《2023届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练》专题77 原子核物理（解析版）

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2023 届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练
专题 77 原子核物理
导练目标 导练内容
目标 1原子核的衰变和半衰期
目标 2核反应方程与核能的计算
【知识导学与典例导练】
一、原子核的衰变和半衰期
1.三种射线的比较
2.α衰变、β衰变的比较
种类 α射线 β射线 γ射线
组成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波)
电荷量 2e -e 0
质量 4mp,
mp=1.67×10-27 kg
mp
1836
静止质量为零
速度 0.1c0.99c c
在电场、
磁场中 偏转 与α射线偏转方向相反 不偏转
贯穿本领 最弱,用纸能挡住 较强,能穿透几毫米的铝板 最强,能穿透几厘米的铅板
对空气的
电离作用 很强 较弱 很弱
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变方程
Z
AX→Z − 2
A − 4Y+¿2
4¿
He
Z
AX→Z+1
AY+¿-1
0¿
e
衰变实质 2个质子和 2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为 1个质子和 1个电子
21
1
H+
20
1n→2
4
He
0
1n→1
1H+¿-1
0¿
e
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
3.衰变次数的计算方法
若
Y+
n2
4
He+
m-1
0
e
则A=A'+4n,Z=Z'+2n-m
解以上两式即可求出 m和n。
4.半衰期的理解
(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,对个别或少量原子核,无半衰期可言。
(2)根据半衰期的概念,可总结出公式 N余=N 原
1
2
t
τ
,m余=m 原
1
2
t
τ
。式中 N原、m原表示衰变前的放射性元素的
原子数和质量,N余、m余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。
【例 1】陶寺遗址是尧的都城，是最早的“中国”，在发掘中采用了碳十四测年技术等多项科技手段来判
断陶寺文化的绝对年代。 的衰变方程为 ，下列说法正确的是（　　）
A．衰变方程中的 X是中子
B． 需吸收能量才能发生衰变
C．随着 的不断衰变，其半衰期会逐渐变长
D． 与 X的质量之和小于 的质量
【答案】D
【详解】A．据质量数守恒和电荷数守恒可知，X为 ，即电子，A错误；
B． 发生的为 衰变，自发进行，会放出能量，B错误；
C． 的半衰期由原子核内部结构决定，与所处的物理、化学环境无关，不会变长，C错误；
D．由于衰变过程放出能量，发生质量亏损，可知 与 X的质量之和小于 的质量，D正确。故选 D。
【例 2】花岗岩、砖砂、水泥及深层地下水等物质会释放氡气。氡气被吸入人体后会形成内照射，对人体
的危害仅次于吸烟。氡的同位素中对人体危害最大的是氡及其衰变产物，氡的衰变链为：
，其中氡的半衰期为 3.8 天。关于氡的
衰变，下列说法正确的是（ ）
A．将抽取的深层地下水煮沸后，氡会更快地衰变掉
B．衰变④过程只发生了 衰变
C．每经过3.8 天，将有半数的氡衰变为铅
D．一个氡核每经过一个衰变链，共发生了 3次 衰变、2次 衰变
【答案】D
【详解】A．半衰期不随外界温度、压强变化，由原子核自身决定，A错误；
B．由衰变方程 可知衰变④过程除了发生了 衰变，还发生了 衰变，B错误；
C．每经过3.8 天，将有半数的氡衰变为 ，衰变为 的更少，C错误；
D．氡核比铅核少 12 个核子，由于 衰变时质量数不变，由此可确定 衰变的次数，即 222－210 = 4n
得n = 3 可得衰变为 x = 82－(86－3 × 2) = 2，D正确。故选 D。
二、核反应方程与核能的计算
1.核反应的四种类型
类型 可控性 核反应方程典例
衰变
α衰变 自发
92
238 U→90
234
Th
+¿2
4¿
He
β衰变 自发
90
234
Th
→91
234
Pa
+¿-1
0¿
e
人工转变 人工控制
7
14 N+¿2
4¿
He
→8
17 O+¿1
1¿
H(卢瑟福发现质子)
2
4
He
+¿4
9¿
Be
→6
12 C+¿0
1¿
n(查德威克发现中子)
13
27
Al
+¿2
4¿
He
→15
30 P+¿0
1¿
n
(约里奥-居里夫妇发现放射性同位素)
15
30 P→14
30
Si
+¿1
0¿
e
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