北京专用高考物理一轮复习第十六章原子结构与原子核第2讲原子核.ppt

,知识梳理,深化拓展,栏目索引,第,2,讲原子核,知识梳理,一、原子核的衰变,1.(1)衰变:原子核放出粒子或粒子,变成另一种原子核的变化称为原,子核的衰变。衰变时通常伴随着射线放出。,(2)3种射线的比较,种类,本质,电离本领,穿透本领,射线,He,最强,最弱,(只能在空气中前进,几,厘米,一张薄纸就能把它挡住),射线,e,较弱,较强,(能穿透几毫米的铝,板),射线,光子,最弱,最强,(能穿透几厘米的铅,板),2.分类,衰变,X,Y+,He,衰变,X,Y+,e,3.半衰期:,放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由,原子核内部的因素决定,跟原子所处的,物理,、化学状态无关。,二、原子核的人工转变和核能的释放,1.人工转变,一种原子核在其他粒子作用下变成另一种原子核的变化称为人工转,变。利用人工转变,人们发现了质子、中子,认识了原子结构。,重要的核反应方程式有,发现质子的核反应方程:,N,He,O,H,(卢瑟福)。,发现中子的核反应方程:,Be,He,C,n,(查德威克)。,发现正电子的核反应方程:,。,2.重核裂变,重核裂变是重核分裂成,中等质量,的核的反应过程,如,U,n,Xe,Sr,+1,n,。,由于中子的增值使裂变反应能持续地进行的过程称为,链式,反,应。发生链式反应的条件是:裂变物质的体积,大于或等于,临界体,积。,3.轻核聚变,轻核聚变是,轻核,结合成,质量较大,的核的反应过程,如,H,H,He,n,。,发生聚变反应的条件是:超高温(几百万摄氏度以上)热核反应。,4.质能方程、质量亏损,爱因斯坦质能方程E=,mc,2,核子在结合成原子核时出现质量亏损,由质量亏损可求出释放的核能,E=,mc,2,;反之,由核能也可求出,反应过程的质量亏损。,1.已知天然放射现象放出、三种射线。下列说法正确的是,(),A.、三种射线分别是氦原子核、电子和中子,B.三种射线中射线速度最快、射线电离作用最强、射线穿透能力,最强,C.射线轰击氮原子核可以产生质子,核反应方程为,He+,O,H,D.英国物理学家J.J.汤姆孙最早用射线完成著名的“粒子散射实,验”并提出核式结构的原子模型,答案,C射线是高速光子流,A错误。射线电离作用最强,B错误。,发现质子的核反应方程是,He,N,O,H,C正确。卢瑟福最早用射,线完成著名的“粒子散射实验”并提出原子核式结构模型,D错误。,C,2.下列核反应方程的说法中正确的是,(),A,N,H,C,He是衰变方程,B,H,H,He+是核裂变方程,C,U,Th,He是核聚变方程,D,He,Al,P,n是原子核人工转变方程,答案,D,N,H,C,He是原子核的人工转变方程,A错误,H,H,He,+是核聚变方程,Th,He是衰变方程,B、C均错误,He,Al,P,n是原子核的人工转变方程,D正确。,D,3.在一个质子和一个中子结合成一个氘核的核反应过程中亏损的质量,为m,则此核反应过程中,(),A.向外界释放的能量为mc,2,B.向外界释放的能量为mc,C.从外界吸收的能量为mc,2,D.从外界吸收的能量为mc,答案,A,H,n,D,此过程为核聚变,有质量亏损,释放能量E=mc,2,A,正确。,A,深化拓展,考点一,衰变规律,考点二,核反应的四种类型,考点三,质能方程及核能的释放,考点四,运用爱因斯坦质能方程,分析宇宙的演变,深化拓展,考点一衰变规律,1.三种射线的本质和特性,带电性,电离能力,穿透能力,构成,速度,实质,射线,正,强,弱,He,0.1,c,氦核流,射线,负,弱,强,e,0.99,c,电子流,射线,中,最弱,极强,光子,c,光子流,2.衰变和衰变的比较,【,情景素材教师备用,】,三种射线的穿透能力,1-1(2015北京理综,14,6分,0.89)下列核反应方程中,属于衰变的是,(),A,N,He,O,HB,U,Th,He,C,H,H,He,nD,Th,Pa,e,B,答案,BA项属于原子核的人工转变,B项属于衰变,C项属于聚变反,应,D项属于衰变。,1-2(2017北京昌平二模,18)图为一放射源发出的,、,、,射线进入同,一匀强磁场(磁场未画出)中的径迹。表中列出了三种射线的本质和特,性。,种类,本质,质量(u),电荷(,e,),速度(,c,),射线,氦核,4,+2,0.1,射线,电子,1/1840,-1,0.99,射线,光子,0,0,1,答案,A带电粒子垂直于磁场方向进入磁场,做匀速圆周运动,Bqv=,m,R=,=,=,1,图中a的轨迹半径大,a为射,线,b为射线,c不偏转,为射线。由左手定则可知磁场方向垂直纸面向,里。,由此可知,(),A.磁场方向垂直纸面向里,a为射线,b为射线,B.磁场方向垂直纸面向里,a为射线,b为射线,C.磁场方向垂直纸面向外,a为射线,b为射线,D.磁场方向垂直纸面向外,b为射线,c为射线,A,考点二核反应的四种类型,2-1(2017北京西城一模,14)下列核反应方程中,属于核聚变的是,(),A,H,H,He,nB,Th,Pa,e,C,U,Th,HeD,U,n,Ba,Kr+,n,A,答案,AB为衰变,C为衰变,D为核裂变,A为核聚变。,2-2下列说法正确的是,(),A.研制核武器的钚239,Pu)由铀239,U)经过4次衰变而产生,B,U在中子轰击下生成,Sr和,Xe的核反应前后核子总数减少,C.20 g的,U经过两个半衰期后未衰变的铀核质量变为15 g,D.用射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量,以免对人体正常组织造成,太大的危害,答案,D由铀239,U)经过2次衰变即可得到钚239,Pu),A错误;核,反应过程中核子数是守恒的,故B错误;20 g 的,U经过两个半衰期后未,衰变的铀核质量应为5 g,C错误;射线是一种放射性射线,超剂量使用对,人体是有害的,D正确。,D,考点三质能方程及核能的释放,1.质能方程,爱因斯坦的相对论指出,物体的质量和能量存在着密切联系,即E=mc,2,这就是爱因斯坦的质能方程。,2.质能方程的理解,质能方程告诉我们质量和能量之间存在着简单的正比关系,物体的能量,增大了,质量也增大;能量减小了,质量也减小。且核反应中释放的能量,与质量亏损成正比,E=mc,2,。,3.核反应中释放的核能的计算,(1)根据爱因斯坦质能方程,用核子结合成原子核时质量亏损(m)乘以,真空中光速的平方,即,E=mc,2,。,(2)根据1原子质量单位(1 u)相当于931.5 MeV,用核子结合成原子核时质,量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV,即,E=m,931.5MeV。,【,情景素材教师备用,】,核反应堆示意图,3-1(2014北京理综,14,6分)质子、中子和氘核的质量分别为m,1,、m,2,和,m,3,。当一个质子和一个中子结合成氘核时,释放的能量是(c表示真空中,的光速),(),A.(m,1,+m,2,-m,3,)cB.(m,1,-m,2,-m,3,)c,C.(m,1,+m,2,-m,3,)c,2,D.(m,1,-m,2,-m,3,)c,2,答案,C此核反应方程为,H,n,H,根据爱因斯坦的质能方程得E,=mc,2,=(m,1,+m,2,-m,3,)c,2,C正确。,C,3-2(2017北京理综,23,18分)在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个静,止的放射性原子核发生了一次衰变。放射出的粒子,He)在与磁场垂,直的平面内做圆周运动,其轨道半径为R。以m、q分别表示粒子的质,量和电荷量。,(1)放射性原子核用,X表示,新核的元素符号用Y表示,写出该衰变的核,反应方程。,(2)粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环,形电流大小。,(3)设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能,新核的质量,为M,求衰变过程的质量亏损m。,答案,见解析,解析,(1,X,Y,He,(2)设粒子的速度大小为v,由qvB=m,T=,得,粒子在磁场中运动周期T=,环形电流大小I=,=,(3)由qvB=m,得v=,设衰变后新核Y的速度大小为v,系统动量守恒,Mv-mv=0,v=,=,由mc,2,=,Mv,2,+,mv,2,得m=,说明:若利用M=,m解答,亦可。,考点四运用爱因斯坦质能方程分析宇宙的演变,在宇宙中存在许许多多热核反应,也是宇宙星体演变的主要形式和,规律,故爱因斯坦质能方程应用到宇宙天体中,就成为人类探究宇宙奥,秘的主要方法,也是高考命题的常用手法。,【,情景素材教师备用,】,太阳内部时刻发生着核聚变,4-1太阳的能量来自下面的反应:四个质子(氢核)聚变成一个粒子,同,时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子,e,若太阳辐射能量的,总功率为P,质子,H、氦核,He、正电子,e的质量分别为m,p,、m,He,、m,e,真,空中的光速为c,求:,(1)写出核反应方程式。,(2)核反应所释放的能量E。,(3)在t时间内参与上述热核反应的质子数目。,答案,见解析,解析,(1)核反应方程式为HHe+e+,e,(2)质量亏损m=(4m,p,-m,He,-2m,e,),根据爱因斯坦质能方程得E=mc,2,核反,应释放的能量E=(4m,p,-m,He,-2m,e,)c,2,(3)设时间t内参与热核反应的质子数为N,依据能量关系Pt=N,得N=,。,4-2天文学家测得银河系中氦的含量约为25%。有关研究表明,宇宙,中氦生成的途径有两条:一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的;二是在宇,宙演化到恒星诞生后,由恒星内部的氢核聚变反应生成的。,(1)把氢核聚变反应简化为4个氢核(,H)聚变成氦核(,He),同时放出2个,正电子(,e)和2个中微子(,e,),请写出该氢核聚变反应的方程,并计算一次,反应释放的能量。,(2)研究表明,银河系的年龄约为t=3.8,10,17,s,每秒钟银河系产生的能量,约为1,10,37,J(即P=1,10,37,J/s)。现假定该能量全部来自上述氢核聚变反,应,试估算银河系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字)。,(3)根据你的估算结果,对银河系中氦的主要生成途径作出判断。,(可能用到的数据:银河系质量约为M=3,10,41,kg,原子质量单位1 u=1.66,10,-27,kg,1 u相当于1.5,10,-10,J的能量,电子质量m,e,=0.000 5 u,氦核质量m,=,4.002 6 u,氢核质量m,p,=1.007 8 u,中微子,e,质量为零。),答案,见解析,解析,(1),H,He+,e+2,e,m=4m,p,-m,-2m,e,E=mc,2,=4.14,10,-12,J,(2)m=,m,=6.1,10,39,kg,氦的含量k=,=,2%,(3)由估算结果可知,k,2%远小于25%的实际值,所以银河系中的氦主,要是宇宙诞生后不久生成的。,