高中物理选修3--5同步精品资料19.7《原子核》整合与评价学案Word版

1.知道原子核的构成。

知道放射性和原子核的衰
变。

会用半衰期描绘衰变速度，知道半衰期的统计意
义。

2.认识放射性同位素的应用。

知道射线的危害和防备。

3.知道核力的性质。

会依据质量数守恒和电荷数守恒写出核反响方程。

4.认识原子核的联合能。

知道裂变反响和聚变反响。

5.知道链式反响的发生条件。

认识裂变反响堆的工作原理及常用裂变反响堆的种类。

知道核电站的工作模式。

认识核能的利用。

6.初步认识恒星的演化。

初步认识粒子物理学的基础知识。

主题 1：研究粒子
情形：粒子 (particle) 是指能够以自由状态存在的最小物质组分。

最早发现的粒子是
电子和质子， 1932 年又发现了中子，确认原子由电子、质子和中子构成，它们比起原子
来是更加基本的物质组分，于是称之为基本粒子。

今后发现愈来愈多的这种粒子，累计
已超出几百种，且还有不停增加的趋向;别的，这些粒子中的有些粒子迄今的实验还没有发
现其有内部构造，有些粒子实验显示拥有显然的内部构造。

看来这些粒子其实不属于同
一层次，所以基本粒子一词已成为历史，现在统称之为粒子。

问题： (1)是谁最初发现了电子、质子和中子?
(2)当古人类已经发现了几百种粒子，人们将这些粒子分为哪几大类?分类标准是什么?
(3)粒子的运动能够用牛顿运动定律来描绘吗?
主题 2：研究衰变的能量
情形：如下图，当一个静止的原子核X 发生α衰变时，会开释一个α粒子，α粒子的速率大概是真空中光速的倍 (即0. 1c) 。

同时因为反冲运动，新产生的原子核Y 获得相反方向的速度，所以也获取动能。

问题： (1) α粒子与新核的能量来自什么?
(2)假如新核Y 的质量数是200，那么你能预计出新核的反冲速率大概是真空中光速
c 的多少倍吗 ?
(3)假如近似取每个核子的质量为
-27
m p= 1. 67×10 kg，假定新核 Y 的动能所有以γ光
子的形式开释出去，那么这个γ光子的频次约为多少(h= 6. 6×10-34 J s·，结果保存 2 位有效数字 )?
主题 3：研究质量损失与质量数守恒
情形：原子核的质量老是小于构成该核的所有核子单独存在时的总质量，这二者的
差额叫作质量损失。

由爱因斯坦的质能方程可知：当一个系统能量有开释或汲取时必伴
有质量改变。

因此，质量损失说明当若干个核子从自由状态联合成原子核时要放出能量。

问题： (1)什么叫作质量数?质量数反应了什么?
(2)我们说原子核衰变、聚变以及裂变时质量数都是守恒的，但是为何又说出现了
质量损失 ?
主题 4：研究热核反响
情形：比原子弹威力更大的核武器——氢弹，就是利用核聚变来发挥作用的。

核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过程。

只有较轻的
原子核才能发生核聚变，比方氢的同位素氘、氚等。

核聚变也会放出巨大的能量，并且
比核裂变放出的能量更大。

太阳内部连续进行着氢聚变为氦的过程，它的光和热就是由
核聚变产生的。

核聚变能开释出巨大的能量，但当古人们只好在氢弹爆炸的一瞬时实现
非受控的人工核聚变。

而要利用人工核聚变产生的巨大能量为人类服务，就一定使核聚
变在人们的控制下进行，这就是受控核聚变。

?
问题： (1)核子之间存在巨大的核力，为何要使氘、氚联合还要战胜库仑斥力
(2)为何聚变要在高温下进行?
(3)恒星的光和热是如何产生的?
1. (考察对证能方程的理解)对于爱因斯坦质能方程，以下说法中正确的选项是()
2
B.E=mc 2表示必定质量的物体与必定能量相对应
C. 由E= mc2知，在核反响中，损失的质量m 转变为
能量 E 放出
D.E= mc2表示在核反响中损失的静质量转变为动质量，
被放出的能量带走
2. (考察α衰变的规律 )在足够大的匀强磁场中，静止的钠的同位素Na 发生衰变，沿与磁场垂直的方向开释出一个粒子后，变为一个新核。

新核与放出的粒子在磁场中运动
的径迹均为圆，如下图。

以下说法正确的选项是()
A. 新核为Mg
B. 发生的是α衰变
C. 轨迹 2 是新核的径迹
D. 新核沿顺时针方向旋转
3. (考察核力的特点 )在以下论断中，正确的选项是
( )
A. 构成U 核的核子中任何两个核子之间都存在不行忽视的核力作用
B. 构成U 核的中子中任何两其中子之间都存在不行忽视的核力作用
C. 构成U 核的质子中任何两个质子之间都存在不行忽视的库仑斥力作用
D. 构成U 核的质子中任何两个质子之间，除库仑斥力以外都存在不行忽视的
核力作用
4. (考察核反响及核能和α粒子的质量分别是)运动的原子核X 放出α粒子后变为静止的原子核Y 。

已知 X 、Y M、m1和 m2，真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速。

核
反响开释的能量所有转变为α粒子的动能，求反响后与反响前的总动能之差以及α粒子的动能。

拓展一：原子核中动量、能量问题
在微观领域，粒子的运动依旧恪守动量守恒定律，高中阶段在微观领域应用动量守
恒定律时我们不考虑粒子质量的变化，可用质量数来代表粒子的质量，对计算结果没有
影响。

经典物理的其余规律在微观领域则不再合用，粒子获取的动能根源于核反响过程
中的质量损失，固然质量损失一般是很小的，但依据质能方程E=mc2可知开释的能
量是巨大的。

1.在真空中，本来静止的原子核X 在进行α衰变时，放出α粒子的动能为 E0。

假定衰变后产生的新核用字母Y 表示，衰变时产生的能量所有以动能形式开释出来，真空中的光速为c，原子核的质量之比等于质量数之比，原子核的重力不计。

(1)写出衰变的核反响方程。

(2)求衰变过程中总的质量损失。

拓展二：核能的计算及有关问题
在微观领域，我们把 C 的原子质量的叫作原子质量单位，用符号u 来表示。

依据爱因斯坦质能方程E=mc 2可知， 1 u 的质量相当于931. 5 MeV 的能量。

假如要计算
宏观物质核反响开释的能量，能够先计算单个原子反响的质量损失开释的能量，再经过
计算宏观物质的物质的量来获取参加反响的原子数，进而得出大批宏观物质所开释的能
量。

2.核聚变以氘、氚等为燃料，拥有安全、干净、资源无穷丰富三大长处，是最后解
决人类能源危机的最有效手段。

当两个氘核聚变时会产生一其中子和氦核(氦的同位素 )。

已知氘核的质量m D = 2. 01360 u，氦核的质量m He= 3. 0150 u，中子的质量m n= 1. 0087 u，1 u 的质量相当于931. 5 MeV 的能量。

(1)写出聚变方程，并计算开释的核能。

(2)若反响前两个氘核的动能都为0. 35 MeV ，它们正面对撞发生聚变，且反响后释
放的核能所有转变为动能，则产生的氦核和中子的动能各为多大?
拓展三：联合能有关问题
把一个原子核内的核子分开，需要战胜巨大的核力做功，所以需要耗费能量，这个
能量叫作联合能。

因为逆过程的对称性，联合能也能够理解为多个核子联合为一个原子
核时所开释出的能量。

由能量与质量之间的对应关系，我们能够知道原子核分别为单个
的核子汲取能量，总质量就增大，反之，多个核子联合为一个原子核，开释能量，总质
量就减小。

3. 中子和质子联合成氘核时，质量损失为m，相应的能量E= mc2= 2. 2 MeV 是氘核的联合能。

以下说法正确的选
项是
( )
A. 用能量小于 2. 2 MeV 的光子照耀静止的氘核时，氘核不可以分解为一个质子和一
其中子
B. 用能量等于 2. 2 MeV 的光子照耀静止的氘核时，氘核可能分解为一个质子和一
其中子，它们的动能之和为零
C. 用能量大于 2. 2 MeV 的光子照耀静止的氘核时，氘核可能分解为一个质子和一
其中子，它们的动能之和为零
D. 用能量大于 2. 2 MeV 的光子照耀静止的氘核时，氘核可能分解为一个质子和一
其中子，它们的动能之和不为零
参照答案
要点难点研究
主题 1：(1)汤姆孙第一发现电子，卢瑟福第一发现质子，查德威克第一证明中子的存在。

(2)人们依据粒子与各样互相作用的不一样关系，将粒子分为三大类：①参加强互相作用的强子 ;②不参加强互相作用的轻子 ;③传达各样互相作用的媒介子。

(3)微观粒子拥有颠簸性，单个微观粒子的空间地点是不行展望的，更不行能用牛顿运动定律来描绘其运动，但是我们能够知道大批的粒子运动的统计规律。

主题 2：(1) 衰变时所开释的能量来自衰变前后的质量损失，即 E= mc2 α 2。

= ( m X -m Y -m )c (2)依据动量守恒定律 m Y v Y =m αvα得新核 Y 的速率 v Y= vα= 2×10-3c。

(3) 由 E kY = m Y ，E kY =hν可得：
ν== -( -
) Hz= 9. 1×10
19Hz 。

-
主题 3： (1)原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，因为质子与中子的质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，我们把这个倍数叫作原子核的质量数，它反应了原子核内核子数的多少。

(2)我们说原子核衰变、聚变以及裂变时质量数都是守恒的，实际上是说反响前后核子总数
是守恒的，而不是质量守恒。

因为不一样原子核的联合能不一样，原子核进行衰变、聚变以
及裂变时都会开释能量，依据爱因斯坦提出的质能关系知，放出能量必定陪伴着质量损
失。

所以我们说核反响时质量数守恒反应的是总的质量几乎不变，而说质量损失则反应的
是出现的极其少许的质量变化，但正是这极其少许的质量损失致使巨大的能量开释。

主题4： (1)核力是短程力，当核子间距超出 1. 5×10-15 m 时，核力几乎消逝，当带正电
的氘核与带正电的氚核距离大于 1. 5×10-15 m 时库仑斥力是巨大的，所以要使氘核与氚
核联合第一要战胜库仑斥力，使它们的距离小于 1. 5×10- 15 m，它们才会在核力的作用
下联合。

(2) 因为要战胜巨大的库仑斥力，氘核与氚核要有巨大的动能才会“撞”到一同产生聚变。

而粒子的热运动与温度有关，温度越高，粒子均匀动能越大，所以，在超高温度下，才
会发生核聚变。

(3)恒星因为内部在不停地进行核聚变而不停地向外辐射光和热。

基础智能检测
1. BD
2. AC
3. C
2 2
4. (M-m 1-m2)c - (M-m1 -m2)c
崭新视角拓展
1. (1) X→-
Y + He -
(2)( - )
【分析】 (1)衰变的核反响方程为：X→-
Y+ He。

-
(2)依据动量守恒定律，反冲核 Y 的动量与α粒子的动量大小相等依据公式 E k= 可知，反冲核 Y 的动能为 E k1= - E0
衰变时开释出的总能量为E k=E 0+E k1=
-
E0
依据爱因斯坦的质能方程E k= mc2
此衰变过程中总的质量损失m=
- ) 。

(
2. (1) H→He+ n
3. 26 MeV (2)氦核的动能为0. 99 MeV ，中子的动能为 2. 97 MeV
【分析】 (1)聚变的核反响方程：H→He+n
核反响过程中的质量损失为 m= 2m D -(m He+m n)= 0. 0035 u 开
释的核能为 E= mc2= 3. 26 MeV 。

(2)对撞过程动量守恒，因为反响前两氘核动能同样，其动量等值反向，所以反响前后系统的动量为 0
即 0=m He v He+m n v n
反响前后总能量守恒，即m He+ m n= E+ 2E k0
解得： E kHe =0. 99 MeV ， E kn = 2. 97 MeV 。

3.AD 【分析】只有静止的氘核汲取光子能量大于其联合能时，才能分解为一个质子
和一其中子，故 A 项正确， B 项错误 ; 依据能量守恒定律，光子能量大于氘核联合能时，
剩余的能量以核子动能形式体现，故 C 项错误， D 项正确。