2018-2019學(xué)年高中物理 模塊復(fù)習(xí)課 專題三課件 教科版選修3-5.ppt

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1、專題三原子核,①質(zhì)子,②中子,③核子,④強相互作用,⑤短程力,⑥與電荷無關(guān),⑦α射線,⑧氦核,⑨β射線,⑩電子,?γ射線,?光子,?質(zhì)量數(shù),?電荷數(shù),?半數(shù)原子核發(fā)生衰變,?α射線,?γ射線,?示蹤,?ΔE=Δmc2,一、原子核的穩(wěn)定性和結(jié)合能原子核是由質(zhì)子和中子組成的,質(zhì)子之間存在著庫侖斥力,但核子并不因此散開,是因為核子之間存在著一種強相互作用,即核力。核力是短程力,核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用。隨原子核的增大,核子間的距離增大,核力和電磁力都會減小,但核力減小得更快,,原子的不穩(wěn)定性加大。此時中子數(shù)增加有利于原子核穩(wěn)定。但由于核力的作用范圍是有限的以及核力的飽和性,若再增大原子核,一些

2、核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用,這時候再增加中子,形成的核也是不穩(wěn)定的。,由于核子間存在著強大的核力,所以要把原子核拆散成核子,需要克服核力做巨大的功,需要巨大的能量。反之,核子結(jié)合成原子核要放出能量,稱為結(jié)合能。再與核子數(shù)相比,稱作平均結(jié)合能。平均結(jié)合能越大,表示原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定。,研究表明,中等大小的原子核的平均結(jié)合能最大,這些核最穩(wěn)定,使較重的核分裂成中等大小的核或者把較輕的核合并成中等大小的核,核子的比結(jié)合能都會增加,都可以釋放能量。因此重核裂變及輕核聚變均可放出巨大能量。,【典例1】下列有關(guān)原子核的穩(wěn)定性及結(jié)合能的說法正確的是()A.相對而言,質(zhì)量數(shù)越

3、大的原子核越穩(wěn)定B.原子序數(shù)越低的原子核越穩(wěn)定C.核子結(jié)合成原子核要放出能量D.重核裂變成中等質(zhì)量的核要放出能量,輕核聚合成中等質(zhì)量的核要吸收能量,【正確解答】選C。從比結(jié)合能曲線上看,中等質(zhì)量的原子核的比結(jié)合能最大,即中等質(zhì)量的原子核最穩(wěn)定,A錯誤;原子序數(shù)越低的原子核的質(zhì)量數(shù)小,比結(jié)合能也小,原子核不穩(wěn)定,B錯誤;核子結(jié)合成原子核要放出能量,C正確;中等質(zhì)量的原子核的比結(jié)合能大于重核與輕核的比結(jié)合能,所以裂變與聚變時均要放出能量,D錯誤。,【變式訓(xùn)練】(多選)對結(jié)合能、比結(jié)合能的認識,下列正確的是()A.核子結(jié)合為原子核時,一定釋放能量B.核子結(jié)合為原子核時,可能吸收能量C.結(jié)合能越大的原

4、子核越穩(wěn)定D.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定,【解析】選A、D。由于自由核子結(jié)合成原子核的過程中,核力做正功,釋放出能量,反之,將原子核分開變?yōu)樽杂珊俗有枰障鄳?yīng)的能量,該能量即為結(jié)合能,故A正確,B錯誤;對核子較多的原子核的結(jié)合能越大,但它的比結(jié)合能不一定大,比結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性,故C錯誤,D正確。,二、原子核的衰變、半衰期1.原子核衰變:(1)α衰變(2)β衰變(3)γ射線是伴隨著α或β衰變產(chǎn)生的,γ射線不改變原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)。,2.遵守規(guī)律:(1)質(zhì)量數(shù)守恒。(2)電荷數(shù)守恒。(3)動量守恒。(4)能量守恒。,3.半衰期:(1)公式:N余=N原(2)理解:不同元素的半衰

5、期是不同的,它是由核內(nèi)部的因素決定的,與原子所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無關(guān),它是對大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律。,【典例2】(多選)放射性衰變有多種可能途徑,其中一種途徑是先變成,而可以經(jīng)一次衰變變成(X代表某種元素),也可以經(jīng)一次衰變變成和最后都變成,衰變路徑如圖所示,則可知圖中(),A.a=84,b=206B.①是β衰變,放出電子,電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時產(chǎn)生的C.②是β衰變,放出電子,電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時產(chǎn)生的D.經(jīng)過10次β衰變和8次α衰變可變成,【正確解答】選A、B。在①中,質(zhì)量數(shù)不變,可知是β衰變,根據(jù)電荷數(shù)守恒知a=84,β衰變的實質(zhì)是故B正確,C錯誤;在②中由電荷數(shù)守恒,可知是α衰變,再

6、根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒知b=206,A正確;設(shè)由衰變?yōu)榻?jīng)過m次α衰變和n次β衰變,則有238=206+4m,92=82+2m-n,聯(lián)立解得m=8,n=6,即一共發(fā)生了8次α衰變和6次β衰變,D錯誤。,【變式訓(xùn)練】醫(yī)院用放射性同位素放出的γ射線來治癌。請問其原理是利用了γ射線的()A.電離作用,使腫瘤細胞轉(zhuǎn)化B.貫穿本領(lǐng),導(dǎo)致基因突變C.高能量,殺死腫瘤細胞D.熱作用,減輕病人痛苦,【解析】選C。利用γ射線來治癌主要利用了γ射線的穿透能力和高能量,目的是殺死癌細胞,所以只有選項C正確。,三、核能1.原子核的結(jié)合能:克服核力做功,使原子核分解為單個核子時吸收的能量或若干單個核子在核力的作用下結(jié)合成原子核時

7、放出的能量。2.質(zhì)量虧損:核反應(yīng)中的質(zhì)量減少。注意:質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是兩個不同的概念。,3.質(zhì)能方程:E=mc2即一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系,物體的總能量和它的質(zhì)量成正比,當(dāng)物體的質(zhì)量發(fā)生變化時ΔE=Δmc2。,4.核能的計算方法:(1)根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程,用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損(Δm)的千克數(shù)乘以真空中光速的平方(c=3108m/s),即ΔE=Δmc2(焦耳)。(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5兆電子伏(MeV)能量,用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位乘以931.5MeV,即ΔE=Δm931.5MeV。,5.釋放核能的途徑:(1)重核的裂變:重核分裂成中等質(zhì)量的原

8、子核,在一定條件下(超過臨界體積),裂變反應(yīng)會連續(xù)不斷地進行下去,這就是鏈式反應(yīng)。(2)輕核的聚變(需要幾百萬攝氏度高溫,所以又叫熱核反應(yīng))。,6.如果在核反應(yīng)中無光子輻射,核反應(yīng)中釋放的能量將轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動能,在這種情況下,可利用動量守恒定律和能量守恒定律來處理有關(guān)問題。,【典例3】靜止的原子核發(fā)生衰變時,放出的能量都轉(zhuǎn)變成了α粒子和新核的動能,若測得α粒子動能為E,則新原子核的動能為多少?衰變中質(zhì)量虧損是多少?,【正確解答】衰變方程為由E=得α粒子的速度v1=由動量守恒定律得新核的動能E′=,原子核衰變放出的能量ΔE=E+E′=由質(zhì)能方程ΔE=Δmc2得Δm=答案:,【變式訓(xùn)練】首次用實驗驗證“愛因斯坦質(zhì)能方程”的核反應(yīng)方程是已知mLi=7.0160u,mH=1.0078u,mHe=4.0026u,則該核反應(yīng)方程中的k值和釋放的能量分別是多少?,【解析】由電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可得k=2,質(zhì)量虧損Δm=mLi+mH-2mHe=(7.0160+1.0078-24.0026)u=0.0186u由愛因斯坦質(zhì)能方程得釋放的核能ΔE=Δm931.5MeV=0.0186931.5MeV=17.33MeV答案:217.33MeV,