物理：第3、4节《放射性的应用、危害与防护》《原子核的结合能》课件（教科版选修3-5）

欢迎进入物理课堂 第3节放射性的应用 危害与防护第4节原子核的结合能 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第4节 课前自主学案 课标定位 1 了解放射性的应用 危害 知道如何防护放射性 2 认识原子核的结合能 理解爱因斯坦的质能方程 3 能根据质量亏损利用质能方程计算结合能 课标定位 课前自主学案 一 放射性的应用1 利用射线的特性 1 利用 射线电离放射源周围的空气 或利用 射线消除因摩擦而积累的静电 2 利用 射线测定薄物的厚度与密度 3 利用 射线进行无损探伤 或者利用 射线育种 杀灭害虫 保鲜食品 杀死癌细胞 2 把放射性同位素作为 来了解机件的磨损情况 对农作物合理施肥等 3 利用衰变特性进行考古和探矿等 示踪原子 二 放射性的危害与防护1 放射线的来源 和 的两种 2 放射线的危害 对人体组织造成伤害 导致细胞损伤 破坏人体DNA的分子结构等 3 放射性防护的基本方法 防护 防护 防护 等 天然的 人工产生 距离 时间 屏蔽 仪器监测 思考感悟医学上做射线治疗用的放射性元素 应选半衰期长的还是短的 为什么 提示 应选择半衰期较短 衰变较快的放射性元素 由于放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质 故可作为示踪原子 但由于放射线对人体有伤害 一旦研究结束 就希望放射性同位素放出的射线量大大减小 因此 应选择半衰期较短 衰变较快的放射性元素做示踪原子 释放出的能量 三 原子核的结合能及其计算1 结合能 由分散的核子结合成原子核的过程中所 称为原子核的结合能 它也等于把原子核中的各个核子拆开时 所需做的功 2 结合能的计算 1 质量亏损 原子核的静质量与构成它的所有核子单独存在的总静质量的差 2 爱因斯坦质能方程 由此式也可得出 E mc2 克服核力 E mc2 四 比结合能曲线 平均结合能曲线图3 3 1 困难 1 比结合能越大 取出一个核子就越 核就越 比结合能是原子核稳定程度的 2 曲线中间高两头低 说明中等原子核 A 40 120 的比结合能最大 近似于一个常数 8 6MeV 表明中等核最 3 质量较大的重核 A 120 和质量较小的轻核 A 40 比结合能都 且轻核的比结合能还有些 稳定 量度 稳定 较小 起伏 核心要点突破 2 结合能和比结合能由于核力的存在 核子结合成原子核时要放出一定的能量 原子核分解成核子时 要吸收同样多的能量 核反应中放出或吸收的能量称为核结合能 比结合能 又叫平均结合能 原子核的结合能与核子数之比 比结合能越大 表示原子核中核子结合得越牢固 原子核越稳定 3 结合能与电离能要使基态氢原子电离 也就是要从氢原子中把电子剥离 需要通过碰撞 施加电场 赋予光子等途径让它得到13 6eV的能量 这个能量实际上就是电子与氢原子核的结合能 不过通常把它叫做氢原子的电离能 而结合能一词只用在原子核中 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 对结合能 比结合能的认识 下列正确的是 A 一切原子核均具有结合能B 自由核子结合为原子核时 可能吸收能量C 结合能越大的原子核越稳定D 比结合能越大的原子核越稳定 解析 选AD 由自由核子结合成原子核的过程中 核力做正功 释放出能量 反之 将原子核分开变为自由核子它需要赋予相应的能量 该能量即为结合能 故A正确 B错误 对核子较多的原子核的结合能越大 但它的比结合能不一定大 比结合能的大小反映了原子核的稳定性 故C错误 D正确 二 质量亏损与核能的计算1 正确认识质量亏损在谈到结合能和质量亏损时 有的人误认为 当核子组成原子核时 有质量亏损 放出结合能的过程中 是质量变成能量 这是对质能方程的一种误解 按相对论 物体的质量是与速度有关的量 当物体的速度越大时 物体的质量越大 物体运动时的运动质量与物体静止时的静止质量间存在一定关系 当物体以远小于光速运动时 质量的这一变化很不明显 上述所说的质子 中子 原子核的质量都是指静质量 质量亏损 是静质量发生了变化 如一个质子和一个中子结合成氘核的这一过程中 2 22MeV的能量是以辐射光子形式放出的 光子的静质量为零 但这个光子的运动质量为 h c2 由此可见 当计算进光子的质量后 虽说反应前后发生了质量亏损 这部分亏损恰好与光子的运动质量是相同的 反应前后的质量仍是守恒量 质量亏损并非这部分质量消失 当然 也就不存在质量转变成能量的问题 2 核能的计算方法核能的计算是原子物理的重要方面和高考的热点问题 其基本方法是 1 根据核反应方程 计算核反应前与核反应后的质量亏损 m 2 根据爱因斯坦质能方程E mc2或 E mc2计算核能 3 计算过程中 m的单位是千克 E的单位是焦耳 解析 两个中子和一个质子的总量是m1 2mn mp 3 0246u mH 3 0180u m m1 mH 0 0066u而1u相当于931 5MeV 故 E 0 0066 931 5MeV 6 15MeV 答案 0 0066u6 15MeV 课堂互动讲练 用人工方法得到放射性同位素 这是一个很重要的发现 天然放射性同位素只不过40几种 而今天人工制造的放射性同位素已达1000多种 每种元素都有放射性同位素 放射性同位素在农业 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3 3 2是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图 如工厂生产的是厚度为1mm的铝板 在 三种射线中 你认为对铝板的厚度起主要作用的是 射线 图3 3 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作 精讲精析 1 选B 因放射线的电离作用 空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和 从而使验电器所带电荷消失 2 射线穿透物质的本领弱 不能穿透厚度为1mm的铝板 因而探测器不能探测 射线穿透物质的本领极强 穿透1mm厚的铝板和几mm厚的铝板打在探测器上很难分辨 射线也能够穿透1mm甚至几毫米厚的铝板 但厚度不同 穿透后 射线的强度明显不同 探测器容易分辨 3 把掺入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合到一起 经过多次重新结晶后 得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶 这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体 它们是同一种物质 这种把放射性同位素的原子掺到其他物质中去 让它们一起运动 迁移 再用放射性探测仪器进行追踪 就可以知道放射性原子通过什么路径 运动到哪里了 是怎样分布的 从而可以了解某些不容易察明的情况或规律 人们把作这种用途的放射性同位素叫做示踪原子 答案 见精讲精析 题后反思 这是一道运用放射线的特性解决实际问题的试题 要求同学们对这三种射线的穿透性有所了解 并具有一定的表达能力 放射源放出的三种射线的贯穿本领不同 如果遮挡物的厚度不同 会引起贯穿后射线的强度发生变化 利用这一特点 可实现自动控制 变式训练1在放射性同位素的应用中 下列做法正确的是 A 应该用 射线探测物体的厚度B 应该用 粒子放射源制成 烟雾报警器 C 医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较长的放射性同位素D 放射育种利用 射线照射种子使遗传基因发生变异 解析 选D 由于 粒子的穿透能力很弱 无法用其探测物体的厚度 故A错误 烟雾报警器是利用射线的电离作用 而 粒子的电离作用很弱 故B错误 由于人体长期接触放射性元素会影响健康 因此诊断疾病时应该利用半衰期短的同位素 故C错误 放射育种是利用 射线照射种子改变遗传基因 故D正确 为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献 联合国将2005年定为 国际物理年 对于爱因斯坦提出的质能方程E mc2 下列说法中不正确的是 A E mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B 根据 E mc2可以计算核反应中释放的核能C 一个中子和一个质子结合成氘核时 释放出核能 表明此过程中出现了质量亏损D E mc2中的E是发生核反应中释放的核能 精讲精析 E mc2中的E表示物体具有的总能量 m表示物体的质量 故A说法正确 对于 E mc2表示的意义是当物体的能量增加或减小 E时 它的质量也会相应地增加或减少 m 故B说法正确 只有当出现质量亏损时 才能释放核能 故C说法正确 公式E mc2中 E的质量为m的物体所对应的能量 而非核反应中释放的能量 D错误 故选D 答案 D 变式训练2关于质能方程 下列哪些说法是正确的 A 质量减少 能量就会增加 在一定条件下质量转化为能量B 物体获得一定的能量 它的质量也相应地增加一定值C 物体一定有质量 但不一定有能量 所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D 某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的 解析 选BD 质能方程E mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的 当物体获得一定的能量 即能量增加某一定值时 它的质量也相应增加一定值 并可根据 E mc2进行计算 所以B D正确 思路点拨 解答本题的前提是首先必须判断核反应过程中 反应前后质量是增加还是减少 再根据质能方程进行计算 自主解答 反应前总质量MN MHe 18 01140u 反应后总质量MO MH 18 01305u 可以看出 反应后总质量增加 故该反应是吸收能量的反应 答案 吸收能量1 5MeV 吸收的能量利用 E mc2来计算 若反应过程中质量亏损1u 就会释放931 5MeV的能量 故 E 18 01305 18 01140 931 5MeV 1 5MeV 变式训练3质子 中子和氦核的质量分别为m1 m2和m3 真空中的光速为c 当质子和中子结合成氦核时 释放的能量是 A 2m1 2m2 c2B m3c2C m3 2m1 2m2 c2D 2m1 2m2 m3 c2 解析 选D 氦核由两个质子和两个中子结合而成 结合时总质量减小 质量亏损 m 2m1 2m2 m3 释放的能量为 E 2m1 2m2 m3 c2 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全