資源簡介

章末核心素養提升
一、核反應的類型及核反應方程的書寫(易錯)
1.核反應的四種類型
類型 可控性 核反應方程典例
衰變 α衰變 自發 U→He＋Th
β衰變 自發 Th→e＋Pa＋
人工轉變 人工控制 He＋N→O＋H(盧瑟福發現質子)
He＋Be→C＋n(查德威克發現中子)
Al＋He→P＋n 約里奧—居里夫婦發現放射性同位素，同時發現正電子
P→Si＋e
重核裂變 比較容易進行人工控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n
U＋n→Xe＋Sr＋10n
輕核聚變 很難控制 H＋H→He＋n
2.核反應方程式的書寫
(1)熟記常見基本粒子的符號是正確書寫核反應方程的基礎。如質子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正電子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。
(2)掌握核反應方程遵循的規律是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據，由于核反應不可逆，所以書寫核反應方程式時只能用“→”表示反應方向。
(3)核反應過程中質量數守恒，核電荷數守恒。
例1 (2024·河南鶴壁市期末)目前我們學習過的核反應有4種類型，下列核反應方程的類型說法正確的是(　　)
①Na→Mg＋e　②U＋n→Xe＋Sr＋2n
③F＋He→Ne＋H　④H＋H→He＋n
A.①人工核轉變、②核裂變、③核聚變、④衰變
B.①衰變、②核裂變、③核聚變、④人工核轉變
C.①人工核轉變、②核聚變、③衰變、④核裂變
D.①衰變、②核裂變、③人工核轉變、④核聚變
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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核反應方程的判斷方法
(1)衰變方程的左邊只有一個原子核，右邊出現α或β粒子，分別為α衰變或β衰變，衰變過程是自發進行的。
(2)人工核轉變方程的左邊一般是氦原子核與常見原子核，右邊也是常見元素的原子核。
(3)聚變方程的左邊是輕核，右邊是稍重的原子核。
(4)裂變方程的左邊是重核與中子，右邊是中等質量的原子核。　　
二、核能的計算方法及注意事項(易錯)
1.質能方程法：運用衰變規律，根據原子核衰變前后質量數和電荷數都守恒，從而確定衰變次數和核反應方程；通過計算核反應前后的質量虧損Δm，再由質能方程ΔE＝Δmc2計算核能。
2.能量守恒法：通過計算核反應前后各核的動能等其他能量的總和，再根據能量守恒求出核能，并可由質能方程ΔE＝Δmc2計算核反應的質量虧損。
3.根據ΔE＝Δmc2計算核能時，質量虧損Δm是質量而不是質量數，其單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。
4.根據ΔE＝Δm×931.5 MeV計算核能時，1 u相當于931.5 MeV的能量，所以Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。
例2 (多選)在醫學上，放射性同位素電池已用于心臟起搏器和人工心臟，核能心臟由钚238(Pu)供能。钚238的衰變方程為Pu→U＋X，已知钚238、鈾234、X的質量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c，钚238的半衰期為88年。下列說法正確的是(　　)
A.X粒子是電子(　　0－1e)
B.钚238衰變產物的結合能之和一定大于钚238的結合能
C.衰變過程中釋放的核能為(m1－m2－m3)c2
D.1 000個钚238經過176年后，一定還有250個沒有衰變
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訓練1 (多選)(2024·新疆烏魯木齊市期末)原子核的平均結合能與質量數之間的關系圖線如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.He核的結合能約為28 MeV
B.Kr核比Ba核更穩定
C.三個中子和三個質子結合成Li核時釋放能量
D.在核反應U＋n→Kr＋Ba＋3n中，要吸收熱量
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(1)核反應方程中標注的能量值是方程中所涉及的幾個原子核發生核反應所釋放的能量，而不是多少mol物質反應釋放的能量。
(2)單位換算是易錯點之一，“MeV”對應“u”，“J”對應“kg”，同時要注意宏觀量與微觀量的換算。　　
三、原子物理與動量、能量相結合的問題(思想方法)
1.核反應過程中滿足四個守恒：質量數守恒、核電荷數守恒、動量守恒、能量守恒。
2.動量守恒定律在原子物理中的應用有以下兩種常見情況：
(1)未發生核反應，中子與原子核的作用可看作是彈性碰撞。此過程滿足動量守恒、動能守恒。
(2)發生核反應，產生新核和新粒子，無光子放出，此過程滿足動量守恒、能量守恒(注意核反應中釋放的核能)。
例3 如圖甲所示，靜止在勻強磁場中的Li核俘獲—個速度為v0＝7.7×104 m/s的中子而發生核反應，即Li＋n→H＋He，若已知He的速度v2＝2.0×104 m/s，其方向與反應前中子速度方向相同，試求：
(1)H的速度大小和方向；
(2)在圖乙中，已畫出并標明兩粒子的運動軌跡，請計算出H與He軌道半徑之比；
(3)當He旋轉三周時，粒子H旋轉幾周？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
訓練2 (2023·江蘇蘇州市期末)海水中有豐富的氘，可以充當未來的重要能源，兩個氘核聚合成一個氦核(同位素)的同時放出一個中子，并釋放出巨大的能量，若其中氘核的質量為m0，中子的質量為m1，氦核的質量為m2，光在真空中的速度為c。
(1)寫出該核反應方程并求該核反應釋放的核能；
(2)若兩個氘核以相同大小的動能對心正碰，求反應后產生的中子與氦核的動能之比。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
訓練3 盧瑟福用α粒子轟擊氮核發現質子。發現質子的核反應方程為N＋He→O＋H。已知氮核質量為mN＝14.007 53 u，氧核的質量為mO＝17.004 54 u，氦核質量為mHe＝4.003 87 u，質子(氫核)質量為mp＝1.008 15 u(1 u相當于931 MeV，結果保留2位有效數字)。
(1)這一核反應是吸收能量還是放出能量？相應的能量變化為多少？
(2)若入射氦核以v0＝3×107 m/s的速度沿兩核中心連線方向轟擊靜止氮核，反應生成的氧核和質子同方向運動，且速度大小之比為1∶50，求氧核的速度大小。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
章末核心素養提升
知識網絡構建
α粒子　中子　半數　中等　達到
核心素養提升
例1 D　[①是放射性元素放射出粒子而轉變為另一種元素的過程，屬于原子核的衰變；②是重核分裂成兩個中等質量的原子核，屬于核裂變；③是高能粒子轟擊原子核使之轉變為另一種原子核的過程，屬于原子核的人工轉變；④是輕核結合成較重的原子核，屬于核聚變，所以以上反應類型依次屬于衰變、核裂變、人工核轉變、核聚變，故D正確。]
例2 BC　[钚238的衰變方程為Pu→U＋He，可知X粒子是氦核(He)，故A錯誤；钚238的衰變放出能量，可知钚238衰變產物的結合能之和一定大于钚238的結合能，故B正確；衰變過程中釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3)c2，故C正確；半衰期是大量放射性元素的原子核有半數發生衰變的時間，少量放射性元素半衰期不適用，故D錯誤。]
訓練1 ABC　[分析圖像可知，He核的平均結合能約為7 MeV，根據平均結合能的定義可知，He核的結合能約為4×7 MeV＝28 MeV，故A正確；平均結合能越大的原子核越穩定，分析圖像可知，Kr核比eq \a\vs4\al(Ba)核的平均結合能大，所以Kr核比Ba核更穩定，故B正確；核子結合成原子核時，存在質量虧損，釋放核能，故三個中子和三個質子結合成Li核時釋放能量，故C正確；重核裂變時，存在質量虧損，釋放能量，故D錯誤。]
例3 (1)大小為1.0×103 m/s，方向與v0方向相反　(2)3∶40
(3)2周
解析　(1)反應過程動量守恒，由動量守恒定律得m0v0＝m1v1＋m2v2(v1為氚核速度，m0、m1、m2分別代表中子、氚核、氦核質量)
代入數值可解得v1＝－1.0×103 m/s，即H的速度大小為1.0×103 m/s，方向與v0方向相反。
(2)H和He在磁場中均只受洛倫茲力，做勻速圓周運動的半徑之比r1∶r2＝∶＝3∶40。
(3)H和He做勻速圓周運動的周期之比
T1∶T2＝∶＝3∶2
所以它們的旋轉周數之比n1∶n2＝T2∶T1＝2∶3
即He旋轉3周，H旋轉2周。
訓練2 (1)H＋H→He＋n　(2m0－m1－m2)c2　(2)3∶1
解析　(1)核反應過程中，原子核的質量數與核電荷數守恒，則可寫出核反應方程為
H＋H→He＋n
核反應中的質量虧損為Δm＝2m0－m1－m2
核反應所釋放的核能為
ΔE＝Δmc2＝(2m0－m1－m2)c2。
(2)把兩個氘核作為一個系統，碰撞過程系統的動量守恒，由于碰撞前兩氘核的動能相等，則其動量等大反向，因此反應前后系統的總動量為零，即
mHevHe＋mnvn＝0
根據動能與動量的大小關系有Ek＝mv2＝
氦核與中子的質量之比可認為等于質量數之比，
即有mHe∶mn＝3∶1
解得反應后產生的中子與氦核的動能之比
Ekn∶EkHe＝3∶1。
訓練3 (1)吸收能量　1.2 MeV　(2)1.8×106 m/s
解析　(1)Δm＝mN＋mHe－mO－mp＝－0.001 29 u
ΔE＝Δm×931 MeV＝－1.2 MeV
故這一核反應吸收能量，吸收的能量為1.2 MeV。
(2)由動量守恒得mHev0＝mpvp＋mOvO
又因為vO∶vp＝1∶50
解得vO≈1.8×106 m/s。(共27張PPT)
章末核心素養提升
第5章 原子核與核能
目 錄
CONTENTS
知識網絡構建
01
核心素養提升
02
知識網絡構建
1
α粒子
中子
半數
中等
達到
核心素養提升
2
一、核反應的類型及核反應方程的書寫(易錯)
1.核反應的四種類型
2.核反應方程式的書寫
D
例1 (2024·河南鶴壁市期末)目前我們學習過的核反應有4種類型，下列核反應方程的類型說法正確的是(　　)
解析　①是放射性元素放射出粒子而轉變為另一種元素的過程，屬于原子核的衰變；②是重核分裂成兩個中等質量的原子核，屬于核裂變；③是高能粒子轟擊原子核使之轉變為另一種原子核的過程，屬于原子核的人工轉變；④是輕核結合成較重的原子核，屬于核聚變，所以以上反應類型依次屬于衰變、核裂變、人工核轉變、核聚變，故D正確。
核反應方程的判斷方法
(1)衰變方程的左邊只有一個原子核，右邊出現α或β粒子，分別為α衰變或β衰變，衰變過程是自發進行的。
(2)人工核轉變方程的左邊一般是氦原子核與常見原子核，右邊也是常見元素的原子核。
(3)聚變方程的左邊是輕核，右邊是稍重的原子核。
(4)裂變方程的左邊是重核與中子，右邊是中等質量的原子核。
二、核能的計算方法及注意事項(易錯)
1.質能方程法：運用衰變規律，根據原子核衰變前后質量數和電荷數都守恒，從而確定衰變次數和核反應方程；通過計算核反應前后的質量虧損Δm，再由質能方程ΔE＝Δmc2計算核能。
2.能量守恒法：通過計算核反應前后各核的動能等其他能量的總和，再根據能量守恒求出核能，并可由質能方程ΔE＝Δmc2計算核反應的質量虧損。
3.根據ΔE＝Δmc2計算核能時，質量虧損Δm是質量而不是質量數，其單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。
4.根據ΔE＝Δm×931.5 MeV計算核能時，1 u相當于931.5 MeV的能量，所以Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。
BC
ABC
訓練1 (多選)(2024·新疆烏魯木齊市期末)原子核的平均結合能與質量數之間的關系圖線如圖所示。下列說法正確的是(　 　)
(1)核反應方程中標注的能量值是方程中所涉及的幾個原子核發生核反應所釋放的能量，而不是多少mol物質反應釋放的能量。
(2)單位換算是易錯點之一，“MeV”對應“u”，“J”對應“kg”，同時要注意宏觀量與微觀量的換算。
三、原子物理與動量、能量相結合的問題(思想方法)
1.核反應過程中滿足四個守恒：質量數守恒、核電荷數守恒、動量守恒、能量守恒。
2.動量守恒定律在原子物理中的應用有以下兩種常見情況：
(1)未發生核反應，中子與原子核的作用可看作是彈性碰撞。此過程滿足動量守恒、動能守恒。
(2)發生核反應，產生新核和新粒子，無光子放出，此過程滿足動量守恒、能量守恒(注意核反應中釋放的核能)。
解析　(1)反應過程動量守恒，由動量守恒定律得m0v0＝m1v1＋m2v2(v1為氚核速度，m0、m1、m2分別代表中子、氚核、氦核質量)
訓練2 (2023·江蘇蘇州市期末)海水中有豐富的氘，可以充當未來的重要能源，兩個氘核聚合成一個氦核(同位素)的同時放出一個中子，并釋放出巨大的能量，若其中氘核的質量為m0，中子的質量為m1，氦核的質量為m2，光在真空中的速度為c。
(1)寫出該核反應方程并求該核反應釋放的核能；
(2)若兩個氘核以相同大小的動能對心正碰，求反應后產生的中子與氦核的動能之比。
核反應中的質量虧損為Δm＝2m0－m1－m2
核反應所釋放的核能為
ΔE＝Δmc2＝(2m0－m1－m2)c2。
(2)把兩個氘核作為一個系統，碰撞過程系統的動量守恒，由于碰撞前兩氘核的動能相等，則其動量等大反向，因此反應前后系統的總動量為零，即
mHevHe＋mnvn＝0

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