高中物理 第19章 階段復習課課件 新人教版選修35

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1、第十九章 階段復習課一、原子核的組成一、原子核的組成1.1.概述概述: :原子核是由質子、中子構成的，質子帶正電，中子不原子核是由質子、中子構成的，質子帶正電，中子不帶電帶電. .原子核內質子和中子的個數(shù)并不一定相同原子核內質子和中子的個數(shù)并不一定相同. .2.2.基本關系：核電荷數(shù)基本關系：核電荷數(shù)= =質子數(shù)質子數(shù)(Z)=(Z)=元素的原子序數(shù)元素的原子序數(shù)= =核外電子核外電子數(shù)數(shù). .質量數(shù)質量數(shù)(A)=(A)=核子數(shù)核子數(shù)= =質子數(shù)質子數(shù)+ +中子數(shù)中子數(shù). .二、原子核的衰變二、原子核的衰變三、半衰期三、半衰期1.1.半衰期的意義：半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量半衰期的意

2、義：半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量. .2.2.半衰期公式半衰期公式式中式中N N原原、m m0 0表示衰變前的原子數(shù)和質量，表示衰變前的原子數(shù)和質量，N N余余、m m余余表示衰變后表示衰變后的尚未發(fā)生衰變的原子數(shù)和質量，的尚未發(fā)生衰變的原子數(shù)和質量，t t表示衰變時間，表示衰變時間，T T表示半衰表示半衰期期. .t/Tt/T011NN ( ),mm ( )22原余余3.3.影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內部因素決定影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)的，跟原子所處的物理狀態(tài)( (如溫度、壓強如溫度、壓強) )或化學狀態(tài)或化學狀態(tài)(

3、 (如單如單質、化合物質、化合物) )無關無關. .4.4.適用條件：半衰期是一個統(tǒng)計概念，是對大量的原子核衰變適用條件：半衰期是一個統(tǒng)計概念，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結，對于一個特定的原子核，無法確定何時發(fā)生衰變，規(guī)律的總結，對于一個特定的原子核，無法確定何時發(fā)生衰變，但可以確定各個時刻發(fā)生衰變的概率，即某時衰變的可能性，但可以確定各個時刻發(fā)生衰變的概率，即某時衰變的可能性，因此，半衰期只適用于大量的原子核因此，半衰期只適用于大量的原子核. .四、質量虧損四、質量虧損1.1.在核反應中仍遵守質量守恒和能量守恒，所謂的質量虧損并在核反應中仍遵守質量守恒和能量守恒，所謂的質量虧損并不是這部分

4、質量消失或質量轉變?yōu)槟芰坎皇沁@部分質量消失或質量轉變?yōu)槟芰? .物體的質量應包括靜物體的質量應包括靜止質量和運動質量，質量虧損是靜止質量的減少，減少的靜止止質量和運動質量，質量虧損是靜止質量的減少，減少的靜止質量轉化為和輻射能量相聯(lián)系的運動質量質量轉化為和輻射能量相聯(lián)系的運動質量. .2.2.質量虧損也不是核子個數(shù)的減少，核反應中核子個數(shù)是不變質量虧損也不是核子個數(shù)的減少，核反應中核子個數(shù)是不變的的. .五、質能方程五、質能方程愛因斯坦質能方程反映了質量虧損與釋放能量間的數(shù)量關系愛因斯坦質能方程反映了質量虧損與釋放能量間的數(shù)量關系E=mcE=mc2 2或物體的質量與其總能量的數(shù)量關系或物體的質

5、量與其總能量的數(shù)量關系E=mcE=mc2 2，此方程揭，此方程揭示了質量和能量不可分割，一定質量的物體所具有的總能量是示了質量和能量不可分割，一定質量的物體所具有的總能量是一定的，等于光速的平方與其質量的乘積，這里所說的總能量一定的，等于光速的平方與其質量的乘積，這里所說的總能量不是單指物體的動能、核能或其他哪一種能量不是單指物體的動能、核能或其他哪一種能量, ,而是物體所具有而是物體所具有的各種能量之和，物體質量增加則總能量增加，質量減小，總的各種能量之和，物體質量增加則總能量增加，質量減小，總能量隨之減小，二者在數(shù)值上存在著簡單的正比關系能量隨之減小，二者在數(shù)值上存在著簡單的正比關系. .

6、六、重核裂變與輕核聚變的區(qū)別六、重核裂變與輕核聚變的區(qū)別 反應方式反應方式 比較項目比較項目 重核裂變重核裂變 輕核聚變輕核聚變 放能原理放能原理 放能多少放能多少 重核分裂成兩個或重核分裂成兩個或多個中等質量的原多個中等質量的原子核放出核能子核放出核能 兩個輕核結合成質兩個輕核結合成質量較大的原子核放量較大的原子核放出核能出核能 聚變反應比裂變反應平均每個核子放出的聚變反應比裂變反應平均每個核子放出的能量大約要大能量大約要大3 3倍倍4 4倍倍 反應方式反應方式 比較項目比較項目 重核裂變重核裂變 輕核聚變輕核聚變 核廢料處理難度核廢料處理難度 原料的蘊藏量原料的蘊藏量 聚變反應的核廢料處理

7、要比裂變反應簡聚變反應的核廢料處理要比裂變反應簡單得多單得多 核裂變燃料鈾在核裂變燃料鈾在地球上儲量有限地球上儲量有限, ,尤其用于核裂變尤其用于核裂變的鈾的鈾235235在鈾礦在鈾礦石中只占石中只占0.7% 0.7% 主要原料是氘，氘主要原料是氘，氘在地球上的儲量非在地球上的儲量非常豐富常豐富.1 L.1 L海水中海水中大約有大約有0.03 g0.03 g氘氘, ,如如果用來進行熱核反果用來進行熱核反應放出的能量約與應放出的能量約與燃燒燃燒300 L300 L汽油相當汽油相當 反應方式反應方式 比較項目比較項目 重核裂變重核裂變 輕核聚變輕核聚變 可控性可控性 速度比較容易進速度比較容易進行

8、人工控制行人工控制, ,現(xiàn)在現(xiàn)在的核電站都是用的核電站都是用裂變反應釋放核裂變反應釋放核能能 目前目前, ,除氫彈以外除氫彈以外, ,人們還不能控制它人們還不能控制它 七、四種基本相互作用七、四種基本相互作用原原子子核核 天然放射現(xiàn)象天然放射現(xiàn)象 原子核的組成原子核的組成 放射性的應用放射性的應用 天天然然放放射射現(xiàn)現(xiàn)象象放射性元素放射性元素_發(fā)出射線的現(xiàn)象發(fā)出射線的現(xiàn)象三種射線：三種射線：_、_、_衰變：衰變：2382389292UU2342349090Th+_Th+_衰變：衰變：2342349090ThTh2342349191Pa+_Pa+_半衰期：放射性元素的原子核有半衰期：放射性元素的

9、原子核有_發(fā)生發(fā)生衰變所需的時間衰變所需的時間衰變衰變自發(fā)地自發(fā)地射線射線 射線射線射線射線4 42 2HeHe0 0-1-1e e半數(shù)半數(shù)原原子子核核的的組組成成 發(fā)生核反應時發(fā)生核反應時_和和_都守恒都守恒質子質子中子中子統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為_核電荷數(shù)核電荷數(shù)=_=_質量數(shù)質量數(shù)= =質子數(shù)質子數(shù)+ +_核子核子質子數(shù)質子數(shù)中子數(shù)中子數(shù)電荷數(shù)電荷數(shù)質量數(shù)質量數(shù)放放射射性性的的應應用用 重核裂變：重核裂變：2352359292U+U+1 10 0n n 144 1445656Ba+Ba+89893636Kr+_Kr+_輕核聚變：輕核聚變：2 21 1H+H+3 31 1H H 4 42 2He+_H

10、e+_人工轉變人工轉變14147 7N+N+4 42 2HeHe17178 8O+ _O+ _4 42 2He+He+27271313AlAl30301515P+ _P+ _核核能能的的計計算算結合能：原子核分開成結合能：原子核分開成_時需要的能量時需要的能量比結合能：原子核的結合能與比結合能：原子核的結合能與_之比之比質能方程質能方程E=_E=_質量虧損：原子核的質量質量虧損：原子核的質量_組組 成它的核子的質量之和成它的核子的質量之和獲得核能獲得核能的途徑的途徑1 11 1H H1 10 0n n核子核子核子數(shù)核子數(shù)mcmc2 2小于小于3 31 10 0n n1 10 0n n一、核反應

11、方程的書寫原則及常見的核反應方程一、核反應方程的書寫原則及常見的核反應方程1.1.規(guī)則：核反應遵循質量數(shù)和電荷數(shù)守恒規(guī)則：核反應遵循質量數(shù)和電荷數(shù)守恒. .2.2.常見的核反應方程及相關內容常見的核反應方程及相關內容核反應式核反應式 與其相關的重要內容與其相關的重要內容 2382389292UU2342349090Th+Th+4 42 2HeHe 2342349090ThTh2342349191Pa+Pa+0 0-1-1e e 14147 7N+N+4 42 2HeHe17178 8O+O+1 11 1H H 9 94 4Be+Be+4 42 2HeHe12126 6C+C+1 10 0n n

12、 27271313Al+Al+4 42 2He He 30301515P+P+1 10 0n n 衰變實質衰變實質2 21 11 1H+2H+21 10 0nn4 42 2He He 衰變實質衰變實質1 10 0nn1 11 1H+H+0 0-1-1e e 質子的發(fā)質子的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)(1919(1919年年) ) 盧瑟福盧瑟福 中子的發(fā)中子的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)(1932(1932年年) ) 查德威克查德威克 人工放射性同人工放射性同位素的發(fā)現(xiàn)位素的發(fā)現(xiàn) 約里奧約里奧居里夫婦居里夫婦 核反應式核反應式 與其相關的重要內容與其相關的重要內容 30301515PP30301414Si+Si+0 01 1e e 235

13、2359292U+U+1 10 0n n90903838SrSr+ +1361365454Xe+10Xe+101 10 0n n2352359292U+U+1 10 0n n1441445656BaBa+ +89893636Kr+3Kr+31 10 0n n 2 21 1H+H+3 31 1HH4 42 2He+He+1 10 0n n 正電子的發(fā)正電子的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)(1934(1934年年) ) 約里奧約里奧居里夫婦居里夫婦 重核的裂變重核的裂變 輕核的聚變輕核的聚變 【典例【典例1 1】(2012(2012朝陽區(qū)高二檢測朝陽區(qū)高二檢測) )北京奧組委接受專家建議，北京奧組委接受專家建議，為成功舉

14、辦一屆為成功舉辦一屆“綠色奧運綠色奧運”，場館周圍，場館周圍80%80%90%90%的路燈將利的路燈將利用太陽能發(fā)電技術，奧運會用太陽能發(fā)電技術，奧運會90%90%的洗浴熱水將采用全玻璃真空的洗浴熱水將采用全玻璃真空太陽能集熱技術太陽能集熱技術. .太陽能是由太陽內部熱核聚變反應形成的，太陽能是由太陽內部熱核聚變反應形成的，其核反應主要是其核反應主要是( )( )A.A.3 31 1H+H+2 21 1HH4 42 2He+He+1 10 0n nB.B.14147 7N+N+4 42 2HeHe17178 8O+O+1 11 1H HC.C.2352359292U+U+1 10 0nn136

15、1365454Xe+Xe+90903838Sr+10Sr+101 10 0n nD.D.2382389292U U2342349090Th+Th+4 42 2HeHe【規(guī)范解答【規(guī)范解答】選選A.A.太陽內部核聚變是氫原子核的聚變，故太陽內部核聚變是氫原子核的聚變，故A A正正確；確；B B項中為實現(xiàn)原子核人工轉變的反應項中為實現(xiàn)原子核人工轉變的反應.C.C項中為重核裂變，項中為重核裂變，D D項中為項中為衰變，均不屬聚變反應衰變，均不屬聚變反應. .故故B B、C C、D D不正確不正確. .【變式訓練【變式訓練】完成下列四個核反應，并在方程式后面寫出方程完成下列四個核反應，并在方程式后面寫

16、出方程類型類型. .(1)(1)23523592921 10 090903838SrSr1361365454XeXe_1 10 0_(2)(2)2102108484Po Po 2062068282PbPb _ _ _(3)(3)2 21 1H+H+3 31 1HH4 42 2He+ _ _He+ _ _(4)(4)2392399292UU2392399393Np+ _ _Np+ _ _【解析【解析】(1)(1)23523592921 10 090903838SrSr1361365454XeXe 10101 10 0 裂變裂變(2)(2)2102108484Po Po 2062068282Pb

17、Pb 4 42 2He He 衰變衰變(3)(3)2 21 1H+H+3 31 1HH4 42 2He+He+1 10 0 n n聚變聚變(4(4)239)2399292UU2392399393Np+Np+0 0-1-1e e 衰變衰變答案答案: :見解析見解析二、放射性元素半衰期的性質和應用二、放射性元素半衰期的性質和應用1.1.放射性元素的半衰期只由元素本身的性質決定，與外界條件放射性元素的半衰期只由元素本身的性質決定，與外界條件無關無關. .2.2.應用放射性元素半衰期可計算剩余核數(shù)，剩余質量和確定時應用放射性元素半衰期可計算剩余核數(shù)，剩余質量和確定時間間. .(1)(1)剩余核數(shù)：剩余

18、核數(shù)：N=NN=N0 0 ; ;(2)(2)剩余質量：剩余質量：m=mm=m0 0 . .tT1( )2tT1( )2【典例【典例2 2】鈾】鈾238238的半衰期是的半衰期是4.54.510109 9年，假設一塊礦石中含有年，假設一塊礦石中含有2 kg2 kg鈾鈾238238，求：，求：(1)(1)經過經過4545億年后還剩下多少鈾億年后還剩下多少鈾238238；假設發(fā)；假設發(fā)生衰變的鈾生衰變的鈾238238均變成了鉛均變成了鉛206206，則此礦石中含有多少鉛；，則此礦石中含有多少鉛；(2)(2)若測出某塊礦石中的鈾、鉛含量比為若測出某塊礦石中的鈾、鉛含量比為119309119309，求此

19、礦石的，求此礦石的年齡年齡. .【規(guī)范解答【規(guī)范解答】(1)45(1)45億年即億年即4.54.510109 9年，由年，由m=mm=m0 0 知剩余的鈾知剩余的鈾238238質量為質量為m=2m=2 =1 kg =1 kg；在此；在此4545億年中將有億年中將有1 kg1 kg鈾鈾238238發(fā)生衰發(fā)生衰變并獲得了鉛變并獲得了鉛206206，故有，故有m= (mm= (m0 0-m).-m).則則m= kg=0.866 kgm= kg=0.866 kg，即礦石中含有鉛，即礦石中含有鉛0.866 kg.0.866 kg.(2)(2)設此礦石原來的質量為設此礦石原來的質量為m m0 0，年齡為，

20、年齡為t t，則現(xiàn)在剩余的鈾，則現(xiàn)在剩余的鈾238238為為m=mm=m0 0 ，那么在時間，那么在時間t t內發(fā)生了衰變的鈾內發(fā)生了衰變的鈾238238為為m m0 0-m=1- m-m=1- m0 0，tT1( )2tT1( )2206238206238tT1( )2tT1( )2設鉛設鉛206206的質量為的質量為m mx x，則，則所以現(xiàn)在礦石中的鈾、鉛含量之比為所以現(xiàn)在礦石中的鈾、鉛含量之比為解之得解之得t=2T=90t=2T=90億年億年. .答案答案: :(1)1 kg 0.866 kg (2)90(1)1 kg 0.866 kg (2)90億年億年tTx00 x23820620

21、61m1 ( )mmmm2382，即，tTtxT1( )m1192,m30920611 ( )2382【變式訓練【變式訓練】一個氡核一個氡核2222228686RnRn衰變成釙核衰變成釙核2182188484PoPo并放出一個粒并放出一個粒子，其半衰期為子，其半衰期為3.83.8天天.1 g.1 g氡經過氡經過7.67.6天衰變掉的質量，以及天衰變掉的質量，以及2222228686RnRn衰變成衰變成2182188484PoPo的過程放出的粒子是的過程放出的粒子是( )( )A.0.25 gA.0.25 g，粒子粒子 B.0.75 g,B.0.75 g,粒子粒子C.0.25 gC.0.25 g

22、，粒子粒子 D.0.25 gD.0.25 g，粒子粒子【解析【解析】選選B.B.由公式由公式m=mm=m0 0 知，氡剩余的質量為知，氡剩余的質量為故衰變掉的質量為故衰變掉的質量為(1- ) g=0.75 g(1- ) g=0.75 g反應前后由電荷數(shù)和質量數(shù)守恒知，放出的粒子為反應前后由電荷數(shù)和質量數(shù)守恒知，放出的粒子為He,He,即即粒粒子，故子，故B B正確正確. .tT1( )27.63.811m1 ( ) g g24 14三、核能的計算三、核能的計算核反應過程中存在質量虧損，根據(jù)愛因斯坦質能方程核反應過程中存在質量虧損，根據(jù)愛因斯坦質能方程E=mcE=mc2 2，質量虧損必然引起能量

23、的變化，兩種核反應都會，質量虧損必然引起能量的變化，兩種核反應都會向外釋放能量，計算核能的方法如下：向外釋放能量，計算核能的方法如下：1.1.質能方程質能方程E=mcE=mc2 2是計算釋放核能多少的主要方法，其關是計算釋放核能多少的主要方法，其關鍵是質量虧損鍵是質量虧損mm的確定的確定. .若若mm單位為單位為kg,kg,則則E=mcE=mc2 2若若mm單位為單位為u,u,則則E=mE=m931.5 MeV931.5 MeV2.2.如果在核反應中無光子輻射如果在核反應中無光子輻射, ,核反應釋放的核能全部轉化為核反應釋放的核能全部轉化為新核的動能和新粒子的動能新核的動能和新粒子的動能. .

24、在這種情況下計算核能的主要依在這種情況下計算核能的主要依據(jù)是據(jù)是: :(1)(1)核反應過程中只有內力作用核反應過程中只有內力作用, ,故動量守恒故動量守恒. .(2)(2)反應前后總能量守恒反應前后總能量守恒. .常見的反應類型常見的反應類型: :反應前總動能反應前總動能+ +反應過程中釋放的核能反應過程中釋放的核能= =反應反應后總動能后總動能. .【典例【典例3 3】2392399494PuPu核發(fā)生核發(fā)生衰變，變成鈾核，并放出能量為衰變，變成鈾核，并放出能量為E E=0.09 MeV=0.09 MeV的的光子光子. .試寫出衰變方程，計算出試寫出衰變方程，計算出粒子的能量粒子的能量.

25、.設設粒子的速度方向為正方向粒子的速度方向為正方向.(.(已知已知m mPuPu=239.051 223 u, =239.051 223 u, m mU U=235.043 94 u,m=235.043 94 u,m=4.004 05 u)=4.004 05 u)【規(guī)范解答【規(guī)范解答】根據(jù)質量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒，核反應方程為根據(jù)質量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒，核反應方程為2392399494PuPu2352359292U+U+4 42 2He+0.09 MeVHe+0.09 MeV. .衰變時，放出衰變時，放出 粒子，剩下的粒子，剩下的鈾核反沖，這個過程中動量守恒，能量也守恒鈾核反沖，這個過程中動量守

26、恒，能量也守恒. .則由能量守恒則由能量守恒得鈾核和得鈾核和粒子的總動能粒子的總動能E EkUkU+E+Ekk=(m=(mPuPu-m-mU U-m-m)c)c2 2-E-E 由動量守恒得由動量守恒得0=m0=mU Uv vU U+m+mv v 由由可得可得E Ekk=2.86 MeV=2.86 MeV答案答案: :2392399494PuPu2352359292U+U+4 42 2He+0.09 MeV 2.86 MeVHe+0.09 MeV 2.86 MeV【變式訓練【變式訓練】歷史上第一次利用加速器實現(xiàn)的核反應，是用加歷史上第一次利用加速器實現(xiàn)的核反應，是用加速后動能為速后動能為0.5

27、MeV0.5 MeV的質子的質子1 11 1H H轟擊靜止的轟擊靜止的A AZ ZX X，生成兩個動能均，生成兩個動能均為為8.9 MeV8.9 MeV的的4 42 2He.(1 MeVHe.(1 MeV=1.6=1.61010-13-13 J) J)(1)(1)上述核反應方程為上述核反應方程為_._.(2)(2)質量虧損為質量虧損為_kg._kg.【解析【解析】(1)(1)1 11 1H+H+7 73 3X X4 42 2He+He+4 42 2HeHe或或1 11 1H+H+7 73 3LiLi4 42 2He+He+4 42 2HeHe(2)mc(2)mc2 2=E=E末末-E-E初初，所以，所以mm= = =3.1 =3.11010-29-29 kg kg答案答案: :(1)(1)1 11 1H+H+7 73 3X X4 42 2He+He+4 42 2HeHe或或1 11 1H+H+7 73 3LiLi4 42 2He+He+4 42 2He (2)3.1He (2)3.11010-29-292EEc末初13282 8.90.51.6 10 kg3 10