第16章 第3讲 原子核(课件PPT) -【赢在微点·顶层设计】2027年高中物理高考一轮总复习

第3讲 原子核 第十六章　原子结构　波粒二象性　原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 目 标 要 求 1.了解天然放射现象及三种射线的性质。2.了解原子核的衰变，掌握半衰期的概念，并会进行有关计算。3.了解四种核反应类型，能根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程。4.认识原子核的结合能与比结合能，能进行有关核能的计算。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 考点1　原子核的衰变　半衰期 考点2　核反应及核反应类型 内容 索引 温馨提示:点击标题链接相关内容 考点3　质量亏损及核能的计算 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 原子核的衰变　半衰期 赢在微点 物理 大一轮 考点1 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 5 必|备|知|识 1.原子核的组成：原子核是由 和 组成的，原子核的电荷数等于核内的 。 2.天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象，首先由 发现。天然放射现象的发现，说明 具有复杂的结构。 质子 中子 质子数 贝克勒尔 原子核 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 3.三种射线的比较。 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领 α射线 核 He +2e 4 u 最 最 β射线 e -e u 较强 较强 γ射线 光子 γ 0 0 最 最 氦 强 弱 电子 弱 强 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 4.原子核的衰变。 (1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 5.半衰期。 (1)公式：N余=N原，m余=m原。 (2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由 决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物) (填“有关”或“无关”)。 核内部自身的因素 无关 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 6.放射性同位素的应用与防护。 (1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质 (填“相同”或“不同”)。 (2)应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。 (3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。 相同 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)三种射线按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线( ) (2)β衰变中的电子来源于原子核外电子( ) (3)发生β衰变时，新核的电荷数不变( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例1】　(2025·九江模拟)碘131是碘元素的人工放射性同位素，医学上常用碘131(I)标记的玫瑰红钠盐和马尿酸钠作为肝、胆和肾等检查的扫描显像剂，其发生衰变的方程为I X+Y, 下列说法正确的是( ) 考向1 原子核的衰变 关|键|能|力 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 A.碘131发生的是β衰变 B.碘131的原子核内中子数比X粒子的原子核内中子数少一个 C.碘131在玫瑰红钠盐和马尿酸钠中的半衰期可能不相同 D.碘131原子核内有68个中子 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 由质量数守恒和电荷数守恒可知，Y是电子，碘131发生的是β衰变，A项正确；由质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为54，碘131原子核内的中子数为131-53=78，X粒子的原子核内中子数为131-54=77，碘131的原子核内中子数比X粒子的原子核内中子数多一个，B、D两项错误；半衰期不受外界物理环境及化合态的影响，则碘131在玫瑰红钠盐和马尿酸钠中的半衰期相同, C项错误。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 考向2 半衰期 【典例2】　(2025·广州模拟)铋是一种金属元素，元素符号为Bi，原子序数为83，位于元素周期表第六周期VA族，在现代消防、电气、工业、医疗等领域有广泛的用途。一个铋210核(Bi)放出一个β粒子后衰变成一个钋核(Po)，并伴随产生了γ射线。已知t=0时刻有质量为m的铋210核，t1时刻测得剩余m没有衰变，t2时刻测得剩余m没有衰变，则铋210核的半衰期为( ) A. B. C.t2-t1 D. 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 由半衰期定义可知m=m×，解得n=2，即t2-t1时间内经过2个半衰期，故半衰期τ=，D项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 核反应及核反应类型 赢在微点 物理 大一轮 考点2 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 18 关|键|能|力 1.核反应的四种类型。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 2.核反应方程式的书写规范。 (1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。 (2)掌握核反应遵循的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据。由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“ ”表示反应方向。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。注意：质量数守恒不是质量守恒，核反应过程中伴随着能量的释放，反应前后质量会变化，一般质量会亏损。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例3】　(2024·广东卷)我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”，其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素，科学家尝试使用核反应Y+Am X+2n产生该元素。关于原子核Y和质量数A，下列选项正确的是( ) A.Y为Fe，A=299 B.Y为Fe，A=301 C.Y为Cr，A=295 D.Y为Cr，A=297 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 根据核反应方程Y+Am X+2n，设Y的质子数为Z，根据电荷数守恒得Z+95=119+0，解得Z=24，即Y为Cr；根据质量数守恒，有54+243=A+2，解得A=295，C项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 质量亏损及核能的计算 赢在微点 物理 大一轮 考点3 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 28 必|备|知|识 1.核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力。 2.结合能：原子核是核子凭借 结合在一起构成的，要把它们分开需要的能量，叫作原子的结合能，也叫核能。 3.比结合能：原子核的结合能与 之比，叫作比结合能，也叫平均结合能。比结合能越 ，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 核力 核子数 大 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 4.核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE= 。原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE= 。 Δmc2 Δmc2 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)核力就是库仑力( ) (2)原子核的结合能越大，原子核越稳定( ) (3)核反应中，出现质量亏损，一定有核能产生( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 关|键|能|力 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计算。因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，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。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例5】　(多选)(2025·台州模拟)有研究发现中子n衰变后可转化成质子p和电子e，同时放出质量可视为零的反中微子。已知中子质量mn=939.57 MeV/c2，质子质量mp=938.27 MeV/c2，电子质量me=0.51 MeV/c2，c为光速，不考虑粒子之间的相互作用及中子的初动能。若质子的动量p=3×10-8 MeV·s·m-1。关于中子的衰变，下列说法正确的是 ( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 A.强相互作用是中子衰变成质子和电子的原因 B.中子衰变的核反应式为n p+e+ C.质子和电子的动量大小相等，方向相反 D.电子和反中微子的总动能约为0.747 MeV 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 弱相互作用是中子发生β衰变成质子和电子的原因，A项错误；根据质量数守恒与电荷数守恒可知中子衰变的核反应式为n p+e+，B项正确；中子衰变过程满足动量守恒，一个静止的中子衰变前其动量为零，衰变放出反中微子的质量可视为零,放出的质子和电子的总动量为零，故放出的质子和电子两者的动 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 量大小相等、方向相反，C项正确；中子衰变过程中释放的能量为ΔE=(mn-me-mp)c2=(939.57-0.51-938.27) MeV=0.79 MeV，一个静止的中子衰变过程中放出的质子动能为Ekp== MeV=0.043 2 MeV，中子衰变过程中电子和反中微子的总动能为ΔE-Ekp=0.747 MeV，D项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例6】　(2024·浙江卷)已知氘核质量为2.014 1 u，氚核质量为3.016 1 u，氦核质量为4.002 6 u，中子质量为1.008 7 u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol-1，氘核摩尔质量为2 g·mol-1，1 u相当于931.5 MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是( ) A.核反应方程式为H+H He+n B.氘核的比结合能比氦核的大 C.氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变 D.4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 核反应过程质量数和电荷数守恒，可知核反应方程式为H+H He+n，A项错误；此聚变反应为放能反应，所以氘核的比结合能比氦核的小，B项错误；氘核与氚核发生核聚变，它们间的距离达到10-15 m以内才可以发生核聚变，C项错误；一个氘核与一个氚核聚变反应过程，质量亏损为Δm=2.014 1 u+3.016 1 u-4.002 6 u-1.008 7 u=0.018 9 u，聚变反应释放的能量：ΔE=Δm×931.5 MeV= 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 审题指导 序号 信息读取 信息加工 1 氘与氚聚变成氦 核反应中质量数守恒、电荷数守恒 2 已知氘核、氚核、氦核及中子质量 质量亏损 3 氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变 判断核聚变发生的条件 失分 剖析 只重视核聚变发生的宏观条件，不熟悉微观条件 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 0.018 9 u×931.5 MeV≈17.6 MeV，4 g氘含有氘核的个数：N=NA =×6.0×1023 mol-1=1.2×1024，4 g氘完全参与聚变释放出能量：E=N·ΔE=1.2×1024×17.6 MeV≈2.11×1025 MeV，数量级为1025 MeV，D项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 把握高考微点，实现素能提升 完成——微练56 本部分内容讲解结束 (2)α衰变、β衰变。 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 XYHe XYe 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 中子转化为质子和电子 H+nHe nHe 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 UTh+He β衰变 自发 ThPa+e 人工 转变 人工 控制 N+HeO+H (卢瑟福发现质子) He+BeC+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 PSi+e 重核 裂变 比较容易进行人工控制 U+nBa+Kr+3n U+nXe+Sr+10n 轻核聚变 很难控制 H+HHe+n 【典例4】　(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列释放核能的反应方程，表述正确的有( ) A.HHHen是核聚变反应 B.HHHen是α衰变 C.UnBaKr+n是核裂变反应 D.UnXeSr+n是α衰变 HHHen是核聚变反应，而不是α衰变，A项正确，B项错误；UnBa+Kr+n是核裂变反应，C项正确；D项中是核裂变反应，D项错误。 $$