νe＋3717Cl―→3718Ar＋0－1e.已知3717Cl核的质量为36.95658u，3718Ar核的质量为36.95691u，0－1e的质量为0.00055u，71u质量对应的能量为931.5MeV.根据以上信息，可以判断()A．中微子不带电B．中微子就是中子C.3717C1和3718Ar是同位素D．参与上述反应的中微子的最小能量约为0.82MeV7．某科学家提出了年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：原子核11H32He42He126C137N157N质量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推断正确的是()A．X是32He，Q2Q1B．X是42He，Q2Q1C．X是32He，Q2Q1D．X是42He，Q2Q18．美国研究人员正在研制一种新型镍—铜长效电池，它是采用铜和半衰期长达100年的放射性同位素镍63(6328Ni)这两种金属作为长寿命电池的材料．将镍63置于中央，四周包上铜皮，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，可用镍63和铜片作电池两极，为外接负载提供电能．下列有关该电池的说法正确的是()A．镍63的衰变方程是6328Ni→0－1e＋6329CuB．镍63的衰变方程是6328Ni→0－1e＋6229CuC．外接负载时镍63的电势比铜片高D．该电池内电流方向是从铜片到镍【能力提升】9．)14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法．若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m0为t＝0时14C的质量．下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是()题号123456789答案10.(1)下列叙述中正确的有()A．光的粒子性被光电效应和康普顿效应所证实B．在α粒子散射实验的基础上，卢瑟福提出了原子的核式结构模型C．紫外线照射某金属表面时发生了光电效应，则红外线也一定可以使该金属发生光电效应8D．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经过7.6天后就一定只剩下一个氡原子核(2)氢原子能级如图1所示，则要使一个处于基态的氢原子释放出一个电子而变为氢离子，该氢原子需要吸收的能量至少是________eV，一群处于n＝4能级的氢原子回到n＝2的状态过程中，可能辐射________种不同频率的光子．图1(3)静止的锂核63Li俘获一个速度为8×106m/s的中子，发生核反应后若只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦42He，它的速度大小是8×106m/s，方向与反应前的中子速度方向相同．①完成此核反应的方程式63Li＋10n→42He＋________.②反应后产生的另一个粒子的速度大小为______m/s，方向________．11．某实验室工作人员，用初速度v0＝0.09c(c为真空中的光速)的α粒子轰击静止的氮原子核147N，产生了质子11H.若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核与质子同方向运动，垂直磁场方向射入磁场，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1∶20，已知质子质量为m.(1)写出核反应方程；(2)求出质子的速度v；(3)若用两个上述质子发生对心弹性碰撞，则每个质子的动量变化量是多少？(保留两位有效数字)12．如图2所示，图2一个有界的匀强磁场，磁感应强度B＝0.50T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界．在距磁场左边界MN1.0m处有一个放射源A，内装放射性物质22688Ra(镭)，22688Ra发生α衰变生成新核Rn(氡)．放在MN左侧的粒子接收器可以接收到垂直于边界MN方向射出的α粒子，此时接收器位置距直线OA的距离为1.0m.9(1)试写出Ra的衰变方程；(2)求衰变后Rn(氡)的速率．(质子、中子的质量为1.6×10－27kg，电子电荷量e＝1.6×10－19C)学案63原子核与放射性核能【课前双基回扣】1．B[在23490Th中，左下标为质子数，左上标为质量数，则y＝90；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝90；中子数等于质量数减去质子数，z＝234－90＝144，所以B选项对．]2．D[本题是对天然放射现象基本概念的考查．半衰期的概念是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是原子核内的核子半数发生衰变所需的时间，选项A错误；放射性物质放出的射线中，α粒子的动能很大，但由于它与外界物质的原子核碰撞时很容易损失能量，因此它贯穿物质的本领很小，选项B错误；放射性元素发生衰变是因为原子核不稳定所引起的，与核外电子的能量高低无关，选项C错误；放射性元素发生衰变后的新核从高能级向低能级跃迁时会以光子的形式放出能量，γ射线即为高能的光子流，选项D正确．]3．BD[放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫做这种元素的半衰期，它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同．放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核，原来的放射性元素原子核的个数不断减少，当原子核的个数减半时，放射性元素的原子核的质量也减半．故选项B、D正确．]4．BD[质能方程E＝mc2，表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δm·c2来计算．]105．A[X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误．中子数为140－(92－38)＝86个，A正确．裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错．]6．C[裂变是重核变为中等质量的核，②是；衰变有α衰变和β衰变，α衰变的结果是释放氦核，β衰变的结果是从中子中释放电子，①是；聚变是质量较小的核结合成质量较大的核，③是．综上所述C正确．]思维提升1．原子核是由中子和质子组成．2．核反应方程共有四种：衰变、人工转变、裂变、聚变3．α衰变中α射线的实质42He，β衰变中β射线的实质是电子流．γ射线是伴随着α衰变或β衰变同时产生的