2017 2018高中創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理粵教版選修3 5課件第四章原子核章末整合提升

1、章末整合提升章末整合提升 一、對(duì)核反應(yīng)方程及類型的理解一、對(duì)核反應(yīng)方程及類型的理解 1四類核反應(yīng)方程的比較四類核反應(yīng)方程的比較 名稱名稱 衰變衰變 衰變衰變 衰變衰變 核反應(yīng)方程核反應(yīng)方程 2382344 92U 90Th2He 0234234 90Th 91Pa1e 時(shí)間時(shí)間 1896年年 其它其它 貝克貝克 勒爾勒爾 原子彈原子彈 原理原理 裂變裂變 235190136 92U0n38Sr 54Xe 1100n141 MeV 1938年年 聚變聚變 2341H1H2He 10n17.6 MeV 27430113Al2He15P0n 0303015P14Si1e 氫彈氫彈 原理原理 約里奧約

2、里奧 居里夫婦居里夫婦 盧瑟福盧瑟福 人工人工正電子正電子 1934年年 1919年年 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 發(fā)現(xiàn)質(zhì)子發(fā)現(xiàn)質(zhì)子 發(fā)現(xiàn)中子發(fā)現(xiàn)中子 144171 7N2He 8O1H 941214Be2He 6C0n 1932年年 查德威克查德威克 2.解題時(shí)注意事項(xiàng)解題時(shí)注意事項(xiàng) (1)熟記一些粒子的符號(hào)熟記一些粒子的符號(hào) 41粒子粒子(2He)、質(zhì)子、質(zhì)子(1H或或 012P)、中子、中子(0n)、電子、電子(1e)、氘核、氘核(1H)、3氚核氚核(1H) (2)注意在核反應(yīng)方程中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的；在解有關(guān)注意在核反應(yīng)方程中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的；在解有關(guān)力學(xué)綜合問(wèn)題時(shí)，還有動(dòng)量守恒和能量守恒

3、力學(xué)綜合問(wèn)題時(shí)，還有動(dòng)量守恒和能量守恒 【例【例1】 在下列四個(gè)核反應(yīng)中，在下列四個(gè)核反應(yīng)中，X表示中子的是表示中子的是_； 屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變的是屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變的是_ 14417A. 7N2He 8OX 27430B.13Al2He15PX 234C.1H1H2HeX 23590136D. 92UX38Sr 54Xe10X 答案答案 BCD AB 解析解析 在核反應(yīng)中，不管是什么類型的核反應(yīng)，都遵守電荷數(shù)守恒在核反應(yīng)中，不管是什么類型的核反應(yīng)，都遵守電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，據(jù)此，可以判斷未知粒子屬于什么粒子，在和質(zhì)量數(shù)守恒，據(jù)此，可以判斷未知粒子屬于什么粒子，在A選項(xiàng)選項(xiàng)中，未知粒子

4、的質(zhì)量數(shù)為：中，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：14417x，x1，其電荷數(shù)為：，其電荷數(shù)為：7128y，y1，即未知粒子是質(zhì)子，即未知粒子是質(zhì)子(1H)；在；在B選項(xiàng)中，未知粒子選項(xiàng)中，未知粒子的質(zhì)量數(shù)：的質(zhì)量數(shù)：27430 x，x1，其電荷數(shù)為：，其電荷數(shù)為：13215y，y10，所以是中子，所以是中子(0n)；在；在C選項(xiàng)中，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：選項(xiàng)中，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：23D14x，x1，電荷數(shù)為：，電荷數(shù)為：112y，y0，也是中子，也是中子(0n)；在；在選項(xiàng)中，未知粒子質(zhì)量數(shù)為選項(xiàng)中，未知粒子質(zhì)量數(shù)為235x9013610 x，x1，電荷數(shù)，電荷數(shù)1為：為：92y385410 y，y0，也

5、是中子，也是中子(0n)，故方程中，故方程中X是中是中子的核反應(yīng)為子的核反應(yīng)為B、C、D.其中其中A、B為原子核的人工轉(zhuǎn)變?yōu)樵雍说娜斯まD(zhuǎn)變 針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練1 完成下列核反應(yīng)方程完成下列核反應(yīng)方程 14417A. 7N2He 8O_ 3030B.15P14Si_ 235190136C. 92U0n38Sr 54Xe_ 231D.1H1H_0n 其中屬于衰變的是其中屬于衰變的是_， 屬于人工轉(zhuǎn)變的是屬于人工轉(zhuǎn)變的是_，屬于裂變的是屬于裂變的是_，屬于聚變的是，屬于聚變的是_ 答案答案 11H 01e 14100n 2He B A C D 解析解析 根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可完成核反應(yīng)方程，然

6、后根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可完成核反應(yīng)方程，然后由核反應(yīng)的類型即可判斷出反應(yīng)的類型由核反應(yīng)的類型即可判斷出反應(yīng)的類型 二、半衰期及衰變次數(shù)的計(jì)算二、半衰期及衰變次數(shù)的計(jì)算 1半衰期半衰期 放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間 ? ?1? ?n? ? ? ?計(jì)算公式：計(jì)算公式：NN02或或? ? ? ? ?1? ?n? ? ? ?mm02， 其中其中? ? ? ?tn，T1/2為半衰期為半衰期 T1/22確定衰變次數(shù)的方法確定衰變次數(shù)的方法 0AA4(1)ZXZYn2Hem1e 根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得 AA4 n，ZZ2

7、 nm 二式聯(lián)立求解得二式聯(lián)立求解得衰變次數(shù)衰變次數(shù)n和和衰變次數(shù)衰變次數(shù)m . (2)根據(jù)根據(jù)衰變和衰變和衰變衰變(衰變質(zhì)量數(shù)不變衰變質(zhì)量數(shù)不變)直接求解直接求解 【例【例2】 恒星向外輻射的能量來(lái)自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng)，恒星向外輻射的能量來(lái)自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng)，當(dāng)溫度達(dá)到當(dāng)溫度達(dá)到10 K時(shí)，可以發(fā)生時(shí)，可以發(fā)生“氦燃燒氦燃燒” 48完成完成“氦燃燒氦燃燒”的核反應(yīng)方程：的核反應(yīng)方程：2He_4Be. 84Be8是一種不穩(wěn)定的粒子，是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為其半衰期為2.6107.8101616 s 一定質(zhì)量一定質(zhì)量8的的4Be，經(jīng)，經(jīng) s8后所剩下的后所剩下的4Be占開(kāi)

8、始時(shí)的占開(kāi)始時(shí)的_ 答案答案 解析解析 42He 1(或或12.5 %) 8或或 ；由題意；由題意4由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得答案為由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得答案為2He8個(gè)半衰期，故剩余的個(gè)半衰期，故剩余的4Be可知經(jīng)過(guò)了可知經(jīng)過(guò)了3的質(zhì)量的質(zhì)量? ?1? ?13mm0? ?2? ? m0，8? ? ? ?1故應(yīng)填故應(yīng)填 或或12.5 %. 8針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練2 238放射性元素放射性元素 92U衰變有多種可能途徑，其中一種途徑衰變有多種可能途徑，其中一種途徑代表某種元代表某種元210210是先變成是先變成 83Bi，而，而 83Bi210可以經(jīng)一次衰變變成可以經(jīng)一次衰變變成 aX(X b和和8

9、1Tl b210素素)，也可以經(jīng)一次衰變變成，也可以經(jīng)一次衰變變成81Tl， aX206最后都變成最后都變成 82Pb，衰變路徑如圖衰變路徑如圖1所示則所示則 ( ) 圖圖1 Aa82，b211 210210B. 83Bi aX210210C. 83Bi aX bD.81Tl是是是是210 b衰變，衰變， 83Bi81Tl210 b衰變，衰變， 83Bi81Tl206衰變變成衰變變成 82Pb 是是衰變衰變 是是衰變衰變 經(jīng)過(guò)一次經(jīng)過(guò)一次答案答案 B 解析解析 210210由由 83Bi aX，質(zhì)量數(shù)不變，質(zhì)量數(shù)不變，說(shuō)明發(fā)生的是說(shuō)明發(fā)生的是衰變，衰變，同時(shí)知同時(shí)知a210 b84.由由 83

10、Bi81Tl是核電荷數(shù)減是核電荷數(shù)減2，說(shuō)明發(fā)生的是，說(shuō)明發(fā)生的是衰變，同時(shí)知衰變，同時(shí)知發(fā)生了一次發(fā)生了一次衰變故選衰變故選B. 206206b206，由，由 81Tl 82Pb三、核能的計(jì)算方法三、核能的計(jì)算方法 1利用質(zhì)能方程來(lái)計(jì)算核能利用質(zhì)能方程來(lái)計(jì)算核能 (1) 首先根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損 m . (2)再根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程Emc2或 E mc2計(jì)算核能方程 E mc2中若 m的單 位用“kg” 、c的單位用“m/s” ，則 E的單位為的單位為“J” ；若 m的單位用的單位用“u” ，可直接用質(zhì)量與能量的關(guān)系式1 u 相當(dāng)于931.5 MeV推算 E，此時(shí) E的單

11、位為的單位為“兆電子伏兆電子伏 (MeV)” ，即原子質(zhì)量單位 1 u對(duì)應(yīng)的能量為931.5 MeV. 2利用平均結(jié)合能來(lái)計(jì)算核能利用平均結(jié)合能來(lái)計(jì)算核能 原子核的結(jié)合能核子的平均結(jié)合能核子數(shù)核反應(yīng)原子核的結(jié)合能核子的平均結(jié)合能核子數(shù)核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該核反應(yīng)所釋放所有新核的總結(jié)合能之差，就是該核反應(yīng)所釋放(吸收吸收)的的核能核能 【例【例3】 試試計(jì)算用計(jì)算用9粒子轟擊鈹粒子轟擊鈹(4Be)核發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)中所釋核發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)中所釋放的能量放的能量(已知鈹核、碳核、已知鈹核、

12、碳核、粒子和中子的質(zhì)量分別為粒子和中子的質(zhì)量分別為mBe9.012 19 u，mC12.000 u，m4.002 6 u，mn1.008 665 u1 u1.660 5661027 kg) 13答案答案 5.705 MeV(或或9.1510解析解析 J) 94121核反應(yīng)方程為核反應(yīng)方程為4Be2He 6C0n E，核反應(yīng)中的質(zhì)，核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為量虧損為 mmBemmCmn9.012 19 u4.002 6 u12.000 0 u1.008 665 u0.006 125 u， E mc0.006 125931.5 MeV5.705 MeV或或 E0.006 1251.660 5661027

13、2(310) J9.15108 213 J. 針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練3 已知氘核的平均結(jié)合能為已知氘核的平均結(jié)合能為1.1 MeV，氦核的平均結(jié)合，氦核的平均結(jié)合能為能為7.1 MeV，則兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核時(shí)，則兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核時(shí) ( ) A釋放出釋放出4.9 MeV的能量的能量 B釋放出釋放出6.0 MeV的能量的能量 C釋放出釋放出24.0 MeV的能量的能量 D吸收吸收4.9 MeV的能量的能量 答案答案 C 解析解析 依據(jù)題意可寫(xiě)出兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核的核反應(yīng)方程依據(jù)題意可寫(xiě)出兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核的核反應(yīng)方程224為為1H1H2He，因氘核的平均結(jié)合能為，因氘核的平均結(jié)合能為1

14、.1 MeV，氦核的平均，氦核的平均結(jié)合能為結(jié)合能為7.1 MeV，故核反應(yīng)過(guò)程釋放能量，故核反應(yīng)過(guò)程釋放能量 E47.1 MeV221.1 MeV24.0 MeV，故選，故選C. 四、原子物理與動(dòng)量、能量相結(jié)合的問(wèn)題四、原子物理與動(dòng)量、能量相結(jié)合的問(wèn)題 1核反應(yīng)過(guò)程中滿足四個(gè)守恒：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒、動(dòng)量核反應(yīng)過(guò)程中滿足四個(gè)守恒：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒守恒、能量守恒 2靜止的核在磁場(chǎng)中自發(fā)衰變：軌跡為兩相切圓，靜止的核在磁場(chǎng)中自發(fā)衰變：軌跡為兩相切圓，衰變時(shí)兩圓外衰變時(shí)兩圓外m v切，切，衰變時(shí)兩圓內(nèi)切，根據(jù)動(dòng)量守恒衰變時(shí)兩圓內(nèi)切，根據(jù)動(dòng)量守恒m1v1m2v2和和rq

15、B知，知，半徑小的為新核，半徑大的為半徑小的為新核，半徑大的為粒子或粒子或粒子，其特點(diǎn)對(duì)比如粒子，其特點(diǎn)對(duì)比如下表：下表： 勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡 衰變衰變 AA44ZXZ2Y2He 兩圓外切，兩圓外切，粒子半粒子半徑大徑大 勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡 兩圓內(nèi)切，兩圓內(nèi)切，粒子半粒子半徑大徑大 衰變衰變 A 0AZXZ1Y1e 【例【例4】 原子核原子核X. 239一個(gè)靜止的钚核一個(gè)靜止的钚核 94Pu235自發(fā)衰變成一個(gè)鈾核自發(fā)衰變成一個(gè)鈾核 92U和另一個(gè)和另一個(gè)239235X，并釋放出一定的能量其核衰變方程為：，并釋放出一定的能量其核衰變方程為： 94Pu 92U(1)方程中的方

16、程中的“X”核符號(hào)為核符號(hào)為_(kāi)； (2)钚核的質(zhì)量為钚核的質(zhì)量為239.052 2 u，鈾核的質(zhì)量為，鈾核的質(zhì)量為235.043 9 u，X核核的質(zhì)量為的質(zhì)量為4.002 6 u， 已知已知1 u相當(dāng)于相當(dāng)于931 MeV， 則該衰變過(guò)程放則該衰變過(guò)程放出的能量是出的能量是_MeV； (3)假設(shè)钚核衰變釋放的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)殁櫤撕图僭O(shè)钚核衰變釋放的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)殁櫤撕蚗核的動(dòng)能，則核的動(dòng)能，則X核與鈾核的動(dòng)能之比是核與鈾核的動(dòng)能之比是_ 答案答案 4(1)2He (2)5.31 (3)58.7 解析解析 (1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，得根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，得X核的質(zhì)量數(shù)為核的質(zhì)量數(shù)為2392

17、354，核電核數(shù)為，核電核數(shù)為494922，故，故“X” 核為氦核，符號(hào)為核為氦核，符號(hào)為2He. (2)钚核衰變過(guò)程中的質(zhì)量虧損钚核衰變過(guò)程中的質(zhì)量虧損 m239.052 2 u235.043 9 u4.002 6 u0.005 7 u， 根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程， 得出衰變過(guò)程中放出的能量得出衰變過(guò)程中放出的能量 E0.005 7931 MeV5.31 MeV. (3)钚核衰變成鈾核和钚核衰變成鈾核和X核，核， 根據(jù)動(dòng)量守恒定律，根據(jù)動(dòng)量守恒定律， 兩者動(dòng)量大小相等，兩者動(dòng)量大小相等，12p根據(jù)根據(jù)Ek m v ， 22 mEkHemu得得X核和鈾核的動(dòng)能之比核和鈾核的動(dòng)

18、能之比58.7. EkUm He2針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練4 30一個(gè)靜止的放射性同位素的原子核一個(gè)靜止的放射性同位素的原子核15P30衰變?yōu)樗プ優(yōu)?4Si，另，另234一個(gè)靜止的天然放射性元素的原子核一個(gè)靜止的天然放射性元素的原子核 90Th234衰變?yōu)樗プ優(yōu)?91Pa，在同一，在同一磁場(chǎng)中，得到衰變后粒子的運(yùn)動(dòng)徑跡磁場(chǎng)中，得到衰變后粒子的運(yùn)動(dòng)徑跡1、2、3、4，如圖，如圖2所示，所示，則這四條徑跡依次是則這四條徑跡依次是 ( ) 圖圖2 23430A電子、電子、 91Pa、14Si、正電子、正電子 30234C.14Si、正電子、電子、正電子、電子、 91Pa 23430B. 91Pa、電子、正電子、電子、正電子、14Si 30234D正電子、