《高中物理原子核章末总结教科选修.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理原子核章末总结教科选修.pptx（58页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第三章 原子核章末总结网络构建区原子核原子核的组成核子质子()()中子()核变化衰变三种射线：射线、射线、射线三种衰变：衰变、衰变、衰变半衰期人工转变质子的发现：中子的发现：网络构建区核裂变：原子核核变化核聚变：核能爱因斯坦质能方程：Emc2或E核能的利用：核电站、核武器mc2专题整合区一、一、对核反应方程及类型的理解对核反应方程及类型的理解二、二、半衰期及衰变次数的计算半衰期及衰变次数的计算三三、核能的计算方法核能的计算方法四四、原子核物理与动量、能量相结合的综合问题原子核物理与动量、能量相结合的综合问题一、对核反应方程及类型的理解1.四类核反应方程的比较名称核反应方程式时间其它衰变衰变18
2、96年贝克勒尔发现衰变裂变1938年 原子弹原理聚变氢弹原理人工转变发现质子1919年卢瑟福发现中子1932年查德威克2.解题注意：(1)熟记一些粒子的符号粒子(He)、质子(H)、中子(n)、电子(e)、氘核(H)、氚核(H)(2)注意在核反应方程式中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒.例例1现有三个核反应：下列说法正确的是()A.是裂变，是衰变，是聚变B.是聚变，是裂变，是衰变C.是衰变，是裂变，是聚变D.是衰变，是聚变，是裂变解解析析原原子子核核的的变变化化通通常常包包括括衰衰变变、人人工工转转变变、裂裂变变和和聚聚变变.衰衰变变是是指指原原子子核核
3、放放出出粒粒子子和和粒粒子子后后，变变成成新新的的原子核的变化，像本题中的核反应原子核的变化，像本题中的核反应；原原子子核核的的人人工工转转变变是是指指在在其其它它粒粒子子的的轰轰击击下下变变成成新新的的原原子子核核的的变变化化；裂裂变变是是重重核核分分裂裂成成质质量量较较小小的的核核，像像核核反反应应；聚聚变变是是轻轻核核结结合合成成质质量量较较大大的的核核，像像核核反反应应；综综上上所所述，述，C项正确项正确.答案答案C返回返回二、半衰期及衰变次数的计算1.半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间.计算公式：NN0()n或mm0()n，其中n，为半衰期.2.确定衰变次数的方法(1
4、)根据质量数、电荷数守恒得ZZ2nmAA4n二式联立求解得衰变次数n，衰变次数m.(2)根据衰变和衰变(衰变质量数不变)直接求解.例例2放射性元素U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Tl，X和Tl最后都变成Pb，衰变路径如图1所示.则()图1A.a82，b211B.Bi X是衰变，Bi Tl是衰变C.Bi X是衰变，Bi Tl是衰变D.Tl经过一次衰变变成Pb解解析析由由Bi X，质质量量数数不不变变，说说明明发发生生的的是是衰衰变，同时知变，同时知a84.由由Bi Tl是是核核电电荷荷数数减减2，说说明明发发生生的
5、的是是衰衰变变，同同时知时知b206，由，由Tl Pb发生了一次发生了一次衰变衰变.故选故选B.答案答案B例例32008年度十大考古新发现揭晓，陕西高陵杨官寨居首，尤其令考古工作者兴奋的是，在其中一处壕沟内出土了一件极为罕见的人面彩陶.有考古专家推测，这里可能是当时的一处中心聚落，可能为5500年前的原始城市.人们由此可以看见“城镇”的雏形，这在中国文明形成过程中有着重要的作用.放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体死亡至今的年代.(1)宇宙射线中高能量中子碰撞空气中的氮原子后，就会形成C，写出它的核反应方程.答案答案核反应方程：核反应方程：(2)C很不稳定，容易发生衰变
6、，其半衰期为5730年，写出它发生衰变的核反应方程.答案答案衰变方程：衰变方程：(3)C生成和衰变通常是平衡的，即空气中生物活体的C含量是不变的.当机体死亡后，机体内的C含量将会不断减少.若测得高陵杨官寨出土的一具古生物遗骸中C含量只有活体中的50%，则这具遗骸死亡距今应有多少年？解析解析据半衰期公式：据半衰期公式：NN0()，代入数据：，代入数据：50%()，解得，解得t5730年年.答案答案见解析见解析返回返回三、核能的计算方法1.根据质量亏损计算核能(1)用Emc2计算核能公式中的各物理量必须用国际单位制中的单位来表示，所以，当原子核及核子的质量用“kg”作单位时，用该式计算核能较为方便
7、.(2)用1u的质量相当于931.5MeV的能量来计算核能.2.根据结合能计算核能利用结合能计算核能时要采用“先拆散，再结合”的方法.例例4假设两个氘核在一条直线上相碰发生聚变反应生成氦核的同位素和中子，已知氘核的质量是2.0136u，中子的质量是1.0087u，氦核同位素的质量是3.0150u，则聚变的核反应方程是_，在聚变反应中释放出的能量为_MeV(保留两位有效数字).解析解析根据题中条件，可知核反应方程为根据题中条件，可知核反应方程为核反应过程中的质量亏损m2mH(mHemn)22.0136u(3.01501.0087)u3.5103u由于1u的质量与931.5MeV的能量相对应，所以
8、氘核聚变反应时放出的能量为E3.5103931.5MeV3.3MeV.答案答案返回返回四、原子核物理与动量、能量相结合的综合问题1.核反应过程中满足四个守恒：质量数守恒；电荷数守恒；动量守恒；能量守恒.2.核反应过程若在磁场中发生，粒子在匀强磁场中可能做匀速圆周运动，衰变后的新核和放出的粒子(粒子、粒子)形成外切圆或内切圆.例例5足够强的匀强磁场中有一个原来静止的氡核Rn，它放射出一个粒子后变为Po核.假设放出的粒子运动方向与磁场方向垂直，求：(1)粒子与Po核在匀强磁场中的轨迹圆半径之比并定性画出它们在磁场中运动轨迹的示意图.解析解析氡核经氡核经衰变的核反应方程为衰变的核反应方程为衰变的极短
9、过程系统动量守恒，设衰变的极短过程系统动量守恒，设粒子速度方向为正，粒子速度方向为正，衰变的极短过程系统动量守恒，设粒子速度方向为正，则由动量守恒定律0mvmPovPo，即mvmPovPo粒子与反冲核在匀强磁场中，洛伦兹力提供匀速圆周运动的向心力qvBm，r ，故，示意图如图甲所示.答案答案421见解析图见解析图(2)粒子与Po核两次相遇的时间间隔与粒子运动周期的关系；(设质子和中子质量相等)解析解析它们在磁场中运动的周期它们在磁场中运动的周期T，它，它们周期之比为们周期之比为，即即109T84TPo，这这样样粒粒子子转转109圈圈，Po核核转转84圈圈，两两者才相遇者才相遇.所以，所以，粒子
10、与粒子与Po核两次相遇的时间间隔核两次相遇的时间间隔t109T.答案答案t109T(3)若某种放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生衰变，则粒子和反冲核在磁场中运动轨迹的示意图与上述衰变轨迹示意图有何不同？解解析析若若放放射射性性元元素素在在匀匀强强磁磁场场中中垂垂直直磁磁场场方方向向发发生生衰衰变变，则则粒粒子子和和反反冲冲衰衰变变过过程程仍仍符符合合动动量量守守恒恒定定律律，它它们们也也在在洛洛伦伦兹兹力力作作用用下下做做匀匀速速圆圆周周运运动动，但但由由于于粒粒子带负电，反冲核带正电，衰变时它们两个运动方向子带负电，反冲核带正电，衰变时它们两个运动方向相反，但受的洛伦兹力方向相同，所以它
11、们的轨迹圆是内切的，且粒子的轨迹半径大于新核的轨迹半径，其运动轨迹的示意图如图乙所示.答案答案见解析图例例6用中子轰击锂核(Li)发生核反应，生成氚核(H)和粒子，并放出4.8MeV的能量.(1)写出核反应方程.解析解析核反应方程为核反应方程为(2)求出质量亏损.解析解析依据依据Emc2得得mu0.0052u答案答案0.0052u(3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和粒子的动能比是多少？解解析析根根据据题题意意有有0m1v1m2v2式式中中m1、m2、v1、v2分别为氚核和分别为氚核和粒子的质量和速度，由上式及动能粒子的质量和速度，由上式及动能Ek，可得它们的动能之比为，可得它们的
12、动能之比为Ek1Ek2 m2m143.答案答案43(4)粒子的动能是多大？解析解析粒子的动能粒子的动能Ek2(Ek1Ek2)4.8MeV2.06MeV答案答案2.06MeV返回返回自我检测区1234561.下列说法不正确的是()123456解解析析原原子子核核的的变变化化通通常常包包括括衰衰变变、人人工工转转变变、裂裂变变和和聚聚变变.衰衰变变是是指指原原子子核核放放出出粒粒子子或或粒粒子子后后，变变成成新新的的原原子子核的变化，如本题中的核的变化，如本题中的C和和D两选项两选项.原原子子核核的的人人工工转转变变是是指指在在其其他他粒粒子子的的轰轰击击下下产产生生新新的的原原子子核的过程核的过
13、程.裂变是重核分裂成质量较小的核，像裂变是重核分裂成质量较小的核，像B选项选项.聚聚变变是是轻轻核核结结合合成成质质量量较较大大的的核核，像像A选选项项.由由上上述述知知D选选项是错误的项是错误的.答案答案D1234562.一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m.那么下列说法中正确的有()A.经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了B.经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有m/4发生了衰变C.经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8D.经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M/2123456解解析析经经过过两两个个半半衰衰期期后后铀铀元元素素的的质质量量还还剩剩m/4，A、B项均错误
14、；项均错误；经过三个半衰期后，铀元素还剩经过三个半衰期后，铀元素还剩m/8，C项正确；项正确；铀衰变后，铀核变成了新的原子核，故铀衰变后，铀核变成了新的原子核，故D项错误项错误.答案答案C1234563.据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试.下列关于“人造太阳”的说法正确的是()A.“人造太阳”的核反应方程是B.“人造太阳”的核反应方程是C.“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是Emc2D.“人造太阳”核能大小的计算公式是Emc2123456解解析析A是是核核聚聚变变反反应应，B是是核核裂裂变变反反应应，故故A正正确确，B错
15、误；错误；核核反反应应方方程程中中计计算算能能量量的的关关系系式式是是爱爱因因斯斯坦坦的的质质能能方方程程，故故C正确，正确，D错误错误.答案答案AC1234564.U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Tl，X和Tl最后都变成Pb，衰变路径如图2所示.则图中的()图2123456A.a84，b206B.是衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的C.是衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的D.U经过10次衰变，8次衰变可变成Pb123456解析解析是是衰变，衰变，是是衰变，因此衰变，因此a84，b2
16、06，U经经过过10次次衰衰变变和和8次次衰衰变变可可变变成成质质量量数数为为206，电电荷数为荷数为86的元素的元素.答案答案AB1234565.两个动能均为1MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：(1)此核反应中放出的能量E为_.解析解析此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为：此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为：m(22.01363.01561.0073)u0.0043u，Emc20.0043931.5MeV4.005MeV.4.005MeV123456(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氚核具有的动能是_.(已知mH2.0136u，mH3.0156u，mH1.0073u
17、)解解析析因因碰碰前前两两氘氘核核动动能能相相同同，相相向向正正碰碰，故故碰碰前前的的总总动量为零动量为零.因核反应中的动量守恒，因核反应中的动量守恒，故故碰碰后后质质子子和和氚氚核核的的总总动动量量也也为为零零.设设其其动动量量分分别别为为p1，p2，必有，必有p1p2.123456设碰后质子和氚核的动能分别为Ek1和Ek2，质量分别为m1和m2.则又Ek021MeV2MeV123456故新生的氚核具有的动能为Ek2(EEk0)(4.0052)MeV1.5MeV.答案答案1.5MeV1234566.静止在匀强磁场中的Li核俘获一个速度v07.7104m/s的中子而发生核反应：，若已知He的速
18、度v22.0104m/s，其方向与反应前中子速度方向相同，如图3所示，试求：图3123456(1)H的速度大小和方向.解解析析反反应应前前后后动动量量守守恒恒：m0v0m1v1m2v2(v1为为氚氚核核速速度度，v2为为氦氦核核速速度度，m0、m1、m2分分别别代代表表中中子子、氚氚核核、氦核质量氦核质量)代代入入数数值值可可解解得得v11.0103m/s，负负号号表表示示H的的速速度度方向与初速度方向与初速度v0反向反向.答案答案1.0103m/s，方向与初速度，方向与初速度v0反向反向123456(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比.解析解析H和He在磁场中均受洛伦兹力f，做匀速圆周运动的半径之比r1r2 340答案答案340123456(3)当He旋转3周时，粒子H旋转几周？解析解析H和He做匀速圆周运动的周期之比T1T2 32所以它们的旋转周数之比n1n2T2T123，即He转3周，H转2周.答案答案2周周123456