高中物理选修3-5步步高全套学案及课件第三章 5
高中物理选修3-5步步高全套学案及课件第三章1
1原子核的组成与核力[学习目标] 1.了解质子、中子的发现.2.知道原子核的组成,知道核子和同位素的概念.3.会写核反应方程.4.了解原子核里的核子间存在着相互作用的核力.一、质子、中子的发现1.质子的发现1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,从氮原子核中打出了氢原子核即质子,并且证实质子是原子核的组成部分,质子符号11p或11H.2.中子的发现(1)卢瑟福的预言：1920年,卢瑟福提出原子核内可能还有一种电中性的粒子,即中子.(2)查德威克的发现：用实验证实了中子的存在,中子符号用10n表示,中子的质量非常接近质子的质量.二、原子核的组成1.原子核的组成：由质子和中子组成,因此它们统称为核子.2.原子核的电荷数：等于原子核的质子数即原子的原子序数.3.原子核的质量数：等于质子数和中子数的总和.4.原子核的符号：A Z X其中X为元素符号,A为原子核的质量数,Z为原子核的电荷数.5.同位素：具有相同的质子数而中子数不同的原子核,在元素周期表中处于同一位置,因而互称为同位素,例如氢的同位素11H、21H、31H.三、核力1.核力(1)核力：核子之间的相互作用力,称为核力,也称强力.(2)核力的特征①在核的线度内,核力比库仑力大得多；②核力是短程力,当两核子中心相距大于核子本身线度时,核力几乎完全消失；③核力与电荷无关,质子与质子、质子与中子以及中子与中子之间的核力是相等的.2.原子核中质子和中子的比例由于核力是短程力,自然界中较轻的原子核,质子数与中子数大致相等,但较重的原子核,中子数大于质子数,越重的原子核,两者相差越多.四、核反应方程1.核反应方程的定义：在核反应中,参与反应的原子核内的核子(质子和中子)将重新排列或发生转化.用原子核的符号来表示核反应过程的式子称为核反应方程.2.核反应遵从的规律：核反应遵从电荷数守恒和质量数守恒,即核反应方程两边的质量数和质子数均是守恒的.如卢瑟福发现质子的人工核反应方程可表示为：42He＋147N→178 O＋11H. [即学即用]1.判断下列说法的正误.(1)原子核的电荷数就是核内的质子数,也就是这种元素的原子序数.(√)(2)同位素具有不同的化学性质.(×)(3)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的.(×)(4)在原子核的线度内,核力比库仑力大得多.(√)(5)在核反应中,质量数守恒,电荷数守恒.(√)(6)核反应过程是不可逆的,核反应方程中只能用单向箭头表示反应方向.(√)2.有关168O、178O、188O三种同位素的比较,试回答下列问题：(1)三种同位素中哪一种粒子数是不相同的？______.A.质子B.中子C.核外电子(2)三种同位素中,哪一个质量最大？__________.(3)三种同位素的化学性质是否相同？__________.答案(1)B(2)188O(3)相同解析(1)同位素质子数相同、中子数不同,核外电子数与质子数相同,故粒子数不相同的是中子.(2)168O、178O、188O的质量数分别是16、17、18,故188O质量最大.(3)三种同位素质子数相同,故化学性质相同.一、原子核的组成1.原子核(符号A Z X)2.基本关系核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数,质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数.3.同位素(1)定义：具有相同质子数而中子数不同的原子核,在元素周期表中处于同一位置.(2)化学性质的决定因素：原子核内的质子数决定了核外电子的数目,也决定了电子在核外分布的情况,进而决定了这种元素的化学性质.(3)氢的同位素：氕(11H),氘(21H),氚(31H).例1已知镭的原子序数是88,原子核的质量数是226.试问：(1)镭核中有几个质子？几个中子？(2)镭核所带电荷量是多少？(结果保留三位有效数字)(3)呈电中性的镭原子,核外有几个电子？答案(1)88138(2)1.41×10－17 C(3)88解析(1)镭核中的质子数等于其原子序数,故质子数为88,中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差,即N＝A－Z＝226－88＝138.(2)镭核所带电荷量Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C≈1.41×10－17 C.(3)核外电子数等于核电荷数,即等于质子数故核外电子数为88.例2人类探测月球时发现,在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦,它可作为未来核聚变的重要原料之一,氦的该种同位素应表示为()A.43HeB.32HeC.42HeD.33He答案 B解析氦的同位素质子数一定相同,质量数为3,故应表示为32He,因此B正确.原子核的“数”与“量”辨析1.核电荷数与原子核的电荷量是不同的,组成原子核的质子的电荷量都是相同的,所以原子核的电荷量一定是质子电荷量的整数倍,我们把核内的质子数叫核电荷数,而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量.2.原子核的质量数与质量是不同的,原子核内质子和中子的总数叫做核的质量数,原子核的质量等于质子和中子的质量的总和.针对训练1在α粒子轰击金箔的散射实验中,α粒子可以表示为42He,42He中的4和2分别表示()A.4为核子数,2为中子数B.4为质子数和中子数之和,2为质子数C.4为核外电子数,2为中子数D.4为中子数,2为质子数答案 B解析根据A Z X所表示的物理意义,原子核的质子数决定核外电子数,原子核的电荷数就是核内的质子数,也就是这种元素的原子序数.原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和,即为核内的核子数.42He符号的左下角“2”表示的是质子数或核外电子数,42He符号的左上角“4”表示的是核子数,故选项B正确.二、核力特点原子核中质子与中子的比例[导学探究]如图1为3H和32He的原子核结构示意图.1图1(1)质子都带正电,质子与质子之间存在着库仑斥力,为什么32He还能稳定地存在？(2)自然界中存在的元素是有限的,为什么质子与中子不能随意地组合从而形成无数不同的原子核？答案(1)核子之间还存在着核力作用.(2)当核子增多时,原子核增大,核子间的距离也增大,当距离较大时,一些核子间可能就没有核力的作用了,这样形成的核不稳定,最终会瓦解.因此质子与中子不能随意地组合形成无数不同的原子核.[知识深化]1.核力特点(1)短程：只发生在相邻的核子之间(又叫饱和性).(2)与核子电性无关.(3)属于强相互作用.2.原子核中质子与中子的比例关系(1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等,但对于较重的原子核中子数大于质子数,越重的原子核,两者相差越多.(2)形成原因：①若质子与中子成对地人工构建原子核,随原子核的增大,核子间的距离增大,核力和库仑力都会减小,但核力减小得更快.所以当原子核增大到一定程度时,相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力,这个原子核就不稳定了.②若只增加中子,因为中子与其他核子没有库仑斥力,但有相互吸引的核力,所以有助于维系原子核的稳定,所以稳定的重原子核中子数要比质子数多.③由于核力的作用范围是有限的,以及核力的饱和性,若再增大原子核,一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用,这时候即使再增加中子,形成的核也一定是不稳定的.例3下列关于原子核中质子和中子的说法,正确的是()A.原子核中质子数和中子数一定相等B.稳定的重原子核里,质子数比中子数多C.原子核都是非常稳定的D.由于核力的作用范围是有限的,以及核力的饱和性,不可能无节制地增大原子核而仍稳定存在答案 D解析原子核中质子数和中子数不一定相等,特别是在原子序数较大的原子核中,中子数比质子数多,且原子序数大的和原子序数小的都没有中等质量的原子核稳定,故A、B、C错误.又由于核力是短程力及其饱和性的特点,原子核不可能无节制地增大,故D正确.针对训练2(多选)关于核力,下列说法中正确的是()A.核力是一种特殊的万有引力B.原子核内只有质子和质子间有核力作用,而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用C.核力是原子核稳定存在的原因D.核力是一种短程强力作用答案CD解析核力与万有引力、库仑力的性质不同,核力是短程力,作用范围在1.5×10－15m之内,原子核的半径数量级在10－15 m之内,所以核力只存在于相邻的核子之间,核力是原子核稳定存在的原因,故选C、D.三、核反应及核反应方程[导学探究]1.核反应的实质是什么？它遵从哪些规律？答案核反应的实质就是将一种原子核在粒子的轰击之下转变成另一种新的原子核,并产生新的粒子.在转变过程中遵从质量数守恒和电荷数守恒规律.2.如何实现原子核的人工转变？常见的人工转变的核反应有哪些？答案人为地用一定能量的粒子去轰击一些原子核,可以实现原子核的转变.常见的人工转变的核反应有：①卢瑟福发现质子：147N＋42He→178O＋11H②查德威克发现中子：94Be＋42He→126C＋10n③约里奥—居里夫妇人工制造同位素：42He＋2713Al→10n＋3015P30P具有放射性：3015P→3014Si＋0+1e.15[知识深化]1.核反应的条件用一定能量的粒子轰击原子核使原子核发生转变.2.核反应的规律质量数守恒,电荷数守恒.3.原子核人工转变的三大发现(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程：14N＋42He→178O＋11H7(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：9Be＋42He→126C＋10n4(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程：27Al＋42He→3015P＋10n；3015P→3014Si＋0＋1e.13例4完成下列核反应方程,并指出其中________是发现质子的核反应方程,________是发现中子的核反应方程(均填序号).(1)147N＋10n→146C＋________(2)147N＋42He→178O＋________(3)105B＋10n→________＋42He(4)94Be＋42He→________＋10n(5)5626Fe＋21H→5727Co＋________答案见解析解析(1)147N＋10n→146C＋11H(2)147N＋42He→178O＋11H(3)105B＋10n→73Li＋42He(4)94Be＋42He→126C＋10n(5)5626Fe＋21H→5727Co＋10n其中发现质子的核反应方程是(2),发现中子的核反应方程是(4).书写核反应方程四条重要原则1.质量数守恒和电荷数守恒；2.中间用箭头,不能写成等号；3.能量守恒(中学阶段不作要求)；4.核反应必须是实验中能够发生的.1.(原子核的组成及同位素)下列说法正确的是()A.同位素具有相同的质子数,不同的质量数B.质子和中子构成原子核,原子核的质量数等于质子和中子的质量总和C.同一种元素的原子核有相同的质量数,但中子数可以不同D.中子不带电,所以原子核的总电荷量等于质子和电子的总电荷量之和答案 A解析同位素具有相同的质子数,不同的质量数,A对；质子和中子构成原子核,原子核的质量数等于质子数和中子数的总和,B错；同一种元素的原子核有相同的质子数,但中子数可以不同,C错；中子不带电,所以原子核的总电荷量等于质子总电荷量之和,D错.2.(原子核中质子与中子比例的理解)在自然界中,对于较重的原子核的中子数和质子数的比例关系,下列说法正确的是()A.中子数等于质子数B.中子数小于质子数C.中子数大于质子数D.无法确定答案 C3.(核反应方程的理解)以下是物理学史上3个著名的核反应方程：x＋73Li→2y；y＋147N→x＋178 O；y＋94Be→z＋126Cx、y和z是3种不同的粒子,其中z是()A.α粒子B.质子C.中子D.电子答案 C解析把前两个方程化简,消去x,可知y是42He,结合第三个方程,根据电荷数守恒、质量数守恒可知z是中子10n.因此选项C正确.4.(核反应方程的书写)1993年,中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素202Pt,制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞20480Hg,反应过程78可能有两种：①生成20278Pt,放出氦原子核；②生成20278Pt,同时放出质子、中子.写出制取过程中涉及到的核反应方程.答案见解析解析根据电荷数守恒、质量数守恒,确定新生核的电荷数和质量数,然后写出核反应方程,如下：(1)94Be＋11H→95B＋10n(2)①20480Hg＋10n→20278Pt＋32He②20480Hg＋10n→20278Pt＋211H＋10n一、选择题考点一原子核的组成和同位素1.下列关于32He的叙述正确的是()A.32He与31H互为同位素B.32He原子核内中子数为2C.32He原子核内质子数为2D.32He代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子核答案 C解析32He核内质子数为2,31H核内质子数为1.两者质子数不等,不是同位素,A错误；32He原子核内中子数为1,B错误；32He代表原子核内有2个质子和1个中子的氦原子核,故C正确,D错误.2.某种元素的原子核用A Z X表示,下列说法中正确的是()A.原子核的质子数为Z,中子数为AB.原子核的质子数为Z,中子数为A－ZC.原子核的质子数为A,中子数为ZD.原子核的质子数为A－Z,中子数为Z答案 B解析根据原子核符号的含义：A表示质量数,Z表示质子数,则中子数为A－Z,所以B正确.3.(多选)下列说法正确的是()A.n m X与nY互为同位素m－1B.n m X与n－1m Y互为同位素C.n m X与n－2Y中子数相同m－2D.23592U核内有92个质子,235个中子答案BC解析n m X核与n m－1Y核的质子数不同,不能互为同位素,A错误；n m X核与n－1m Y核质子数都为m,Y核内中子而质量数不同,则中子数不同,所以互为同位素,B正确；n m X核内中子数为n－m,n－2m－2数为(n－2)－(m－2)＝n－m,所以中子数相同,C正确；23592U核内有143个中子,而不是235个中子,D错误.4.若用x代表一个中性原子中核外的电子数,y代表此原子的原子核内的质子数,z代表此原子的原子核内的中子数,则对23490Th的原子来说()A.x＝90y＝90z＝234B.x＝90y＝90z＝144C.x＝144y＝144z＝90D.x＝234y＝234z＝324答案 B解析质量数＝质子数＋中子数,中性原子中质子数＝核外电子数,所以选B.考点二核力及原子核中质子与中子的比例5.下列对核力的认识正确的是()A.任何物体之间均存在核力B.核力广泛存在于自然界中的核子之间C.核力只存在于质子之间D.核力只发生在相距10－15 m内的核子之间答案 D解析由核力的特点知道,只有相距10－15m内的核子之间才存在核力,核力发生在质子与质子、质子与中子以及中子与中子之间,由此知D正确,A、B、C错误.6.对原子核的组成,下列说法正确的是()A.核力可使一些中子组成原子核B.核力可使较多的质子组成原子核C.不存在只有质子的原子核D.质量较大的原子核内一定有中子答案 D解析由于原子核带正电,不存在只有中子的原子核,但核力也不能把较多的质子聚集在一起组成原子核,原因是核力是短程力,质子之间还存在“长程力”库仑力,A、B错误；自然界中存在一个质子的原子核11H,C错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子,才能削弱库仑力,维系原子核的稳定,故D正确.考点三核反应方程7.(多选)下列核反应方程中,符号“X”表示中子的是()A.94Be＋42He―→126C＋XB.147N＋42He―→178O＋XC.20480Hg＋10n―→20278Pt＋211H＋XD.23992U―→23993Np＋X答案AC解析根据核反应方程质量数守恒和电荷数守恒可得A、C选项正确.8.在下列四个核反应方程中,X1、X2、X3和X4各代表某种粒子①31H＋X1→42He＋10n②147N＋42He→178O＋X2③94Be＋42He→126C＋X3④2412Mg＋42He→2713Al＋X4则以下判断中正确的是()A.X1是质子B.X2是中子C.X3是电子D.X4是质子答案 D解析根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒知,X1为21H,A错；X2为11H,B错；X3为10n,C错；X4为11H,D对.9.用中子轰击氧原子核的核反应方程式为168O＋10n→a7N＋0b X,对式中X、a、b的判断正确的是()A.X代表中子,a＝17,b＝1B.X代表电子,a＝17,b＝－1C.X代表正电子,a＝17,b＝1D.X代表质子,a＝17,b＝1答案 C解析根据质量数守恒、电荷数守恒可知a＝17,b＝8＋0－7＝1,所以X可表示为0＋1e,为正电子,故C项正确.10.(多选)一个质子以1.0×107 m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获,铝原子核变成硅原子核.已知铝原子核的质量是质子的27倍,硅原子核的质量是质子的28倍,则下列说法正确的是()A.核反应方程为2713Al＋11H―→2814SiB.核反应方程为2713Al＋10n―→2814SiC.硅原子核速度的数量级为107 m/s,方向跟质子的初速度方向一致D.硅原子核速度的数量级为105 m/s,方向跟质子的初速度方向一致答案AD解析由核反应中电荷数守恒和质量数守恒可知A选项正确,B选项错误；由动量守恒定律求得硅原子核速度的数量级为105 m/s,即D选项正确,C选项错误.二、非选择题11.(核反应方程)完成下列各核反应方程,并指出哪个核反应是首次发现质子和中子的.(1)105B＋42He→137N＋()(2)94Be＋()→126C＋10n(3)2713Al＋()→2712Mg＋11H(4)147N＋42He→178O＋()(5)23892U→23490Th＋()(6)2311Na＋()→2411Na＋11H(7)2713Al＋42He→10n＋()；3015P→3014Si＋()答案见解析解析(1)105B＋42He→137N＋10n(2)94Be＋42He→126C＋10n此核反应使查德威克首次发现了中子.(3)2713Al＋10n→2712Mg＋11H(4)147N＋42He→178O＋11H此核反应使卢瑟福首次发现了质子.(5)23892U→23490Th＋42He(6)2311Na＋21H→2411Na＋11H(7)2713Al＋42He→10n＋3015P(磷30放射性同位素)30P→3014Si＋0+1e(正电子)1512.(核反应方程的综合应用)一质子束入射到靶核2713Al上,产生核反应：p＋2713Al→X＋n,式中p 代表质子,n代表中子,X代表核反应产生的新核.由反应式可知,新核X的质子数为________,中子数为________.答案1413解析根据核反应过程电荷数守恒和质量数守恒,新核X的质子数为1＋13－0＝14,质量数为1＋27－1＝27,所以中子数为27－14＝13.13.(核反应方程的综合应用)1934年约里奥—居里夫妇用α粒子轰击静止的2713Al,发现了放射性磷3015P和另一种粒子,并因这一伟大发现而获得诺贝尔物理学奖.(1)写出这个过程的核反应方程式；(2)若该种粒子以初速度v0与一个静止的12C核发生碰撞,但没有发生核反应,该粒子碰后的速度大小为v1,运动方向与原运动方向相反,求碰撞后12C核的速度.答案 (1)2713Al ＋42He ―→3015P ＋10n (2)v 0＋v 112,方向与该粒子原运动方向相同 解析 (1)核反应方程式为2713Al ＋42He ―→3015P ＋10n.(2)由(1)知,该种粒子为中子,设该种粒子的质量为m ,则12C 核的质量为12m ,设碰撞后12C 核的速度为v 2,取该粒子初速度v 0方向为正方向,由动量守恒定律可得m v 0＝m (－v 1)＋12m v 2,解得v 2＝v 0＋v 112,碰撞后12C 核的运动方向与该粒子原运动方向相同.。
高中物理教科版选修3-5教学案：第三章 章末盘点 Word版含答案
专题三
半衰期的计组成的放射性样品中，放射性元素的原子核有一半发生衰变所需的时间。
2、计算公式
N′＝N0( )n或m′＝m0( )n，其中n＝t/T。(式中N′、m′为衰变后剩余的原子数量和质量，N0、m0为衰变前原子数量和质量，n为半衰期个数，t是所用时间)。
(4)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上；然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子)的电荷数和质量数；最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子)，并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号。
[例1]关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有()
详细解析:选ACE密立根通过油滴实验测出了元电荷即基本电荷的数值，A项正确；贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂的结构，卢瑟福通过α粒子散射实验确定了原子的核式结构模型，B项错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，C项正确；卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮的原子核，从中找出了新的粒子，通过测定其质量和电荷，确定该粒子为氢的原子核，证实了原子核内部存在质子，D项错误；汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况确定了阴极射线的本质是带电的粒子流，并测出了这种粒子的比荷，E项正确。
5、太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的聚变反应产生的，下列核反应属于聚变反应的是()
图1
A. H＋ H―→ He＋ n
B. 7N＋ He―→ 8O＋ H
C. 92U＋ n―→ 54Xe＋ Sr＋10 n
D. 92U―→ 90Th＋ He
详细解析:选AA是聚变反应，B是人工转变的核反应，C是裂变反应，D是α衰变反应，故选项A是正确的。
人教版高中物理选修3-5全册教案
按住Ctrl 键单击鼠标打开全套教学视频名师讲课播放物理选修3-5教案第十六章 动量和动量守恒定律 16.1 实验：探究碰撞中的不变量目的要求通过这节课的学习，让学生掌握科学探究的思维方法，从最简单的关系开始寻找，利用身边的资源及已学过的原理，来完成该实验的探究过程。
重难点分析 一、重点本节课的重点在于如何让学生掌握科学探究的方法。
如何真正实现探究的过程。
二、难点本节课的难点在于，如何启发学生利用身边的一切可利用资源，来自行设计可行性较强的实验方案。
新课教学 一、新课引入碰撞是自然界中常见的现象。
比如，两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞相连，台球由于两球的碰撞而改变运动状态。
两个迎面而来的人相撞后会相仰而倒，或者各自后退。
在微观粒子之间，更是由于相互碰撞而改变能量，甚至由于撞击而使得一种粒子转化为其他粒子。
二、新课教学由很多例子可知，两个物体碰撞前后的速度都会发生变化，物体的质量不同时速度变化也不一样。
那么，碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？这节课主要介绍研究这个问题的实验。
（一）实验的基本思路研究最简单的情况——两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。
这种碰撞叫做一维碰撞。
思考一下，在一维碰撞的情况下，与物体有关的物理量有哪些？ （学生答：质量m ，速度v ） 为什么与质量m 有关？（学生答：相互作用力下，质量越大的物体速度改变越慢）设两物体质量分别为m 1、m 2，碰撞前速度分别为v 1、v 2，碰撞后速度分别为1v '、2v '。
速度为矢量，因而需规定正方向。
问题是：物体的质量和速度在碰撞前后有什么不变的关系？质量必定是不变的，但质量只是惯性的量度，无法描述物体的运动状态。
而速度却是在碰撞前后改变的，那么，可否有一个物理量为质量与速度的某种关系，却又恰好能在碰撞前后保持不变呢？可能关系： ①22221122221121212121v m v m v m v m '+'=+ →这个关系不可能。
高中物理选修3-5步步高全套学案及课件第三章2
2放射性衰变[学习目标] 1.了解放射性的发现,知道什么是放射性和天然放射性.2.知道三种射线的种类性质.3.知道衰变及两种衰变的规律,能熟练写出衰变方程.4.了解半衰期的概念及有关计算.一、天然放射现象1.1896年,法国物理学家亨利·贝克勒尔发现铀化合物能放出某种射线使密封完好的照相底片感光,这种性质称为放射性.后来,物理学家居里夫妇又相继发现了放射性元素钋和镭.2.放射性元素自发地发出射线的现象,叫天然放射现象.天然放射现象说明原子核具有复杂结构.3.自然界中多种元素都能自发地放出射线,原子序数大于或等于83的元素都具有放射性,较轻的元素有些也具有放射性.二、衰变1.放射性衰变：放射性元素是不稳定的,它们会自发地蜕变为另一种元素,同时放出射线,这种现象为放射性衰变.2.衰变形式：常见的衰变有两种,放出α粒子的衰变为α衰变,放出β粒子的衰变为β衰变,而γ射线是伴随α射线或β射线产生的.3.衰变方程举例：(1)α衰变：238 92U→234 90Th＋42He(2)β衰变：234 90Th→234 91Pa＋0－1e.4.原子核衰变前、后电荷数和质量数均守恒.三、三种射线的性质1.α射线：带正电的α粒子流,α粒子是氦原子核,α射线的速度只有光速的10%,穿透能力弱,一张薄薄的铝箔或一层裹底片的黑纸,都能把它挡住.2.β射线：带负电的电子流,它的速度很快,穿透力强,在空气中可以走几十米远,而碰到几毫米厚的铝片就不能穿过了.3.γ射线本质上是一种波长极短的电磁波,穿透力极强,能穿过厚的混凝土和铅板. 四、半衰期1.半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,叫做这种元素的半衰期.2.半衰期是大量原子核衰变的统计规律,反映放射性元素衰变的快慢.3.半衰期是由原子核自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系. [即学即用]1.判断下列说法的正误.(1)α射线实际上就是氦原子核,α射线具有较强的穿透能力.( × ) (2)原子核在衰变时,它在元素周期表中的位置不变.( × ) (3)同种放射性元素,在化合物中的半衰期比在单质中长.( × )(4)放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关,它是一个统计规律,只对大量的原子核才适用.( √ )(5)氡的半衰期是3.8天,若有4个氡原子核,则经过7.6天后只剩下一个氡原子核.( × ) 2.碘131的半衰期约为8天,若某药物含有质量为m 的碘131,经过32天后,该药物中碘131的含量大约还有______________. 答案m 16解析 由题意可知m 余＝m (12)328＝m 16.一、天然放射现象和三种射线[导学探究] 如图1为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图.图1(1)α射线向左偏转,β射线向右偏转,γ射线不偏转说明了什么？(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一,但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径说明什么问题？答案 (1)说明α射线带正电,β射线带负电,γ射线不带电.(2)根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r ＝m v qB 可知,α粒子的m q 应大于β粒子的mq ,即α粒子的质量应较大. [知识深化] 1.三种射线的实质α射线：α粒子流,带2e 的正电荷； β射线：高速电子流,带e 的负电荷； γ射线：光子流(高频电磁波),不带电. 2.三种射线在电场中和磁场中的偏转(1)在匀强电场中,γ射线不发生偏转,做匀速直线运动,α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动,在同样的条件下,β粒子的偏移大,如图2所示.图2(2)在匀强磁场中,γ射线不发生偏转,仍做匀速直线运动,α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动,且在同样条件下,β粒子的轨道半径小,如图3所示.图33.元素的放射性(1)一种元素的放射性与其是单质还是化合物无关,这就说明射线跟原子核外电子无关.(2)射线来自于原子核说明原子核内部是有结构的.例1如图4所示,R是一种放射性物质,虚线框内是匀强磁场,LL′是厚纸板,MM′是荧光屏,实验时,发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑,由此可知磁场的方向、到达O点的射线种类、到达P点的射线种类应属于下表中的()图4答案 C解析R放射出来的射线共有α、β、γ三种,其中α、β射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用而偏转,γ射线不偏转,故打在O点的应为γ射线；由于α射线穿透本领弱,不能射穿厚纸板,故到达P点的应是β射线；依据β射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里.1.对放射性和射线的理解：(1)一种元素的放射性,与其是单质还是化合物无关,这说明一种元素的放射性和核外电子无关.(2)射线来自于原子核,说明原子核是可以再分的.2.对三种射线性质的理解：(1)α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电.α射线、β射线是实物粒子,而γ射线是光子流,属于电磁波的一种.(2)α射线、β射线都可以在电场或磁场中偏转,但偏转方向不同,γ射线则不发生偏转.(3)α射线穿透能力弱,β射线穿透能力较强,γ射线穿透能力最强,而电离本领相反.针对训练1天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图5所示,由此可推知()图5A.②来自于原子核外的电子B.①的电离作用最强,是一种电磁波C.③的电离作用较强,是一种电磁波D.③的电离作用最弱,是一种电磁波答案 D解析①射线能被一张纸挡住,说明它的穿透能力较差,①射线是α射线,α射线是高速运动的氦核流,它的穿透能力差,电离作用最强,选项B错误；②射线的穿透能力较强,说明它是β射线,β射线是高速电子流,β射线来自原子核,不是来自原子核外的电子,选项A错误；③射线的穿透能力最强,能够穿透几厘米厚的铅板,③射线是γ射线,γ射线的电离作用最弱,穿透能力最强,它是能量很高的电磁波,故选项C错误,D正确.二、原子核的衰变规律与衰变方程[导学探究]如图6为α衰变、β衰变示意图.图6(1)当原子核发生α衰变时,原子核的质子数和中子数如何变化？(2)当发生β衰变时,新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？答案(1)α衰变时,质子数减少2,中子数减少2.(2)β衰变时,核电荷数增加1.新核在元素周期表中的位置向后移动一位.[知识深化]1.衰变种类、实质与方程(1)α衰变：A Z X―→A－4Y＋42HeZ－2实质：原子核中,2个中子和2个质子结合得比较牢固,有时会作为一个整体从较大的原子核中被释放出来,这就是放射性元素发生的α衰变现象.如：238 92U―→234 90Th＋42He.(2)β衰变：A Z X―→A Z+1Y＋0－1e.实质：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子,使电荷数增加1,β衰变不改变原子核的质量数,其转化方程为：10n―→11H＋0－1e.如：234 90Th―→234 91Pa＋0－1e.(3)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变产生的.2.确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)方法：设放射性元素A Z X经过n次α衰变和m次β衰变后,变成稳定的新元素A′Z′Y,则衰变方程为：AX―→A′Z′Y＋n42He＋m0－1eZ根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： A ＝A ′＋4n ,Z ＝Z ′＋2n －m .以上两式联立解得：n ＝A －A ′4,m ＝A －A ′2＋Z ′－Z .由此可见,确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组.(2)技巧：为了确定衰变次数,一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变次数的多少对质量数没有影响),然后根据衰变规律确定β衰变的次数.例223892U 核经一系列的衰变后变为206 82Pb 核,问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)206 82Pb 与238 92U 相比,质子数和中子数各少了多少？ (3)综合写出这一衰变过程的方程. 答案 (1)8 6 (2)10 22(3)238 92U ―→206 82Pb ＋842He ＋6－1e解析(1)设238 92U衰变为206 82Pb经过x次α衰变和y次β衰变,由质量数守恒和电荷数守恒可得238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②联立①②解得x＝8,y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变.(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2,每发生一次β衰变中子数减少1,而质子数增加1,故206 82Pb较238 92U质子数少10,中子数少22.(3)衰变方程为238 92U―→206 82Pb＋842He＋60－1e.1.衰变方程的书写：衰变方程用“―→”,而不用“＝”表示.2.衰变次数的判断技巧(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒.(2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2.(3)每发生一次β衰变中子数减少1,质子数增加1.针对训练2在横线上填上粒子符号和衰变类型.(1)238 92U→234 90Th＋________,属于________衰变(2)234 90Th→234 91Pa＋________,属于________衰变(3)210 84Po→210 85At＋________,属于________衰变(4)6629Cu→6227Co＋________,属于________衰变答案(1)42Heα(2)0－1eβ(3)0－1eβ(4)42Heα解析根据质量数守恒和电荷数守恒可以判断：(1)中生成的粒子为42He,属于α衰变.(2)中生成的粒子为0－1e,属于β衰变.(3)中生成的粒子为0－1e,属于β衰变.(4)中生成的粒子为42He,属于α衰变.三、对半衰期的理解和有关计算[导学探究]1.什么是半衰期？对于某个或选定的几个原子核能根据该种元素的半衰期预测它的衰变时间吗？答案 半衰期是一个时间,是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间的统计规律,故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间.2.某放射性元素的半衰期为4天,若有10个这样的原子核,经过4天后还剩5个,这种说法对吗？ 答案 半衰期是放射性元素的大量原子核衰变时所遵循的统计规律,不能用于少量的原子核发生衰变的情况,因此,经过4天后,10个原子核有多少发生衰变是不能确定的,所以这种说法不对. [知识深化]1.半衰期：表示放射性元素衰变的快慢.2.半衰期公式：N 余＝N 原(12)1/2tT ,m 余＝m 0(12)1/2tT,式中N 原、m 0表示衰变前的原子数和质量,N 余、m 余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量,t 表示衰变时间,T 1/2表示半衰期.3.适用条件：半衰期是一个统计概念,是对大量的原子核衰变规律的总结,对于一个特定的原子核,无法确定其何时发生衰变,半衰期只适用于大量的原子核.4.应用：利用半衰期非常稳定的特点,可以测算其衰变过程,推算时间等.例3(多选)关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的是()A.原子核全部衰变所需要的时间的一半B.原子核有半数发生衰变所需要的时间C.相对原子质量减少一半所需要的时间D.元素质量减半所需要的时间答案BD解析放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫做这种元素的半衰期,它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同.放射性元素发生衰变后成为一种新的原子核,原来的放射性元素原子核的个数不断减少,当原子核的个数减半时,该放射性元素的原子核的总质量也减半,故选项B、D正确.例4 放射性同位素14C 被考古学家称为“碳钟”,它可以用来判定古生物体的年代,此项研究获得1960年诺贝尔化学奖.(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后,会形成不稳定的14 6C,它很容易发生衰变,放出β射线变成一个新核,其半衰期为5 730年,试写出14C 的衰变方程.(2)若测得一古生物遗骸中的14 6C 含量只有活体中的25%,则此遗骸距今约有多少年？答案 (1)14 6C ―→0－1e ＋14 7N (2)11 460年 解析 (1)14 6C 的β衰变方程为：14 6C ―→0－1e ＋14 7N.(2)14 6C 的半衰期T 1/2＝5 730年.生物死亡后,遗骸中的14 6C 按其半衰期变化,设活体中14 6C 的含量为N 0,遗骸中14 6C 的含量为N ,则N ＝(12)1/2tTN 0,即0.25N 0＝(12)5730tN 0,故t5 730＝2,t ＝11 460年.1.半衰期由核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件都无关.2.半衰期是一个统计规律,适用于对大量原子核衰变的计算,对于少数原子核不适用.针对训练3 大量的某放射性元素经过11.4天有78的原子核发生了衰变,该元素的半衰期为( ) A.11.4天 B.7.6天 C.5.7天 D.3.8天答案 D解析 由于经过了11.4天还有18的原子核没有衰变,由m ＝⎝⎛⎭⎫12n m 0,可知该放射性元素经过了3个半衰期,即可算出半衰期是3.8天,故D 正确.1.(天然放射现象的认识)(多选)下列哪些现象能说明射线来自原子核( ) A.三种射线的能量都很高B.射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响C.元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关D.α射线、β射线都是带电的粒子流 答案 BC解析 能说明射线来自原子核的证据是元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关,B 、C 正确.2.(三种射线的特性)(多选)天然放射性物质的射线包含三种成分,下列说法中正确的是( ) A.α射线的本质是带正电的α粒子流 B.β射线是不带电的光子流C.三种射线中电离作用最强的是γ射线D.一张厚的黑纸可以挡住α射线,但挡不住β射线和γ射线答案AD解析α射线的本质是带正电的α粒子流,β射线是高速电子流,A正确,B错误；三种射线中电离作用最强的是α射线,C错误；一张厚的黑纸可以挡住α射线,但挡不住β射线和γ射线,D 正确.3.(原子核的衰变)下列说法中正确的是()A.β衰变放出的电子来自组成原子核的电子B.β衰变放出的电子来自原子核外的电子C.α衰变说明原子核中含有α粒子D.γ射线总是伴随其他衰变发生,它的本质是电磁波答案 D解析原子核发生β衰变中放出的电子是原子核内的中子转化为质子而释放的电子,A、B错误；α射线是具有放射性的元素的原子核在发生衰变时两个中子和两个质子结合在一起从原子核中释放出来,γ射线总是伴随其他衰变发生,它的本质是电磁波,故C错误,D正确.4.(半衰期)下列有关半衰期的说法正确的是()A.放射性元素的半衰期越短,表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短,衰变速度越快B.放射性元素的样品不断衰变,随着剩下的未衰变原子核的减少,元素半衰期也变长C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减慢放射性元素的衰变速度D.降低温度或增大压强,让该元素与其他物质形成化合物,均可减小衰变速度答案 A解析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,它反映了放射性元素衰变速度的快慢,半衰期越短,则衰变越快；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定,与它所处的物理、化学状态无关,故A正确,B、C、D错误.5.(衰变方程)下列表示放射性元素碘131(131 53I)β衰变的方程是()A.131 53I→127 51Sb＋42HeB.131 53I→131 54Xe＋0－1eC.131 53I→130 53I＋10nD.131 53I→130 52Te＋11H答案 B解析β衰变是原子核自发地释放一个β粒子(即电子)产生新核的过程,原子核衰变时质量数与电荷数都守恒,结合选项分析可知,选项B正确.一、选择题考点一天然放射现象及三种射线1.下列说法正确的是()A.任何元素都具有放射性B.同一元素,单质具有放射性,化合物可能没有C.元素的放射性与温度无关D.放射性就是该元素的化学性质答案 C2.(多选)在人类对微观世界进行探索的过程中,科学实验起到了非常重要的作用.下列说法符合历史事实的是()A.密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B.贝克勒尔通过对天然放射现象的研究,发现了原子中存在原子核C.居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D.卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子答案AC3.(多选)下列关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的是()A.α粒子就是氢原子核,它的穿透本领和电离本领都很强B.β射线是电子流,其速度接近光速C.γ射线是一种频率很高的电磁波,它可以穿过几厘米厚的铅板D.以上三种说法均正确答案BC解析α粒子是氦原子核,它的穿透本领很弱而电离本领很强,A项错误；β射线是电子流,其速度接近光速,B项正确；γ射线的波长很短,穿透能力很强,可以穿透几厘米厚的铅板,C项正确,D项错误.4.如图1所示,放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线,分别进入匀强电场和匀强磁场中,下列说法正确的是()图1A.①表示γ射线,③表示α射线B.②表示β射线,③表示α射线C.④表示α射线,⑤表示γ射线D.⑤表示β射线,⑥表示α射线答案 C解析γ射线为电磁波,在电场、磁场中均不偏转,故②和⑤表示γ射线,A、B、D项错；α射线中的α粒子为氦原子核,带正电,在匀强电场中,沿电场方向偏转,故③表示α射线,由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏,故④表示α射线,C项对.考点二原子核的衰变5.(多选)由原子核的衰变规律可知()A.放射性元素一次衰变就同时产生α射线和β射线B.放射性元素发生β衰变,产生的新核的化学性质与原来的核的化学性质相同C.放射性元素衰变的快慢跟它所处的物理、化学状态无关D.放射性元素发生正电子衰变时,产生的新核质量数不变,电荷数减少1答案CD6.某原子核A先进行一次β衰变变成原子核B,再进行一次α衰变变成原子核C,则()A.核C的质子数比核A的质子数少2B.核A的质量数减核C的质量数等于3C.核A的中子数减核C的中子数等于3D.核A的中子数减核C的中子数等于5答案 C解析原子核A进行一次β衰变后,一个中子转变为一个质子并释放一个电子,再进行一次α衰变,又释放两个中子和两个质子,所以核A比核C多3个中子、1个质子,选项C正确,A、B、D错误.7.(多选)238 92U是一种放射性元素,能够自发地进行一系列的放射性衰变,如图2所示,可以判断下列说法正确的是()图2A.图中a是84,b是206B.Y是β衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时产生的C.Y和Z是同一种衰变D.从X衰变中放出的射线电离性最强答案AC解析210 83Bi衰变成210a Po,质量数不变,可知发生的是β衰变,则电荷数多1,可知a＝84,210 83Bi衰变成b81Tl,知电荷数少2,发生的是α衰变,质量数少4,则b＝206,故A正确,B错误.Z衰变,质量数少4,发生的是α衰变,Y和Z是同一种衰变,故C正确.从X衰变中放出的射线是β射线,电离能力不是最强,故D错误.8.由于放射性元素237 93Np的半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使用人工的方法制造后才被发现.已知237 93Np 经过一系列α衰变和β衰变后变成209 83Bi,下列判断中正确的是( ) A.20983Bi 的原子核比237 93Np 的原子核少28个中子B.衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变C.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变D.衰变前比衰变后所有物质的质量数少 答案 B解析 依题意有：237－2094＝7就可知道发生了7次α衰变,发生β衰变的次数为：237－2092＋83－93＝4,即发生了4次β衰变,B 正确,C 错误；它们的中子数分别为：237－93＝144,209－83＝126,中子数之差为：144－126＝18,故A 错误；根据衰变规律可知,反应前后质量数守恒,D 错误. 考点三 半衰期9.(多选)下列关于放射性元素的半衰期的说法中正确的是( ) A.同种放射性元素,在化合物中的半衰期比在单质中长B.放射性元素的半衰期与元素所处的物理状态和化学状态无关,它是一个统计规律,只对大量的原子核才适用C.氡的半衰期是3.8天,若有4 g 氡原子核,则经过3.8天就只剩下2 g 氡D.氡的半衰期是3.8天,若有4 个氡原子核,则经过3.8天就只剩下2个 答案 BC解析 放射性元素的半衰期由核内部因素决定,跟原子所处的物理状态和化学状态无关,它是一个统计规律,只对大量的原子核才适用,A 、D 错误,B 正确；氡的半衰期是3.8天,则4 g 氡原子核经3.8天剩余质量M ＝M 0×(12)1/2tT ＝4 g ×(12)3.83.8＝2 g,C 正确.10.放射性元素氡(222 86Rn)经α衰变成为钋(21884Po),半衰期约为3.8天,但勘测表明,经过漫长的地质年代后,目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素222 86Rn 的矿石,其原因是( ) A.目前地壳中的222 86Rn 主要来自于其他放射性元素的衰变 B.在地球形成的初期,地壳中元素222 86Rn 的含量足够高C.当衰变产物218 84Po 积累到一定量以后,218 84Po 的增加会减慢222 86Rn 的衰变进程D.222 86Rn 主要存在于地球深处的矿石中,温度和压力改变了它的半衰期 答案 A解析 地壳中222 86Rn 主要来自其他放射性元素的衰变,则A 正确,B 错误；放射性元素的半衰期与外界环境等因素无关,则C 、D 错误.考点四 衰变和半衰期综合应用11.(多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的核,放出的一个α粒子和反冲核轨道半径之比R ∶r ＝30∶1,如图3所示,则( )图3A.衰变后瞬间α粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反B.反冲核的原子序数为62C.原来放射性元素的原子序数为62D.反冲核与α粒子的速度之比为1∶62 答案 AC解析 由动量守恒得M v ′＋m v ＝0,其中M v ′为反冲核的动量,m v 为α粒子的动量,则α粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反,故A 正确.设Q 为原来放射性元素的原子核的电荷数,则反冲核的电荷数为Q －2,α粒子的电荷数为2.反冲核的轨道半径r ＝M v ′B (Q －2)e ,α粒子的轨道半径R ＝m vB ·2e ；又R ∶r ＝30∶1,联立可得Q ＝62,故B 错误,C 正确.由于无法确定二者的质量数关系,故无法确定其速度关系,故D 错误. 二、非选择题12.(原子核衰变的综合分析)天然放射性铀(238 92U)发生衰变后产生钍(23490Th)和另一个原子核.(1)请写出衰变方程；(2)若衰变前铀(238 92U)核的速度为v ,衰变产生的钍(234 90Th)核的速度为v 2,且与铀核速度方向相同,试估算产生的另一种新核的速度.答案 (1)238 92U ―→234 90Th ＋42He (2)1214v ,方向与铀核速度方向相同 解析 (1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒,有238 92U ―→234 90Th ＋42He.(2)由(1)知新核为氦核,设一个核子的质量为m ,则氦核的质量为4m 、铀核的质量为238m 、钍核的质量为234m ,氦核的速度为v ′,由动量守恒定律得238m v ＝234m ·v 2＋4m v ′, 解得v ′＝1214v ,方向与铀核速度方向相同.13.(原子核的衰变)足够强的匀强磁场中有一个原来静止的氡核222 86Rn,它放射出一个α粒子后变为Po 核.假设放出的α粒子运动方向与磁场方向垂直,求：(1)α粒子与Po 核在匀强磁场中的轨迹圆的半径之比,并定性画出它们在磁场中运动轨迹的示意图.(2)α粒子与Po 核两次相遇的时间间隔与α粒子运动周期的关系；(设质子和中子质量相等)(3)若某种原来静止的放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生β衰变,则β粒子和反冲核在磁场中运动轨迹的示意图与上述α衰变运动轨迹示意图有何不同？答案 (1)42∶1 见解析图 (2)Δt ＝109T α (3)见解析解析 (1)氡核的α衰变方程为222 86Rn →218 84Po ＋42He.衰变的极短过程中系统动量守恒,设α粒子速度方向为正,则由动量守恒定律得0＝m αv α－m Po v Po ,即m αv α＝m Po v Po .α粒子与反冲核在匀强磁场中,洛伦兹力提供做匀速圆周运动的向心力q v B ＝m v 2r ,r ＝m v qB ,故r αr Po＝q Po q α＝842＝421,示意图如图甲所示.甲(2)它们在磁场中运动的周期T ＝2πr v ＝2πm qB ∝m q ,它们的周期之比为T αT Po ＝m αm Po ·q Po q α＝4218·842＝84109, 即109T α＝84T Po ,这样α粒子转109圈,Po 核转84圈,两者才相遇.所以,α粒子与Po 核两次相遇的时间间隔Δt ＝109T α.(3)若放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生β衰变,则衰变前后系统动量守恒,β粒子和反冲核也在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,但由于β粒子带负电,反冲核带正电,它们运动方向相反,但受的洛伦兹力方向相同,所以它们的轨迹圆是内切的,且β粒子的轨迹半径大于反冲核的轨迹半径,其运动轨迹的示意图如图乙所示.乙。
粤教版高中物理选修3-5课件第三章第三四节原子的能级结构
(3)玻尔理论对氢原子光谱的解释． ①解释巴耳末公式： 按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子 的能量为 hν＝Em－En；巴耳末公式中的正整数 n 和 2 正 好代表能级跃迁之前和之后的定态轨道的量子数 n 和 2. ②解释氢原子光谱的不连续性： 原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等 于前后两能级差，由于原子的能级是分立的，所以放出 的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一 些分立的亮线．
答案：CD
拓展一 氢原子光谱 如图所示为氢原子光谱． (1)仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？ (2)氢原子光谱的谱线波长具有什么规律？
提示：(1)氢原子光谱从左向右谱线间的距离越来越大． (2)氢原子光谱的谱线波长符合巴耳末公式．
1．原子光谱． (1)概念： 原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光 谱，这种光谱被称为原子光谱． (2)特点： ①每种原子都有自己特定的原子光谱． ②不同的原子，其原子光谱不同，原子光谱被称为 原子的“指纹”．
(4)玻尔理论的局限性． ①玻尔理论的成功之处：玻尔理论第一次将量子观 念引入原子领域．提出了定态和跃迁的概念，成功地解 释了氢原子光谱的实验规律． ②玻尔理论的局限性：过多地保留了经典理论，对 更复杂的原子发光无法解释．
2．氢原子能级． (1)氢原子的能级图如图所示，从玻尔的基本假设出 发，运用经典电磁学和经典力学的理论，可以计算氢原 子中电子的可能轨道及相应的能量． rn＝n2r1，En＝En21，式中 n＝1，2，3，…其中 r1＝ 0.53×10－10 m，E1＝－13.6 eV. n 取不同的量子数时，可求得各能级的能量值．
第三章 原子结构之谜
第三节 氢原子光谱 第四节 原子的能级结构
学习目标
1.了解氢原子光谱的不连 续性及各个线系. 2.了解能级结构猜想. 3.知道氢原子能级公式. 4.能够利用能级公式分析 一些有关能级的问题．
高二物理选修3-5-全套教案
第一章动量守恒研究新课标要求（1）探究物体弹性碰撞的一些特点，知道弹性碰撞和非弹性碰撞；（2）通过实验，理解动量和动量守恒定律，能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题，知道动量守恒定律的普遍意义；例1：火箭的发射利用了反冲现象。
例2：收集资料，了解中子是怎样发现的。
讨论动量守恒定律在其中的作用。
（3）通过物理学中的守恒定律，体会自然界的和谐与统一。
第二节动量和动量定理三维教学目标1、知识与技能：知道动量定理的适用条件和适用范围；2、过程与方法：在理解动量定理的确切含义的基础上正确区分动量改变量与冲量；3、情感、态度与价值观：培养逻辑思维能力，会应用动量定理分析计算有关问题。
教学重点：动量、冲量的概念和动量定理。
教学难点：动量的变化。
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备。
1、动量及其变化（1）动量的定义：物体的质量与速度的乘积，称为(物体的)动量。
记为p=mv 单位：kg·m/s读作“千克米每秒”。
理解要点：①状态量：动量包含了“参与运动的物质”与“运动速度”两方面的信息，反映了由这两方面共同决定的物体的运动状态，具有瞬时性。
大家知道，速度也是个状态量，但它是个运动学概念，只反映运动的快慢和方向，而运动，归根结底是物质的运动，没有了物质便没有运动.显然地，动量包含了“参与运动的物质”和“运动速度”两方面的信息，更能从本质上揭示物体的运动状态，是一个动力学概念。
②矢量性：动量的方向与速度方向一致。
综上所述：我们用动量来描述运动物体所能产生的机械效果强弱以及这个效果发生的方向，动量的大小等于质量和速度的乘积，动量的方向与速度方向一致。
（2）动量的变化量：1、定义：若运动物体在某一过程的始、末动量分别为p和p′，则称：△p= p′－p为物体在该过程中的动量变化。
2、指出：动量变化△p是矢量。
方向与速度变化量△v相同。
一维情况下：Δp=mΔυ= mυ2- mΔυ 1 矢量差例1：一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一个坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动，碰撞前后钢球的动量有没有变化？变化了多少？2、动量定理（1）内容：物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化（2）公式：Ft ＝m'v－mv ＝'p－p让学生来分析此公式中各量的意义：其中F是物体所受合外力，mv是初动量，m'v是末动量，t是物体从初动量变化到末动量所需时间，也是合外力F作用的时间。
高二物理选修3-5 全套教案精编版
第一章动量守恒研究新课标要求（1）探究物体弹性碰撞的一些特点，知道弹性碰撞和非弹性碰撞；（2）通过实验，理解动量和动量守恒定律，能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题，知道动量守恒定律的普遍意义；例1：火箭的发射利用了反冲现象。
例2：收集资料，了解中子是怎样发现的。
讨论动量守恒定律在其中的作用。
（3）通过物理学中的守恒定律，体会自然界的和谐与统一。
第二节动量和动量定理三维教学目标1、知识与技能：知道动量定理的适用条件和适用范围；2、过程与方法：在理解动量定理的确切含义的基础上正确区分动量改变量与冲量；3、情感、态度与价值观：培养逻辑思维能力，会应用动量定理分析计算有关问题。
教学重点：动量、冲量的概念和动量定理。
教学难点：动量的变化。
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备。
1、动量及其变化（1）动量的定义：物体的质量与速度的乘积，称为(物体的)动量。
记为p=mv 单位：kg·m/s读作“千克米每秒”。
理解要点：①状态量：动量包含了“参与运动的物质”与“运动速度”两方面的信息，反映了由这两方面共同决定的物体的运动状态，具有瞬时性。
大家知道，速度也是个状态量，但它是个运动学概念，只反映运动的快慢和方向，而运动，归根结底是物质的运动，没有了物质便没有运动.显然地，动量包含了“参与运动的物质”和“运动速度”两方面的信息，更能从本质上揭示物体的运动状态，是一个动力学概念。
②矢量性：动量的方向与速度方向一致。
综上所述：我们用动量来描述运动物体所能产生的机械效果强弱以及这个效果发生的方向，动量的大小等于质量和速度的乘积，动量的方向与速度方向一致。
（2）动量的变化量：1、定义：若运动物体在某一过程的始、末动量分别为p和p′，则称：△p= p′－p为物体在该过程中的动量变化。
2、指出：动量变化△p是矢量。
方向与速度变化量△v相同。
一维情况下：Δp=mΔυ= mυ2- mΔυ 1 矢量差例1：一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一个坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动，碰撞前后钢球的动量有没有变化？变化了多少？2、动量定理（1）内容：物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化（2）公式：Ft ＝m'v－mv ＝'p－p让学生来分析此公式中各量的意义：其中F是物体所受合外力，mv是初动量，m'v是末动量，t是物体从初动量变化到末动量所需时间，也是合外力F作用的时间。
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复习
1．动量守恒定律的内容是什么？
一个系统不受外力或所受外力的合力为零， 这个系统的总动量保持不变。这个结论叫做 动量守恒定律。
m1υ1+ m2υ2= m1υ1′+ m2υ2′
2．成立条件有哪些？
①不受外力或受到的外力为零（严格条件） ②内力远大于外力（近似条件） ③某一方向上合力为零，在这个方向上成立。
例 10
质量为m的子弹，以速度V0射入木 块，在即短时间内，停留在质量为M2的 木块B中，并和B达到共同的速度V1。请 判断射入过程中系统动量是否守恒？若 守恒，请列出方程式。
请分析接下来A、B（包括子弹）的 运动情况，当弹簧被压缩到最短时，A、 B速度有什么关系？并判断在这一过程 中系统动量是否守恒？若守恒，请列出 方程式。
V0 V1
V2
V2
例 11
如图所示，质量为M1的甲车上表面光滑，右端
放一个质量为m的小物体，一起以V1的速度向右运动，
乙车质量为M2，静止在光滑水平面上，甲车撞击乙 车时间极短,之后两车达到共同速度V2，一起继续向 前运动。
1、撞击过程，小物块是否参与碰撞？
v1
2、撞击过程中，系统动量是否守恒， 若守恒，请列出方程式。
例 14
如图所示,有A、B两质量均为M的小车,在 光滑的水平面上以相同的速率v0在同一直线上 相向运动,A车上有一质量为m的人,他至少要 以多大的速度(相对地面)从A车跳到B车上,才 能避免两车相撞？
例 15
A、B两辆小车在光滑的水平面上做相向 的匀速运动，已知速率，其中V甲=10 m/s， V乙=15 m/s，当两车交错时，各丢给对方 m=50 kg的一只麻袋，此后甲车继续向前运 动，而速度变为8 m/s,如果乙车原来的总质 量为m乙=500 kg,求甲车原来的总质量以及乙
高中物理选修3-5步步高全套学案及课件第三章3
3放射性的应用、危害与防护[学习目标] 1.知道放射性的应用及放射性应用的形式.2.知道放射性的危害及对放射性的防护方法.一、放射性的应用放射性的应用主要表现在以下三个方面：一是利用射线的电离作用、穿透能力等特征,二是作为示踪原子,三是利用衰变特性.(1)利用射线的特性①α射线：α射线带电,利用其能量大、电离作用强的特性可制成静电消除器等.②β射线：利用β射线可穿过薄物或经薄物反射时,由透射或反射后的衰减程度来测量薄物的厚度或密度.③γ射线：由于γ射线穿透能力极强,可以利用γ射线探伤,也可以用于生物变异,在医学上可以用于肿瘤的治疗等.(2)作为示踪原子在某种元素里掺进一些该元素的放射性同位素,同位素和该元素经历的过程相同.用仪器探测出放射性同位素放出的射线,就可查明这种元素的行踪.(3)利用衰变特性C的放射性判断遗物的年代.在考古学中应用146二、放射性的危害与防护1.放射性污染的主要来源在自然界中,存在于人体身边的放射性来源众多,包括天然的和人工产生的.前者主要由两部分组成：一是来自地壳表面的天然放射性元素以及空气中氡等产生的放射线；二是来自空间的宇宙射线.人工放射线的来源主要是医疗、核动力以及核武器试验中的放射线.2.放射线对人体组织造成的伤害,主要是由于射线对原子和分子产生作用,这种作用将导致细胞损伤,甚至破坏人体DNA的分子结构.3.放射性的防护其基本方法有：(1)距离防护；(2)时间防护；(3)屏蔽防护；(4)仪器监测.[即学即用]判断下列说法的正误.(1)α射线和β射线都能用来消除静电.(×)(2)在技术上常用β射线穿过薄板后的衰减程度来测定薄板的厚度.(√)(3)β射线、γ射线都可以用来探视金属制品中的砂眼.(×)(4)医学上的放疗利用的是γ射线对癌细胞的杀伤作用.(√)(5)衰变和原子核的人工转变均满足质量数守恒和电荷数守恒.(√)(6)医学上利用射线进行放射治疗时,要控制好放射的剂量.(√)一、放射性同位素及其应用1.放射性同位素：具有放射性的同位素.分类：(1)天然放射性同位素.(2)人工放射性同位素.2.人工放射性同位素的发现(1)1934年,约里奥—居里夫妇发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷3015P.(2)发现磷同位素的方程42He＋2713Al―→3015P＋10n.3.人工放射性同位素的优点(1)资源丰富,应用广泛.(2)放射强度容易控制,可以制成各种所需的形状,废料容易处理.(3)现在凡是用到射线时,用的都是人工放射性同位素,而不用天然放射性物质.4.放射性同位素的主要作用(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性.(2)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异,杀死使食物腐败的细菌、抑制蔬菜发芽、延长保存期等.(3)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质.(4)医学上——利用γ射线的高能量治疗癌症.例1正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体,参与人体的代谢过程.15O在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图像.根据PET原理,回答下列问题：(1)写出15O的衰变和正负电子湮灭的方程式.①________________________________________________________________________.②________________________________________________________________________.(2)将放射性同位素15O注入人体,15O的主要用途是()A.利用它的射线B.作为示踪原子C.参与人体的代谢过程D.有氧呼吸(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应__________.(填“长”“短”或“长短均可”)答案(1)①158O →157N＋0+1e②0+1e＋0-1e→2γ(2)B(3)短解析(1)由题意得①158O→157N＋0+1e,②0＋1e＋0－1e→2γ.(2)将放射性同位素15O注入人体后,由于它能放出正电子,并能与人体内的负电子产生一对光子,从而被探测器探测到,所以它的用途是作为示踪原子,B正确.(3)根据同位素的用途,为了减小对人体的伤害,半衰期应该短.针对训练1(多选)下列应用是把放射性同位素作为示踪原子的有()A.γ射线探伤仪B.利用含有放射性碘131的油,检测地下输油管的漏油情况C.利用钴60治疗肿瘤等疾病D.把含有放射性元素的肥料施给农作物,用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况,找出合理施肥的规律答案BD二、放射性的污染与防护例2核能是一种高效的能源.(1)在核电站中,为了防止放射性物质泄漏,核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳如图1甲所示.结合图乙可知,安全壳应当选用的材料是________.图1(2)核反应堆中的核废料具有很强的放射性,目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中,然后()A.沉入海底B.放至沙漠C.运到月球D.深埋地下(3)图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章,通过照相底片被射线感光的区域,可以判断工作人员受到何种辐射,当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光,而铅片下的照相底片未被感光时,结合图丙分析可知工作人员受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时,工作人员受到了________射线的辐射.答案(1)混凝土(2)D(3)βγ针对训练2(多选)联合国环境规划署对科索沃地区的调查表明,北约对南联盟的轰炸中,大量使用了贫铀炸弹,贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品,其主要成分为铀238.贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍,杀伤力极大,而且残留物会长期危害环境,下列关于残留物长期危害环境的理由,正确的是()A.爆炸后的弹片存在放射性,对环境产生长期危害B.爆炸后的弹片不会对人体产生危害C.铀235的衰变速度很快D.铀238的半衰期很长答案AD1.(放射性同位素)(多选)有关放射性同位素3015P的下列说法,正确的是()A.3015P与4014X互为同位素B.3015P与其同位素有相同的化学性质C.用3015P制成化合物后它的半衰期变长D.3015P能释放正电子,可用作示踪原子,观察磷肥对植物的影响答案BD解析同位素具有相同的质子数,不同的质量数,故A错；同位素具有相同的化学性质,故B对；半衰期与物理状态、化学状态无关,故C错；3015P为放射性同位素,可用作示踪原子,故D对. 2.(放射性同位素的应用)用人工方法得到放射性同位素,这是一个很重要的发现,天然的放射性同位素不过40多种,而今天人工制造的放射性同位素已达1 000多种,每种元素都有放射性同位素.放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用.(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失.其原因是()A.射线的贯穿作用B.射线的电离作用C.射线的物理、化学作用D.以上三个选项都不是(2)图2是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图.如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板,在α、β、γ三种射线中,你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是__________射线.图2(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时,需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质,为此曾采用放射性同位素14C做________.答案(1)B(2)β(3)示踪原子一、选择题考点一放射性同位素的应用1.(多选)关于放射性同位素,以下说法正确的是()A.放射性同位素与放射性元素一样,都具有一定的半衰期,衰变规律一样B.放射性同位素衰变可生成另一种新元素C.放射性同位素只能是天然衰变时产生的,不能用人工方法制得D.以上说法均不对答案AB解析放射性同位素也具有放射性,半衰期也不受物理和化学因素的影响,衰变后形成新的原子核,选项A、B正确；大部分放射性同位素都是人工转变后获得的,C、D错误.2.在工业生产中,某些金属材料内部出现的裂痕是无法直接观察到的,如果不能够发现它们,可能会给生产带来极大的危害.自从发现放射线后,则可以利用放射线进行探测,这是利用了()A.原子核在α衰变中产生的42HeB.β射线的带电性质C.γ射线的穿透本领D.放射性元素的示踪本领答案 C解析γ射线的穿透本领较强,可以用来进行金属探伤,故正确答案为C.3.关于放射性同位素的应用,下列说法中正确的有()A.放射性改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电,从而达到消除有害静电的目的B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,也能进行人体的透视C.利用γ射线照射作物种子使其DNA发生变异,其结果一定是更优秀的品种D.用γ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伤害答案 D解析利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性,使空气分子电离成为导体,将静电消除.γ射线对人体细胞伤害太大,不能用来进行人体透视.作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的,还要经过筛选才能培育出优良品种.用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用,因此要科学地控制剂量.4.(多选)放射性同位素钴60能放出较强的γ射线,其强度容易控制,这使得γ射线得到广泛应用.下列选项中,属于γ射线的应用的是()A.医学上制成γ刀,无需开颅即可治疗脑肿瘤B.机器运转时常产生很多静电,用γ射线照射机器可将电荷导入大地C.铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机,可对薄铝板的厚度进行自动控制D.用γ射线照射草莓、荔枝等水果,可延长保存期答案AD解析γ射线的电离作用很弱,不能使空气电离成为导体,B错误；γ射线的穿透能力很强,薄铝板的厚度变化时,接收到的信号强度变化很小,不能控制铝板厚度,C错误.5.(多选)近几年,我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地从国外引进了十多台γ刀,治疗患者5 000余例,效果极好,成为治疗脑肿瘤的最佳仪器,用γ刀治疗时不用麻醉,病人清醒,时间短,半小时内完成手术,无需住院,因而γ刀被誉为“神刀”.γ刀治疗脑肿瘤主要是利用()A.γ射线具有很强的贯穿本领B.γ射线具有很强的电离作用C.γ射线具有很高的能量D.γ射线能很容易地绕过阻碍物答案AC解析γ射线是一种波长很短的电磁波,具有较高的能量,它的贯穿本领很强,甚至可以穿透几厘米厚的铅板,但它的电离作用很小.γ刀治疗肿瘤时,通常是同时用多束γ射线,使它们穿透脑颅和健康区域在病灶处会聚,利用γ射线的高能量杀死肿瘤细胞.故选项A、C正确.6.某校学生在进行社会综合实践活动时,收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线(见下表),并总结出它们的几种用途.根据上表请你分析判断下面结论正确的是()A.塑料公司生产聚乙烯薄膜,方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辊后变薄,利用α射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀B.钴60的半衰期为5年,若取4个钴60原子核,经10年后就一定剩下一个原子核C.把放射性元素钋210掺杂到其他稳定元素中,放射性元素的半衰期变短D.用锝99可以作示踪原子,用来诊断人体内的器官是否正常.方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物质,当这些物质的一部分到达要检查的器官时,可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否答案 D解析因为α射线不能穿透薄膜,无法测量薄膜的厚度,所以A错误；半衰期是对大量原子核的统计规律,对少数原子核不适用,且与元素所处的物理、化学状态无关,B、C错误；检查时,要在人体外探测到体内辐射出来的射线,而又不能让放射性物质长期留在体内,所以应选取锝99作为放射源,D正确.考点二作为示踪原子7.医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物,在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖,则14C的用途是()A.示踪原子B.电离作用C.催化作用D.贯穿作用答案 A解析用14C标记C60来查明元素的行踪,发现可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖,因此14C的作用是做示踪原子,故选项A正确.8.(多选)放射性同位素被用作示踪原子,主要是因为()A.放射性同位素不改变其化学性质B.放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多C.半衰期与元素所处的物理、化学状态无关D.放射性同位素容易制造答案ABC9.(多选)关于放射性同位素的应用,下列说法中正确的是()A.利用γ射线使空气电离,把静电荷消除B.利用α射线照射植物的种子,使产量显著增加C.利用γ射线来治肺癌、食道癌D.利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同,作为示踪原子答案CD10.(1)1992年1月初,美国前总统老布什应邀访日,在欢迎宴会上,突然发病昏厥.日本政府将他急送回国,回国后医生用123I进行诊断,通过体内跟踪,迅速查出病因.这是利用了123I所放出的()A.热量B.α射线C.β射线D.γ射线(2)美国医生使用123I对老布什诊断,使其很快恢复健康.可知123I的特性是()A.半衰期长,并可迅速从体内消除B.半衰期长,并可缓慢从体内消除C.半衰期短,并可迅速从体内消除D.半衰期短,并可缓慢从体内消除答案(1)D(2)C解析(1)在α射线、β射线、γ射线中,γ射线穿透本领最大.(2)123I的半衰期较短,可以迅速从体内消除,不至于因为长时间辐射而对身体造成损害.二、非选择题11.(放射性同位素的应用)1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒,并由吴健雄用6027Co的衰变来验证,其核反应方程是6027Co→A Z Ni＋0－1e＋νe.其中νe是反中微子,它的电荷量为零,静止质量可认为是零.(1)在上述衰变方程中,衰变产物A Z Ni的质量数A是________,核电荷数Z是________.(2)在衰变前6027Co核静止,根据云室照片可以看出,衰变产物Ni和0－1e的运动径迹不在一条直线上,如果认为衰变产物只有Ni和0－1e,那么衰变过程将违背________守恒定律.(3)6027Co是典型的γ放射源,可用于作物诱变育种.我国应用该方法培育出了许多农作物新品种,如棉花高产品种“鲁棉1号”,年种植面积曾达到3 000多万亩,在我国自己培育的棉花品种中栽培面积最大.γ射线处理作物后主要引起________,从而产生可遗传的变异.答案(1)6028(2)动量(3)基因突变解析(1)根据质量数和电荷数守恒,核反应方程为：6027Co→6028Ni＋0－1e＋νe,由此得出A＝60,Z＝28.(2)衰变过程遵循动量守恒定律.原来静止的核动量为零,分裂成两个粒子后,这两个粒子的动量和应该还是零,则两粒子径迹必在同一直线上.现在发现Ni和0－1e的运动径迹不在同一直线上,如果认为衰变产物只有Ni和0－1e,就一定会违背动量守恒定律.(3)用γ射线照射种子,会使种子的遗传基因发生突变,有可能成为新的优良品种.12.(放射性同位素)1934年,约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时,除了测到预料中的中子外,还探测到了正电子.正电子的质量跟电子的质量相同,带一个单位的正电荷,跟电子的电性正好相反,是电子的反粒子.更意外的是,拿走α放射源以后,铝箔虽不再发射中子,但仍然继续发射正电子,而且这种放射性也有一定的半衰期.原来,铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：2713Al ＋42He→3015P＋10n,这里的3015P就是一种人工放射性同位素,正电子就是它衰变过程中放射出来的.(1)写出放射性同位素3015P放出正电子的核反应方程；(2)放射性同位素3015P放出正电子的衰变称为正β衰变,我们知道原子核内只有中子和质子,那么正β衰变中的正电子从何而来？答案(1)3015P→3014Si＋0＋1e(2)正电子是原子核内的一个质子转换成一个中子放出的解析(1)核反应方程为3015P→3014Si＋0+1e.(2)原子核内只有质子和中子,没有电子,也没有正电子,正β衰变是原子核内的一个质子转换成一个中子,同时放出正电子,核反应方程为11H→10n＋0+1e.。
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方案三：利用小车在光滑桌面碰撞另一个静止的小车实 现一维碰撞情况
图 16－1－4 (1)静止的小车上装上橡皮泥，运动的小车上装上撞针， 让它们碰撞后粘在一起． (2)利用打点计时器记录小车碰撞前后的运动情况，根据 纸带上的点迹求速度．
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、实验器材 方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块 (两个)、 弹簧片、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等． 方案二：带细线的摆球(两个)、铁架台、天平、量角器、 坐标纸、胶布等． 方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、 天平、撞针、橡皮泥等．
4．若利用摆球进行实验，两小球静止时球心应在同一水 平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线 应在同一竖直面内． 5．碰撞有很多情形，我们寻找的不变量必须在各种碰撞 情况下都不改变，才符合要求． 6．记录数据时，应规定正方向，若速度方向与规定的正 方向相同，则速度取正值，若速度方向与规定的正方向相反， 则取负值． 7．在误差允许的范围内，验证 m1v1＋ m2v2＝ m1v1′＋ m2v2′成立．
四、误差分析 1．碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的一个重要原因， 设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞．避免碰撞过程中两 物体偏离同一条直线． 2．碰撞中是否受其他力(例如：摩擦力)的影响是带来误 差的又一个重要原因，实验中要合理控制实验条件，尽量减 小或避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度． 3．测量及读数的准确性也是造成误差的一个重要原因， 实验中要规范读数和测量，尽量减小误差因素的影响．
人教版高中选修3-5
物 理
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1
实验：探究碰撞中的不变量
一、实验目的 1．明确探究碰撞中的不变量的基本思路． 2．探究一维碰撞中的不变量．
高中物理选修3-5步步高全套学案及课件第三章高中物理选修3-5步步高全套学案及课件章末总结
章末总结一、对核反应方程及类型的理解1.核反应的四种类型2.核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础.如质子(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、β粒子(0－1e)、正电子( 0+1e)、氘核(21H)、氚核(31H)等.(2)掌握核反应方程遵循的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据,由于核反应不可逆,所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向. (3)核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒.例1 (多选)能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一.下列释放核能的反应方程中,表述正确的是( )A.42He ＋2713Al ―→3015P ＋10n 是原子核的人工转变B.31H ＋11H ―→42He ＋γ是核聚变反应C.19 9F ＋11H ―→16 8O ＋42He 是α衰变 D.235 92U ＋10n ―→9038Sr ＋136 54Xe ＋1010n 是裂变反应答案 ABD解析 A 是原子核的人工转变的反应方程式；B 是聚变的核反应方程式；C 并不是α衰变,而是人工转变,衰变是自发进行的,不受外界因素的影响；D 是裂变的核反应方程式.故A 、B 、D 正确.针对训练1 在下列四个核反应方程式中,X 表示中子的是______,属于原子核的人工转变的是________.A.14 7N ＋42He ―→17 8O ＋XB.2713Al ＋42He ―→3015P ＋XC.21H ＋31H ―→42He ＋XD.235 92U ＋X ―→9038Sr ＋136 54Xe ＋10X答案 BCD AB解析 不管是什么类型的核反应,都遵守电荷数守恒和质量数守恒,对A,未知粒子的质量数为14＋4－17＝1,电荷数为7＋2－8＝1,即未知粒子是质子(11H)；对B,未知粒子的质量数为27＋4－30＝1,电荷数为13＋2－15＝0,所以X 是中子(10n)；对C,未知粒子的质量数为2＋3－4＝1,电荷数为：1＋1－2＝0,X 也是中子(10n)；对D,未知粒子质量数为235－90－1369＝1,电荷数为38＋54－92＝0,X 也是中子(10n),故方程中X 是中子的核反应为B 、C 、D,其中A 、B 为原子核的人工转变.二、半衰期及衰变次数的计算1.半衰期：大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间. 计算公式：N 余＝N 原(12)n 或m 余＝m 原(12)n ,其中n ＝tT 1/2,T 1/2为半衰期.2.确定衰变次数的方法(1)A Z X →A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m－1e根据质量数、电荷数守恒得 A ＝A ′＋4n Z ＝Z ′＋2n －m两式联立求解得α衰变次数n 和β衰变次数m . (2)根据α衰变和β衰变(β衰变质量数不变)直接求解. 例2 (多选)关于天然放射现象,以下叙述正确的是( ) A.若使放射性物质的温度升高,其半衰期将变长B.β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的C.在α、β、γ这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,α射线的电离能力最强D.铀核(238 92U)衰变为铅核(206 82Pb)的过程中,要经过8次α衰变和6次β衰变答案 CD解析 半衰期的时间与元素的物理状态无关,若使某放射性物质的温度升高,其半衰期不变,故A 错误；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生的,故B 错误；在α、β、γ这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,α射线的电离能力最强,故C 正确；铀核(238 92U)衰变为铅核(206 82Pb)的过程中,每经过一次α衰变质子数少2,质量数少4；而每经过一次β衰变质子数增加1,质量数不变；由质量数和核电荷数守恒,可知要经过8次α衰变和6次β衰变,故D 正确.针对训练2 放射性元素238 92U 衰变有多种可能途径,其中一种途径是先变成210 83Bi,而210 83Bi 可以经一次衰变变成210 a X(X 代表某种元素),也可以经一次衰变变成 b 81Tl,210 a X 和 b 81Tl 最后都变成206 82Pb,衰变路径如图1所示.则( )图1A.a ＝82,b ＝211B.210 83Bi ―→210 a X 是β衰变,210 83Bi ―→ b 81Tl 是α衰变C.210 83Bi ―→210 a X 是α衰变,210 83Bi ―→ b 81Tl 是β衰变D.b81Tl经过一次α衰变变成20682Pb答案 B解析由21083Bi―→210a X,质量数不变,说明发生的是β衰变,同时知a＝84.由21083Bi―→b81Tl,核电荷数减2,说明发生的是α衰变,同时知b＝206,故20681Tl―→20682Pb发生了一次β衰变.故选B.三、核能的计算1.利用质能方程来计算核能(1)根据核反应方程,计算核反应前与核反应后的质量亏损Δm.(2)根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能.方程ΔE＝Δmc2中若Δm的单位用“kg”、c的单位用“m/s”,则ΔE的单位为“J”；若Δm的单位用“u”,可直接用质量与能量的关系式推算ΔE,此时ΔE的单位为“兆电子伏(MeV)”,即 1 u＝1.66×10－27kg,相当于931.5 MeV,即原子质量单位1 u对应的能量为931.5 MeV,这个结论可在计算中直接应用.2.利用平均结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数.核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该次核反应所释放(或吸收)的核能.例3已知氘核的平均结合能为1.1 MeV,氦核的平均结合能为7.1 MeV,则两个氘核结合成一个氦核时()A.释放出4.9 MeV的能量B.释放出6.0 MeV的能量C.释放出24.0 MeV的能量D.吸收4.9 MeV的能量答案 C解析依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为21H＋21H→42He,因氘核的平均结合能为 1.1 MeV,氦核的平均结合能为7.1 MeV,故释放的核能为ΔE＝4×7.1 MeV－2×2×1.1 MeV＝24.0 MeV,故选C.例4用中子轰击锂核(63Li)发生核反应,生成氚核(31H)和α粒子,并放出4.8 MeV的能量.已知1 u相当于931.5 MeV的能量.(1)写出核反应方程；(2)求出质量亏损；(3)若中子和锂核是以等大反向的动量相碰,且核反应释放的能量全部转化为新生核的动能,则氚核和α粒子的动能比是多少？答案(1)63Li＋10n→31H＋42He＋4.8 MeV(2)0.005 2 u(3)4∶3解析(1)核反应方程为63Li＋10n→31H＋42He＋4.8 MeV.(2)依据ΔE ＝Δmc 2得,Δm ＝4.8931.5u ≈0.005 2 u.(3)根据题意有m 氚v 氚＋m αv α＝0,由上式及动能E k ＝p 22m ,可得它们的动能之比为E k 氚∶E kα＝p 22m 氚∶p 22m α＝m α∶m 氚＝4∶3.。
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第一章 碰撞与动量守恒 2 动量 4 动量守恒定律的应用 1 电子 3 光谱 氢原子光谱 第三章 原子核 2 放射性 衰变 4 原子核的结合能 6 核聚变 第四章 波粒二象性 2 光电效应与光量子假说 4 实物粒子的波粒二象性
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4 动量守恒定律的应用
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第二章 原子结构
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第一章 碰撞与动量守恒
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1 碰撞
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2 恒定律
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汤姆生如何测定出粒子的荷质比？
• 让带电粒子垂直射入匀强磁场，如果仅受磁 场力作用，将做匀速圆周运动，洛仑兹力提 供向心力：
m v2 evB r
汤姆生如何测定出粒子速度v和半径r？
• 1、让粒子垂直射入正交的电磁场做匀速
直线运动： v E B
2、让粒子垂直射入匀强电场仅受电场力作 用达到最大偏转
• 二、系统、内力和外力
•
1．系统：存在相互作用的几个物体所组成
的整体称为系统，系统可按解决问题的需要灵活
选取。
•
2．内力：系统内各个物体间相互用力称为
内力。
•
3．外力：系统外其他物体作用在系统内任
何一个物体上的力称为外力。
•
• 内力和外力的区分依赖于系统的选取，只有在确 定了系统后，才能确定内力和外力。
• （注重动量守恒定律与机械能守恒定律适用条件的区别）
• 【例3】在光滑水平面上A、B • 两小车中间有一弹簧，如图所 • 示。用手抓住小车并将弹簧压
• 缩后使小车处于静止状态。将两小车及弹簧看做 一个系统，下列说法中正确的是( )
• A．两手同时放开后，系统总动量始终为零 • B．先放开左手，再放开右手后，动量不守恒 • C．先放开左手，再放开右手后，总动量向左 • D．无论何时放手，两手放开后，在弹簧恢复原
密立根油滴实验
密立根油滴实验的原理图
• 密立根测量出电子的电量
e 1.60221019C
根据荷质比，可以精确地计算出 电子的质量
m 9.1094 10 31kg
16．2 动量守恒定律（一）
16.2 动量守恒定律（一）
教学目标： 理解动量的概念，明确动量守恒定律的内容，理解守恒条件
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[知识深化] 1.铀核裂变为中等质量的原子核,发生质量亏损,所以放出能量.一个铀235 核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算,1 kg铀235全部裂变放出的能量 相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量,裂变时能产生几百万度的高 温. 2.计算释放的核能：质量单位为“u”时,可直接用“1 u的质量亏损放出 能量931.5 MeV”计算总能量;当质量单位为“kg”时,直接乘以(3.0×108)2, 总能量单位为焦耳.
2.工作原理：核燃料 裂变 释放的能量,使反应区温度升高. 3.能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外 循环流动 ,把 反应堆内的热量传输出去,用于发电. 4.核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层,用来屏蔽裂变 反应放出的各种射线,核废料具有很强的 放射性 ,需要装入特制的容 器, 深埋地下或海.底
答案 铀块体积应大于或等于临界体积、要有பைடு நூலகம்够数量的慢中子才能发 生链式反应.
答案
[知识深化] 1.常见的裂变方程 (1)23952U＋10n―→13594Xe＋9358Sr＋210n
(2)23952U＋10n―→14546Ba＋8396Kr＋310n 2.链式反应发生的条件 (1)铀块的体积大于或等于临界体积.体积超过临界体积时,保证中子能够碰到 铀核. (2)有足够浓度的铀235. (3)有足够数量的慢中子. 3.铀的同位素中铀235比铀238更容易发生链式反应. 4.核裂变时发生质量亏损,放出能量.
解析 答案
重点探究
一、核裂变及链式反应
[导学探究] 如图1为铀核裂变示意图.
图1 (1)什么是裂变？写出上述铀核裂变的核反应方程. 答案 重核分裂成几个中等质量原子核的现象称为核裂变.上面这个过程
可以用下面的方程式来表示23952U＋10n→14546Ba＋8396Kr＋310n
答案
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
解析 答案
二、重核裂变释放的核能的计算
[导学探究] 下面是铀核裂变反应中的一个核反应方程：23952U＋10n→13564Xe ＋9308Sr＋1010n. 已知铀235的质量为235.043 9 u,中子的质量为1.008 7 u,锶90 的质量为89.907 7 u,氙136的质量为135.907 2 u,则此核反应中质量亏损是 多少？释放的总能量是多少？(已知1 u相当于931.5 MeV的能量) 答案 质量亏损是反应前的总质量减去反应后的总质量： Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)u＝0.150 7 u 释放的总能量为ΔE＝931.5×0.150 7 MeV＝140.377 05 MeV.
二、核电站 1.核反应堆：利用核能发电的核心设施是核反应堆 .它主要由以下几部分 组成： (1)燃料： 铀棒 . (2)减速剂：铀235容易捕获 慢中子发生反应,可采用 石墨 、 重水、 普通水 作减速剂. (3)控制棒：为控制能量释放的速度,需控制中子的数目,采用 镉棒作为 来控控制制链棒式反应的速度.
答案
2.当23952U 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可 表示为：23952U＋10n→13594Xe＋9348Sr＋310n. 已知23952U 的原子质量为 235.043 9 u，10n 的原子质量为 1.008 7 u，13594Xe 的原 子质量为 138.917 8 u，9348Sr 的原子质量为 93.915 4 u，且 1 u 的质量对应的 能量为 9.3×102 MeV，此裂变反应释放出的能量是__1_.8_×__1_0_2__MeV. 解析 ΔE＝Δm·c2＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7) ×9.3×102 MeV≈1.8×102 MeV.
第三章 原子核
5 核裂变
[学习目标]
1.知道什么是核裂变. 2.知道链式反应及链式反应的条件,并能计算裂变释放的核能. 3.了解裂变反应堆的工作原理,知道如何控制核反应的速度以及如何防止 核污染.
内容索引
自主预习
预习新知 夯实基础
重点探究
启迪思维 探究重点
达标检测
检测评价 达标过关
自主预习
一、核裂变
例2 用中子轰击铀核(23952U),其中的一个可能反应是分裂成钡( )1和4516B氪a ( ) 两9326部Kr分,放出3个中子.它们的质量如下： mU＝390.313 9×10－27 kg,mn＝1.674 9×10－27 kg; mBa＝234.001 6×10－27 kg,mKr＝152.604 7×10－27 kg. 试写出核反应方程,求出反应中释放的核能. 答案 10n＋23952U―→14516Ba＋9326Kr＋310n 3.220 2×10－11 J
1.核裂变 重核被中子 轰击后分裂成两个(或几个)中等质量原子核,并放出 核能 的
过程.
2.铀核裂变
用中子轰击铀核时,铀核发生裂变,其产物是多种多样的,其中一种典型的
反应是
23952U＋10n→14546Ba＋8396Kr＋ 310n .
3.链式反应 当一个中子引起一个重核裂变后,裂变释放的中子再引起 其他重裂核变,且 能不断继续下去,这种反应称为链式反应. 4.链式反应的条件 (1)铀块的体积大于等于 临界体积 . (2)有足够数量的 慢 中子.
例1 铀核裂变时,对于产生链式反应的重要因素,下列说法中正确的是 A.铀块的质量是重要因素,与体积无关 B.为了使裂变的链式反应容易发生,最好直接利用裂变时产生的中子
√C.若铀235的体积超过它的临界体积,裂变的链式反应就能够发生
D.能否发生链式反应与铀的质量无关 解析 要使铀核裂变产生链式反应,铀块的体积必须大于或等于临界体积 或铀块的质量大于或等于临界质量,裂变反应中产生的中子为快中子,这些 快中子不能直接引发新的裂变,如果铀块的质量大,则其体积大,若超过临 界体积时则发生链式反应,由此知A、B、D错误,C正确.
[即学即用] 1.判断下列说法的正误. (1)铀核的裂变是一种天然放射现象.( × ) (2)铀块的体积大于或等于临界体积时链式反应才能不停地进行下去.
( √) (3)中子的速度越快,越容易发生铀核裂变.( ×) (4)铀核裂变的产物是钡和氪,且固定不变.( ×) (5)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度.( √ ) (6)核反应堆用过的核废料无毒无害.( × )