（2021新人教版）高中物理选择性必修第三册第5章 章末综合提升讲义.doc

1、巩固层巩固层知识整合知识整合 提升层提升层能力强化能力强化 四类核反应及其四类核反应及其 核反应方程核反应方程 1书写原则：核反应遵循质量数和电荷数守恒。书写原则：核反应遵循质量数和电荷数守恒。 2常见的核反应方程及相关内容常见的核反应方程及相关内容 核反应式核反应式与其相关的重要内容与其相关的重要内容 238 92U23490Th42He衰变实质衰变实质 211H210n42He 234 90Th23491Pa 0 1e 衰变实质衰变实质 1 0n11H 0 1e 14 7N42He178O11H 质子的发现质子的发现(1919 年年) 卢瑟福卢瑟福 9 4Be42He126C10n 中子的

2、发现中子的发现(1932 年年) 查德威克查德威克 27 13Al42He3015P10n 人工放射性同位素人工放射性同位素 的发现的发现 约里奥约里奥居里夫居里夫 妇妇 30 15P3014Si01e正电子的发现正电子的发现(1934约里奥约里奥居里夫居里夫 年年)妇妇 235 92U10n9038Sr13654Xe1010n 235 92U 1 0n14456Ba8936Kr310n 重核裂变重核裂变 2 1H31H42He10n轻核聚变轻核聚变 3关于核反应的四点说明关于核反应的四点说明 (1)核反应过程一般都是不可逆的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

3、所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向， 不能用等号连接不能用等号连接。 (2)核反应的生成物一定要以实验为基础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成物来写核反应方程。 (3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒。 (4)四类核反应的判断技巧：衰变方程的箭头左侧只有一项且箭头右侧必有四类核反应的判断技巧：衰变方程的箭头左侧只有一项且箭头右侧必有 4 2He 或或 0 1e；人工转变的箭头左侧都含有一个用来轰击的小粒子 ；人工转变的箭头左侧都含有

4、一个用来轰击的小粒子，多为质子多为质子、中子中子、粒子或粒子或 粒子粒子，且被轰击核多为中等质量核且被轰击核多为中等质量核；重核裂变的箭头左侧多为铀重核裂变的箭头左侧多为铀 235，且有中子且有中子；聚变聚变 方程的箭头左侧的原子序数都很小，多为前方程的箭头左侧的原子序数都很小，多为前 4 号元素。号元素。 【例【例 1】(多选多选)下列说法正确的是下列说法正确的是() A21H31H42He10n 是聚变是聚变 B23592U10n14054Xe9438Sr210n 是裂变是裂变 C22698Ra22296Rn42He 是是衰变衰变 D2411Na2412Mg 0 1e 是裂变 是裂变 思路

5、点拨：思路点拨：(1)裂变是重核分裂为两个中等质量的核；聚变是两个轻核结合成质量裂变是重核分裂为两个中等质量的核；聚变是两个轻核结合成质量 较大的核。较大的核。 (2)核方程遵循电荷数守恒、质量数守恒。核方程遵循电荷数守恒、质量数守恒。 ABC聚变是两个轻核结合成质量较大的核聚变是两个轻核结合成质量较大的核，A 正确；裂变反应指的是质量较大正确；裂变反应指的是质量较大 的核分解成几块中等质量的核的核分解成几块中等质量的核，B 正确正确，D 错误；放射性元素自发地放射出错误；放射性元素自发地放射出粒子的现粒子的现 象是象是衰变衰变，C 正确。正确。 核反应中的核反应中的“守恒规守恒规 律律” 原

6、子核物理中原子核物理中，常提及核反应的常提及核反应的“守恒规律守恒规律”与与“核能的计算核能的计算”问题问题。事实上事实上，在核反在核反 应过程中，由于核力对核子做功，会引起应过程中，由于核力对核子做功，会引起“核反应系统核反应系统”(以下简称以下简称“系统系统”)的能量变化的能量变化。 我们就把系统释放或吸收的这部分能量，叫做核能。从而，核反应即可分为质量亏损我们就把系统释放或吸收的这部分能量，叫做核能。从而，核反应即可分为质量亏损、 释放核能和质量增加释放核能和质量增加、吸收核能两大类型吸收核能两大类型。其中其中，又以研究发生质量亏损又以研究发生质量亏损、释放核能的释放核能的 一类核反应为

7、学习的重点。一类核反应为学习的重点。 欲解决核反应中有关欲解决核反应中有关“守恒规律守恒规律”与与“核能的计算核能的计算”问题，可利用以下几条问题，可利用以下几条“依据依据”： 1五个守恒五个守恒 (1)质量数守恒。质量数守恒。 (2)质子数质子数(电荷数电荷数)守恒。守恒。 (3)质量守恒质量守恒(“亏损质量亏损质量”与释放的与释放的“核能核能”相当相当)。 (4)能量守恒。能量守恒。 (5)动量守恒。动量守恒。 2两个方程两个方程 (1)质能方程：质能方程：Emc2，m 指物体的质量。指物体的质量。 (2)核能：核能：Emc2。 3一个半衰期一个半衰期(T) (1)剩余核数：剩余核数：NN

8、0 1 2 t T。 。 (2)剩余质量：剩余质量：mm0 1 2 t T 。 【例【例 2】如图所示，有界匀强磁场磁感应强度大小为如图所示，有界匀强磁场磁感应强度大小为 B0.05 T，磁场方向垂直，磁场方向垂直 于纸面向里于纸面向里，MN 是磁场的左边界是磁场的左边界，在磁场中在磁场中 A 处放一个放射源处放一个放射源，内装内装 226 88Ra(镭镭)， 226 88Ra 放出某种放射线后衰变成放出某种放射线后衰变成 222 86Rn(氡氡)。试写出。试写出 226 88Ra 衰变的方程。若衰变的方程。若 A 距磁场的左边距磁场的左边界界 MN 的距离的距离 OA1.0 m 时，放在时，

9、放在 MN 左侧的粒子接收器收到垂直于边界左侧的粒子接收器收到垂直于边界 MN 方向射出方向射出 的质量较小的粒子，此时接收器距过的质量较小的粒子，此时接收器距过 OA 的直线的直线 1.0 m，则此时可以推断出一静止镭，则此时可以推断出一静止镭核核 226 88Ra 衰变时放出的能量是多少？衰变时放出的能量是多少？(保留两位有效数字，取保留两位有效数字，取 1 u1.610 27 kg，电子电荷，电子电荷 量量 e1.610 19 C) 思路点拨：思路点拨：(1)据质量数和电荷数守恒写出核反应方程。据质量数和电荷数守恒写出核反应方程。 (2)据动量守恒定律、动能定义可求能量。据动量守恒定律、

10、动能定义可求能量。 解析解析 226 88Ra22286Rn42He。 镭衰变放出镭衰变放出粒子和氡核粒子和氡核，在磁场中做匀速圆周运动在磁场中做匀速圆周运动，粒子垂直于粒子垂直于 MN 边界射出边界射出 被接收器接收被接收器接收，粒子在磁场中的轨迹为粒子在磁场中的轨迹为1 4圆周 圆周，得圆半径为得圆半径为 R1.0 m 粒子的动量粒子的动量 mvqBR1.610 20 kgm/s 粒子的动能为粒子的动能为 E11 2m v2 p2 2m 2.010 14 J 衰变过程中动量守恒衰变过程中动量守恒，有有 mvMRnv1 氡核反冲的动能为氡核反冲的动能为 E21 2M Rnv21mE1 MRn

11、 衰变过程释放出的能量为衰变过程释放出的能量为 E1E2 1 m MRnE12.0410 14 J。 答案答案 226 88Ra22286Rn42He2.0410 14 J 一语通关一语通关如果在核反应中无光子辐射如果在核反应中无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动核反应释放的核能全部转化为新核的动 能和新粒子的动能。在这种情况下计算核能的主要依据是：能和新粒子的动能。在这种情况下计算核能的主要依据是： (1)核反应过程中只有内力作用核反应过程中只有内力作用，故系统动量守恒。故系统动量守恒。 (2)反应前后总能量守恒。反应前后总能量守恒。 培养层培养层素养升华素养升华 在磁感应强度为在

12、磁感应强度为 B 的匀强磁场中的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次一个静止的放射性原子核发生了一次衰变衰变。放放 射出的射出的粒子粒子(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为 R。以。以 m、q 分别分别 表示表示粒子的质量和电荷量。粒子的质量和电荷量。 设问探究设问探究 1放射性原子核用放射性原子核用 A ZX 表示表示，新核的元素符号用新核的元素符号用 Y 表示表示，写出该写出该衰变的核反应方衰变的核反应方 程。程。 2 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流， 求圆周运动的周期和环形电

13、流大小求圆周运动的周期和环形电流大小。 3设该衰变过程释放的核能都转化为设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能，新核的质量为粒子和新核的动能，新核的质量为 M，求，求 衰变过程的质量亏损衰变过程的质量亏损m。 提示：提示：1AZXA 4 Z2Y42He。 2设设粒子的速度大小为粒子的速度大小为 v，由由 qvBmv 2 R， ，T2R v ，得得粒子在磁场中运动周期粒子在磁场中运动周期 T 2m qB ，环形电流大小，环形电流大小 Iq T q2B 2m。 。 3由由 qvBmv 2 R，得 ，得 vqBR m ；设衰变后新核；设衰变后新核 Y 的速度大小为的速度大小为 v，系统动量守

14、恒，系统动量守恒， Mvmv0，vmv M qBR M ；由；由mc21 2Mv 2 1 2mv 2，得 ，得m(M m)(qBR)2 2mMc2 。 深度思考深度思考 放射性元素放射性元素 A 经过经过 2 次次衰变和衰变和 1 次次衰变后生成一新元素衰变后生成一新元素 B，则元素，则元素 B 在元素周在元素周 期表中的位置较元素期表中的位置较元素 A 的位置向前移动了的位置向前移动了() A1 位位B2 位位 C3 位位D4 位位 C粒子是粒子是 4 2He，粒子是粒子是 0 1e， ，因此发生一次因此发生一次衰变电荷数减少衰变电荷数减少 2，发生一次发生一次衰衰 变电荷数增加变电荷数增加 1，据题意据题意，电荷数变化为：电荷数变化为：2213，所以新元素在元素周期表所以新元素在元素周期表 中的位置向前移动了中的位置向前移动了 3 位。故位。故 C 正确。正确。