2022年高中物理第章从原子核到夸克章末分层突破教师用书沪科版选修- .pdf

1 第 4 章 从原子核到夸克名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 2 自我校对 氮17 8O11H 查德威克12 6C10n 质子42He01e 3015P10n _ _ _ _ 原子核的衰变及半衰期1. 原子核的衰变放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变. 2. 衰变规律电荷数和质量数都守恒. 3. 衰变的分类(1) 衰变的一般方程：AZXA 4Z 2Y42He，每发生一次 衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减小2，质量数减少4. 衰变的实质：是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子( 即氦名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 3 核).( 核内 211H210n42He) (2) 衰变的一般方程：AZXAZ 1Y0 1e. 每发生一次 衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1，质量数不变 . 衰变的实质：是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子(核内10n11H01e). 衰变：3015P3014Si 01e. (3) 射线是伴随 衰变或 衰变同时产生的， 射线不改变原子核的电荷数和质量数. 射线实质：是放射性原子核在发生 衰变或 衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量 ( 核处于激发态 ) 而辐射出的光子. 4. 半衰期(1) 剩余核数：NN012. (2) 剩余质量：mm012. 238 92U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成210 83Bi，而210 83Bi可以经一次衰变变成210aX(X 代表某一种元素) ，也可以经一次衰变变成b81Ti ，210aX和b81Ti 最后都变成206 82Pb，衰变路径如图4-1 所示，则图中 ( ) 【导学号： 67080041】A.a84，b206 B.是 衰变，是 衰变C.是 衰变，是 衰变D.b81Ti 经过一次 衰变变成206 82Pb E.b81Ti 经过一次 衰变变成206 82Pb 【解析】210 83Bi 经一次衰变变成210aX ，由于质量数不变，所以只能发生了一次 衰变，电荷数增加1 即a83184，是 衰变，210 83Bi 经一次衰变变成b81Ti ，由于电荷数减少2，所以只能发生了一次 衰变，质量数减少4，即b2104206，是 衰变，故 A、B正确， C错误；206 81Ti 变成206 82Pb，质量数不变，电荷数增加1，所以只能经过一次 衰变，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 4 故 D项错误， E项正确 . 【答案】ABE 核反应方程1. 几个重要的核反应方程2. 核反应遵守两个守恒：核电荷数守恒，质量数守恒. 3. 核反应方程用“”表示核反应的方向，不能用等号；熟记常见粒子的符号，如：42He 11H 10n 0 1e 01e 21H 31H 23592U 4. 确定衰变次数的方法AZXAZYn42Hem0 1e 根据质量数、核电荷数守恒得ZZ 2nm AA4n二式联立求解得 衰变次数n， 衰变次数m. 一个质子以1.0 107m/s 的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核. 已知铝原子核的质量是质子的27 倍， 硅原子核的质量是质子的28 倍，则下列说法正确的是( ) A.核反应方程为2713Al 11H2814Si 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 5 B.核反应方程为2713Al 10n2814Si C.硅原子核速度的数量级为107 m/s ，方向跟质子的初速度方向一致D.硅原子核速度的数量级为105 m/s ，方向跟质子的初速度方向一致E.质子撞击铝原子核变成硅原子核的过程属于原子核的人工转变反应【解析】由核反应中电荷数和质量数守恒可知A选项正确， B选项错误；由动量守恒定律求得硅原子核速度的数量级为105 m/s ，即 D 选项正确， C 选项错误；用质子撞击铝原子核变成硅原子核的过程属于原子核的人工转变反应，E正确 . 【答案】ADE 射线和 射线在磁场中的运动轨迹分析 射线和 射线在磁场中的运动轨迹，应弄清以下基本规律：(1) 衰变过程中，质量数守恒、电荷数守恒. (2) 衰变过程中动量守恒. (3) 带电粒子垂直于磁场方向做匀速圆周运动时洛伦兹力提供向心力. (4) 当静止的原子核在匀强磁场中发生衰变且衰变后粒子运动方向与磁场方向垂直时，大圆一定是 粒子或 粒子的轨迹，小圆一定是反冲核的轨迹. 衰变时两圆外切(如图4-2 甲所示 ) ， 衰变时两圆内切(如图 4-2 乙所示 ). 如果已知磁场方向，还可根据左手定则判断绕行方向是顺时针还是逆时针. 图 4-2静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个 粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得 粒子和反冲核的轨道半径之比为R1R2441，如图 4-3 所示，则 ( ) 图 4-3A. 粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B.原来放射性元素的原子核电荷数为88 C.反冲核的核电荷数为88 D. 粒子和反冲核的速度之比为188 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 6 E.原来放射性元素的原子核电荷数为90 【解析】微粒之间相互作用的过程遵循动量守恒定律，由于初始总动量为零，则末动量也为零，即 粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反，选项A正确 . 放出的 粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动. 由Bqvmv2R得RmvBq若原来放射性元素的原子核电荷数为Q，则对 粒子：R1p1B2e对反冲核：R2p2BQ2e由于p1p2，且R1R2441，解得Q90，故选项 C、E正确， B错误 . 它们的速度大小与质量成反比，故选项D错误 . 【答案】ACE (1) 根据衰变后粒子在磁场中的运动轨迹是外切圆还是内切圆判断是 衰变还是 衰变. (2) 无论是哪种核反应，反应过程中一定满足质量数守恒和核电荷数守恒. 1. (2014新课标全国卷) 在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用 . 下列说法符合历史事实的是_. A.密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B.贝可勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C.居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po) 和镭 (Ra) 两种新元素D.卢瑟福通过 粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子E.汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷【解析】密立根通过油滴实验，验证了物体所带的电荷量都是某一值的整数倍，测出了基本电荷的数值，选项A正确 . 贝可勒尔通过对天然放射现象的研究，明确了原子核具有名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 7 复杂结构，选项B错误 . 居里夫妇通过对含铀物质的研究发现了钋(Po) 和镭 (Ra) ，选项 C正确. 卢瑟福通过 粒子散射实验证实了原子的核式结构，选项D错误 . 汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，说明了阴极射线是带负电的粒子，并测出了粒子的比荷，选项E正确 . 【答案】ACE 2.(2016 太原一中检测)用大写字母代表原子核，E经 衰变成为F，再经 衰变成为G，再经 衰变成为H. 上述系列衰变可记为下式：EFGH，另一系列衰变如下：PQRS. 已知P和F是同位素，则 ( ) A.Q和G是同位素，R和E是同位素B.R和E是同位素，S和F是同位素C.R和G是同位素，S和H是同位素D.Q和E是同位素，R和F是同位素E.P和S是同位素，Q和G是同位素【解析】由于P和F是同位素，设它们的质子数为n，则其他各原子核的质子数可分别表示如下：n2EnF n1Gn1H，nPn1Qn2RnS，由此可以看出R和E是同位素，S、P和F是同位素，Q和G是同位素 . 故选项 A、B 、E均正确 . 【答案】ABE 3.(2016 青岛二中检测)放射性元素的原子核在 衰变或 衰变生成新原子核时， 往往会同时伴随 _辐射 . 已知A、B两种放射性元素的半衰期分别为T1和T2，经过tT1T2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比mAmB_. 【解析】放射性元素的原子核在 衰变或 衰变时， 出现质量亏损， 多余的能量将以 光子的形式释放， 因此伴随 辐射. 放射性元素经过一段时间t后的剩余质量mm02tT( 其中T为该放射性元素的半衰期). 可得mA2T1T2T1mB2T1T2T2，得mAmB2T22T1. 【答案】2T22T14.(2016 杭州一中检测)1934 年，约里奥居里夫妇在用 粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还探测到了正电子. 正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷， 跟电子的电性正好相反，是电子的反粒子. 更意外的是， 拿走 放射源以后， 铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期. 原来，铝箔被名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 8 粒子击中后发生了如下反应：2713Al 42He 3015P10n，这里的3015P就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的. (1) 写出放射性同位素3015P放出正电子的核反应方程；(2) 放射性同位素3015P 放出正电子的衰变称为正 衰变，我们知道原子核内只有中子和质子，那么正 衰变中的正电子从何而来？【解析】(1) 核反应方程为3015P3014Si 01e. (2) 原子核内只有质子和中子，没有电子， 也没有正电子， 正 衰变是原子核内的一个质子转换成一个中子，同时放出正电子，核反应方程为11H10n0 1e. 【答案】(1)3015P3014Si0 1e (2) 原子核内的一个质子转换成一个中子放出正电子名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -