2019版高考物理一轮复习 专题十二 近代物理初步 第2讲 原子核课件.ppt

第2讲原子核 考点1 天然放射现象 原子核的组成 原子核 1 天然放射现象 1 天然放射现象 放射性 放射性 元素 放出射线的现象 首先由 发现 天然放射现象的发现 说明 具有复杂的结构 2 放射性和放射性元素 物质发射某种看不见的射线的性质叫 具有放射性的元素叫 元素 3 三种射线 放射性元素放射出的射线共有三种 分别是 射线 射线 射线 自发 贝克勒尔 2 原子核 质子 中子 核子 1 原子核的组成 原子核由 和 组成 质子和中子统称为 质子 质子数 中子数 原子核的核电荷数 数 原子核的质量数 2 同位素 具有相同 不同 的原子 在元素周期表中的 相同 同位素具有相同的 性 质 质子数 中子数 位置 化学 考点2 原子核的衰变和半衰期 1 原子核的衰变 1 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 2 分类 2 半衰期 1 定义 放射性元素的原子核有 发生衰变所需的 时间 半数 2 衰变规律 N N0 m m0 3 影响因素 由 因素决定 跟原子所处的物理 化学状态无关 原子核内部 考点31 核力 核力 核能 质能方程 质量亏损 核反应 1 定义 原子核内部 间所特有的相互作用力 2 特点 核力是强相互作用的一种表现 核力是短程力 作用范围在1 5 10 15m之内 每个核子只跟它的相邻核子间有核力作用 核子 2 核能 1 结合能 放出 吸收 核子结合为原子核时 的能量或原子核分解为核子时 的能量 叫做原子核的结合能 亦称核能 2 比结合能 核子数 定义 原子核的结合能与 之比 叫做比结合能 也叫做平均结合能 大 牢固 稳定 特点 不同原子核的比结合能不同 原子核的比结合能越 表示原子核中核子结合得越 原子核越 3 质能方程 质量亏损 爱因斯坦质能方程E 原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小 m 这就是质量亏损 由质量亏损可求出释放的核能 E 4 原子核的人工转变 1 质子的发现 mc2 mc2 质子 2 中子的发现 中子 5 重核的裂变 1 重核是指 很大的原子核 2 重核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核的反应叫做重核的裂变 在裂变的同时 还会放出几个中子和大量能量 铀235裂变时 同时放出2 3个中子 如果这些中子再引起其他铀235核裂变 就可使裂变反应不断地进行下去 这种反应叫 反应 铀235能够发生链式反应的铀块的最小体 积叫做它的 体积 质量数 链式 临界 6 轻核的聚变 1 轻核是指质量数 的原子核 如氢核 氦核等 2 某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做轻核的 同时放出大量的能量 轻核聚变只能发生在超高温条件下 故轻核聚变也叫做 反应 很小 聚变 热核 基础自测 1 下列核反应方程中 属于 衰变的是 答案 B 2 多选 下列核反应方程及其表述完全正确的是 答案 AC 3 2016年上海卷 研究放射性元素射线性质 的实验装置如图12 2 1所示 两块平行放置的金属板A B分别与电源的两极a b连接 放射源发出的射线从其上方小孔向外射出 则 A a为电源正极 到达A板的为 射线B a为电源正极 到达A板的为 射线C a为电源负极 到达A板的为 射线 图12 2 1 D a为电源负极 到达A板的为 射线答案 B 4 2017年新课标 卷 一静止的铀核放出一个 粒子衰变成 A 衰变后钍核的动能等于 粒子的动能B 衰变后钍核的动量大小等于 粒子的动量大小C 铀核的半衰期等于其放出一个 粒子所经历的时间D 衰变后 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量答案 B 热点1考向1 原子核的衰变规律三种射线 热点归纳 1 三种射线的比较 续表 2 衰变 衰变的比较 典题1 研究某未知元素放射性的实验装置如图12 2 2所示 实验开始时在薄铝片和荧光屏之间有图示方向的匀强电场E 通过显微镜可以观察到 在荧光屏的某一位置上每分钟闪烁的亮点数 若撤去电场后继续观察 发现每分钟闪烁的亮点数没有变化 如果再将薄铝片移开 观察到每分钟闪烁的亮点 数大大增加 由此可以判断 放射源发出的射线可能为 图12 2 2 A 射线和 射线C 射线和X射线 B 射线和 射线D 射线和 射线 解析 放射性元素放射出的射线为 射线 射线和 射线 射线贯穿能力弱 一张薄纸就可挡住 射线贯穿能力较强 可贯穿铝片 射线贯穿能力极强 射线带正电 射线带负电 在电场中偏转 射线不带电 由此可知 放射源发出的射线可能为 射线和 射线 选项D正确 答案 D 迁移拓展 图12 2 3中曲线a b c d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹 气泡室中磁感应强度方 向垂直于纸面向里 以下判断可能正确的是 图12 2 3 A a b为 粒子的径迹C c d为 粒子的径迹 B a b为 粒子的径迹D c d为 粒子的径迹 解析 由于 粒子带正电 粒子带负电 粒子不带电 据左手定则可判断a b可能为 粒子的径迹 c d可能为 粒子的径迹 选项D正确 答案 D 考向2 衰变次数的确定方法 热点归纳 由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组 方法二 因为 衰变对质量数无影响 可先由质量数的改变确定 衰变的次数 然后根据衰变规律确定 衰变的次数 A 铅核比钍核少8个质子B 铅核比钍核少16个中子C 共经过4次 衰变和6次 衰变D 共经过6次 衰变和4次 衰变 答案 ABD 热点2 半衰期 热点归纳 1 半衰期公式 射性元素的原子数和质量 N余 m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量 t表示衰变时间 表示半衰期 2 半衰期的物理意义 半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量 同一放射性元素具有的衰变速率一定 不同的放射性元素半衰期不同 有的差别很大 3 半衰期的适用条件 半衰期是一个统计规律 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 无法确定何时发生衰变 典题3 多选 14C发生放射性衰变成为14N 半衰期约5700年 已知植物存活期间 其体内14C与12C的比例不变 生命活动结束后 14C的比例持续减小 现通过测量得知 某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一 下列说 法正确的是 A 该古木的年代距今约5700年B 12C 13C 14C具有相同的中子数C 14C衰变为14N的过程中放出 射线D 增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变 解析 古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一 根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5700年 选项A正确 同位素具有相同的质子数 不同的中子数 选项B错线 选项C正确 放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关 与原子所处的化学状态和外部条件无关 选项D错误 答案 AC 热点3考向1 核反应方程核反应的四种类型 热点归纳 续表 典题4 2017年天津卷 如图12 2 4所示 我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证 这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献 下列核反应方程 中属于聚变反应的是 图12 2 4 答案 A 考向2 核反应方程式的书写 热点归纳 1 熟记常见基本粒子的符号 是正确书写核反应方程的基2 掌握核反应方程遵守的规律 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 答案 D 热点4 质能方程与核能的计算 热点归纳 1 对质能方程的理解 1 一定的能量和一定的质量相联系 物体的总能量和它的质量成正比 即E mc2 方程的含义 物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系 物体的能量增大 质量也增大 物体的能量减少 质量也减少 2 核子在结合成原子核时出现质量亏损 m 其能量也要相应减少 即 E mc2 3 原子核分解成核子时要吸收一定的能量 相应的质量增加 m 吸收的能量为 E mc2 2 核能的计算方法 1 根据 E mc2计算 计算时 m的单位是 kg c的单 位是 m s E的单位是 J 2 根据 E m 931 5MeV计算 因1原子质量单位 u 相当于931 5MeV的能量 所以计算时 m的单位是 u E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 考向1 核能的理解 典题6 多选 2017年江苏卷 原子核的比结合能曲线 如图12 2 5所示 根据该曲线 下列判断正确的有 图12 2 5 答案 BC 考向2 核能的计算 典题7 2017年新课标 卷 大科学工程 人造太阳 主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电 氘核聚变反应的 B 3 3MeVD 0 93MeV 变反应中释放的核能约为 A 3 7MeVC 2 7MeV答案 B 核反应与动量守恒定律的综合模型 1 核反应过程遵循能量守恒定律 在无光子辐射的情况下 核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能 有光子辐射的情况下 核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能及光子的能量 一般认为核反应放出的能量与反应前原子核的动能之和等于反应后原子核的总动能 2 核反应过程遵循动量守恒定律 即反应前原子核的总动 量等于反应后原子核的总动量 3 解决核反应与动量及能量守恒定律综合的问题时 首先应用质能方程求出核反应释放出的核能 其次根据动量守恒定律和能量守恒定律列出相应的方程 最后联立求解 典题8 2017年北京卷 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q分别表示 粒子的质量和电荷量 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的大小 3 设该衰变过程释放的核能都转为为 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 子核Y 已知X Y和 粒子的质量分别是M m1和m2 真空中的光速为c 粒子的速度远小于光速 求反应后与反应前的总动能之差以及 粒子的动能 解 反应后由于存在质量亏损 所以反应前后总动能之差等于质量亏损而释放出的能量 故根据爱因斯坦质能方程可得 反应过程中三个粒子组成的系统动量守恒 故有