《物理第十六章 原子結(jié)構(gòu)與原子核 第2講 原子核》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理第十六章 原子結(jié)構(gòu)與原子核 第2講 原子核（32頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第2講原子核知識(shí)梳理知識(shí)梳理一、原子核的衰變一、原子核的衰變1.(1)衰變:原子核放出粒子或粒子,變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。衰變時(shí)通常伴隨著射線放出。(2)3種射線的比較種類(lèi)本質(zhì)電離本領(lǐng)穿透本領(lǐng)射線He最強(qiáng)最強(qiáng)最弱最弱(只能在空氣中前進(jìn)幾厘米,一張薄紙就能把它擋住)射線e較弱較弱較強(qiáng)較強(qiáng)(能穿透幾毫米的鋁板)射線光子最弱最弱最強(qiáng)最強(qiáng)(能穿透幾厘米的鉛板)42012.分類(lèi)分類(lèi)衰變XY+He衰變XY+e:AZ42AZ42:AZ1AZ013.半衰期半衰期:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定,跟原子所處的物理物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。二、原子核的人工轉(zhuǎn)變和

2、核能的釋放二、原子核的人工轉(zhuǎn)變和核能的釋放1.人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯まD(zhuǎn)變一種原子核在其他粒子作用下變成另一種原子核的變化稱為人工轉(zhuǎn)變。利用人工轉(zhuǎn)變,人們發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子、中子,認(rèn)識(shí)了原子結(jié)構(gòu)。重要的核反應(yīng)方程式有發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程:NHeOH(盧瑟福)。發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程:BeHeCn(查德威克)。發(fā)現(xiàn)正電子的核反應(yīng)方程:。14742178119442126102.重核裂變重核裂變重核裂變是重核分裂成中等質(zhì)量中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過(guò)程,如UnXeSr+1n。由于中子的增值使裂變反應(yīng)能持續(xù)地進(jìn)行的過(guò)程稱為鏈?zhǔn)芥準(zhǔn)椒磻?yīng)。發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件是:裂變物質(zhì)的體積大于或等于大于或等于臨界體積。23592:10136549

3、0381003.輕核聚變輕核聚變輕核聚變是輕核輕核結(jié)合成質(zhì)量較大質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過(guò)程,如HHHen。發(fā)生聚變反應(yīng)的條件是:超高溫(幾百萬(wàn)攝氏度以上)熱核反應(yīng)。21:3142104.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損,由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能E=mc2;反之,由核能也可求出反應(yīng)過(guò)程的質(zhì)量虧損。1.已知天然放射現(xiàn)象放出、三種射線。下列說(shuō)法正確的是()A.、三種射線分別是氦原子核、電子和中子B.三種射線中射線速度最快、射線電離作用最強(qiáng)、射線穿透能力最強(qiáng)C.射線轟擊氮原子核可以產(chǎn)生質(zhì)子,核反應(yīng)方程為He+OHD.英國(guó)物理學(xué)家J.J.湯姆

4、孫最早用射線完成著名的“粒子散射實(shí)驗(yàn)”并提出核式結(jié)構(gòu)的原子模型4211答案答案C射線是高速光子流,A錯(cuò)誤。射線電離作用最強(qiáng),B錯(cuò)誤。發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程是HeNOH,C正確。盧瑟福最早用射線完成著名的“粒子散射實(shí)驗(yàn)”并提出原子核式結(jié)構(gòu)模型,D錯(cuò)誤。4214717811C2.下列核反應(yīng)方程的說(shuō)法中正確的是()ANHCHe是衰變方程BHHHe+是核裂變方程CUThHe是核聚變方程DHeAlPn是原子核人工轉(zhuǎn)變方程157.111264211.213223892.234904242.2713301510答案答案DNHCHe是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程,A錯(cuò)誤HHHe+是核聚變方程,ThHe是衰變方程,B、C

5、均錯(cuò)誤HeAlPn是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程,D正確。157111264211;21322382349290 U 4242;2713301510D3.在一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氘核的核反應(yīng)過(guò)程中虧損的質(zhì)量為m,則此核反應(yīng)過(guò)程中()A.向外界釋放的能量為mc2B.向外界釋放的能量為mcC.從外界吸收的能量為mc2D.從外界吸收的能量為mc答案答案AHnD,此過(guò)程為核聚變,有質(zhì)量虧損,釋放能量E=mc2,A正確。111021A深化拓展深化拓展考點(diǎn)一考點(diǎn)一衰變規(guī)律衰變規(guī)律考點(diǎn)二考點(diǎn)二核反應(yīng)的四種類(lèi)型核反應(yīng)的四種類(lèi)型考點(diǎn)三考點(diǎn)三質(zhì)能方程及核能的釋放質(zhì)能方程及核能的釋放考點(diǎn)四考點(diǎn)四運(yùn)用愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程運(yùn)

6、用愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程分析宇宙的演變分析宇宙的演變深化拓展深化拓展考點(diǎn)一衰變規(guī)律考點(diǎn)一衰變規(guī)律1.三種射線的本質(zhì)和特性三種射線的本質(zhì)和特性帶電性電離能力穿透能力構(gòu)成速度實(shí)質(zhì)射線正強(qiáng)弱He0.1c氦核流射線負(fù)弱強(qiáng)e0.99c電子流射線中最弱極強(qiáng)光子c光子流42012.衰變和衰變和衰變的比較衰變的比較【情景素材情景素材教師備用教師備用】三種射線的穿透能力1-1(2015北京理綜,14,6分,0.89)下列核反應(yīng)方程中,屬于衰變的是()ANHeOHBUThHeCHHHenDThPae147.421781123892.234904221.31421023490.2349101B答案答案BA項(xiàng)屬于原子核的人

7、工轉(zhuǎn)變,B項(xiàng)屬于衰變,C項(xiàng)屬于聚變反應(yīng),D項(xiàng)屬于衰變。1-2(2017北京昌平二模,18)圖為一放射源發(fā)出的、射線進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁場(chǎng)未畫(huà)出)中的徑跡。表中列出了三種射線的本質(zhì)和特性。種類(lèi)本質(zhì)質(zhì)量(u)電荷(e)速度(c)射線氦核4+20.1射線電子1/1840-10.99射線光子001答案答案A帶電粒子垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁場(chǎng),做勻速圓周運(yùn)動(dòng),Bqv=m,R=,=1,圖中a的軌跡半徑大,a為射線,b為射線,c不偏轉(zhuǎn),為射線。由左手定則可知磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。2vRmvBqRRm v qm v q4 1840 0.1 11 0.99 2由此可知()A.磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,a為射線,b為射線

8、B.磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,a為射線,b為射線C.磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,a為射線,b為射線D.磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,b為射線,c為射線A考點(diǎn)二核反應(yīng)的四種類(lèi)型考點(diǎn)二核反應(yīng)的四種類(lèi)型2-1(2017北京西城一模,14)下列核反應(yīng)方程中,屬于核聚變的是()AHHHenBThPaeCUThHeDUnBaKr+n21.31421023490.234910123892.234904223592.10144568936103A答案答案AB為衰變,C為衰變,D為核裂變,A為核聚變。2-2下列說(shuō)法正確的是()A.研制核武器的钚239Pu)由鈾239U)經(jīng)過(guò)4次衰變而產(chǎn)生BU在中子轟擊下生成Sr和Xe的核反應(yīng)前后

9、核子總數(shù)減少C.20g的U經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期后未衰變的鈾核質(zhì)量變?yōu)?5gD.用射線治療腫瘤時(shí)一定要嚴(yán)格控制劑量,以免對(duì)人體正常組織造成太大的危害23994(23992(23892.94381405423892答案答案D由鈾239U)經(jīng)過(guò)2次衰變即可得到钚239Pu),A錯(cuò)誤;核反應(yīng)過(guò)程中核子數(shù)是守恒的,故B錯(cuò)誤;20g的U經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期后未衰變的鈾核質(zhì)量應(yīng)為5g,C錯(cuò)誤;射線是一種放射性射線,超劑量使用對(duì)人體是有害的,D正確。23992(23994(23892D考點(diǎn)三質(zhì)能方程及核能的釋放考點(diǎn)三質(zhì)能方程及核能的釋放1.質(zhì)能方程質(zhì)能方程愛(ài)因斯坦的相對(duì)論指出,物體的質(zhì)量和能量存在著密切聯(lián)系,即E=mc2

10、,這就是愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程。2.質(zhì)能方程的理解質(zhì)能方程的理解質(zhì)能方程告訴我們質(zhì)量和能量之間存在著簡(jiǎn)單的正比關(guān)系,物體的能量增大了,質(zhì)量也增大;能量減小了,質(zhì)量也減小。且核反應(yīng)中釋放的能量與質(zhì)量虧損成正比,E=mc2。3.核反應(yīng)中釋放的核能的計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能的計(jì)算(1)根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程,用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損(m)乘以真空中光速的平方,即E=mc2。(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(1u)相當(dāng)于931.5MeV,用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5MeV,即E=m931.5MeV?！厩榫八夭那榫八夭慕處焸溆媒處焸溆谩亢朔磻?yīng)堆示意圖3-1(2014北京理綜,14,6分

11、)質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3。當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí),釋放的能量是(c表示真空中的光速)()A.(m1+m2-m3)cB.(m1-m2-m3)cC.(m1+m2-m3)c2D.(m1-m2-m3)c2答案答案C此核反應(yīng)方程為HnH,根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程得E=mc2=(m1+m2-m3)c2,C正確。111021C3-2(2017北京理綜,23,18分)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次衰變。放射出的粒子He)在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),其軌道半徑為R。以m、q分別表示粒子的質(zhì)量和電荷量。(1)放射性原子核用X表示,新核的元素符號(hào)用Y

12、表示,寫(xiě)出該衰變的核反應(yīng)方程。(2)粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流,求圓周運(yùn)動(dòng)的周期和環(huán)形電流大小。(3)設(shè)該衰變過(guò)程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為粒子和新核的動(dòng)能,新核的質(zhì)量為M,求衰變過(guò)程的質(zhì)量虧損m。42(AZ答案答案見(jiàn)解析解析解析(1XYHe(2)設(shè)粒子的速度大小為v,由qvB=m,T=,得粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期T=環(huán)形電流大小I=(3)由qvB=m,得v=設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v,系統(tǒng)動(dòng)量守恒Mv-mv=0v=由mc2=Mv2+mv2AZ)A 4Z 2422vR2 Rv2 mqBqT22 mq B2vRqBRmmvMqBRM1212得m=說(shuō)明:若利用M=m解答,亦可。22(Mm)(qBR

13、)2mMcA44考點(diǎn)四運(yùn)用愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程分析宇宙的演變考點(diǎn)四運(yùn)用愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程分析宇宙的演變?cè)谟钪嬷写嬖谠S許多多熱核反應(yīng),也是宇宙星體演變的主要形式和規(guī)律,故愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程應(yīng)用到宇宙天體中,就成為人類(lèi)探究宇宙奧秘的主要方法,也是高考命題的常用手法。【情景素材情景素材教師備用教師備用】太陽(yáng)內(nèi)部時(shí)刻發(fā)生著核聚變4-1太陽(yáng)的能量來(lái)自下面的反應(yīng):四個(gè)質(zhì)子(氫核)聚變成一個(gè)粒子,同時(shí)發(fā)射兩個(gè)正電子和兩個(gè)沒(méi)有靜止質(zhì)量的中微子e,若太陽(yáng)輻射能量的總功率為P,質(zhì)子H、氦核He、正電子e的質(zhì)量分別為mp、mHe、me,真空中的光速為c,求:(1)寫(xiě)出核反應(yīng)方程式。(2)核反應(yīng)所釋放的能量E。(3)在t時(shí)間

14、內(nèi)參與上述熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)目。11420111442012答案答案見(jiàn)解析解析解析(1)核反應(yīng)方程式為H He+e+e(2)質(zhì)量虧損m=(4mp-mHe-2me),根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程得E=mc2,核反應(yīng)釋放的能量E=(4mp-mHe-2me)c2(3)設(shè)時(shí)間t內(nèi)參與熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)為N依據(jù)能量關(guān)系Pt=N,得N=。4-2天文學(xué)家測(cè)得銀河系中氦的含量約為25%。有關(guān)研究表明,宇宙中氦生成的途徑有兩條:一是在宇宙誕生后3分鐘左右生成的;二是在宇宙演化到恒星誕生后,由恒星內(nèi)部的氫核聚變反應(yīng)生成的。(1)把氫核聚變反應(yīng)簡(jiǎn)化為4個(gè)氫核(H)聚變成氦核(He),同時(shí)放出2個(gè)正電子(e)和2個(gè)中微子(e),

15、請(qǐng)寫(xiě)出該氫核聚變反應(yīng)的方程,并計(jì)算一次反應(yīng)釋放的能量。(2)研究表明,銀河系的年齡約為t=3.81017s,每秒鐘銀河系產(chǎn)生的能量約為11037J(即P=11037J/s)。現(xiàn)假定該能量全部來(lái)自上述氫核聚變反應(yīng),試估算銀河系中氦的含量(最后結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。(3)根據(jù)你的估算結(jié)果,對(duì)銀河系中氦的主要生成途徑作出判斷。(可能用到的數(shù)據(jù):銀河系質(zhì)量約為M=31041kg,原子質(zhì)量單位1u=1.6611420110-27kg,1u相當(dāng)于1.510-10J的能量,電子質(zhì)量me=0.0005u,氦核質(zhì)量m=4.0026u,氫核質(zhì)量mp=1.0078u,中微子e質(zhì)量為零。)答案答案見(jiàn)解析解析解析(1)HHe+e+2em=4mp-m-2meE=mc2=4.1410-12J(2)m=m=6.11039kg氦的含量k=2%(3)由估算結(jié)果可知,k2%遠(yuǎn)小于25%的實(shí)際值,所以銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久生成的。11442012PtEmM39416.1 103 10