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

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第3節(jié)放射性的應(yīng)用 危害與防護(hù)第4節(jié)原子核的結(jié)合能 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第4節(jié) 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 1 了解放射性的應(yīng)用 危害 知道如何防護(hù)放射性 2 認(rèn)識(shí)原子核的結(jié)合能 理解愛(ài)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(jì)算結(jié)合能 課標(biāo)定位 課前自主學(xué)案 一 放射性的應(yīng)用1 利用射線的特性 1 利用 射線電離放射源周?chē)目諝?或利用 射線消除因摩擦而積累的靜電 2 利用 射線測(cè)定薄物的厚度與密度 3 利用 射線進(jìn)行無(wú)損探傷 或者利用 射線育種 殺滅害蟲(chóng) 保鮮食品 殺死癌細(xì)胞 2 把放射性同位素作為 來(lái)了解機(jī)件的磨損情況 對(duì)農(nóng)作物合理施肥等 3 利用衰變特性進(jìn)行考古和探礦等 示蹤原子 二 放射性的危害與防護(hù)1 放射線的來(lái)源 和 的兩種 2 放射線的危害 對(duì)人體組織造成傷害 導(dǎo)致細(xì)胞損傷 破壞人體DNA的分子結(jié)構(gòu)等 3 放射性防護(hù)的基本方法 防護(hù) 防護(hù) 防護(hù) 等 天然的 人工產(chǎn)生 距離 時(shí)間 屏蔽 儀器監(jiān)測(cè) 思考感悟醫(yī)學(xué)上做射線治療用的放射性元素 應(yīng)選半衰期長(zhǎng)的還是短的 為什么 提示 應(yīng)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(xué)性質(zhì) 故可作為示蹤原子 但由于放射線對(duì)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(yīng)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(jì)算1 結(jié)合能 由分散的核子結(jié)合成原子核的過(guò)程中所 稱(chēng)為原子核的結(jié)合能 它也等于把原子核中的各個(gè)核子拆開(kāi)時(shí) 所需做的功 2 結(jié)合能的計(jì)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(dú)存在的總靜質(zhì)量的差 2 愛(ài)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(gè)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(shuō)明中等原子核 A 40 120 的比結(jié)合能最大 近似于一個(gè)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(diǎn)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(shí)要放出一定的能量 原子核分解成核子時(shí) 要吸收同樣多的能量 核反應(yīng)中放出或吸收的能量稱(chēng)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(guò)碰撞 施加電場(chǎng) 賦予光子等途徑讓它得到13 6eV的能量 這個(gè)能量實(shí)際上就是電子與氫原子核的結(jié)合能 不過(guò)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(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 對(duì)結(jié)合能 比結(jié)合能的認(rèn)識(shí) 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(shí) 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(guò)程中 核力做正功 釋放出能量 反之 將原子核分開(kāi)變?yōu)樽杂珊俗铀枰x予相應(yīng)的能量 該能量即為結(jié)合能 故A正確 B錯(cuò)誤 對(duì)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(cuò)誤 D正確 二 質(zhì)量虧損與核能的計(jì)算1 正確認(rèn)識(shí)質(zhì)量虧損在談到結(jié)合能和質(zhì)量虧損時(shí) 有的人誤認(rèn)為 當(dāng)核子組成原子核時(shí) 有質(zhì)量虧損 放出結(jié)合能的過(guò)程中 是質(zhì)量變成能量 這是對(duì)質(zhì)能方程的一種誤解 按相對(duì)論 物體的質(zhì)量是與速度有關(guān)的量 當(dāng)物體的速度越大時(shí) 物體的質(zhì)量越大 物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量與物體靜止時(shí)的靜止質(zhì)量間存在一定關(guān)系 當(dāng)物體以遠(yuǎn)小于光速運(yùn)動(dòng)時(shí) 質(zhì)量的這一變化很不明顯 上述所說(shuō)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(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核的這一過(guò)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(gè)光子的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為 h c2 由此可見(jiàn) 當(dāng)計(jì)算進(jìn)光子的質(zhì)量后 雖說(shuō)反應(yīng)前后發(fā)生了質(zhì)量虧損 這部分虧損恰好與光子的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量是相同的 反應(yīng)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(dāng)然 也就不存在質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量的問(wèn)題 2 核能的計(jì)算方法核能的計(jì)算是原子物理的重要方面和高考的熱點(diǎn)問(wèn)題 其基本方法是 1 根據(jù)核反應(yīng)方程 計(jì)算核反應(yīng)前與核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損 m 2 根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E mc2或 E mc2計(jì)算核能 3 計(jì)算過(guò)程中 m的單位是千克 E的單位是焦耳 解析 兩個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子的總量是m1 2mn mp 3 0246u mH 3 0180u m m1 mH 0 0066u而1u相當(dāng)于931 5MeV 故 E 0 0066 931 5MeV 6 15MeV 答案 0 0066u6 15MeV 課堂互動(dòng)講練 用人工方法得到放射性同位素 這是一個(gè)很重要的發(fā)現(xiàn) 天然放射性同位素只不過(guò)40幾種 而今天人工制造的放射性同位素已達(dá)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(xué)研究的許多方面得到了廣泛的應(yīng)用 1 帶電的驗(yàn)電器在放射線照射下電荷會(huì)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(xué)作用D 以上三個(gè)選項(xiàng)都不是 2 圖3 3 2是工廠利用放射線自動(dòng)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(rèn)為對(duì)鋁板的厚度起主要作用的是 射線 圖3 3 2 3 在我國(guó)首先用人工方法合成牛胰島素時(shí) 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(yàn)電器所帶電荷電性相反的離子與之中和 從而使驗(yàn)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(cè)器不能探測(cè) 射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)極強(qiáng) 穿透1mm厚的鋁板和幾mm厚的鋁板打在探測(cè)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(qiáng)度明顯不同 探測(cè)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(guò)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(yùn)動(dòng) 遷移 再用放射性探測(cè)儀器進(jìn)行追蹤 就可以知道放射性原子通過(guò)什么路徑 運(yùn)動(dòng)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(jiàn)精講精析 題后反思 這是一道運(yùn)用放射線的特性解決實(shí)際問(wèn)題的試題 要求同學(xué)們對(duì)這三種射線的穿透性有所了解 并具有一定的表達(dá)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(huì)引起貫穿后射線的強(qiáng)度發(fā)生變化 利用這一特點(diǎn) 可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 變式訓(xùn)練1在放射性同位素的應(yīng)用中 下列做法正確的是 A 應(yīng)該用 射線探測(cè)物體的厚度B 應(yīng)該用 粒子放射源制成 煙霧報(bào)警器 C 醫(yī)院在利用放射線診斷疾病時(shí)用半衰期較長(zhǎng)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(wú)法用其探測(cè)物體的厚度 故A錯(cuò)誤 煙霧報(bào)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(cuò)誤 由于人體長(zhǎng)期接觸放射性元素會(huì)影響健康 因此診斷疾病時(shí)應(yīng)該利用半衰期短的同位素 故C錯(cuò)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(jì)念?lèi)?ài)因斯坦對(duì)物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn) 聯(lián)合國(guó)將2005年定為 國(guó)際物理年 對(duì)于愛(ài)因斯坦提出的質(zhì)能方程E mc2 下列說(shuō)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(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能C 一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí) 釋放出核能 表明此過(guò)程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損D E mc2中的E是發(fā)生核反應(yīng)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(shuō)法正確 對(duì)于 E mc2表示的意義是當(dāng)物體的能量增加或減小 E時(shí) 它的質(zhì)量也會(huì)相應(yīng)地增加或減少 m 故B說(shuō)法正確 只有當(dāng)出現(xiàn)質(zhì)量虧損時(shí) 才能釋放核能 故C說(shuō)法正確 公式E mc2中 E的質(zhì)量為m的物體所對(duì)應(yīng)的能量 而非核反應(yīng)中釋放的能量 D錯(cuò)誤 故選D 答案 D 變式訓(xùn)練2關(guān)于質(zhì)能方程 下列哪些說(shuō)法是正確的 A 質(zhì)量減少 能量就會(huì)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(yīng)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(dāng)物體獲得一定的能量 即能量增加某一定值時(shí) 它的質(zhì)量也相應(yīng)增加一定值 并可根據(jù) E mc2進(jìn)行計(jì)算 所以B D正確 思路點(diǎn)撥 解答本題的前提是首先必須判斷核反應(yīng)過(guò)程中 反應(yīng)前后質(zhì)量是增加還是減少 再根據(jù)質(zhì)能方程進(jìn)行計(jì)算 自主解答 反應(yīng)前總質(zhì)量MN MHe 18 01140u 反應(yīng)后總質(zhì)量MO MH 18 01305u 可以看出 反應(yīng)后總質(zhì)量增加 故該反應(yīng)是吸收能量的反應(yīng) 答案 吸收能量1 5MeV 吸收的能量利用 E mc2來(lái)計(jì)算 若反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量虧損1u 就會(huì)釋放931 5MeV的能量 故 E 18 01305 18 01140 931 5MeV 1 5MeV 變式訓(xùn)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(dāng)質(zhì)子和中子結(jié)合成氦核時(shí) 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(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合而成 結(jié)合時(shí)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(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全