高考物理一輪總復(fù)習(xí)考點大全 第十七章核心考點 原子核課件

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1、第十七講 原子核【知識要點】 一、天然放射現(xiàn)象一、天然放射現(xiàn)象 二、原子核的人工轉(zhuǎn)變、原子核的組成二、原子核的人工轉(zhuǎn)變、原子核的組成 三、原子核能三、原子核能【知識要點】一、天然放射現(xiàn)象一、天然放射現(xiàn)象1、天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾U和含鈾的礦物能發(fā)射某種看不見的射線，這種射線可以穿透黑紙使照像底片感光。 像這樣物質(zhì)自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象叫天然放射現(xiàn)象。物質(zhì)的這種性質(zhì)叫天然放射性，具有放射性的元素，叫放射性元素。 后來居里夫婦又發(fā)現(xiàn)兩種放射性更強的新元素，叫做釙Po和鐳Ra。2、三種射線、三種射線 （1)射線：本質(zhì)是氦原子核流，符號是 ，帶電量為+2e，質(zhì)量

2、為4u(1u=1.6610-27千克)，貫穿本領(lǐng)最弱，電離本領(lǐng)最強。 （2）射線：本質(zhì)是電子流，符號是 ，帶電量為-e(1e=1.910-19庫侖)，質(zhì)量為 ，貫穿本領(lǐng)較強，電離本領(lǐng)較強。 （3）射線：本質(zhì)是高能光子流，符號是，不帶電，靜止質(zhì)量為零，貫穿本領(lǐng)最強，電離本領(lǐng)最弱。He42e01u184013、放射性元素的衰變、放射性元素的衰變 原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ?。在衰變中電荷?shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。 （1）衰變：原子核放出一個粒子，原子序數(shù)（核電荷數(shù)）就比原來少2，而質(zhì)量數(shù)少4。 例如， 寫成一般式為HeYXMZMZ4242HeThU422349023892 （2

3、）衰變：原子核放出一個粒子，原子序數(shù)（核電荷數(shù)）就比原來多1，而質(zhì)量數(shù)不變。 例如， 寫成一般式為 （3）衰變：要引起核的能量發(fā)生變化，而原子序數(shù)（核電荷數(shù)）和質(zhì)量數(shù)都不改變。eYXMZMZ011ePaTh0123491234904、半衰期、半衰期 半衰期是放射性元素的大量原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間。 每一種放射性元素都有一定的半衰期，不同的放射性元素，半衰期不同。放射性元素半衰期的長短是由原子核的內(nèi)部因素決定的，它不受外部因素的影響。例如溫度的高低，物態(tài)的變化，化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化等等，都不能改變它的半衰期。 衰變公式，如果用N0表示原耒的原子核數(shù)，Nt表示t時刻還未衰變的原子核數(shù)，T表示半衰

4、期，那么NNttT012( )TttMM)21(0w 如果用M0表示原耒的原子的總重量，Mt表示t時刻還未變的原子的總質(zhì)量，那么二、原子核的人工轉(zhuǎn)變、原子核的組成二、原子核的人工轉(zhuǎn)變、原子核的組成1、質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)、質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) 1919年盧瑟福做了用粒子轟擊氮原子核的實驗。實驗現(xiàn)象表明粒子擊中氮核后產(chǎn)生了新的粒子。后來測出了這種粒子的質(zhì)量和電量，確定它就是氫原子核，又叫做質(zhì)子，通常用 或 表示。質(zhì)子發(fā)現(xiàn)的核反應(yīng)方程是H11P117142481711NHeOH 質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)表明，可以用人工的方法實現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變；還表明，質(zhì)子是原子核的組成部分。2、中子的發(fā)現(xiàn)、中子的發(fā)現(xiàn) 1930年發(fā)現(xiàn)用射線轟擊鈹時，會

5、產(chǎn)生一種看不見的貫穿能力很強的不帶粒子。1932年用這種射線轟擊石蠟時，竟能從石蠟中打出質(zhì)子，如圖所示。 查德威克經(jīng)過進一步研究，證明放射性元素釙放出的射線轟擊鈹時發(fā)出的貫穿力極強的射線，不是射線，而是一種質(zhì)量差不多與質(zhì)子相等的不帶電粒子，即中子。 中子的質(zhì)量數(shù)是1，電荷數(shù)是零，用 表示。發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是n10 實驗證明，從許多原子核里都能打出中子來，可見中子也是原子核的組成部分。3、原子核的組成、原子核的組成 原子核是由質(zhì)子和中子組成的。質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。原子核的電荷數(shù)等于它的質(zhì)子數(shù)；原子核的質(zhì)量數(shù)就等于它的核子數(shù)，即質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的和。 不論是原子核的衰變還是原子核的人工轉(zhuǎn)變，統(tǒng)

6、稱為核反應(yīng)。在核反應(yīng)的過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。4、放射性同位素、放射性同位素 同位數(shù)，具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的原子互稱同位素。 （1）人工放射同位素的發(fā)現(xiàn) 1934年小居里夫婦用粒子轟擊鋁核，發(fā)生了下面的核反應(yīng)， 核反應(yīng)生成物 是磷的一種同位素它具有放射性，衰變時放出正電子，下面是它的反應(yīng)方程 這是用人工方法得到的放射性同位素。1530143010PSieP3015（2）放射性同位素的應(yīng)用： 利用它的射線探傷、消除靜電、育種、消毒、防腐等。 做為示蹤原子：把放射性同位素的原子攙到其它物質(zhì)中去，讓它們一起運動、遷移，再利用放射性探測儀器進行追蹤，就可以知道放射性原子通過什么路徑，運動

7、到哪里了，怎樣分布的，從而可以了解某些不容易察明的情況或規(guī)律。我們把這種用途的放射性同位素叫示蹤原子。三、原子核能三、原子核能1、原子核的結(jié)合能、原子核的結(jié)合能 （1）核力：原子核內(nèi)的核子間有一種很強的力把它們結(jié)合在一起，這種力稱為核力。核力是強作用力。它與電荷無關(guān)，質(zhì)子與質(zhì)子、質(zhì)子與中子、中子與中子間都存在核力作用。它是短程力，只在2.010-15 米距離內(nèi)起作用，即使在半徑很小的原子核內(nèi)，每個核子也只跟與它相鄰的核子間才有核力的作用。 （2）結(jié)合能：核子結(jié)合成原子核時要放出一定的能量；原子核分解成核子時，要吸收同樣多的能量。這個能量叫做原子核的結(jié)合能。（3）愛因斯坦質(zhì)能方程： 這個方程是愛

8、因斯坦從相對論得出的，它表明物體的質(zhì)量與它的能量間有一定的聯(lián)系。當(dāng)物體的能量增加（或減少）E時，它的質(zhì)量也會相應(yīng)地增加(或減少)m，二者滿足的關(guān)系是E=mc2，式中c表示光在真空中的傳播速度。（。2mc=Ew在使用該公式進行有關(guān)計算時，要注意單位的統(tǒng)一，見下表。 （4）質(zhì)量虧損：核子結(jié)合成原子核時要放出結(jié)合能，原子核的能量要比組成核的核子未組合成核時的能量小，所以原子核的質(zhì)量也要比組成核的核子的質(zhì)量小。我們把組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差叫做核的質(zhì)量虧損。如果知道核的質(zhì)量虧損，根據(jù)質(zhì)能方程就可以求出原子核的結(jié)合能。 （5）平均結(jié)合能：用核子數(shù)去除核的結(jié)合能，就得到每個核子的平均結(jié)合能

9、。平均結(jié)合能是核子結(jié)合成原子核時每個核子平均放出的能量，也是把原子核分解成核子時每個核子平均吸收的能量。平均結(jié)合能越大，原子核就越難拆開?？梢娖骄Y(jié)合能的大小能夠反映核的穩(wěn)定程度。如 圖 所 示 為核子的平均結(jié)合能隨原子核的質(zhì)量數(shù)變化規(guī)律的圖象。從圖中可以看出，質(zhì)量數(shù)較小的輕核和質(zhì)量數(shù)較大的重核，平均結(jié)合能都比較小。中等質(zhì)量數(shù)的原子核平均結(jié)合能大。2、重核的裂變、重核的裂變 重核的核子平均結(jié)合能比中等質(zhì)量的核的核子平均結(jié)合能小。因此，重核分裂成中等質(zhì)量的核時，會有一部分結(jié)合能釋放出來。這種核反應(yīng)叫做裂變。 （1）鈾核的裂變的核反應(yīng)方程561413692011409139918973330261

10、2358373BauKrunuu. E =mc = 201MeV2裂變后：w反應(yīng)過程中質(zhì)量減少m=0.2153u，反應(yīng)中釋放的能量（2）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)： 鈾核裂變時，同時放出23個中子，如果這些中子再引起其它鈾核裂變，就可使裂變反應(yīng)不斷地進行下去。這種反應(yīng)叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。 鈾塊的體積對于產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)也是重要因素。能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體積叫做它的臨界體積。對于鈾塊如果超過了臨界體積，就會引起鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，發(fā)生猛烈的爆炸。（3）核反應(yīng)堆： 它是人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置，主要的構(gòu)成有做為核燃料的濃縮鈾，做為中子減速濟的石墨，起控制作用的鎘棒，起冷卻和輸出勢能作用的液體金屬鈉或水，以及防止射線對人體的

11、危害而修建的水泥防護層。3、輕核聚變、輕核聚變 輕核的結(jié)合能更小，某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核時，能釋放出更多的結(jié)合能。輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的重核叫聚變。 輕核聚變的核反應(yīng)方程121324011716HHHenMeVw 使核發(fā)生聚變；必須使它們接邁到10-15米，也就是接近到核力能夠發(fā)生做用的范圍。由于原子核都帶正電，要使它們接近到這種程度，必須克服電荷之間的很大斥力作用，這就要使核具有很大的動能。只有在幾百萬度的高溫以上，原子核才有足夠的動能克服相互間的庫侖斥力，在碰撞中接近到可以發(fā)生聚變的程度。所以這種輕核聚變的反應(yīng)又叫做熱核反應(yīng)。w 和平利用核能則要求人們要實現(xiàn)可控?zé)岷朔磻?yīng)，即用人工的方法，

12、有控制地使氘核發(fā)生聚變反應(yīng)，緩慢而穩(wěn)定地釋放能量?！镜湫屠}】例例1： (釷 ) 經(jīng)過一系列和衰變，成為 (鉛 )，下列說法正確的是A鉛核比釷核少8個質(zhì)子B、鉛核比釷核少16個中子C、共經(jīng)過4次衰變和6次衰變D、共經(jīng)過6次衰變和4次衰變Th23290Pb20882 分析：分析：因為核 中的Z是核的電荷數(shù)，實際上Z等于核中的質(zhì)子數(shù)，M是核的質(zhì)量數(shù)，實際上M等于核中的核子(即質(zhì)中和中子)數(shù)。在知道兩個核的質(zhì)子數(shù)之差后，可以用核子數(shù)差減于質(zhì)子數(shù)差，就是中子數(shù)差。所以從 和 可知，鉛核比釷核少8個質(zhì)子，鉛核比釷核少(232-208)-(90-82)=16個中子XMZTh23290Pb20882判斷衰變

13、和衰變的次數(shù)有兩種方法。方法（方法（1）設(shè)發(fā)生衰變的次數(shù)為x，發(fā)生衰變的次數(shù)為y。根據(jù)在衰變過程中電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，所以232420890282xxy 方法（方法（2）考慮到衰變會引起核的質(zhì)量數(shù)發(fā)生變化，而衰變不會引起核的質(zhì)量數(shù)發(fā)生變化。因此可以根據(jù)釷和鉛的質(zhì)量數(shù)的變化判斷衰變的次數(shù)是6。6次衰變應(yīng)使核電荷數(shù)減少12，但上述兩核的電荷數(shù)只減少8，說明上述核衰變時，有(12-8)=4次衰變。 答：答：選項A、B、D正確。解得x=6，y=4。 例例2：若元素A的半衰期為4天，元素B的半衰期為5天，則相同質(zhì)量的A和B，經(jīng)過20天后，剩下的質(zhì)量之比，即mA ：mB 是 A、30 31 B、31

14、30 C、1 2 D、2 1N21mmmmABt Tt TtTtTABAB( )( )( )/12121212 分析：分析：放射性元素每經(jīng)過一個半衰期T，其質(zhì)量就衰變成原耒的1/2 ，經(jīng)過了N個半衰期，余下的質(zhì)量就是原耒質(zhì)量的 。根據(jù)半衰期的這個定義，針對本題意 列方程求解。 解：解：因為TA=4天，TB=5天，t=20天。原耒A和B的質(zhì)量相等，用m表示，則答：答：選項C正確。 例例3：一個鈾衰變?yōu)殁Q核時釋放出一個粒子，已知鈾核的質(zhì)量為 千克，釷核的質(zhì)量 為 千克，粒子的質(zhì)量為 千克，在這個衰變過種中釋放出的能量等于_ J （取2位有效數(shù)字）。寫出此衰變方程_。 分析：分析：原子核發(fā)生變化時如

15、果質(zhì)量減小（減小的質(zhì)量稱為質(zhì)量虧損）m，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程 ，可以算出核變釋放的能量E。2510786567. 32510853131. 3271064672. 62mc=E 解答：千克m = m -m-mvTh( .).()38513137865670066467210968102530說明：說明：本題沒給出鈾核的質(zhì)量數(shù)，所以用M表示鈾核的質(zhì)量數(shù)，這樣釷核的質(zhì)量數(shù)為M-4。另外衰變釋放的能表現(xiàn)為粒子的動能E和釷核反沖運動的動能ETh，由于衰變過程動量守恒，則Emc焦耳230821396810300108710.( .).()焦耳。-13108.7m vm vThTh 0Em vmvThTh

16、121222Em vmmmEMMEThTh1242答答: :衰變過程中釋放出的能量等于 這個衰變的方程為：9290424mMVThHe這里的M是衰變前核的質(zhì)量數(shù)。因為M4，所以E接質(zhì)E。由于能量守恒，則解這兩個方程可得粒子的動能【反饋練習(xí)】 1、某放射性元素的原子核發(fā)生2次衰變和6次衰變，關(guān)于它的原子核的變化，下列說法中正確的是 A、中子數(shù)減少8 B、質(zhì)子數(shù)減少2 C、質(zhì)子數(shù)增加2 D、核子數(shù)減少10答案答案:C2、放射性元素的半衰期決定于A放射性元素質(zhì)量的多少B、放射性元素所處的物理狀態(tài)C、放射性元素外界的化學(xué)條件D、由核本身內(nèi)部因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)答案答案:D3、放射性

17、無素 經(jīng)過2h后有半數(shù)原子核發(fā)生了衰變，若再經(jīng)過2h未衰變原子核的數(shù)目將是最初的Na2411;161D;81C;41B;21A、答案答案:B4、天然放射性現(xiàn)象中 發(fā)生衰變后變成 。 已知 、 和粒子的質(zhì)量分別是m1、m2和m3，它們之間應(yīng)滿足U23892Th23490U23892Th23490之間的關(guān)系和、不能確定、321321321321Dm+mBm+m=Ammmmmm答案答案:B 5、太陽輻射能量主要來自太陽內(nèi)部的A、化學(xué)反應(yīng) B、放射性衰變C、裂變反應(yīng) D、熱核反應(yīng)答案答案:D6、以下幾個原子核反應(yīng)式中，X代表粒子的反應(yīng)式是AHe + BeC + XBThPa + XCH + Hn +

18、XD49612912341301、24902341215301430PSiX答案答案:C7、用中子轟擊硼( )核發(fā)生的核反應(yīng)是： 其中的X粒子應(yīng)是A、粒子 B、粒子C、質(zhì)子 D、中子B105XLinB7310105答案答案:A8、鈾235的原子核符號常寫成 ，由此可知A鈾235的原子核中有質(zhì)子92個B、鈾235的原子核中有電子92個C、鈾235的原子核中有中子235個D、鈾235的原子核中有中子143個U23592答案答案:AD 9、關(guān)于原子核的能，下面說法正確的是 A只指原子核分解為核子時放出的能量 B、只指核子結(jié)合為原子核時需要供給的能量 C、核子結(jié)合成原子核時吸收的能量或原子核分解為核子

19、時放出的能量 D、核子結(jié)合成原子核時放出的能量或原子核分解為核子時吸收的能量答案答案:D 10、在垂直于紙面的勻強磁場中，有一原來靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運動軌跡分別如圖中的a、b所示，由圖可以判定 A該核發(fā)生的是衰變 B、該核發(fā)生的是衰變 C、磁場方向一定垂直紙面向里 D、磁場方向向里還是向外不能判定答案答案:BD【課后練習(xí)】一、填空題一、填空題1鈾核 經(jīng)過_次衰變和_次衰變后變成穩(wěn)定的鉛U23892Pb206822、放射性元素 經(jīng)過2h，只剩1/2的核沒有衰變再經(jīng)過_h，將只剩下1/8的核沒有衰變。Na2411答案答案: 6 答案答案: 8；6 3、在中子、質(zhì)子、

20、電子、正電子和粒子中選出一個適當(dāng)?shù)牧Ｗ樱謩e填在下列核反應(yīng)式的橫線上：9223890234902349123449246125103724UThThPaBeHeCBLiHe答案答案:He42e01n10n104、一個鈾核衰變?yōu)殁Q核時釋放出一個粒子。已知:鈾核的質(zhì)量為 粒子的質(zhì)量為 釷核的質(zhì)量為這個衰變過程中釋放出的能量等于_J。（保留二位有效數(shù)字）Kg271065672. 6Kg2510786567. 3Kg2510853131. 3答案答案:8.710-13二、選擇題二、選擇題5、關(guān)于射線，下列說法中正確的是A它是波長極短的電磁波B、它是高速運動的電子流C、它是貫穿本領(lǐng)比射線弱D、它對空氣的

21、電離作用比射線強答案答案:B6、放射性同位素 的樣品經(jīng)過6h后還剩下1/8沒有衰變，它的半衰期是A、2h B、1.5hC、1.17hD、0.75hNa2411答案答案:A 7、目前能夠在實際上作為巨大能源應(yīng)用的原子核能是 A. 重核裂變時放出的能量 B熱核反應(yīng)時放出的能量 C. 氘和氚聚變時放出的能量 D放射性同位素放出射線的能量答案答案:A 8、質(zhì)子質(zhì)量為mp、中子的質(zhì)量為mn、氦核的質(zhì)量為m，下列關(guān)系式正確的是 Am=2mp+ mn Bm2mp+ mn D以上的關(guān)系都不對答案答案:A三、計算三、計算 9、已知氘核的質(zhì)量為2.0136u，中子質(zhì)量為1.0087u，氦3的質(zhì)量為3.0150u。 (1)寫出兩個氘核聚變生成氦3的反應(yīng)方程。 (2)求上述聚變釋放出的核能。 (3)若兩個氘核以相同的動能Ek=0.36MeV正碰，求碰后生成物的動能。nHeHH10322121(1)(2)3.27MeV(2)3.27MeVMeVnMeVHe98. 2 ;99. 0(3)1032答案答案:答案答案:一、填空題一、填空題1、8；6 2、63、 4、8.710-13二、選擇題二、選擇題5、A 6、A 7、A 8、B三、計算題三、計算題9、 (2)3.27MeVnneHe10100142；nHeHH10322121(1)MeVnMeVHe98. 2 ;99. 0(3)1032