第五章 原子核（复习课件）物理人教版选择性必修第三册

第五章 原子核 人教版（2019）选择性必修 第三册 单元复习 单元学习目标 了解天然放射现象，理解三种射线（α、β、γ 射线）的本质、性质及其在磁场或电场中的偏转规律，知道原子核的组成。 理解原子核的衰变规律（α 衰变、β 衰变），能根据衰变方程分析原子核的变化，掌握半衰期的概念及其统计意义，了解其应用。 了解原子核的人工转变，知道质子、中子的发现过程，理解核反应方程的书写原则（电荷数守恒、质量数守恒）。 理解原子核的结合能、比结合能的概念，知道质量亏损与结合能的关系，能应用爱因斯坦质能方程进行相关计算，了解比结合能曲线的物理意义。 单元学习目标 了解核裂变与核聚变的特点，知道链式反应的条件和可控核聚变的研究现状，了解核能的利用方式及相关应用。 了解放射性同位素的应用（如示踪原子、医疗放疗等）与防护常识，认识核能开发的两面性，树立科学的能源观与安全意识。 1. 本章思维导图 2. 各节知识清单 3. 题型剖析及针对训练 4. 课堂巩固 5. 课堂总结 学习内容 一、本章思维导图 第五章 原子核 本章思维导图 第三章 热力学定律 二、各节知识清单 第五章 原子核 第1节 原子核的组成 一、天然放射现象 1.1896年，物理学家 发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线。玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种能够发出更强射线的新元素，命名为 。 2.物质发出 的性质称为放射性，具有 的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出 的现象，叫作天然放射现象。 3.原子序数 83的元素，都能自发地发出射线，原子序数___________ 83的元素，有的也能发出射线。 贝克勒尔 钋(Po)和镭(Ra) 射线 放射性 射线 大于 小于或等于 第1节 原子核的组成 二、射线的本质 1.α射线 (1)是高速 ，其组成与 原子核相同，符号为He，带电荷量为 ，质量是氢原子的4倍。 (2)速度可以达到光速的 。 (3)电离作用 ，穿透能力 ，在空气中只能前进 ，用一张纸就能把它挡住。 粒子流 氦 2e 强 较弱 几厘米 第1节 原子核的组成 二、射线的本质 2.β射线 (1)是高速 ，符号为e，带电荷量为 。 (2)它的速度可接近光速。 (3)电离作用 ，穿透能力 ，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的 。 电子流 -e 较弱 较强 铝板 3.γ射线 (1)是能量很高的 ，波长很短，波长在10-10 m以下。 (2)不带电，静止质量为0。 (3)电离作用 ，穿透能力 ，甚至能穿透几厘米厚的 和几十厘米厚的混凝土。 电磁波 更弱 更强 铅板 第1节 原子核的组成 三、原子核的组成 1.质子p (1)1919年，卢瑟福用 轰击氮原子核发现了质子。 (2)质子带 电，电荷量与一个 电荷量相等，质子的质量为mp= 1.672 621 898×10-27 kg。 2.中子n (1)卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与 相同，但不带电的粒子，称为中子， 通过实验证实了中子的存在，中子是原子核的组成部分。 (2)中子的质量为mn=1.674 927 471×10-27 kg。 α粒子 正 电子 质子 查德威克 第1节 原子核的组成 三、原子核的组成 3.原子核的组成：原子核由 和 组成，质子和中子统称为 。 4.原子核的符号   5.同位素：核中 相同而 不同的原子，在元素周期表中处于 ，它们互称为同位素。例如，氢有三种同位素氕、氘、氚，符号分别是、、。 质子 中子 核子 质子数 中子数 同一位置 第2节 放射性元素的衰变 一、原子核的衰变 1.定义：原子核自发地放出 或 ，而变成另一种原子核的变化。 2.衰变类型 (1)α衰变： 原子核放出α粒子的衰变。进行α衰变时，质量数 ，电荷数 ，的α衰变方程：+ 。 (2)β衰变： 原子核放出β粒子的衰变。进行β 衰变时，质量数 ，电荷数 ，的β衰变方程：+ 。 3.衰变规律：原子核衰变时 和 都守恒。 α粒子 β粒子 减少4 减少2 不变 加1 电荷数 质量数 第2节 放射性元素的衰变 二、半衰期 1.定义：放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间。 2.特点： (1)不同的放射性元素，半衰期 ，甚至差别非常大。 (2)放射性元素衰变的快慢是由 决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。 3.适用条件：半衰期描述的是 ，不适用于少数原子核的衰变。 半数 不同 核内部自身的因素 统计规律 第2节 放射性元素的衰变 三、核反应 1.核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生 或者发生状态变化的过程。 (1)条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。 (2)实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变。 新原子核 第2节 放射性元素的衰变 三、核反应 2.原子核人工转变的三大发现 (1)1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子，He→_____ 。 (2)1932年查德威克用α粒子轰击铍，发现了中子：He→ 。 (3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程AlHe→ ， Si+。 3.遵循规律： 守恒， 守恒。 P P 质量数 电荷数 第2节 放射性元素的衰变 四、放射性同位素及其应用　辐射与安全 1.放射性同位素 (1)定义：具有 的同位素。 (2)类型： 放射性同位素和 放射性同位素。 (3)与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的资源 ，放射强度容易 ，半衰期比较 ，因此放射性废料容易 ，获得了广泛的应用。 放射性 天然 人工 丰富 控制 短 处理 第2节 放射性元素的衰变 四、放射性同位素及其应用　辐射与安全 2.应用： (1)射线测厚仪：工业部门使用放射性同位素发出的射线来测厚度。 (2)放射治疗：利用放射性同位素发出的射线破坏癌细胞组织。 (3)培优、保鲜：利用放射性同位素放出的射线照射种子培育优良品种等。 (4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置。 3.辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有 作用。要防止 对空气、水源、用具等的污染。 破坏 放射性物质 第3节 核力与结合能 一、核力与四种基本相互作用 1.核力：原子核中的 之间存在一种很强的相互作用，即存在一种 。核力具有饱和性，每个核子只跟相邻核子发生核力作用，而不是与核内所有核子发生相互作用。 2.强相互作用 (1)强相互作用是 力，作用范围只有约 m。 (2)距离增大时，强相互作用急剧 。超过10-15 m，强相互作用不存在。 核子 核力 短程 10-15 减小 第3节 核力与结合能 一、核力与四种基本相互作用 3.弱相互作用 (1)弱相互作用是引起原子核 衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。 (2)弱相互作用是 力，其力程只有 m。 4.四种基本相互作用 β 短程 10-18 第3节 核力与结合能 二、结合能 1.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，也需要 ，这就是原子核的结合能。 2.比结合能 原子核的结合能与 之比，叫作比结合能，也叫作 结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越 ，原子核越 。 核力 能量 核子数 平均 牢固 稳定 第3节 核力与结合能 三、质量亏损 1.质量亏损：原子核的质量 组成它的核子的质量之和的现象，叫质量亏损。 2.质能方程 (1)爱因斯坦狭义相对论认为，质量亏损Δm与释放的核能ΔE之间的关系： 。 (2)扩展：质量为m的物体，所蕴含的能量E= 。 小于 ΔE=Δmc2 mc2 第4节 核裂变与核聚变 一、核裂变的发现 1.核裂变：铀核在被 轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变。 2.铀核裂变 用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是nKr+ 。 中子 3 第4节 核裂变与核聚变 一、核裂变的发现 3.链式反应 中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫作核裂变的 反应。 4.临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生 反应的 体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。 5.核裂变的能量：重核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以 能量。 链式 链式 最小 放出 第4节 核裂变与核聚变 二、反应堆与核电站 1.核电站：利用核能发电，它的核心设施是 ，它的主要组成部分： 组成部分 材料 作用 裂变材料(核燃料) (浓缩铀) 提供核燃料 减速剂(慢化剂) 、 或普通水(也叫轻水) 使裂变产生的快中子减速 控制棒 ______ 吸收中子，控制反应速度 热交换器 或液态的________ 传输热量 防护层 厚 层 防止放射线泄漏，对人体及其他生物体造成伤害 反应堆 铀棒 石墨 重水 镉棒 水 金属钠 水泥 第4节 核裂变与核聚变 二、反应堆与核电站 2.工作原理 (1)核燃料发生 释放能量，使反应区温度升高。 (2)能量输出：水或液态的金属钠等流体在反应堆内外 ，把反应堆内的 传输出去，用于 ，同时也使反应堆冷却。 3.核污染的处理 在反应堆的外面需要修建很厚的 ，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的 ，需要装入特制的容器， 。 核裂变 循环流动 热量 发电 水泥层 放射性 深埋地下 第4节 核裂变与核聚变 三、核聚变 1.定义：两个 结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 2.核反应方程(举例)：HHen+17.6 MeV。 3.条件：使轻核的距离达到 m以内。 方法：需要加热到很高的 ，因此核聚变又叫热核反应。 4.宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核 成氦核释放的 能。 5.人工热核反应的应用——氢弹 原理：首先由化学炸药引爆 ，再由 爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。 轻核 10-15 温度 聚变 核 原子弹 原子弹 第4节 核裂变与核聚变 三、核聚变 6.核聚变与核裂变的比较 (1)优点：①轻核聚变产能 ；②地球上核聚变燃料氘储量 ，而氚可利用锂来制取，足以满足核聚变的需要；③轻核聚变更为安全、清洁。 (2)缺点：核聚变需要的温度太 ，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。 7.受控核反应 现阶段有两种控制方法 和 。 效率高 丰富 高 磁约束 惯性约束 第5节 “基本”粒子 1.“基本粒子”不基本 在19世纪末，许多人认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，随着科学的进一步发展，科学家发现质子、中子也有着自己的复杂结构，于是“基本粒子”不再“基本”。 2.发现新粒子 (1)1932年发现正电子，1937年发现μ子，1947年发现K介子和π介子。之后又发现了质量比质子大很多的粒子，叫作超子。 (2)实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作 。 反粒子 第5节 “基本”粒子 3.粒子分类 按照粒子与各种相互作用的关系，可以将粒子分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子。 4.(1)夸克、夸克模型：1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作 。 (2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。 (3)意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。 (4)粒子物理标准模型是一整套关于 的理论。其中， 、 、 和 是组成物质的几类最基本的粒子。 夸克 粒子 夸克 轻子 规范玻色子 希格斯玻色子 三、题型剖析及针对训练 第五章 原子核 题型一：原子核的衰变及半衰期 1.α衰变和β衰变的比较 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He射出 1个中子转化为1个质子和1个电子 H+nHe nHe 匀强磁场中 轨迹形状 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 题型一：原子核的衰变及半衰期 2.三种射线的比较 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领 α射线 氦核 He +2e 4 u 较强 较弱 β射线 电子 e -e u 较弱 较强 γ射线 光子 γ 0 0 更弱 更强 题型一：原子核的衰变及半衰期 3.对半衰期的理解 (1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少量原子核没有意义。 (2)根据半衰期的概念，可总结出公式N余＝N原，m余＝m原。 4.衰变次数的计算方法 先根据质量数守恒确定α衰变次数，再根据电荷数守恒确定β衰变次数。 题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期 题型二：核反应及核能的计算 角度1 核反应方程的书写 1.核反应的四种类型 类　型 可控性 核反应方程典例 α衰变 自发 β衰变 自发 题型二：核反应及核能的计算 角度1 核反应方程的书写 1.核反应的四种类型 题型二：核反应及核能的计算 角度1 核反应方程的书写 2.核反应方程式的书写 (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)掌握核反应方程遵循的规律:质量数守恒，电荷数守恒。 (3)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。 题型二：核反应及核能的计算 角度2 核能的计算 1.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(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。 题型二：核反应及核能的计算 角度2 核能的计算 2.对质能方程的理解 (1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2。 (2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。 (3)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。 题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算 四、课堂巩固 第五章 原子核 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 五、课堂总结 第五章 原子核 五、课堂总结 你是否理解原子核的组成与结构，能区分质子、中子的基本性质，并掌握原子序数、质量数与核电荷数、核子数的关系？ 你是否掌握原子核的衰变规律（α 衰变、β 衰变），能正确书写衰变方程，理解半衰期的物理意义，并能应用其解决实际问题？ 你是否理解核力的性质与结合能、比结合能的概念，能分析核反应中的质量亏损，并利用质能方程进行相关计算？ 你是否了解核裂变与核聚变的概念、发生条件及典型应用，能结合能量转化规律分析两类核反应的特点与区别？ 你是否了解放射性现象与放射性同位素的应用，理解射线的种类、特性及其在生产生活、医疗、科研中的作用？ 五、课堂总结 你是否能区分原子核物理中的核反应类型（衰变、人工转变、裂变、聚变），理解核反应过程中的守恒定律（电荷数守恒、质量数守恒），并能分析相关问题？ UThHe ThPae 类　型 可控性 核反应方程典例 人工转变 人工控制 NHeOH(卢瑟福发现质子) HeBeCn(查德威克发现中子) AlHePn 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 PSie 重核裂变 比较容易 进行人工 控制 UnBaKr+n UnXeSr+1n 轻核聚变 很难控制 HHHen+17.6 MeV　　　　　　 $