物理：第3、4節(jié)《放射性的應用、危害與防護》《原子核的結(jié)合能》課件（教科版選修3-5）

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歡迎進入物理課堂 第3節(jié)放射性的應用 危害與防護第4節(jié)原子核的結(jié)合能 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 第4節(jié) 課前自主學案 課標定位 1 了解放射性的應用 危害 知道如何防護放射性 2 認識原子核的結(jié)合能 理解愛因斯坦的質(zhì)能方程 3 能根據(jù)質(zhì)量虧損利用質(zhì)能方程計算結(jié)合能 課標定位 課前自主學案 一 放射性的應用1 利用射線的特性 1 利用 射線電離放射源周圍的空氣 或利用 射線消除因摩擦而積累的靜電 2 利用 射線測定薄物的厚度與密度 3 利用 射線進行無損探傷 或者利用 射線育種 殺滅害蟲 保鮮食品 殺死癌細胞 2 把放射性同位素作為 來了解機件的磨損情況 對農(nóng)作物合理施肥等 3 利用衰變特性進行考古和探礦等 示蹤原子 二 放射性的危害與防護1 放射線的來源 和 的兩種 2 放射線的危害 對人體組織造成傷害 導致細胞損傷 破壞人體DNA的分子結(jié)構(gòu)等 3 放射性防護的基本方法 防護 防護 防護 等 天然的 人工產(chǎn)生 距離 時間 屏蔽 儀器監(jiān)測 思考感悟醫(yī)學上做射線治療用的放射性元素 應選半衰期長的還是短的 為什么 提示 應選擇半衰期較短 衰變較快的放射性元素 由于放射性同位素跟同種元素的非放射性同位素具有相同的化學性質(zhì) 故可作為示蹤原子 但由于放射線對人體有傷害 一旦研究結(jié)束 就希望放射性同位素放出的射線量大大減小 因此 應選擇半衰期較短 衰變較快的放射性元素做示蹤原子 釋放出的能量 三 原子核的結(jié)合能及其計算1 結(jié)合能 由分散的核子結(jié)合成原子核的過程中所 稱為原子核的結(jié)合能 它也等于把原子核中的各個核子拆開時 所需做的功 2 結(jié)合能的計算 1 質(zhì)量虧損 原子核的靜質(zhì)量與構(gòu)成它的所有核子單獨存在的總靜質(zhì)量的差 2 愛因斯坦質(zhì)能方程 由此式也可得出 E mc2 克服核力 E mc2 四 比結(jié)合能曲線 平均結(jié)合能曲線圖3 3 1 困難 1 比結(jié)合能越大 取出一個核子就越 核就越 比結(jié)合能是原子核穩(wěn)定程度的 2 曲線中間高兩頭低 說明中等原子核 A 40 120 的比結(jié)合能最大 近似于一個常數(shù) 8 6MeV 表明中等核最 3 質(zhì)量較大的重核 A 120 和質(zhì)量較小的輕核 A 40 比結(jié)合能都 且輕核的比結(jié)合能還有些 穩(wěn)定 量度 穩(wěn)定 較小 起伏 核心要點突破 2 結(jié)合能和比結(jié)合能由于核力的存在 核子結(jié)合成原子核時要放出一定的能量 原子核分解成核子時 要吸收同樣多的能量 核反應中放出或吸收的能量稱為核結(jié)合能 比結(jié)合能 又叫平均結(jié)合能 原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比 比結(jié)合能越大 表示原子核中核子結(jié)合得越牢固 原子核越穩(wěn)定 3 結(jié)合能與電離能要使基態(tài)氫原子電離 也就是要從氫原子中把電子剝離 需要通過碰撞 施加電場 賦予光子等途徑讓它得到13 6eV的能量 這個能量實際上就是電子與氫原子核的結(jié)合能 不過通常把它叫做氫原子的電離能 而結(jié)合能一詞只用在原子核中 即時應用 即時突破 小試牛刀 1 對結(jié)合能 比結(jié)合能的認識 下列正確的是 A 一切原子核均具有結(jié)合能B 自由核子結(jié)合為原子核時 可能吸收能量C 結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定D 比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定 解析 選AD 由自由核子結(jié)合成原子核的過程中 核力做正功 釋放出能量 反之 將原子核分開變?yōu)樽杂珊俗铀枰x予相應的能量 該能量即為結(jié)合能 故A正確 B錯誤 對核子較多的原子核的結(jié)合能越大 但它的比結(jié)合能不一定大 比結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性 故C錯誤 D正確 二 質(zhì)量虧損與核能的計算1 正確認識質(zhì)量虧損在談到結(jié)合能和質(zhì)量虧損時 有的人誤認為 當核子組成原子核時 有質(zhì)量虧損 放出結(jié)合能的過程中 是質(zhì)量變成能量 這是對質(zhì)能方程的一種誤解 按相對論 物體的質(zhì)量是與速度有關(guān)的量 當物體的速度越大時 物體的質(zhì)量越大 物體運動時的運動質(zhì)量與物體靜止時的靜止質(zhì)量間存在一定關(guān)系 當物體以遠小于光速運動時 質(zhì)量的這一變化很不明顯 上述所說的質(zhì)子 中子 原子核的質(zhì)量都是指靜質(zhì)量 質(zhì)量虧損 是靜質(zhì)量發(fā)生了變化 如一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核的這一過程中 2 22MeV的能量是以輻射光子形式放出的 光子的靜質(zhì)量為零 但這個光子的運動質(zhì)量為 h c2 由此可見 當計算進光子的質(zhì)量后 雖說反應前后發(fā)生了質(zhì)量虧損 這部分虧損恰好與光子的運動質(zhì)量是相同的 反應前后的質(zhì)量仍是守恒量 質(zhì)量虧損并非這部分質(zhì)量消失 當然 也就不存在質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量的問題 2 核能的計算方法核能的計算是原子物理的重要方面和高考的熱點問題 其基本方法是 1 根據(jù)核反應方程 計算核反應前與核反應后的質(zhì)量虧損 m 2 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E mc2或 E mc2計算核能 3 計算過程中 m的單位是千克 E的單位是焦耳 解析 兩個中子和一個質(zhì)子的總量是m1 2mn mp 3 0246u mH 3 0180u m m1 mH 0 0066u而1u相當于931 5MeV 故 E 0 0066 931 5MeV 6 15MeV 答案 0 0066u6 15MeV 課堂互動講練 用人工方法得到放射性同位素 這是一個很重要的發(fā)現(xiàn) 天然放射性同位素只不過40幾種 而今天人工制造的放射性同位素已達1000多種 每種元素都有放射性同位素 放射性同位素在農(nóng)業(yè) 醫(yī)療衛(wèi)生和科學研究的許多方面得到了廣泛的應用 1 帶電的驗電器在放射線照射下電荷會很快消失 其原因是 A 射線的貫穿作用B 射線的電離作用C 射線的物理 化學作用D 以上三個選項都不是 2 圖3 3 2是工廠利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置示意圖 如工廠生產(chǎn)的是厚度為1mm的鋁板 在 三種射線中 你認為對鋁板的厚度起主要作用的是 射線 圖3 3 2 3 在我國首先用人工方法合成牛胰島素時 需要證明人工合成的牛胰島素結(jié)晶跟天然牛胰島素的結(jié)晶是同一種物質(zhì) 為此曾采用放射性同位素14C作 精講精析 1 選B 因放射線的電離作用 空氣中與驗電器所帶電荷電性相反的離子與之中和 從而使驗電器所帶電荷消失 2 射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)弱 不能穿透厚度為1mm的鋁板 因而探測器不能探測 射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)極強 穿透1mm厚的鋁板和幾mm厚的鋁板打在探測器上很難分辨 射線也能夠穿透1mm甚至幾毫米厚的鋁板 但厚度不同 穿透后 射線的強度明顯不同 探測器容易分辨 3 把摻入14C的人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素混合到一起 經(jīng)過多次重新結(jié)晶后 得到了放射性14C分布均勻的牛胰島素結(jié)晶 這就證明了人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素完全融為一體 它們是同一種物質(zhì) 這種把放射性同位素的原子摻到其他物質(zhì)中去 讓它們一起運動 遷移 再用放射性探測儀器進行追蹤 就可以知道放射性原子通過什么路徑 運動到哪里了 是怎樣分布的 從而可以了解某些不容易察明的情況或規(guī)律 人們把作這種用途的放射性同位素叫做示蹤原子 答案 見精講精析 題后反思 這是一道運用放射線的特性解決實際問題的試題 要求同學們對這三種射線的穿透性有所了解 并具有一定的表達能力 放射源放出的三種射線的貫穿本領(lǐng)不同 如果遮擋物的厚度不同 會引起貫穿后射線的強度發(fā)生變化 利用這一特點 可實現(xiàn)自動控制 變式訓練1在放射性同位素的應用中 下列做法正確的是 A 應該用 射線探測物體的厚度B 應該用 粒子放射源制成 煙霧報警器 C 醫(yī)院在利用放射線診斷疾病時用半衰期較長的放射性同位素D 放射育種利用 射線照射種子使遺傳基因發(fā)生變異 解析 選D 由于 粒子的穿透能力很弱 無法用其探測物體的厚度 故A錯誤 煙霧報警器是利用射線的電離作用 而 粒子的電離作用很弱 故B錯誤 由于人體長期接觸放射性元素會影響健康 因此診斷疾病時應該利用半衰期短的同位素 故C錯誤 放射育種是利用 射線照射種子改變遺傳基因 故D正確 為紀念愛因斯坦對物理學的巨大貢獻 聯(lián)合國將2005年定為 國際物理年 對于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E mc2 下列說法中不正確的是 A E mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比B 根據(jù) E mc2可以計算核反應中釋放的核能C 一個中子和一個質(zhì)子結(jié)合成氘核時 釋放出核能 表明此過程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損D E mc2中的E是發(fā)生核反應中釋放的核能 精講精析 E mc2中的E表示物體具有的總能量 m表示物體的質(zhì)量 故A說法正確 對于 E mc2表示的意義是當物體的能量增加或減小 E時 它的質(zhì)量也會相應地增加或減少 m 故B說法正確 只有當出現(xiàn)質(zhì)量虧損時 才能釋放核能 故C說法正確 公式E mc2中 E的質(zhì)量為m的物體所對應的能量 而非核反應中釋放的能量 D錯誤 故選D 答案 D 變式訓練2關(guān)于質(zhì)能方程 下列哪些說法是正確的 A 質(zhì)量減少 能量就會增加 在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量B 物體獲得一定的能量 它的質(zhì)量也相應地增加一定值C 物體一定有質(zhì)量 但不一定有能量 所以質(zhì)能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關(guān)系D 某一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系的 解析 選BD 質(zhì)能方程E mc2表明某一定量的質(zhì)量與一定量的能量是相聯(lián)系的 當物體獲得一定的能量 即能量增加某一定值時 它的質(zhì)量也相應增加一定值 并可根據(jù) E mc2進行計算 所以B D正確 思路點撥 解答本題的前提是首先必須判斷核反應過程中 反應前后質(zhì)量是增加還是減少 再根據(jù)質(zhì)能方程進行計算 自主解答 反應前總質(zhì)量MN MHe 18 01140u 反應后總質(zhì)量MO MH 18 01305u 可以看出 反應后總質(zhì)量增加 故該反應是吸收能量的反應 答案 吸收能量1 5MeV 吸收的能量利用 E mc2來計算 若反應過程中質(zhì)量虧損1u 就會釋放931 5MeV的能量 故 E 18 01305 18 01140 931 5MeV 1 5MeV 變式訓練3質(zhì)子 中子和氦核的質(zhì)量分別為m1 m2和m3 真空中的光速為c 當質(zhì)子和中子結(jié)合成氦核時 釋放的能量是 A 2m1 2m2 c2B m3c2C m3 2m1 2m2 c2D 2m1 2m2 m3 c2 解析 選D 氦核由兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合而成 結(jié)合時總質(zhì)量減小 質(zhì)量虧損 m 2m1 2m2 m3 釋放的能量為 E 2m1 2m2 m3 c2 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全