2017年高考物理第十四章碰撞與動量守恒定律近代物理初步第4課時天然放射現(xiàn)象核反應(yīng)核能課件

1、第第4課時課時 天然放射現(xiàn)象天然放射現(xiàn)象 核反應(yīng)核反應(yīng) 核能核能 考點一 考點一 原子核的衰變及半衰期原子核的衰變及半衰期 1衰變規(guī)律及實質(zhì)衰變規(guī)律及實質(zhì) (1 )衰變和 衰變和衰變的比較衰變的比較 (2 )射線： 射線：射線經(jīng)常是伴隨著射線經(jīng)常是伴隨著 衰變或 衰變或衰變同時產(chǎn)生衰變同時產(chǎn)生 的的 2半衰期半衰期 半衰期的計算：根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式半衰期的計算：根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式 N 余余 N 原原， ，m 余余 m 原原.式中 式中N 原原、 、m 原原表示衰變前的放射性元 表示衰變前的放射性元 素的原子數(shù)和質(zhì)量，素的原子數(shù)和質(zhì)量，N 余余、 、m 余余表示衰變后尚未

2、發(fā)生衰變的 表示衰變后尚未發(fā)生衰變的 放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量， t表示衰變時間， 表示衰變時間，表示半衰表示半衰 期期 3衰變次數(shù)的確定方法衰變次數(shù)的確定方法 因為因為衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定衰衰 變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定衰變的次數(shù)衰變的次數(shù) 【例【例1】 (多選 多選)(2015衡水模擬衡水模擬)關(guān)于天然放射性，下列說關(guān)于天然放射性，下列說 法正確的是法正確的是( ) A所有元素都可能發(fā)生衰變 所有元素都可能發(fā)生衰變 B放射性元素的半衰期與外界的溫度無關(guān) 放射性元素

3、的半衰期與外界的溫度無關(guān) C放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性 放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性 D 、和和三種射線中，三種射線中，射線的穿透能力最強射線的穿透能力最強 E一個原子核在一次衰變中可同時放出 一個原子核在一次衰變中可同時放出、和和三種射線三種射線 解析：解析：原子序數(shù)大于或等于原子序數(shù)大于或等于 83 的元素，都能發(fā)生衰變，而的元素，都能發(fā)生衰變，而 原子序數(shù)小于原子序數(shù)小于83的部分元素能發(fā)生衰變，故的部分元素能發(fā)生衰變，故A錯誤；放射性錯誤；放射性 元素的衰變是原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，與核外電子的得失元素的衰變是原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，與核外電子的得失 及環(huán)

4、境溫度無關(guān)，故及環(huán)境溫度無關(guān)，故 B、 、C項正確；在項正確；在、三種射線中，三種射線中， 、為帶電粒子，穿透本領(lǐng)較弱，為帶電粒子，穿透本領(lǐng)較弱， 射線不帶電，具有較 射線不帶電，具有較 強的穿透本領(lǐng)，故強的穿透本領(lǐng)，故D項正確；一個原子核不能同時發(fā)生項正確；一個原子核不能同時發(fā)生 和 和 衰變，故 衰變，故E項錯誤項錯誤 答案：答案：BCD 1(2015北京卷北京卷)實驗觀察到，靜止在勻強磁場中實驗觀察到，靜止在勻強磁場中 A點的原點的原 子核發(fā)生子核發(fā)生衰變，衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速衰變，衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速 圓周運動，運動方向和軌跡示意如圖則圓周運動，運動方向

5、和軌跡示意如圖則( ) A軌跡 軌跡1是電子的，磁場方向垂直紙面向外是電子的，磁場方向垂直紙面向外 B軌跡 軌跡2是電子的，磁場方向垂直紙面向外是電子的，磁場方向垂直紙面向外 C軌跡 軌跡1是新核的，磁場方向垂直紙面向里是新核的，磁場方向垂直紙面向里 D軌跡 軌跡2是新核的，磁場方向垂直紙面向里是新核的，磁場方向垂直紙面向里 解析：解析：由動量守恒可知，原子核靜止在磁場中，發(fā)生由動量守恒可知，原子核靜止在磁場中，發(fā)生衰變后衰變后 m vm v 的新核與電子的動量大小相等，的新核與電子的動量大小相等， 方向相反方向相反 由由qBv， 得得R， RqB 粒子運動的半徑與電荷量成反比新核帶電量大于電

6、子，因此粒子運動的半徑與電荷量成反比新核帶電量大于電子，因此 R 較較 小，知軌跡小，知軌跡 2為新核軌跡，由左手定則可知，磁場方向垂直紙面向 為新核軌跡，由左手定則可知，磁場方向垂直紙面向 里里 答案：答案：D 2 考點二 考點二 核反應(yīng)與核反應(yīng)方程核反應(yīng)與核反應(yīng)方程 1核反應(yīng)的四種類型核反應(yīng)的四種類型 2.注意問題注意問題 (1) 核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用 單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接 (2) 核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，

7、不能憑空只依據(jù) 兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程 (3) 核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守 恒恒 【例【例2】 (多選 多選)(2015連云港質(zhì)檢連云港質(zhì)檢)能源是社會發(fā)展的能源是社會發(fā)展的 基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一下列釋放核基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一下列釋放核 能的反應(yīng)方程，表述正確的有能的反應(yīng)方程，表述正確的有( ) 4 解析：解析： 衰變時釋放出電子衰變時釋放出電子(e)， 衰變時釋放出氦原子核衰變時釋放出氦原子核(2He)， 0 1 可知選項可知選項 B

8、、 、D錯誤；選項錯誤；選項 A 中一個氚核和一個氘核結(jié)合成一個氦中一個氚核和一個氘核結(jié)合成一個氦 核并釋放出一個中子是典型的核聚變反應(yīng)；選項核并釋放出一個中子是典型的核聚變反應(yīng)；選項 C 中一個中一個 U235原 原 子核吸收一個中子，生成一個子核吸收一個中子，生成一個 Ba原子核和一個 原子核和一個 Kr原子核并釋放出 原子核并釋放出 三個中子是核裂變反應(yīng)，三個中子是核裂變反應(yīng)， A、 、C正確正確 答案：答案：AC 2(多選多選)(2016濮陽模擬濮陽模擬)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列 表述中正確的有表述中正確的有( ) 解析：解析：衰變是放射出氦核的天然

9、放射現(xiàn)象，選項衰變是放射出氦核的天然放射現(xiàn)象，選項 A正確； 正確； 衰變是放射出電子的天然放射現(xiàn)象，而衰變是放射出電子的天然放射現(xiàn)象，而 B是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的原是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的原 子核人工轉(zhuǎn)變，故選項子核人工轉(zhuǎn)變，故選項B錯誤；選項錯誤；選項C是輕核的聚變，選項是輕核的聚變，選項 D是 是衰變現(xiàn)象，故選項衰變現(xiàn)象，故選項C正確，正確，D錯誤錯誤 答案：答案：AC 考點三 考點三 質(zhì)量虧損及核能的計算質(zhì)量虧損及核能的計算 1核能核能 (1) 核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損 m，其能量也要 ，其能量也要 相應(yīng)減少，即相應(yīng)減少，即 E mc 2 . (2) 原子核分解成核子

10、時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量 增加增加 m，吸收的能量為，吸收的能量為 E mc 2 . 2核能釋放的兩種途徑的理解核能釋放的兩種途徑的理解 (1) 使較重的核分裂成中等大小的核使較重的核分裂成中等大小的核 (2) 較小的核結(jié)合成中等大小的核，核子的比結(jié)合能都會較小的核結(jié)合成中等大小的核，核子的比結(jié)合能都會 增加，都可以釋放能量增加，都可以釋放能量 【例【例3】 (2016 荊州模擬荊州模擬)若若U俘獲一個中子裂變成俘獲一個中子裂變成Sr及及 Xe兩種新核，且三種原子核的質(zhì)量分別為 兩種新核，且三種原子核的質(zhì)量分別為235.043 9 u、 、

11、89.907 7 u和 和135.907 2 u，中子質(zhì)量為 ，中子質(zhì)量為1.008 7 u(1 u 1.660 6 10 27 kg， ，1 u相當于相當于931.50 MeV/c2) (1) 寫出鈾核裂變的核反應(yīng)方程；寫出鈾核裂變的核反應(yīng)方程； (2) 求求9.2 kg純鈾純鈾235完全裂變所釋放的能量是多少完全裂變所釋放的能量是多少 (取兩 取兩 位有效數(shù)字位有效數(shù)字)? 1901361 解析：解析：(1) 235 U n Sr Xe 10 92038 540n (2) 因為一個鈾核裂變的質(zhì)量虧損因為一個鈾核裂變的質(zhì)量虧損 m(235.043 9 u 1.008 7 u)(89.907

12、7 u 135.907 2 u 10 1.008 7 u)0.150 7 u， 故故 9.2 kg 的鈾裂變后總的質(zhì)量虧損為的鈾裂變后總的質(zhì)量虧損為 M (6.02100.150 7 9.210 3 /235) u 3.5510 24 u， ， 所以所以 E Mc3.5510931.50 MeV3.310 MeV 1901361 答案：答案：(1) 235 U n Sr Xe 10 92038 540n 22427 23 (2)3.3 10 MeV 27 規(guī) 規(guī) 律律 總總 結(jié)結(jié) 求解核能問題的三種技巧求解核能問題的三種技巧 (1)根 根據(jù)據(jù)質(zhì)質(zhì)量量虧虧損損計計算算： E mc 2及 及1u相

13、相當當于于931.5 MeV/ c2. (2) 根據(jù)能量守恒和動量守恒計算根據(jù)能量守恒和動量守恒計算 (3) 在計算具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核發(fā)生核反應(yīng)在計算具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核發(fā)生核反應(yīng) 所釋放能量時常用到阿伏加德羅常數(shù)所釋放能量時常用到阿伏加德羅常數(shù) 3(2014海南卷海南卷)一靜止原子核發(fā)生一靜止原子核發(fā)生衰變，生成一衰變，生成一粒粒 子及一新核子及一新核粒子垂直進入磁感應(yīng)強度大小為粒子垂直進入磁感應(yīng)強度大小為B的勻強的勻強 磁場，其運動軌跡是半徑為磁場，其運動軌跡是半徑為R的圓已知的圓已知粒子的質(zhì)量為粒子的質(zhì)量為 m，電荷量為 ，電荷量為q，新核的質(zhì)量為，新核的質(zhì)量為M，

14、光在真空中的速度大，光在真空中的速度大 小為 小為c. 求衰變前原子核的質(zhì)量求衰變前原子核的質(zhì)量 解析：解析：設(shè)衰變產(chǎn)生的設(shè)衰變產(chǎn)生的 粒子的速度大小為粒子的速度大小為 v， ，由洛倫茲力公式和由洛倫茲力公式和 v2 牛頓第二定律得牛頓第二定律得 qvB m R . 設(shè)衰變后新核的速度大小為設(shè)衰變后新核的速度大小為 v1，衰變前后動量守恒，有 ，衰變前后動量守恒，有 0 Mv1 mv. 設(shè)衰變前原子核質(zhì)量為設(shè)衰變前原子核質(zhì)量為 M0，衰變前后能量守恒， ，衰變前后能量守恒， 1 2 1 22 有有 M0 c Mc Mv mc mv ， 22 22 2 ? ?（qBR）? ? 解得解得 M0 (

15、Mm)? ?12? ?. 2Mmc ? ? ? 2 ? ?（qBR）? ? 答案：答案：(Mm)? ?12? ? 2 Mmc ? ? ? 方 方 法法 技技 巧巧 思思 維維 提提 升升 核反應(yīng)與動量守恒定律的綜合應(yīng)用核反應(yīng)與動量守恒定律的綜合應(yīng)用 在原子核的衰變、核反應(yīng)中粒子與原子核組成的系統(tǒng)不在原子核的衰變、核反應(yīng)中粒子與原子核組成的系統(tǒng)不 受外力作用，類似于宏觀上物體的炸裂或物體的碰撞，受外力作用，類似于宏觀上物體的炸裂或物體的碰撞， 一般滿足動量守恒定律對于此類問題，首先應(yīng)認真分一般滿足動量守恒定律對于此類問題，首先應(yīng)認真分 析題目情景，寫出核反應(yīng)方程，分清前、后狀態(tài)，然后析題目情景，

16、寫出核反應(yīng)方程，分清前、后狀態(tài)，然后 運用動量的觀點、能量的觀點及動力學(xué)觀點解決問題運用動量的觀點、能量的觀點及動力學(xué)觀點解決問題 典例 典例 一靜止的氡核一靜止的氡核(Rn)發(fā)生發(fā)生衰變，放出一個速度為衰變，放出一個速度為 v0、質(zhì)量為、質(zhì)量為m的的粒子和一個質(zhì)量為粒子和一個質(zhì)量為 M的反沖核釙 的反沖核釙(Po)， 若氡核發(fā)生衰變時，釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為若氡核發(fā)生衰變時，釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為 粒子和釙 粒子和釙 核的動能核的動能 (1) 寫出衰變方程；寫出衰變方程； (2) 求出反沖核的速度；求出反沖核的速度； (3) 求出這一衰變過程中虧損的質(zhì)量求出這一衰變過程中虧損的質(zhì)量 思路導(dǎo)引 思路導(dǎo)引 (1 )衰變的實質(zhì)是原子核釋放出一個 衰變的實質(zhì)是原子核釋放出一個 粒子， 粒子， 滿足電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒滿足電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒 (2) 發(fā)生一次衰變虧損的質(zhì)量可用發(fā)生一次衰變虧損的質(zhì)量可用 E mc 2 計算計算 2222184 解析：解析：(1) 86 Rn 84Po2He (2) 設(shè)釙核的反沖