2020年高考物理备考冲刺之易错点点睛系列 专题15 原子核（学生版）

2020年高考物理备考冲刺之易错点点睛系列 专题15 原子核（学生版）

‎2020年高考物理备考冲刺之易错点点睛系列 专题15 原子核（学生版） ‎ ‎【高考预测】‎ 近代物理初步具有面向宏宇、面向微观、面向未来的特点。‎ ‎（1）能级与光谱、核反应方程及规律、光电效应三部分考的最频繁，其次是质能方程及核能、相关物理史，光子论等内容的题目。‎ ‎（2）非频繁考试内容在各年的考试中有所轮换，07年各地考题有所增加（多为两题），考题还有从单选向多选转化的趋势。‎ ‎（3）虽然本章点多面广，考点分散，但仍注重能力的考查，主要是考查理解能力、‎ 推理能力和应用数学处理物理问题的能力。‎ ‎（4）近代物理初步知识特点是“点多面宽”，“考点分散”，这三部分内容主要是从对基本概念的理解、辨别方面进行考查，包括阅读理解部分，题型主要以选择题为主，有单选向多选转化的趋势，在近几年高考试卷中几乎每年都考。‎ ‎【知识导学】‎ 一、原子的核式结构模型 ‎(1)α粒子散射实验 说明:a.整个实验过程在真空中进行.‎ b.金箔很薄,α粒子(He核)很容易穿过.‎ ‎②实验现象与结果 绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但是有少数α粒子发生了较大角度的偏转.极少数α粒子偏转角超过90°,有的几乎达到180°,沿原路返回.‎ ‎(2)原子的核式结构 卢瑟福依据α粒子散射实验的结果,提出了原子的核式结构:在原子中心有一个很小的核,叫原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转.‎ ‎(3)原子核的电荷与尺度 ‎①原子核的电荷:原子核的电荷数就是核中的质子数,等于核外电子数,接近于原子序数.‎ 原子核的尺度:对于一般的原子核,核半径的数量级为10-15m,而原子半径的数量级为10‎-10m,两者相差十万倍,可见原子内部是十分空旷的.‎ 二、天然放射现象 知识讲解 知识讲解 ‎(1)元素自发地放出射线的现象叫做天然放射现象.首先由贝克勒尔发现.天然放射现象的发现,说明原子核还有复杂的结构.‎ ‎(2)具有放射性的元素叫做放射性元素,一般原子序数大于83的所有天然元素都具有放射性,原子序数小于83的天然存在的元素有些也有放射性,它们放射出来的射线共有三种.‎ ‎(3)三种射线的本质和特征 三、原子核的组成 知识讲解 原子核是由质子,中子构成的,质子带正电,中子不带电.不同的原子核内质子和中子的个数并不相同.‎ ‎(1)原子核中的三个整数 ‎①核子数:质子和中子质量差别非常微小,两者统称为核子,所以质子数和中子数之和叫核子数.‎ ‎②电荷数(Z):原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍,通常用这个整数表示原子核的电荷量,叫做原子核的电荷数.‎ ‎③质量数(A):原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和,而质子与中子质量几乎相等,所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍,这个整数叫做原子核的质量数.‎ ‎(2)原子核中的两个等式 ‎①核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数.‎ ‎②质量数(A)=核子数=质子数+中子数.‎ ‎(3)同位素 子转化为质子和电子,形成β衰变.γ射线是伴随α衰变或β衰变而产生的.‎ ‎2e ‎3.半衰期 ‎①意义:放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间.用希腊字母τ表示.‎ ‎②公式:N余=N原（）t/τ m余=m原（）t/τ 式中N原、m原分别表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余分别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.‎ ‎③半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定,跟原子所处的物理状态(如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关.‎ 五、核能 知识讲解 ‎1.核能 核子结合成原子核需要放出能量,这叫原子的结合能,称为核能.‎ ‎2.质量亏损 ‎①裂变：重核分裂成两个质量较小的原子核的核反应叫裂变.‎ ‎②链式反应:裂变要在一定的条件下才能进行,比如铀235核受到中子轰击时会发生裂变,而裂变时又要放出一些中子,这些中子又可引起其他的铀235核裂变,而使裂变反应不断进行下去,这种反应叫做链式反应.‎ ‎2.轻核的聚变 ‎①聚变:轻核结合成质量较大原子核的核反应称为聚变.‎ ‎②热核反应:聚变必须在轻核间的距离十分接近,即达到10-15m时才能进行.在极高温度下,原子核可以获得足够的动能克服库仑斥力而发生聚变,这种聚变反应叫做热核反应.‎ ‎【解题方法技巧】‎ 一、衰变规律的运用 技法讲解 运用衰变规律重点要掌握“退二进一”规律，即原子核发生α衰变后，新核在元素周期表上要退2位，质量数减4；而β衰变后，新核比旧核在元素周期表上的位置进1位，但质量数不变，另外在分析推理的过程中始终要牢记质量数和电荷数守恒.‎ 例1、下列说法正确的是（）‎ A. Ra衰变为Rn要经过1次α衰变和1次β衰变 B. U衰变为Pa要经过1次α衰变和1次β衰变 C. Th衰变为Rb要经过6次α衰变和4次β衰变 D. U衰变为Rn要经过4次α衰变和4次β衰变 ‎238=234+4n,92=91+2n-m.解得n=1,m=1.选项B正确.‎ 同理可知选项C正确，选项D错误.所以，正确答案为B、C.答案：BC 二、核能的计算方法归纳 技法讲解 核能的计算是原子物理的重点知识和高考的热点问题,其基本方法是:‎ ‎(1)根据质量亏损计算,步骤如下 a.根据核反应方程,计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm.‎ b.根据爱因斯坦质能方程E=mc2或ΔE=Δmc2计算核能.‎ c.计算过程中Δm的单位是千克,ΔE的单位是焦耳.‎ ‎(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算 原子核的结合能=核子的平均结合能×核子数.核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该次核反应所释放(或吸收)的核能.‎ ‎(4)根据能量守恒和动量守恒来计算核能 参与核反应的粒子所组成的系统,在核反应过程中的动量和能量是守恒的,因此,在题给的条件中没有涉及质量亏损,或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下,根据动量和能量的守恒可以计算出核能的变化.‎ ‎(5)应用阿伏加德罗常数计算核能 若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量,应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便.‎ a.根据物体的质量m和摩尔质量M,由n=,求出物质的量，并求出原子核的个数N=NAn=NA.‎ b.由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0（或直接从题目中找出E0）.‎ c.再根据E=NE0求出总能量.‎ 答案：8.7×10-13J 例3、氘核和氚核聚变时的核反应方程为 已知H的平均结合能是2.78 MeV, H的平均结合能是1.09 MeV, He的平均结合能是7.03 MeV,试计算核反应时释放的能量.‎ 解析：聚变反应前氘核和氚核的总结合能 E1=(1.09×2+2.78×3)MeV=10.52MeV 反应后生成的氦核的结合能 E2=7.03×4 MeV=28.12MeV 由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量 ΔE=E2-E1=(28.12-10.52)MeV=17.6MeV ‎【易错点点睛】‎ 易错点l a粒子散射实验及原子子的核式结构 ‎1．下列说法中正确的是 ( )‎ A.玛丽·居里首先提出原子的核式结构 B．卢瑟福在a粒子散射实验中发现了电子 C.查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子 d.爱因斯坦为解释光电效应的实验规律提出了光子说 ‎【错误答案】B ‎ 【正确解答】AC 中子质量略大于质子质量，质量数都是1，两个质子之间存在库仑力，质子和质子间，质子和中子间，中子和中子间存在核力，核力作用距离很小，在10-14～10-15米的距离内，且随着距离的增大而迅速减小，综上所述，可知本题答案为选项AC．‎ 易错点2 核反应，衰变，半衰期 ‎1．铀裂变的产物之一氪90(Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成稳定的锆90(Zr)，这些衰变是 ( )‎ A. 1次a衰变，6次β衰变 B．4次β衰变 C. 2次a衰变 D．2次a衰变，2次β衰变 ‎【错误答案】A ‎【错解分析】未注意反应前后质量数和电荷数都应守恒 ‎ 【错误答案】C ‎【错解分析】未弄清两种衰变过程中原子核电荷数的变化情况 ‎【正确解答】B由于P是F的同位素，设它们的电荷数为Z，则根据衰变过程中电荷数守恒，可知E，P，S的电荷数均为Z，互为同位素．Q，C的电荷数均为Z+l，互为同位素．R，E的电荷数均为Z+2，互为同位素．H的电荷数为Z-1，故本题答案为B选项．‎ ‎3．完成核反应方程： .‎ 衰变为宁h的半衰期是1．2分钟，则64克经过6分钟还有 克尚未衰变．‎ ‎【错误答案】不能得出正确答案 ‎【错解分析】对半衰期概念理解不透，未掌握衰变公式 ‎【正确解答】由质量数和电荷数守恒可知该反应移出的粒子为．由衰变公式，可得尚未衰变的质量为(克)．‎ 易错点3 核能，质量亏损，质能方程 ‎1．中子n、质子p、氘核0的质量分别为mn、mp、mD.现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是 ( )‎ ‎ A．[(mD-mp-mn)c2-E]‎ B．[(mD+mn-mp)c2-E]‎ C·[(mD-mp-mn)c2+E]‎ D．[(mD+mn-mp)c2-E]‎ ‎【错误答案】A ‎【错解分析】氘核分解成质子和中予后质量将增大，而不是亏损，能量关系不清．‎ ‎【正确解答】氘核分解成中子，质子时，质量增加Am =mp+mn-mD.故有2EK=E(mpmn-md)c2得中子动能EK=[(mD-mγ—mn)c2+E]．故本题答案为C选项．‎ ‎2．如下一系列核反应是在恒星内部发生的 ‎ 【正确解答】解：为求出该系列反应后释放的能量，将题中所给的诸核反应方程式左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，该系列反应最终等效为 ‎,释放的能量ΔE=Δmc2=(4mp-m-2me)c2=3．95 ×10-12 J ‎【典型习题导练】‎ 一、选择题 ‎1．科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为He＋He→2H＋He.关于He聚变下列表述正确的是 (　　)‎ A．聚变反应不会释放能量 B．聚变反应产生了新的原子核 C．聚变反应没有质量亏损 D．目前核电站都采用He聚变反应发电 ‎4．某科学家提出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 H＋C→N＋Q1，H＋N→C＋X＋Q2‎ 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 H He He C N N 质量/u ‎1.0078‎ ‎3.0160‎ ‎4.0026‎ ‎12.0000‎ ‎13.0057‎ ‎15.0001‎ 以下推断正确的是 (　　)‎ A．X是He，Q2>Q1　　　　　　 B．X是He，Q2>Q1‎ C．X是He，Q2

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