第五章 原子核（单元复习课件）-【上好课】高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第三册）

第五章 原子核 人教版 选择性必修第三册 （复习与提升） 授课人：××× 1 目录 CONTENTS 1 知识清单 2 重点突破 3 核裂变和核聚变 4 原子核衰变的综合问题 2 01 知识清单 3 知识清单 天然放射现象：3种射线(α射线、β射线、γ射线)的本质和性质 探测射线的仪器：威耳逊云室 质子(___) 放射性元素 的衰变 意义：原子核_______放出某种粒子而转变为新核 α衰变： 衰变方程式 原子核的组成 中子(___) β衰变： 自发地 4 知识清单 放射性元素的衰变 规律：衰变过程遵守_______守恒、_______守恒、 动量守恒；释放的能量以放出粒子和反冲核的 动能及γ光子能量的形式表现出来 半衰期：大量原子核有____发生衰变需要的时间， 它由核_________的因素决定，与原子所处的物 理、化学状态_____ 人工 转变 质子的发现： 中子的发现： 放射性同位素和正电子的发现： 质量数 电荷数 半数 内部自身 无关 5 知识清单 核反应 与核能 核能 核反应 核力：短程力，只与_____核子发生作用 结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成 的，要把它们_____所需要的能量就是原子核的 结合能 比结合能(平均结合能)：比结合能越___，原子核 中核子结合得越牢固，原子核越稳定 爱因斯坦质能方程：E＝mc2或ΔE＝______ 重核的裂变： 轻核的聚变： “基本”粒子 邻近 分开 大 Δmc2 6 02 重点突破 7 原子核的衰变及半衰期 1.α衰变和β衰变的比较 α衰变 β衰变 衰变方程  X Y He  X Y e 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体 1个中子转化为1个质子和1个电子  H+ n He  n H e 匀强磁 场中轨 迹形状     衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 8 原子核的衰变及半衰期 2.半衰期 (1)定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,叫作这种元素的半衰期。 (2)意义:表示衰变的快慢。 (3)决定因素:放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化 学状态和外部条件无关。 (4)公式:N余=N原 ,m余=m原 。 提示：半衰期是统计规律,适用于对大量原子核的分析判断,凡是用“个”来描述的, 都不是大量原子核。 9 原子核的衰变及半衰期 【例题】自然界中一些放射性重元素往往会发生一系列连续的递次衰变，又称为放射 系或衰变链。每个衰变链都有一个半衰期很长的始祖核素，经过若干次连续衰变，直 至生成一个稳定核素。已知 的衰变链如图所示。下列判断中正确的是( ) A. 图中的横坐标表示核电荷数，纵坐标表示中子数 B. 衰变最终生成的稳定核素为 C. 衰变最终生成稳定核素，共有两种不同 的衰变路径 D. 衰变最终生成稳定核素，共发生了7次 衰变，2次 衰变 A 10 原子核的衰变及半衰期 解析:根据铀235具有92个质子和143个中子，可知图中的横坐标表示 核电荷数，纵坐标表示中子数，故A正确；由题图可知， 衰变最终 生成的稳定核素为，故B错误；衰变路径有4种，故C错误； 衰变最终生成稳定核素，经过 衰变的次数， 衰变的次数 ，故D错误。 11 原子核的衰变及半衰期 【例题5】　(2022·山东卷)碘125衰变时产生γ射线,医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天,若将一定质量的碘125植入患者病灶组织,经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的(　　) A. B. C. D. B 解析：设刚植入时碘的质量为m0,经过180天后的质量为m,根据m= m0,代入数据解得m=m0=m0=m0,B项正确。 12 核反应及核能的计算 1.核反应的四种类型 13 核反应　核反应类型 2.核能的计算方法 (1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。 (2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV/u计算。因1原子质量单位(1 u)相当于931.5 MeV，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。 (3)根据核子比结合能来计算核能 原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。 14 核反应　核反应类型 【例题】关于核反应的知识,下列说法正确的是 (　    ) A Rn Po+X,X是α粒子 B.中子轰击 U,一定能发生链式反应 C U n Ba Kr+ n是核裂变方程,也是氢弹的核反应方程 D U核的平均结合能大于 Ba核的平均结合能 解析：由质量数和电荷数守恒可得X是 He,A正确;发生链式反应,要求是慢中子,且 铀块的体积必须超过临界体积,B错误 U n→ Kr+ n是原子弹的核反应方 程,核反应过程中会释放核能,生成的 Ba核更稳定,可得 U核的平均结合能小于  Ba核的平均结合能,C、D均错误。   A 15 核反应　核反应类型 BC 16 核反应　核反应类型 17 03 核裂变和核聚变 18 核裂变和核聚变 (3)典型的核裂变反应方程 19 核裂变和核聚变 20 核裂变和核聚变 A 21 核裂变和核聚变 【例题】 原子核的比结合能与质量数的关系图像如图所示，下列说法 错误的是( ) C A. 原子核的结合能等于把其完全分解成自由 核子所需的最小能量 B. 比结合能越大，原子核越稳定 C. 核比核的比结合能小，所以 核比 核更稳定 D. 裂变成中等质量的核，会发生质量亏 损，释放能量 22 核裂变和核聚变 解析：根据结合能的定义可知，原子核的结合能等于使其完全分解成自 由核子所需的最小能量，故A正确；比结合能反映原子核的稳定程度，比 结合能越大，原子核越稳定，故B正确；由题图可知核比 核的比结 合能小，所以核比核更不稳定，故C错误； 裂变成中等质量的 核，会发生质量亏损，根据公式 ，要释放能量，故D正确。 23 04 原子核衰变的综合问题 24 磁场中的原子核衰变与动量守恒的综合问题 原子核衰变过程中， 粒子、 粒子和新原子核在磁场中的轨迹 静止的原子核在匀强磁场中自发衰变，其轨迹为两相切圆， 衰 变时两圆外切， 衰变时两圆内切，根据动量守恒定律 和知，半径小的为新核，半径大的为 粒子或 粒子，其特点 对比如表： 25 磁场中的原子核衰变与动量守恒的综合问题 衰变类型 衰变方程 匀强磁场中轨迹特点 衰变 _____________________________________________ 两圆外切， 粒子轨迹半径大 衰变 ____________________________________ 两圆内切， 粒子轨迹半径大 26 磁场中的原子核衰变与动量守恒的综合问题 【例题】多选原来静止在匀强磁场中的某种放射性元素的原子核，衰变后 产生的新核和 粒子在磁场中运动径迹如图所示，假定原子核 衰变时释 放的核能全部转化为核和 粒子的动能，已知核的动能为 ，光速为 ， 下列说法正确的是( ) ABC A. 衰变方程为，其中 粒子由 核中两个 中子和两个质子结合而成 B. 核和 粒子在磁场中运动方向都为逆时针方向 C. 该反应中质量亏损为 D. 核和 粒子运动的半径之比为 27 磁场中的原子核衰变与动量守恒的综合问题 解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，衰变方程为 ，其中 粒子由 核 中两个中子和两个质子结合而成，故A正确；根据左手定则，核和 粒子在磁场中运 动方向都为逆时针方向，故B正确；根据，，可得，衰 变后产生的核和 粒子动量大小相等，有，解得 粒子的动能 ，衰变后产生的核和 粒子总动能为，根据质 能方程有 ，解得质量亏损，故C正确；粒子在磁场中做匀速圆周 运动的半径 ，因为核和 粒子动量大小相等，所以有 ，故D错误。 28 磁场中的原子核衰变与动量守恒的综合问题 【例题】 在磁感应强度为 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次 衰变，放射出的 粒子 在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为。 以、分别表示 粒子的质量和电荷量，生成的新核用 表示。下面说法不正确的 是( ) A. 发生衰变后产生的 粒子与新核 在磁场中运动的轨迹正确的是图丙 B. 新核在磁场中运动的半径为 C. 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为 D. 若衰变过程中释放的核能都转化为 粒子和新核的动能，则衰变过 程中的质量亏损为 A 29 磁场中的原子核衰变与动量守恒的综合问题 解析：由动量守恒可知衰变后产生的 粒子与新核 运动方向相反，动量大小相等， 由可知 粒子运动半径大，由左手定则可知两粒子做圆周运动方向相同，轨 迹外切，丁图正确，故A错误；由 可知，新核在磁场中运动的半径 为 ，故B正确；圆周运动的周期为，环形电流为，故 C正确；对 粒子由洛伦兹力提供向心力可得，由质量关系可知衰变后新核 质量为，由衰变过程中动量守恒可得 ，则，系统增 加的能量为 ，由质能方程可得，联立解得衰变过程中 的质量亏损为 ，故D正确。 30 谢谢观看 THANK YOU FOR WATCHING 31 X→______＋He Y X→______＋e Y eq \o\al(1,1)H n N+He→____＋H O Be+He→____＋n C Al+He→_____＋n; P P→_____+e Si U+n→Ba＋Kr+_____ 3n H+H→He+_____ n 类　型 可控性 核反应方程典例 衰 变 α衰变 自发 U―→Th＋He β衰变 自发 Th―→Pa＋e 人工转变 人工控制 N＋He―→O＋H(卢瑟福发现质子) He＋Be―→C＋n(查德威克发现中子) Al＋He―→P＋n 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P―→Si＋e 重核裂变 比较容易进 行人工控制 U＋n―→Ba＋Kr＋3n U＋n―→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 很难控制 H＋H―→He＋n 【例题】 (多选)太阳辐射的总功率约为4×1026 W，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核(H)和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核(H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核(He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是(　　) A.X粒子是质子 B.X粒子的质量为939.6 MeV/c2 C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2 解析：由题中信息知核反应方程为H＋H→He＋n，X粒子为中子，A错误；由质量守恒定律可知，X粒子的质量m=(1 876.1+2 809.5－3 728.4－17.6) MeV/c2＝939.6 MeV/c2，B正确；由质能方程可知，太阳每秒因辐射损失的质量Δm＝＝ kg＝4.4×109 kg，C正确；太阳每秒放出的能量ΔE＝Pt＝4×1026×1 J＝ eV＝2.5×1045 eV，则太阳每秒因为辐射损失的质量Δm＝＝2.5×1039 MeV/c2，D错误。 1．重核裂变 (1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。 (2)特点 ①核裂变过程中能够放出巨大的能量。 ②核裂变的同时能够放出2或3个中子。 ③核裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变，有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率非常小。 2．轻核聚变 (1)定义 两个轻核结合成质量较大的核的核反应。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。 (2)特点 ①核聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比核裂变反应中平均每个核子放出的能量大3～4倍。 ②核聚变反应比核裂变反应更剧烈。 ③核聚变反应比核裂变反应更安全、清洁。 ④自然界中核聚变反应原料丰富。 (3)典型的核聚变反应方程 eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(3,1)H→eq \o\al(4,2)He＋eq \o\al(1,0)n＋17.6 MeV。 【例题】 (2023·湖南卷，1)2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是(　　) A.相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多 B.氘氚核聚变的核反应方程为H＋H→He＋e C.核聚变的核反应燃料主要是铀235 D.核聚变反应过程中没有质量亏损 $$