高考物理 原子核課件

自主學習1 電子的發(fā)現(xiàn) 1897年 通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子 從而說明電子是原子的組成部分 即原子是可再分的 湯姆生 2 核式結構模型 1 1909 1911年 英國物理學家進行了 粒子散射實驗 提出了核式結構模型 2 粒子散射實驗 實驗裝置 如圖所示 盧瑟福 實驗條件 金箔是由重金屬原子組成 很薄 厚度接近單原子的直徑 全部設備裝在真空環(huán)境中 因為 粒子很容易使氣體電離 在空氣中只能前進幾個厘米 顯微鏡可在底盤上旋轉 要在360 的范圍內進行觀察 實驗結果 粒子穿過金箔后 絕大多數(shù)沿前進 少數(shù)發(fā)生偏轉 極少數(shù)偏轉角度大于90 甚至被彈回 原方向 較大角度 3 核式結構模型 原子中心有一個很小的 叫做原子核 原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里 帶負電的在核外空間繞核旋轉 電子 核 深化拓展盧瑟福對 粒子散射實驗的解釋 1 用 粒子作為 炮彈 的理由 質量和速度都較大 可以使熒光物質發(fā)光 2 選用金箔作為 靶子 的理由 金原子核的電荷量較大 金原子核的質量較大 與 粒子作用可視為靜止 金的延展性好 可制成很薄的箔 能減少 粒子與金原子核發(fā)生二次碰撞的可能性 3 電子質量遠遠小于 粒子的質量 電子質量約為 粒子質量的1 7300 對 粒子的運動基本沒有影響 使 粒子發(fā)生大角度散射的只能是原子中帶正電的部分 因為原子核很小 原子的大部分空間是空的 大部分 粒子穿過金箔時離核很遠 受到的庫侖力很小 運動幾乎不受影響 只有少數(shù) 粒子從原子核附近飛過 受到原子核的庫侖力較大 才發(fā)生較大角度的偏轉 離原子核越近的 粒子受到的庫侖力越大 偏轉角越大 針對訓練如下圖所示 X表示金的原子核 粒子射向金核時被散射 設入射時的動能相同 其偏轉軌道可能是圖中的 解析 粒子受庫侖斥力而偏轉 斥力的方向沿X與 粒子的連線方向 且 粒子離原子核越近 偏轉角越大 如圖所示 故D正確 答案 D 自主學習1 定義 元素地放出射線的現(xiàn)象 由法國物理學家貝克勒爾在1896年發(fā)現(xiàn) 2 原子核的衰變 放射性元素的在放出某種粒子后 本身變成新原子核的變化 1 衰變 新核的數(shù)少2 數(shù)少4 2 衰變 新核的數(shù)增加1 數(shù)不變 3 衰變是伴隨 衰變或 衰變同時發(fā)生的 自發(fā) 原子核 電荷 質量 電荷 質量 3 半衰期 放射性元素原子核有發(fā)生衰變所需的時間 1 對大量原子核而言 是一種統(tǒng)計規(guī)律 對少量原子核研究沒有意義 剩余原子核數(shù)目n剩 n原 1 2 t 其中t為衰變時間 2 半衰期由放射性元素原子核內部的因素決定 跟原子所處的物理狀態(tài) 如壓強 溫度等 或化學狀態(tài) 如單質 化合物等 無關 不同的放射性元素半衰期不同 3 放射性同位素的應用 利用它的射線 作為示蹤原子 半數(shù) 本身 深化拓展原子核的衰變1 三種衰變的實質 1 衰變實質 原子核中兩個中子和兩個質子組成 粒子 發(fā)生一次 衰變 新元素與原元素比較 核電荷數(shù)少2 質量數(shù)少4 即 2 衰變實質 原子核中一個中子變成質子時放出一個電子 發(fā)生一次 衰變 新元素與原元素比較 核電荷數(shù)增加1 質量數(shù)不變 即 3 衰變 衰變是伴隨著 衰變和 衰變同時發(fā)生的 衰變不改變原子核的電荷數(shù)和質量數(shù) 2 三種射線的比較 3 衰變次數(shù)的確定特點 衰變一次原子核質量數(shù)少4 衰變不改變原子核的質量數(shù) 先確定 衰變的次數(shù)后 再確定 衰變的次數(shù) 方法 設放射性元素X經過n次 衰變和m次 衰變后為穩(wěn)定的新元素Y 則核反應的方程為 4 對半衰期的理解 1 放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間稱為半衰期 它是大量原子核發(fā)生衰變的一種統(tǒng)計規(guī)律 對單個或少數(shù)原子核無意義 2 半衰期由核內部因素決定 與原子所處的物理或化學狀態(tài)無關 3 若用N表示尚未衰變的原子核數(shù) N0表示衰變前的原子核數(shù) t表示衰變的時間 表示半衰期 則有N 由于元素的質量與其相對原子質量成正比 所以若用m0表示衰變前的物質的質量 m表示未衰變的物質的質量 上式可變?yōu)閙 針對訓練 朝核危機 引起全球矚目 其焦點就是朝鮮核電站采用輕水堆還是重水堆 重水堆核電站在發(fā)電的同時還可以生產出可供研制核武器的钚239 Pu 這種钚239可由鈾239 U 經過n次 衰變而產生 則n為 A 2B 239C 145D 92解析 由 衰變規(guī)律 質量數(shù)不變 質子數(shù)增加1 Pu比U質子增加2 所以發(fā)生2次 衰變 答案 A 自主學習1 核反應 某種元素的原子核變?yōu)榱硪环N元素原子核的過程 2 核能 由于原子核間存在 所以原子核分裂成核子或核子結合成原子核都伴隨著巨大的變化 這種能量叫原子的結合能 稱為核能 核力 能量 3 質量虧損 組成原子核的核子的質量與原子核的質量 或參加核反應的原子核總質量與生成新原子核的總質量之差 4 愛因斯坦質能方程 E 若原子核質量虧損 m 對應釋放的能量為 E 5 獲得核能的途徑 重核 輕核 之差 mc2 mc2 裂變 聚變 深化拓展典型的核反應方程 特別提醒 1 表示原子核的符號中 左下角Z表示核的電荷數(shù) 左上角A表示核的質量數(shù) 2 原子核的質子數(shù) 核電荷數(shù) 原子序數(shù) 中性原子的核外電子數(shù) 質量數(shù) 核子數(shù) 一中子數(shù) 規(guī)律方法1 熟記常見基本粒子的符號 是正確書寫核反應方程的基礎 如質子 中子 粒子 粒子 正電子 氘核 氚核 等 2 掌握核反應方程遵守的規(guī)律 是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據(jù) 所以要理解應用好質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律 3 熟悉核反應的四種基本類型 可以幫助我們理清思路 很快寫出正確的核反應方程 特別提醒 1 核反應方程一般都不是可逆的 所以核反應方程只能用單向箭頭表示反應方向 不能用等號連接 2 核反應生成物一定要以實驗為基礎 不能只依兩個守恒杜撰出生成物來臆造核反應方程 例1某原子核吸收一個中子后 放出一個電子 分裂為兩個 粒子 由此可知 A A 7 Z 3B A 7 Z 4C A 8 Z 3D A 8 Z 4 思維點拔 只要寫出此核反應的核反應方程式便可得出正確答案 解析 其核反應方程為 由核反應方程的質量數(shù)守恒和電荷數(shù)定恒可知 A 1 4 2 Z 2 2 1 解得A 7 Z 3 答案 A 總結提升 無論寫哪種類型的核反應方程 都應注意以下幾點 1 必須遵守電荷數(shù)守恒 質量數(shù)守恒規(guī)律 有的還要考慮能量守恒規(guī)律 如裂變和聚變方程常含能量項 2 核反應方程中的箭頭 表示反應進行的方向 不能把箭頭寫成等號 3 寫核反應方程必須要有實驗依據(jù) 決不能毫無根據(jù)地編造 2009 安徽理綜 原子核聚變可望給人類未來提供豐富的潔凈能源 當氘等離子體被加熱到適當高溫時 氘核參與的幾種聚變反應可能發(fā)生 放出能量 這幾種反應的總效果可以表示為 由平衡條件可知 A k 1 d 4B k 2 d 2C k 1 d 6D k 2 d 3 解析 本題考查的是原子核反應方程的有關知識 意在考查考生對核反應過程中質量和電荷數(shù)守恒這一知識點的理解和應用能力 根據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知 解得 k 2 d 2 故B正確 答案 B 例2 2008 皖南八校聯(lián)考 目前 在居室裝修中經常用到花崗巖 大理石等裝飾材料 這些巖石都不同程度地含有放射性元素 從而放射出 射線 會導致細胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病 根據(jù)有關放射性知識可知 下列說法正確的是 A 氡的半衰期為3 8天 若取4個氡原子核 經7 6天后就一定剩下一個原子核了B 衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子所產生的C 射線一般伴隨著 或 射線產生 在這三種射線中 射線的穿透能力最強 電離能力最弱D 發(fā)生 衰變時 生成核與原來的原子核相比 中子數(shù)減少了4 解析 半衰期是統(tǒng)計規(guī)律 需對大量原子核而言 選項A錯誤 原子核內不可能有電子存在 衰變釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子所產生的 選項B正確 由三種射線的特性可知 選項C正確 發(fā)生 衰變時新生成的原子核質子數(shù)減少2 質量數(shù)減少4 中子數(shù)減少2 選項D錯誤 答案 BC 分析 此類題目的特點是對基本知識點加以理解應用 對考點要求的基本知識點要非常熟悉 2008 高考天津理綜 一個氡核Rn衰變成釙核Po并放出一個粒子 其半衰期為3 8天 1g氡經過7 6天衰變掉氡的質量 以及Rn衰變成Po的過程放出的粒子是 A 0 25g 粒子B 0 75g 粒子C 0 25g 粒子D 0 75g 粒子解析 7 6天是兩個半衰期 剩下的質量占原來的1 4 1g氡衰變掉的質量為0 75g 又由質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知 放出的粒子質量數(shù)是4 核電荷數(shù)是2 該粒子是 粒子 因而B對 答案 B 規(guī)律方法 1 應用 E mc2 先計算質量虧損 m 注意 m的單位1u 1 66 10 27kg 1u相當于931 5MeV的能量 u是原子質量單位 2 核反應遵守動量守恒和能量守恒定律 因此我們可以結合動量守恒和能量守恒定律來計算核能 特別提醒 1 質量數(shù)與質量是兩個不同的概念 核反應中質量數(shù) 電荷數(shù)都守恒 但核反應中依然有質量虧損 2 愛因斯坦的質能方程反映了原子質量虧損和釋放出核能這兩種現(xiàn)象之間的聯(lián)系 并不表示質量和能量之間的轉變關系 即 核反應中的質量虧損 并不是這部分質量消失或質量轉化為能量 質量虧損也不是核子個數(shù)的減少 核反應中核子的個數(shù)是不變的 3 質量虧損并不否定質量守恒定律 例3一個靜止的氡核Rn 放出一個 粒子后衰變?yōu)獒暫薖o 假設放出的核能完全轉變?yōu)獒暫伺c 粒子的動能 已知M氡 222 08663u m 4 0387u M釙 218 0766u 1u對應的能量為931 5MeV 1 寫出上述核反應方程 2 求出發(fā)生上述核反應放出的能量 2 確定釙核與 粒子的動能 解析 2 質量虧損 m 222 08663u 4 00387u 218 0766u 0 00616u E 0 00616u 931 5MeV 5 74MeV 3 設 粒子 釙核的動能分別為Ek Ek釙 動量分別為p p釙 由能量守恒定律得 E Ek Ek釙 由動量守恒定律得 0 p p釙 又Ek 故Ek Kk釙 218 4 聯(lián)立 解得Ek釙 0 1MeV Ek 5 64MeV 答案 見解析 總結提升 還可用能量守恒定律動量定恒定律代替上面的 解得 2009 海南高考 钚的放射性同位素Pu靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)U 和 粒子 而鈾核激發(fā)態(tài)U 立即衰變?yōu)殁櫤薝 并放出能量為0 097MeV的 光子 已知 Pu U和 粒子的質量分別為mPu 239 0521u mU 235 0439u