1、本章优化总结原子核的三种衰变和三种射线性质1原子核的三种衰变(1) 衰变是原子核放出两个质子和两个中子的结合体 衰变是原子核内的一个中子变成一个质子时发生的 衰变是原子核内的质子转变成一个中子时产生的 射线是在发生 衰变、 衰变和 衰变时，产生的新核由较高能量状态向较低能量状态跃迁时发生的(2)不论发生哪种衰变，衰变前后的电荷数和质量数是守恒的2三种放射性射线三种射线是指 射线、 射线和 射线，三种射线的实质和特性如下表所示粒子 特性射线 He(正电)42穿透本领小(空气中射程只有几厘米 )，电离本领强，速度为c10射线 e(负电)0 1穿透本领大(能穿透几毫米厚的铝板 )，电离作用较弱，速度
2、为9c10射线 高能光子(中性) 穿透本领很大(能穿透几厘米厚的铅板 )，电离作用很小3.半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间计算公式：NN 0 或 mm 0 ，(12)n(12)n其中 n ， 为半衰期t在核电站泄漏的污染物中含有 131I 和 137Cs 两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射在下列四个式子中，有两个能分别反映 131I 和 137Cs 的衰变过程，它们分别是_和_( 填入正确选项前的字母 ).131I 和 137Cs 原子核中的中子数分别是_和_AX 1 Ba n BX 2 Xe e13756 10 13154 0 1CX 3 Ba e D
3、X 4 Xe p13756 0 1 13154 1解析 根据衰变过程中电荷数守恒和质量数守恒可知， X2 为 I，X 3 为 Cs，中1315 13755子数等于质量数减去核电荷数，分别为 1315378 和 1375582.答案 B C 78 82确定衰变次数的方法(1) X Yn Hem eAZ AZ 42 0 1根据质量数、电荷数守恒得 AA4nZZ 2nm二式联立求解得 衰变次数 n 和 衰变次数 m.(2)根据 衰变和 衰变实质( 衰变质量数不变)直接求解 1.为测定水库的存水量，将一瓶放射性溶液倒入水库中，已知这瓶溶液每分钟衰变 8107 次，这种元素的半衰期为 2 天，10 天以
4、后从水库取出 1 m3 的水，并测得每分钟衰变 10 次，求水库的存水量解析：设该放射性元素原有质量 m0，10 天后的剩余质量为 m，水库存水量为 Q，则有 m3mm0 108107Q由半衰期公式得 mm 0(12)t 由以上两式联立代入数据，得 m3 10Q8107 (12)102 (12)5解得水库存水量为 Q2.5 105 m3.答案：2.510 5 m3对核反应方程的类型的理解1四类核反应方程的比较名称 核反应方程 时间 其他衰变 U Th He23892 23490 42衰变衰变 Th Pa e23490 23491 0 11896 年 贝可勒尔裂变U n Sr23592 10 9
5、038Xe10 n141 MeV13654 101938 年 原子弹原理聚变 H H He n17.6 MeV21 31 42 10 氢弹原理正电子Al He P n2713 42 3015 10P Si e3015 3014 0 11934 年 约里奥居里夫妇发现质子 N He O H147 42 178 1 1919 年 卢瑟福人工转变发现中子 Be He C n94 42 126 10 1932 年 查德威克2.解题时注意事项(1)熟记一些粒子的符号： 粒子( He)、质子( H 或 p)、中子 ( n)、电子( e)、氘核42 1 10 0 1( H)、氚核( H)21 31(2)注意
6、在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒(2016高考全国卷甲) 在下列描述核过程的方程中，属于 衰变的是_，属于 衰变的是 _，属于裂变的是 _，属于聚变的是 _( 填正确答案标号)A C N e146 147 0 1B P S e3215 3216 0 1C U Th He23892 23490 42D N He O H147 42 178 1E. U n Xe Sr 2 n23592 10 1405 9438 10F. H H He n31 21 42 10解析 一个原子核自发地放出一个 粒子，生成一个新核的过程是 衰变，因此 C项是 衰变；
7、一个重核在一个粒子的轰击下，分裂成几个中等质量原子核的过程是重核的裂变，因此 E 项是重核的裂变；两个较轻的原子核聚合成一个较大的原子核，并放出粒子的过程是轻核的聚变，因此 F 项是轻核的聚变；另外，A、B 项是 衰变，D 项是原子核的人工转变答案 C AB E F2.(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有( )A H H He n 是核聚变反应31 21 42 10B H H He n 是 衰变31 21 42 10C U n Ba Kr3 n 是核裂变反应23592 10 14156 9236 10D U n Xe Sr2 n
8、是 衰变23592 10 1405 9438 10解析：选 ACA、B 所列反应是核聚变，不是 衰变， 衰变要放出电子，故 A 对，B 错；C、D 两种反应都是核裂变，故 C 对，D 错核能的计算1利用质能方程来计算核能(1)首先根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损 m.(2)再根据爱因斯坦质能方程 Emc 2 或 Emc 2 计算核能方程 Emc 2 中若 m的单位用“kg”、c 的单位用“m/s”，则 E 的单位为“J”；若 m 的单位用“u” ，可直接用质量与能量的关系式 1 u 相当于 931.5 MeV 推算 E，此时 E 的单位为“兆电子伏(MeV)” ，即原子质量单位 1 u
9、 对应的能量为 931.5 MeV.2利用平均结合能来计算核能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，就是该核反应所释放(或吸收) 的核能3利用能量守恒定律计算核反应中如无光子辐射，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这种情况下的核能可由下列关系计算：反应前总动能反应过程中释放的核能反应后总动能(2017苏州高二检测) 一个静止的铀核 U(原子质量为 232.037 2 u)放出一个 2329粒子(原子质量为 4.002 6 u)后衰变成钍核 Th(原子质量为 228.028 7 u)(已知原子质量单228
10、90位 1 u1.6710 27 kg，1 u 相当于 931.5 MeV 的能量)(1)写出铀核的衰变反应方程；(2)算出该衰变反应中释放出的核能；(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则 粒子的动能为多少？解析 (1) U Th He.2329 22890 42(2)质量亏损mm Um m Th0.005 9 uEmc 20.005 9931.5 MeV5.50 MeV.(3)系统动量守恒，钍核和 粒子的动量大小相等，即pTh ( p)0pTh pEkThEkEkThE kE所以钍核获得的动能EkTh E 5.50 MeV0.09 MeVmm mTh 44 228解得：E k5.50 M
11、eV0.09 MeV5.41 MeV.答案 (1) U Th He (2)5.50 MeV2329 22890 42(3)5.41 MeV3.(2017河南六市一联)2017 年 4 月 15 日朝鲜进行了第六次核试验，韩美情报部门通过氙(Xe)和氪 (Kr)等放射性气体，判断出朝鲜使用的核原料是铀 (U)还是钚(Pu)，若该实验的核原料是 U，则23592(1)完成核反应方程式 U n Sr Xe_23592 10 9038 13654(2)本次核试验释放的能量大约相当于 7 000 吨 TNT 的能量，已知铀核的质量为 m1、中子的质量为 m2、锶(Sr)核的质量为 m3、氙(Xe) 核的
12、质量为 m4，光速为 c.则一个 U 原23592子裂变释放的能量 E_解析：(1)根据质量数、电荷数守恒可得该核反应方程为U n Sr Xe10 n.23592 10 9038 13654 10(2)该核反应过程质量亏损 mm 1m 3m 49m 2，由爱因斯坦质能方程有E mc2(m 1m 3m 49m 2)c2.答案：(1)10 n (2)( m1m 3m 49m 2)c210(12 分)中国第三代核电自主化的依托项目山东海阳核电站两台机组的开工，在全世界引起了轰动在核电站中，核反应堆释放的核能转化为电能核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能(1)核反应方程式
13、U n Ba KraX 是反应堆中发生的许多核反应中的一23592 10 14156 9236种， n 为中子，X 为待求粒子， a 为 X 的个数，则 X 为_，a_. 以10mU、 mBa、m Kr 分别表示 U、 Ba、 Kr 核的质量， mn、m p 分别表示中子、质子的质23592 14156 9236量，c 为真空中的光速，则在上述核反应过程中放出的核能 E_.(2)已知 U 有一种同位素，比 U 核多 3 个中子某时刻，有一个这样的同位素23592 23592核由静止状态发生 衰变，放出的 粒子的速度大小为 v0，试求衰变后的残核初速度多大？解析：(1)根据核反应过程中质量数和电
14、荷数守恒可以确定，X 为中子，a3.(3 分)由爱因斯坦质能方程可得，核反应过程中放出的核能 E(m Um Bam Kr2m n)c2.(3分)(2)比 U 核多 3 个中子的同位素核是 U. U 核发生 衰变，残核的质量数为23592 23892 23892234.设 粒子质量为 4m，则残核质量为 234m，由动量守恒定律得 4mv0234mv，解得残核的速度为 v v0.(6 分)2117答案：(1)中子 3 (m Um Bam Kr2m n)c2(2) v02117章末过关检测(四)(时间：60 分钟，满分：100 分)一、单项选择题(本题共 6 小题，每小题 6 分，共 36 分在每
15、小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)1在人类认识原子与原子核结构的过程中，符合物理学史的是( )A查德威克通过研究阴极射线发现了电子B汤姆孙首先提出了原子的核式结构学说C居里夫人首先发现了天然放射现象D卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子解析：选 D汤姆孙研究阴极射线发现了电子 ，A 错；卢瑟福首先提出了原子的核式结构学说，B 错；贝克勒尔首先发现了天然放射现象 ，C 错2(2017高考天津卷)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献下列核反应方程中属于聚变反应的是( )A H H He n B 7N He 8O H21 31
16、 42 10 14 42 17 1C He Al P n D U n Ba Kr3 n42 2713 3015 10 23592 10 14456 8936 10解析：选 AA 项是氢元素的两种同位素氘和氚聚变成氦元素的核反应方程 ，B 项是用 粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程，C 项属于原子核的人工转变，D 项属于重核的裂变，因此只有 A 项符合要求3(2015高考福建卷)下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是( )A 射线是高速运动的电子流B氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D Bi 的半衰期是 5 天，100 克 Bi 经过
17、 10 天后还剩下 50 克21083 21083解析：选 B 射线是高速电子流，而 射线是一种电磁波，选项 A 错误；氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项 B 正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项 C 错误；10 天为两个半衰期 ，剩余的 Bi 为 100 21083 (12)tg100 g25 g，选项 D 错误(12)24北京奥组委接受专家建议，为成功举办一届“绿色奥运” ，场馆周围 80%90% 的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会 90%的洗浴热水将采用全玻璃真空太阳能集热技术，太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，其核反应主要是( )A H H
18、He n31 21 42 10B N He H H147 42 178 1C U n Xe Sr10 n23592 10 13654 9038 10D U Th He23892 23490 42解析：选 A太阳内部核聚变是氢原子核的聚变 ，故 A 正确； B 项中为实现原子核人工转变的反应，C 项中为重核裂变 ，D 项中为 衰变，故 B、C、D 错误5.在匀强磁场里有一个原来静止的放射性碳 14，它所放射的粒子与反冲核的轨迹是两个相切的圆，圆的半径比为 51，如图所示，那么碳的衰变方程是( )A C He Be B C e B146 42 104 146 01 145C C e N D C H
19、 B146 0 1 147 146 21 125解析：选 D由于两个轨迹为外切圆 ，所以放出的粒子和反冲核速度方向相反，由左手定则可知它们均带正电荷而衰变过程中两核的动量守恒，即两核的动量大小相等，方向相反，即 m1v1m 2v2，由于 qvB 则 q ，知半径之比 R1R251，则它们的电mv2R mvBR荷量之比为 q1q2R 2R115，D 项正确6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 NQ 1， H N CXQ 21 126 137 1 157 126方程中 Q1、Q 2 表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：原子核 H1 He32 He42 C12
20、6 N137 N157质量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1以下推断正确的是( )AX 是 He，Q 2Q 1 32BX 是 He， Q2Q 142CX 是 He， Q2Q 1 32DX 是 He，Q 2Q 142解析：选 B H C N 中质量亏损为 m1(1.007 812.000 013.005 7) 1 126 137u0.002 1 u，根据电荷数守恒和质量数守恒可知 H X 中 X 的电荷数为 2、质量1数为 4，质量亏损为 m2(1.007 815.000 112.000 0 4.002 6) u0.005
21、3 u，根据爱因斯坦的质能方程可知 Q1m 1c2、Q 2m 2c2，则 Q1Q 2.二、多项选择题(本题共 4 小题，每小题 6 分，共 24 分在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得 6 分，选对但不全的得 3 分，有错选或不答的得 0分)7有关放射性同位素 P 的下列说法，正确的是( )3015A P 与 X 互为同位素3015 3014B P 与其同位素有相同的化学性质3015C用 P 制成化合物后它的半衰期变长3015D含有 P 的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响3015解析：选 BD同位素应具有相同的质子数，故 A 错；同位素具有相同的化学
22、性质与半衰期，B 对，C 错；放射性同位素可作为示踪原子，故 D 对8(2017河北正定检测)关于原子核的有关知识，下列说法正确的是( )A天然放射性射线中的 射线实际就是电子流，它来自原子的核内B放射性原子经过 、 衰变致使新的原子核处于较高能级，因此不稳定从而产生 射线C氡 222 经过衰变为钋 218 的半衰期为 3.8 天，一个氡 222 原子核四天后一定衰变为钋 218D比结合能越大，原子越容易发生衰变解析：选 AB因为半衰期是统计规律，对单个核子没有意义，所以 C 项错；比结合能描述原子核的稳定性，比结合能越大，原子越稳定，越不易发生衰变，所以 D 项错9重元素的放射性衰变共有四个
23、系列，分别是 U238 系列( 从 U 开始到稳定的23892Pb 为止)、 Th232 系列、U235 系列及 Np237 系列(从 Np 开始到稳定的 Bi 为止)，20882 2379 20983其中，前三个系列都已在自然界找到，而第四个系列在自然界一直没有被发现，只是在人工制造出 Np 后才发现的，下面的说法正确的是 ( )2379ANp237 系列中所有放射性元素的质量数都等于 4n1(n 等于正整数)B从 Np 到 Bi，共发生 7 次 衰变和 4 次 衰变2379 20983C可能 Np237 系列中的所有放射性元素的半衰期对于地球年龄都比较短D天然的 Np237 系列中的放射性
24、元素在地球上从来就没有出现过解析：选 ABC从 Np 开始到 Bi，质量数减少 28，所以发生 7 次 衰变，电荷2379 20983数减少 10，所以还发生 4 次 衰变，并且所有放射性元素的质量数都等于 4n1( n 等于正整数) 对于 C、D 选项我们要注意关键词 “可能”与“从来 ”就很容易判断了10(2017河北名校联盟质量监测) 关于核反应方程 Th PaXE(E 为释23490 23491放出的核能，X 为新生成粒子 )，已知 Th 的半衰期为 T，则下列说法正确的是( )23490A Pa 没有放射性23491B Pa 比 Th 少 1 个中子， X 粒子是从原子核中射出的，此
25、核反应为 衰变23491 23490CN 0 个 Th 经 2T 时间因发生上述核反应而放出的核能为 N0E(N0 数值很大)2349034D Th 的比结合能为23490E234解析：选 BC原子序数大于或等于 83 的元素都有放射性 ，A 错误；X 粒子是电子，它是由中子衰变成一个质子而放出电子，所以此核反应为 衰变，B 正确；有半数原子核发生衰变的时间为半衰期，N 0 个 Th 经 2T 时间发生两次衰变 ，C 正确； E 不是 Th23490 23490原子核分解成自由核子的结合能，则 D 错误三、非选择题(本题共 3 小题，共 40 分解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步
26、骤，只写出最后答案的不能得分有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)11(12 分) 一小瓶含有某种放射性同位素的溶液，它每分钟衰变 6 000 次将他注射到一个病人的血液中，经过 15 小时，从病人身上取出 10 cm3 的血样，测得每分钟衰变 2次已知这种同位素的半衰期是 5 小时，试根据上述数据，计算人体血液的总体积解析：根据题意，可求得一开始小瓶中的放射性同位素的总原子核数N06 0006052 个3 600 000 个15 小时以后，剩余的放射性同位素原子核数N1N 0 3 600 000 个 450 000 个(12)t (12)155 刚抽出血样时 10 cm3 血液中的放
27、射性同位素总原子核数n26052 个1 200 个人体内所有血液的总量为10 10 cm33 750 cm 3.N1n 450 0001 200答案：3 750 cm 312(12 分) 假设某航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是 U23592n Ba Kr( ) n.10 14156 9236 10(1)在括号内填写 n 前的系数；10(2)用 m1、m 2、m 3 分别表示 U、 Ba、 Kr 核的质量，m 表示中子的质量，则上23592 14156 9236述反应过程中一个铀 235 核发生裂变产生的核能 E 是多少？(3)假设核反应堆的功率 P6.010 5 kW，若一
28、个铀 235 核裂变产生的能量为2.81011 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少 kg 铀 235？( 铀 235 的摩尔质量 M 0.235 kg/mol，一个月约为 t2.610 6 s，阿伏加德罗常数 NA6.010 23 mol1 ，计算结果保留两位有效数字)解析：(1)由电荷数守恒和质量数守恒可知 n 前的系数为 3.10(2)Emc 2(m 1m 2m 32m)c 2.(3)一个月内核反应产生的总能量为 EPt ，同时 E NAE，mM解得 m 22 kg.PtMNAE答案：(1)3 (2)(m 1m 2m 32m)c 2 (3)22 kg13(16 分) 如图甲所示，
29、静止在匀强磁场中的 Li 核俘获一个速度为 v07.710 4 m/s63的中子而发生核反应，即 Li n H He，若已知 He 的速度 v22.010 4 m/s，其63 10 31 42 42方向与反应前中子速度方向相同，试求：(1) H 的速度大小和方向31(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比(3)当 He 旋转三周时，粒子 H 旋转几周？42 31解析：(1)反应前后动量守恒：m 0v0m 1v1m 2v2(v1 为氚核速度，m 0、m 1、m 2 分别代表中子、氚核、氦核质量)代入数值可解得：v11.010 3 m/s，方向与 v0 相反(2) H 和 He 在磁场中均受洛伦兹力，做匀速圆周运动的半径之比31 42r1r2 340.m1v1Bq1 m2v2Bq2(3) H 和 He 做匀速圆周运动的周期之比31 42T1T2 322m1Bq1 2m2Bq2所以它们的旋转周数之比：n1n2T 2T123，即 He 旋转三周， H 旋转 2 周42 31答案：(1)大小为 1.0103 m/s，方向与 v0 相反(2)340 (3)2 周
