高考物理一轮复习 14.3原子核课件
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第二十三页,共42页。
4.太阳内部持续不断地发生着 4 个质子(11H)聚变 为 1 个氦核(42He)的热核反应,核反应方程是 411H→42He +2X,这个核反应释放出大量核能.已知质子、氦核、
X 的质量分别为 m1、m2、m3,真空中的光速为 c.下列
说法中正确的是( D
)
A.方程中的 X 表示中子(10n)
第十八页,共42页。
1.(2011浙江)关于天然放射现象,下列说法正确的 是( D ) A.α射线是由氦原子核衰变(shuāibiàn)产生的 B.β射线是由原子核外电子电离产生的 C.γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生的 D.通过化学反应不能改变物质的放射性
第十九页,共42页。
2.(2012福建)关于近代物理 ,下列说法正确的是 (D ) A.α射线是高速运动的氦原子 B.核聚变反应方程H+H―→He+n中,n表示质子 C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能 (dòngnéng)与照射光的频率成正比 D.玻尔将量子观念引入原子领域,其理论能够解释 氢原子光谱的特征
,并猜想原子核内还存在 中子 ,1932年ห้องสมุดไป่ตู้他的
学生查德威克通过实验证实了
的存在.
(2)原子核是由质子和中子组成的.质常量用数符号ZAX表示,
X为元电素荷符数号,A表示核的
,Z表示核
的
.
第二页,共42页。
二、原子核的衰变(shuāibiàn)
1.原子核放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化 称为原子核的衰变(shuāibiàn).
第十页,共42页。
2.三种射线(shèxiàn)的比较
种类
组成
带电荷量 质量 符号 速度
贯穿本领
贯穿实例
对空气的 电离作用
α射线 高速氦核 流
2e
4mp
24He 0.1c 最弱 用纸能挡 住
β射线
高速电子流
-e mp 1840 -1 0e 0.99c 较强 穿透几毫 米的铝板
很强
较弱
第十一页,共42页。
例1 29328U 放射性衰变有多种可能途径,其中一种 途径是先变成21803Bi,而28130Bi 可以经一次衰变变成21a0X(X 代表某种元素),也可以经一次衰变变成b81Ti,2a10X 和81bTi 最后都变成20862Pb,衰变路径如图所示,则图中( )
A.a=82,b=211 B.①是 β 衰变,②是 α 衰变 C.①是 α 衰变,②是 β 衰变 D.81bTi 经过一次α衰变第七变页,共4成2页。20862Pb
(1)放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医 疗等.
(2)作示踪原子.
第四页,共42页。
四、核力(hélì)与核能
1.核力:组成(zǔ chénɡ)原子核的核子之间有很强的相互作 用力,使核子能克服库仑力而紧密地结合在一起,这种力称为 核力.其特点为: (1)核力是强相互作用的一种表现,在原子核的尺度内,核力 比库仑力大得多. (2)核力是短程力,作用范围在1.5×10-15 m之内. (3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,这种性质称为核 力的饱和性.
γ射线 光子流(高频电 磁波)
0
静止质量为零
γ c 最强 穿透几厘米的 铅板
很弱
题型二:核反应方程及核反应类型(lèixíng)的判断
例2 我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应 方程有: (1) 92235U+01n→3890Sr+ 54136Xe+k01n (2)12H+13H→24He+d01n 关 于 (guānyú) 这 两 个 方 程 的 下 列 说 法 , 正 确 的 是 () A.方程(1)属于α衰变 B.方程(2)属于轻核聚变 C.方程(1)中k=10,方程(2)中d=1 D.方程(1)中k=6,方程(2)中d=1
(约里奥·居
里夫妇发现 放射性同位 素,同时发 现正电子)
第十四页,共42页。
类型
重核 裂变
轻核 聚变
可控性
比较容易 进行人工
控制
除氢弹外 可控核聚 变正在研
究中
核反应方程典例 92235U+01n→ 56144Ba+3689Kr+301n
92235U+01n→ 54136Xe+3890Sr+ 1001n
12H+13H→24He+01n
第十五页,共42页。
题型三:核能(hénéng)的计算
例3 假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦 的同位素和中子,已知氘核的质量是2.013 6 u,中子的 质量是1.008 7 u,氦核同位素的质量是3.015 0 u.
(1)聚变的核反应方程式是__________
第十六页,共42页。
【解析】(1)根据题中条件,可知核反应方程式为21H +21H→ 32He+10n.
核反应过程中的质量亏损:
Δm=2mH-(mHe+mn)=2×2.013 6 u-(3.015 0+ 1.008 7) u=3.5×10-3 u.
由于 1 u 的质量与 931.5 MeV 的能量相对应,所以 氘核聚变时放出的能量:
第十二页,共42页。
【解析】本题考查核反应方程(fāngchéng).(1)式为典型 的裂变方程(fāngchéng),故A选项错误.(2)为聚变反应, 故B项正确.根据质量数守恒和电荷数守恒定律可得k= 10,d=1,故C选项正确.本题难度较小.
【答案(dáàn)】BC
第十三页,共42页。
【方法与知识感悟(gǎnwù)】核反应的四种类
型
类型
可控 性
核反应方程典例
衰 α衰变 变 β衰变
自发 自发
92238U→ 90234Th+24He 90234Th→ 91234Pa+-1 0e 714N+24He→ 817O+11H(卢瑟福发现质 子)
人工转变
人工 控制
24He+49Be→ 612C+01n(查德威克发现 中子)
1327Al+24He→1530P+01n 1530P→1430Si++1 0e
【解析】由21803Bi 衰变为21a0Bi,质量数没有变化, 所以①是β衰变,根据核电荷数守恒同时可判断 a= 84;由21803Bi 衰变为b81Ti,因为核电荷数减 2,可判断② 为α衰变,同时可判断 b=206,所以 A、C 两项错误, B 项正确.8b1Ti 经过一次β衰变变成20862Pb,D 项错误.
第二十二页,共42页。
【解析】放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的 时间(shíjiān)是一种统计规律,半衰期对几个原子核来说 是无意义的. 上述说法中C是错误的. 放射性元素衰变的快 慢由原子核内部因素决定,跟原子所处的物理状态(如温 度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关,故A、B错 误. 因此,正确选项只有D.
B.方程中的 X 表示电子(-01e)
C.这个核反应中质量亏损Δm=4m1-m2
D . 这 个 核 反 应 中 释 放 的 核 能 Δ E = (4m1 - m2 -
2m3)c2
【解析】由核反应质量数守恒、电荷数守恒可推断
出 X 为01e,A、B 错;质量亏损为Δm=4m1-m2-2m3 释放的核能为ΔE=Δmc2=(4m1-m2-2m3)c2,C 错, D 对.选 D,本题容易.
1.裂变:重核分裂成质量较小的核的反应.如:
92235U+01n→_54136Xe+3890Sr+1001n . 2.聚变:两个轻核结合成质量较大的核的反应.如:
12H+13H→24He+01n . 3.重核裂变和轻核聚变过程中都释放出
第六页,共42页。
核能(.hénéng)
题型一:原子核的衰变(shuāibiàn)规律
第3节 原子核
第一页,共42页。
一、天然放射现象
1.放射性元素 自发(zìfā)地 发出射线的现象,叫做天然 (tiānrán) 放 射 现 象 , 1896 年 由贝法克勒国尔物 理 学 家 发现.
2.放射性说明原子核内部是有结构的
(1质)19子19(年zh,ìzǐ卢) 瑟福用α粒子轰击氮原中子子核,发现了
ΔE=E2-E1=39.221 MeV-31.636 MeV=
7.585 MeV.
第十七页,共42页。
【方法与知识感悟】(1)核能的计算方法 ①根据ΔE=Δmc2 计算,计算时 Δm 的单位是 “kg”,c 的单位是“m/s”,ΔE 的单位是“J”. ②根据ΔE=Δm×931.5 MeV 计算.因 1 原子质 量单位(u)相当于 931.5 MeV 的能量,所以计算时Δm 的单位是“u”,ΔE 的单位是“MeV”. ③根据核子比结合能来计算核能 原子核的结合能=核子比结合能×核子数. (2)利用质能方程计算核能时,不能用质量数代替 质量进行计算.
01n→11H+-1 0e
电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
第九页,共42页。
确定衰变(shuāibiàn)次数的方法 (1)设放射性元素ZAX经过n次α衰变(shuāibiàn)和m次β衰 变(shuāibiàn)后,变成稳定的新元素Z′A′Y,则表示该核 反应的方程为ZAX→Z′A′Y+n24He+m-1 0e 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A=A′+4n,Z= Z′+2n-m (2)确定衰变(shuāibiàn)次数,因为β衰变(shuāibiàn)对质 量数无影响,先由质量数的改变确定α衰变(shuāibiàn)的 次 数 , 然 后 再 根 据 衰 变 (shuāibiàn) 规 律 确 定 β 衰 变 (shuāibiàn)的次数.
第五页,共42页。
2.原子核是核子结合在一起构成的,要把它们分开,需
要(xūyào)能量,这就是原子核的结合能
.
3.质量亏损:原子核的质量小于组成它的核子的质量之 和,这个现象叫做质量亏损.
4.爱因斯坦质能方程为 E=mc2,若核反应中的质量亏 损为Δm,释放的核能ΔE=Δmc2.
五、重核的裂变与轻核的聚变
_______,
在聚变核反应中释放出的能量为______MeV(保留两位有效
数字).
(2) 若 氚 核 和 氦 核 发 生 聚 变 生 成 锂 核 , 反 应 方 程 式 为 13H + 24He→37Li , 已 知 各 核 子 比 结 合 能 分 别 为 EH = 1.112 MeV、EHe=7.075 MeV、ELi=5.603 MeV,试求此 核反应过程(guòchéng)中释放的核能.
2.分类
α衰变(shuāibiàn):ZAX→Z-2A-4Y+24He
β衰变(shuāibiàn):ZAX→Z+1AY+-10e
3.半衰期:放射性元素的原子核有 (定s,hu跟āi原bi子àn所)所处物需的理的或时化间学.状半态核衰内期部由本身
半数(bà发的n s生因hù衰素) 决变 无关.
第三页,共42页。
三、放射性同位素及应用
1.同位素
具有相同 质子(zhìzǐ)数而 中子(z不hō同ng的zǐ)原数子核,在元
素周期表中处于同一位置,互称
同位.素
有些同位素具有放射性,叫做放射性同位素.天然 (tiānrán)放射性同位素不过四十多种,而人工制造的放射 性同位素已达1 000多种.
2.放射性同位素的应用
【答案(dáàn)】B
第八页,共42页。
【方法与知识感悟】 1.原子核衰变(shuāibiàn)规律
衰变类型 衰变方程
衰变实质 衰变规律
α衰变
β衰变
ZAX→Z-2A-4Y+24He
2个质子和2个中子结合成 一个整体射出
ZAX→Z+1 AY+ -1 0e
一个中子转化 为一个质子和 一个电子
211H+201n→ 24He
第二十页,共42页。
【解析(jiě xī)】α射线是高速氦核流,故A项错误;n表 示中子,故B项错误;根据光电效应方程Ek=hν-W0 可知,光电子的最大初动能与照射光的频率ν是一次函 数关系,故C项错误;根据近代物理学史知,D项正 确.
第二十一页,共42页。
3.关于半衰期,以下说法正确的是( )D A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中的长 B.升高温度(wēndù)可以使半衰期缩短 C.氡的半衰期为3.8天,若有4个氡原子核,经过3.8天 就只剩下2个 D.氡的半衰期为3.8天,4克氡原子核,经过3.8天就只 剩下2克
ΔE=3.5×10-3×931.5 MeV=3.3 MeV. (2)31H 和42He 分解成 7 个核子所需的能量为 E1=3×1.112 MeV+4×7.075 MeV=31.636 MeV 7 个核子结合成73Li,释放的能量为 E2=7×5.603 MeV=39.221 MeV 所以此核反应过程中释放的核能为
4.太阳内部持续不断地发生着 4 个质子(11H)聚变 为 1 个氦核(42He)的热核反应,核反应方程是 411H→42He +2X,这个核反应释放出大量核能.已知质子、氦核、
X 的质量分别为 m1、m2、m3,真空中的光速为 c.下列
说法中正确的是( D
)
A.方程中的 X 表示中子(10n)
第十八页,共42页。
1.(2011浙江)关于天然放射现象,下列说法正确的 是( D ) A.α射线是由氦原子核衰变(shuāibiàn)产生的 B.β射线是由原子核外电子电离产生的 C.γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生的 D.通过化学反应不能改变物质的放射性
第十九页,共42页。
2.(2012福建)关于近代物理 ,下列说法正确的是 (D ) A.α射线是高速运动的氦原子 B.核聚变反应方程H+H―→He+n中,n表示质子 C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能 (dòngnéng)与照射光的频率成正比 D.玻尔将量子观念引入原子领域,其理论能够解释 氢原子光谱的特征
,并猜想原子核内还存在 中子 ,1932年ห้องสมุดไป่ตู้他的
学生查德威克通过实验证实了
的存在.
(2)原子核是由质子和中子组成的.质常量用数符号ZAX表示,
X为元电素荷符数号,A表示核的
,Z表示核
的
.
第二页,共42页。
二、原子核的衰变(shuāibiàn)
1.原子核放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化 称为原子核的衰变(shuāibiàn).
第十页,共42页。
2.三种射线(shèxiàn)的比较
种类
组成
带电荷量 质量 符号 速度
贯穿本领
贯穿实例
对空气的 电离作用
α射线 高速氦核 流
2e
4mp
24He 0.1c 最弱 用纸能挡 住
β射线
高速电子流
-e mp 1840 -1 0e 0.99c 较强 穿透几毫 米的铝板
很强
较弱
第十一页,共42页。
例1 29328U 放射性衰变有多种可能途径,其中一种 途径是先变成21803Bi,而28130Bi 可以经一次衰变变成21a0X(X 代表某种元素),也可以经一次衰变变成b81Ti,2a10X 和81bTi 最后都变成20862Pb,衰变路径如图所示,则图中( )
A.a=82,b=211 B.①是 β 衰变,②是 α 衰变 C.①是 α 衰变,②是 β 衰变 D.81bTi 经过一次α衰变第七变页,共4成2页。20862Pb
(1)放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医 疗等.
(2)作示踪原子.
第四页,共42页。
四、核力(hélì)与核能
1.核力:组成(zǔ chénɡ)原子核的核子之间有很强的相互作 用力,使核子能克服库仑力而紧密地结合在一起,这种力称为 核力.其特点为: (1)核力是强相互作用的一种表现,在原子核的尺度内,核力 比库仑力大得多. (2)核力是短程力,作用范围在1.5×10-15 m之内. (3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,这种性质称为核 力的饱和性.
γ射线 光子流(高频电 磁波)
0
静止质量为零
γ c 最强 穿透几厘米的 铅板
很弱
题型二:核反应方程及核反应类型(lèixíng)的判断
例2 我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应 方程有: (1) 92235U+01n→3890Sr+ 54136Xe+k01n (2)12H+13H→24He+d01n 关 于 (guānyú) 这 两 个 方 程 的 下 列 说 法 , 正 确 的 是 () A.方程(1)属于α衰变 B.方程(2)属于轻核聚变 C.方程(1)中k=10,方程(2)中d=1 D.方程(1)中k=6,方程(2)中d=1
(约里奥·居
里夫妇发现 放射性同位 素,同时发 现正电子)
第十四页,共42页。
类型
重核 裂变
轻核 聚变
可控性
比较容易 进行人工
控制
除氢弹外 可控核聚 变正在研
究中
核反应方程典例 92235U+01n→ 56144Ba+3689Kr+301n
92235U+01n→ 54136Xe+3890Sr+ 1001n
12H+13H→24He+01n
第十五页,共42页。
题型三:核能(hénéng)的计算
例3 假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦 的同位素和中子,已知氘核的质量是2.013 6 u,中子的 质量是1.008 7 u,氦核同位素的质量是3.015 0 u.
(1)聚变的核反应方程式是__________
第十六页,共42页。
【解析】(1)根据题中条件,可知核反应方程式为21H +21H→ 32He+10n.
核反应过程中的质量亏损:
Δm=2mH-(mHe+mn)=2×2.013 6 u-(3.015 0+ 1.008 7) u=3.5×10-3 u.
由于 1 u 的质量与 931.5 MeV 的能量相对应,所以 氘核聚变时放出的能量:
第十二页,共42页。
【解析】本题考查核反应方程(fāngchéng).(1)式为典型 的裂变方程(fāngchéng),故A选项错误.(2)为聚变反应, 故B项正确.根据质量数守恒和电荷数守恒定律可得k= 10,d=1,故C选项正确.本题难度较小.
【答案(dáàn)】BC
第十三页,共42页。
【方法与知识感悟(gǎnwù)】核反应的四种类
型
类型
可控 性
核反应方程典例
衰 α衰变 变 β衰变
自发 自发
92238U→ 90234Th+24He 90234Th→ 91234Pa+-1 0e 714N+24He→ 817O+11H(卢瑟福发现质 子)
人工转变
人工 控制
24He+49Be→ 612C+01n(查德威克发现 中子)
1327Al+24He→1530P+01n 1530P→1430Si++1 0e
【解析】由21803Bi 衰变为21a0Bi,质量数没有变化, 所以①是β衰变,根据核电荷数守恒同时可判断 a= 84;由21803Bi 衰变为b81Ti,因为核电荷数减 2,可判断② 为α衰变,同时可判断 b=206,所以 A、C 两项错误, B 项正确.8b1Ti 经过一次β衰变变成20862Pb,D 项错误.
第二十二页,共42页。
【解析】放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的 时间(shíjiān)是一种统计规律,半衰期对几个原子核来说 是无意义的. 上述说法中C是错误的. 放射性元素衰变的快 慢由原子核内部因素决定,跟原子所处的物理状态(如温 度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关,故A、B错 误. 因此,正确选项只有D.
B.方程中的 X 表示电子(-01e)
C.这个核反应中质量亏损Δm=4m1-m2
D . 这 个 核 反 应 中 释 放 的 核 能 Δ E = (4m1 - m2 -
2m3)c2
【解析】由核反应质量数守恒、电荷数守恒可推断
出 X 为01e,A、B 错;质量亏损为Δm=4m1-m2-2m3 释放的核能为ΔE=Δmc2=(4m1-m2-2m3)c2,C 错, D 对.选 D,本题容易.
1.裂变:重核分裂成质量较小的核的反应.如:
92235U+01n→_54136Xe+3890Sr+1001n . 2.聚变:两个轻核结合成质量较大的核的反应.如:
12H+13H→24He+01n . 3.重核裂变和轻核聚变过程中都释放出
第六页,共42页。
核能(.hénéng)
题型一:原子核的衰变(shuāibiàn)规律
第3节 原子核
第一页,共42页。
一、天然放射现象
1.放射性元素 自发(zìfā)地 发出射线的现象,叫做天然 (tiānrán) 放 射 现 象 , 1896 年 由贝法克勒国尔物 理 学 家 发现.
2.放射性说明原子核内部是有结构的
(1质)19子19(年zh,ìzǐ卢) 瑟福用α粒子轰击氮原中子子核,发现了
ΔE=E2-E1=39.221 MeV-31.636 MeV=
7.585 MeV.
第十七页,共42页。
【方法与知识感悟】(1)核能的计算方法 ①根据ΔE=Δmc2 计算,计算时 Δm 的单位是 “kg”,c 的单位是“m/s”,ΔE 的单位是“J”. ②根据ΔE=Δm×931.5 MeV 计算.因 1 原子质 量单位(u)相当于 931.5 MeV 的能量,所以计算时Δm 的单位是“u”,ΔE 的单位是“MeV”. ③根据核子比结合能来计算核能 原子核的结合能=核子比结合能×核子数. (2)利用质能方程计算核能时,不能用质量数代替 质量进行计算.
01n→11H+-1 0e
电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
第九页,共42页。
确定衰变(shuāibiàn)次数的方法 (1)设放射性元素ZAX经过n次α衰变(shuāibiàn)和m次β衰 变(shuāibiàn)后,变成稳定的新元素Z′A′Y,则表示该核 反应的方程为ZAX→Z′A′Y+n24He+m-1 0e 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A=A′+4n,Z= Z′+2n-m (2)确定衰变(shuāibiàn)次数,因为β衰变(shuāibiàn)对质 量数无影响,先由质量数的改变确定α衰变(shuāibiàn)的 次 数 , 然 后 再 根 据 衰 变 (shuāibiàn) 规 律 确 定 β 衰 变 (shuāibiàn)的次数.
第五页,共42页。
2.原子核是核子结合在一起构成的,要把它们分开,需
要(xūyào)能量,这就是原子核的结合能
.
3.质量亏损:原子核的质量小于组成它的核子的质量之 和,这个现象叫做质量亏损.
4.爱因斯坦质能方程为 E=mc2,若核反应中的质量亏 损为Δm,释放的核能ΔE=Δmc2.
五、重核的裂变与轻核的聚变
_______,
在聚变核反应中释放出的能量为______MeV(保留两位有效
数字).
(2) 若 氚 核 和 氦 核 发 生 聚 变 生 成 锂 核 , 反 应 方 程 式 为 13H + 24He→37Li , 已 知 各 核 子 比 结 合 能 分 别 为 EH = 1.112 MeV、EHe=7.075 MeV、ELi=5.603 MeV,试求此 核反应过程(guòchéng)中释放的核能.
2.分类
α衰变(shuāibiàn):ZAX→Z-2A-4Y+24He
β衰变(shuāibiàn):ZAX→Z+1AY+-10e
3.半衰期:放射性元素的原子核有 (定s,hu跟āi原bi子àn所)所处物需的理的或时化间学.状半态核衰内期部由本身
半数(bà发的n s生因hù衰素) 决变 无关.
第三页,共42页。
三、放射性同位素及应用
1.同位素
具有相同 质子(zhìzǐ)数而 中子(z不hō同ng的zǐ)原数子核,在元
素周期表中处于同一位置,互称
同位.素
有些同位素具有放射性,叫做放射性同位素.天然 (tiānrán)放射性同位素不过四十多种,而人工制造的放射 性同位素已达1 000多种.
2.放射性同位素的应用
【答案(dáàn)】B
第八页,共42页。
【方法与知识感悟】 1.原子核衰变(shuāibiàn)规律
衰变类型 衰变方程
衰变实质 衰变规律
α衰变
β衰变
ZAX→Z-2A-4Y+24He
2个质子和2个中子结合成 一个整体射出
ZAX→Z+1 AY+ -1 0e
一个中子转化 为一个质子和 一个电子
211H+201n→ 24He
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【解析(jiě xī)】α射线是高速氦核流,故A项错误;n表 示中子,故B项错误;根据光电效应方程Ek=hν-W0 可知,光电子的最大初动能与照射光的频率ν是一次函 数关系,故C项错误;根据近代物理学史知,D项正 确.
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3.关于半衰期,以下说法正确的是( )D A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中的长 B.升高温度(wēndù)可以使半衰期缩短 C.氡的半衰期为3.8天,若有4个氡原子核,经过3.8天 就只剩下2个 D.氡的半衰期为3.8天,4克氡原子核,经过3.8天就只 剩下2克
ΔE=3.5×10-3×931.5 MeV=3.3 MeV. (2)31H 和42He 分解成 7 个核子所需的能量为 E1=3×1.112 MeV+4×7.075 MeV=31.636 MeV 7 个核子结合成73Li,释放的能量为 E2=7×5.603 MeV=39.221 MeV 所以此核反应过程中释放的核能为