2019版高考物理一輪復習 專題十二 近代物理初步 第2講 原子核課件.ppt

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第2講原子核 考點1 天然放射現(xiàn)象 原子核的組成 原子核 1 天然放射現(xiàn)象 1 天然放射現(xiàn)象 放射性 放射性 元素 放出射線的現(xiàn)象 首先由 發(fā)現(xiàn) 天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 說明 具有復雜的結構 2 放射性和放射性元素 物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫 具有放射性的元素叫 元素 3 三種射線 放射性元素放射出的射線共有三種 分別是 射線 射線 射線 自發(fā) 貝克勒爾 2 原子核 質(zhì)子 中子 核子 1 原子核的組成 原子核由 和 組成 質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為 質(zhì)子 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 原子核的核電荷數(shù) 數(shù) 原子核的質(zhì)量數(shù) 2 同位素 具有相同 不同 的原子 在元素周期表中的 相同 同位素具有相同的 性 質(zhì) 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 位置 化學 考點2 原子核的衰變和半衰期 1 原子核的衰變 1 原子核放出 粒子或 粒子 變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變 2 分類 2 半衰期 1 定義 放射性元素的原子核有 發(fā)生衰變所需的 時間 半數(shù) 2 衰變規(guī)律 N N0 m m0 3 影響因素 由 因素決定 跟原子所處的物理 化學狀態(tài)無關 原子核內(nèi)部 考點31 核力 核力 核能 質(zhì)能方程 質(zhì)量虧損 核反應 1 定義 原子核內(nèi)部 間所特有的相互作用力 2 特點 核力是強相互作用的一種表現(xiàn) 核力是短程力 作用范圍在1 5 10 15m之內(nèi) 每個核子只跟它的相鄰核子間有核力作用 核子 2 核能 1 結合能 放出 吸收 核子結合為原子核時 的能量或原子核分解為核子時 的能量 叫做原子核的結合能 亦稱核能 2 比結合能 核子數(shù) 定義 原子核的結合能與 之比 叫做比結合能 也叫做平均結合能 大 牢固 穩(wěn)定 特點 不同原子核的比結合能不同 原子核的比結合能越 表示原子核中核子結合得越 原子核越 3 質(zhì)能方程 質(zhì)量虧損 愛因斯坦質(zhì)能方程E 原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小 m 這就是質(zhì)量虧損 由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能 E 4 原子核的人工轉(zhuǎn)變 1 質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) mc2 mc2 質(zhì)子 2 中子的發(fā)現(xiàn) 中子 5 重核的裂變 1 重核是指 很大的原子核 2 重核俘獲一個中子后分裂為兩個或幾個中等質(zhì)量數(shù)的原子核的反應叫做重核的裂變 在裂變的同時 還會放出幾個中子和大量能量 鈾235裂變時 同時放出2 3個中子 如果這些中子再引起其他鈾235核裂變 就可使裂變反應不斷地進行下去 這種反應叫 反應 鈾235能夠發(fā)生鏈式反應的鈾塊的最小體 積叫做它的 體積 質(zhì)量數(shù) 鏈式 臨界 6 輕核的聚變 1 輕核是指質(zhì)量數(shù) 的原子核 如氫核 氦核等 2 某些輕核結合成質(zhì)量數(shù)較大的原子核的反應過程叫做輕核的 同時放出大量的能量 輕核聚變只能發(fā)生在超高溫條件下 故輕核聚變也叫做 反應 很小 聚變 熱核 基礎自測 1 下列核反應方程中 屬于 衰變的是 答案 B 2 多選 下列核反應方程及其表述完全正確的是 答案 AC 3 2016年上海卷 研究放射性元素射線性質(zhì) 的實驗裝置如圖12 2 1所示 兩塊平行放置的金屬板A B分別與電源的兩極a b連接 放射源發(fā)出的射線從其上方小孔向外射出 則 A a為電源正極 到達A板的為 射線B a為電源正極 到達A板的為 射線C a為電源負極 到達A板的為 射線 圖12 2 1 D a為電源負極 到達A板的為 射線答案 B 4 2017年新課標 卷 一靜止的鈾核放出一個 粒子衰變成 A 衰變后釷核的動能等于 粒子的動能B 衰變后釷核的動量大小等于 粒子的動量大小C 鈾核的半衰期等于其放出一個 粒子所經(jīng)歷的時間D 衰變后 粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量答案 B 熱點1考向1 原子核的衰變規(guī)律三種射線 熱點歸納 1 三種射線的比較 續(xù)表 2 衰變 衰變的比較 典題1 研究某未知元素放射性的實驗裝置如圖12 2 2所示 實驗開始時在薄鋁片和熒光屏之間有圖示方向的勻強電場E 通過顯微鏡可以觀察到 在熒光屏的某一位置上每分鐘閃爍的亮點數(shù) 若撤去電場后繼續(xù)觀察 發(fā)現(xiàn)每分鐘閃爍的亮點數(shù)沒有變化 如果再將薄鋁片移開 觀察到每分鐘閃爍的亮點 數(shù)大大增加 由此可以判斷 放射源發(fā)出的射線可能為 圖12 2 2 A 射線和 射線C 射線和X射線 B 射線和 射線D 射線和 射線 解析 放射性元素放射出的射線為 射線 射線和 射線 射線貫穿能力弱 一張薄紙就可擋住 射線貫穿能力較強 可貫穿鋁片 射線貫穿能力極強 射線帶正電 射線帶負電 在電場中偏轉(zhuǎn) 射線不帶電 由此可知 放射源發(fā)出的射線可能為 射線和 射線 選項D正確 答案 D 遷移拓展 圖12 2 3中曲線a b c d為氣泡室中某放射物發(fā)生衰變放出的部分粒子的徑跡 氣泡室中磁感應強度方 向垂直于紙面向里 以下判斷可能正確的是 圖12 2 3 A a b為 粒子的徑跡C c d為 粒子的徑跡 B a b為 粒子的徑跡D c d為 粒子的徑跡 解析 由于 粒子帶正電 粒子帶負電 粒子不帶電 據(jù)左手定則可判斷a b可能為 粒子的徑跡 c d可能為 粒子的徑跡 選項D正確 答案 D 考向2 衰變次數(shù)的確定方法 熱點歸納 由此可見確定衰變次數(shù)可歸結為求解一個二元一次方程組 方法二 因為 衰變對質(zhì)量數(shù)無影響 可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定 衰變的次數(shù) 然后根據(jù)衰變規(guī)律確定 衰變的次數(shù) A 鉛核比釷核少8個質(zhì)子B 鉛核比釷核少16個中子C 共經(jīng)過4次 衰變和6次 衰變D 共經(jīng)過6次 衰變和4次 衰變 答案 ABD 熱點2 半衰期 熱點歸納 1 半衰期公式 射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量 N余 m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量 t表示衰變時間 表示半衰期 2 半衰期的物理意義 半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量 同一放射性元素具有的衰變速率一定 不同的放射性元素半衰期不同 有的差別很大 3 半衰期的適用條件 半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律 是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結 對于一個特定的原子核 無法確定何時發(fā)生衰變 典題3 多選 14C發(fā)生放射性衰變成為14N 半衰期約5700年 已知植物存活期間 其體內(nèi)14C與12C的比例不變 生命活動結束后 14C的比例持續(xù)減小 現(xiàn)通過測量得知 某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一 下列說 法正確的是 A 該古木的年代距今約5700年B 12C 13C 14C具有相同的中子數(shù)C 14C衰變?yōu)?4N的過程中放出 射線D 增加樣品測量環(huán)境的壓強將加速14C的衰變 解析 古木樣品中14C的比例是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一 根據(jù)半衰期的定義知該古木的年代距今約5700年 選項A正確 同位素具有相同的質(zhì)子數(shù) 不同的中子數(shù) 選項B錯線 選項C正確 放射性元素的半衰期與核內(nèi)部自身因素有關 與原子所處的化學狀態(tài)和外部條件無關 選項D錯誤 答案 AC 熱點3考向1 核反應方程核反應的四種類型 熱點歸納 續(xù)表 典題4 2017年天津卷 如圖12 2 4所示 我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權威機構認證 這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻 下列核反應方程 中屬于聚變反應的是 圖12 2 4 答案 A 考向2 核反應方程式的書寫 熱點歸納 1 熟記常見基本粒子的符號 是正確書寫核反應方程的基2 掌握核反應方程遵守的規(guī)律 是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據(jù) 由于核反應不可逆 所以書寫核反應方程式時只能用 表示反應方向 3 核反應過程中質(zhì)量數(shù)守恒 電荷數(shù)守恒 答案 D 熱點4 質(zhì)能方程與核能的計算 熱點歸納 1 對質(zhì)能方程的理解 1 一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系 物體的總能量和它的質(zhì)量成正比 即E mc2 方程的含義 物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關系 物體的能量增大 質(zhì)量也增大 物體的能量減少 質(zhì)量也減少 2 核子在結合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損 m 其能量也要相應減少 即 E mc2 3 原子核分解成核子時要吸收一定的能量 相應的質(zhì)量增加 m 吸收的能量為 E mc2 2 核能的計算方法 1 根據(jù) E mc2計算 計算時 m的單位是 kg c的單 位是 m s E的單位是 J 2 根據(jù) E m 931 5MeV計算 因1原子質(zhì)量單位 u 相當于931 5MeV的能量 所以計算時 m的單位是 u E的單位是 MeV 3 根據(jù)核子比結合能來計算核能 原子核的結合能 核子比結合能 核子數(shù) 考向1 核能的理解 典題6 多選 2017年江蘇卷 原子核的比結合能曲線 如圖12 2 5所示 根據(jù)該曲線 下列判斷正確的有 圖12 2 5 答案 BC 考向2 核能的計算 典題7 2017年新課標 卷 大科學工程 人造太陽 主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電 氘核聚變反應的 B 3 3MeVD 0 93MeV 變反應中釋放的核能約為 A 3 7MeVC 2 7MeV答案 B 核反應與動量守恒定律的綜合模型 1 核反應過程遵循能量守恒定律 在無光子輻射的情況下 核反應中釋放的核能將轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動能 有光子輻射的情況下 核反應中釋放的核能將轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動能及光子的能量 一般認為核反應放出的能量與反應前原子核的動能之和等于反應后原子核的總動能 2 核反應過程遵循動量守恒定律 即反應前原子核的總動 量等于反應后原子核的總動量 3 解決核反應與動量及能量守恒定律綜合的問題時 首先應用質(zhì)能方程求出核反應釋放出的核能 其次根據(jù)動量守恒定律和能量守恒定律列出相應的方程 最后聯(lián)立求解 典題8 2017年北京卷 在磁感應強度為B的勻強磁場中 一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次 衰變 放射出的 粒子q分別表示 粒子的質(zhì)量和電荷量 寫出該 衰變的核反應方程 2 粒子的圓周運動可以等效成一個環(huán)形電流 求圓周運 動的周期和環(huán)形電流的大小 3 設該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)為為 粒子和新核的動 能 新核的質(zhì)量為M 求衰變過程的質(zhì)量虧損 m 子核Y 已知X Y和 粒子的質(zhì)量分別是M m1和m2 真空中的光速為c 粒子的速度遠小于光速 求反應后與反應前的總動能之差以及 粒子的動能 解 反應后由于存在質(zhì)量虧損 所以反應前后總動能之差等于質(zhì)量虧損而釋放出的能量 故根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可得 反應過程中三個粒子組成的系統(tǒng)動量守恒 故有