人教版高中物理選修3-5第十九章原子核(自主學(xué)習(xí)學(xué)案)

1、第十九章原子核n-s課前自主學(xué)習(xí)(學(xué)案)一、請學(xué)生自主學(xué)習(xí)教材第十九章原子核 P65 至 P90、結(jié)合復(fù)習(xí)的內(nèi)容思考如下問題:1 人類打開認(rèn)識原子核內(nèi)部世界的大門是從發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象開始的？請說出三種射線的性質(zhì)。2 請說出居里夫人、盧瑟福、貝可勒爾、查德威克、愛因斯坦等科學(xué)家在核物理研究方面的主要成 果。3 放射性元素的衰變遵循什么規(guī)律？請就a衰變和 B 衰變各寫出一個典型方程，這兩種衰變的實質(zhì)是什么？4 請說出愛因斯坦的質(zhì)能方程，什么是質(zhì)量虧損？原子核在變化時，如果有質(zhì)量虧損，則必然釋放 能量，是質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量嗎？三、自主解答幾道題目：1 三種射線的本質(zhì)是：a 射線是_ , B 射線是_, Y射

2、線是_種射線中穿透本領(lǐng)由強(qiáng)到弱的順序是 _。2 .現(xiàn)有五個核反應(yīng)：A.lH4-?H-*X4-5Kr+3in氐瓏U4-4ir*X+gKr+3tnDiRaRn+lHe(1)_ 是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程， _是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程， _是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程.求 B 項中 X 的質(zhì)量數(shù)和中子數(shù).(3)判斷以上五個核反應(yīng)的反應(yīng)類型.3 . (1)關(guān)于放射性元素的半衰期，下列說法正確的有()A 是原子核質(zhì)量減少一半所需的時間B 是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間C 把放射性元素放在密封的容器中，可以減慢放射性元素的半衰期D .可以用來測定地質(zhì)年代、生物年代等4某核反應(yīng)方程為；H34He X.已知；

3、H 的質(zhì)量為 2.013 6 u,；H 的質(zhì)量為 3.018 0 u ;4He的質(zhì)量為 4.002 6 u, X 的質(zhì)量為 1.008 7 u .則 X 是_ ，該反應(yīng)_ (吸收或釋放)能量.參考答案1 .氦核 電子 光子 丫、B、a2.( 1) E、B、A (2) B 項中 x 的質(zhì)子數(shù)為 144,中子數(shù)為 88(3)聚變、裂變、B 衰變、a 衰變、人工轉(zhuǎn)變3. BD4.設(shè)“X 的質(zhì)量數(shù)為 a,核電荷數(shù)為 b,則由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知：2+3=4+a ,1+1=2+ b，所以 a=1, b=0，故 X 為中子，核反應(yīng)方程的質(zhì)量虧損為 m=(2.013 6 u+3.0180 u)一件 00

4、26 u+1.008 7u)=0.0203 u，由此可知，該反應(yīng)釋放能量.答案：中子，釋放課堂主體參與(教案)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1認(rèn)識原子核的組成，知道放射性和原子核的衰變，會用半衰期描述衰變速度，知道半衰期的 統(tǒng)計意義.2 了解放射性同位素的應(yīng)用，知道射線的危害和防護(hù).3 .知道核力的性質(zhì)；認(rèn)識原子核的結(jié)合能，知道裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng).4 知道鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生條件，了解裂變反應(yīng)堆的工作原理.【重點難點】1 . a衰變和 B 衰變及其規(guī)律，半衰期的概念2 愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系方程，質(zhì)量虧損的概念。【學(xué)習(xí)內(nèi)容】一、課前自主學(xué)習(xí)檢查1 .天然放射現(xiàn)象：某些元素 _放射_的現(xiàn)象稱為天然放射現(xiàn)象， 它是由法國科學(xué)

5、家 _最先發(fā)現(xiàn)，由此揭開了人類對原子核結(jié)構(gòu)的認(rèn)識歷史，原子核是由質(zhì)子和中子組成，它們統(tǒng)稱為_ ,原子核的核電荷數(shù)=_ ,原子核的質(zhì)量數(shù)=_。原子核的符號可表示為ZX，其中 X 代表_2.（ 1）放射性物質(zhì)840Po 和20Co 的核衰變方程分別為方程中的 X1代表的是_ , X2代表的是_ 。如圖所示，鉛盒內(nèi)裝有能釋放 a、B 和謝線的放射性物質(zhì)，在靠 盒的頂部加上電場E 或磁場 B，在圖、（b）中分別畫出射線運動軌跡意圖.（在所畫軌跡上須標(biāo)明是a、B、和丫中的哪種射線）3.92U衰變成86Rn共發(fā)生了 _ 次 a衰變和_ 次 B 衰變.4 .已知氮核質(zhì)量 mN=14.007 53 u ,氧核

6、質(zhì)量 m=17.004 54 u ,氦核質(zhì)量 mHe=4.003 87 u ,質(zhì)子質(zhì)量 mH=1.00815u，試判斷核反應(yīng)：210 206 60 60、84PO 宀82Pb+X1,27CO 宀28Nl+X2,74N4He；O1H是吸能反應(yīng)，還是放能反應(yīng)，能量變化多少？參考答案：1 自發(fā)某些射線貝克勒爾 核子 質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和元素符號質(zhì)量數(shù)電荷數(shù)2：He；e3 根據(jù)衰變規(guī)律，Rn 的質(zhì)量數(shù)比 U 的質(zhì)量數(shù)減少了 238 222=16，而天然放射只有 a衰變才能使 質(zhì)量數(shù)減少，且每次 a衰變減少質(zhì)量數(shù)為 4,故發(fā)生了 16 4=4 次 a衰變.因每次 a衰變核的電荷數(shù)減 少 2,故由于

7、a 衰變核的電荷數(shù)應(yīng)減少 4 X2=8，而 Rn 核的電荷數(shù)僅比 U 核少了 92 86=6，故說明 發(fā)生了 2 次 B衰變.二、構(gòu)建知識框架，剖析典型概念1.三種射線(1) a射線：是氦核(；He)流，速度約為光速的十分之一，貫穿本領(lǐng)小，電離作用強(qiáng).(2) B射線：是高速電子流，速度接近光速，貫穿本領(lǐng)較大，能穿透幾毫米的鋁板，電離作用較弱.(3) 丫射線：是高能光子流，貫穿本領(lǐng)大，能穿透幾厘米的鉛板，電離作用弱.2三種衰變(1) 定義：放射性元素的原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓Q為衰變.(2) 衰變規(guī)律：電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒.1a 衰變：MXM4Y : He. a衰變的實質(zhì)是某元素

8、的原子核放出由兩個質(zhì)子和兩個中子組成的粒子(即氦核).空間有一勻強(qiáng)電場.進(jìn)入電場后，射線變?yōu)閍、b 兩束，射線 a 沿原來方向行進(jìn)，射線b 發(fā)生了偏2B衰變：MXT；+Yie. B衰變的實質(zhì)是某元素的原子核內(nèi)的一個中子變?yōu)橐粋€質(zhì)子時放射 出一個電子.3丫衰變：丫衰變是伴隨 a衰變或 B 衰變同時發(fā)生的.丫衰變不改變原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生a 衰變或 B衰變時，產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子.3 半衰期(1) 定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間，叫做這種元素的半衰期.(2) 半衰期是由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定的，跟

9、原子所處的物理狀態(tài)(如壓強(qiáng)、溫度等)或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)或化合物)無關(guān).(3) 半衰期只對大量原子核衰變才有意義，因為放射性元素的衰變規(guī)律是統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子 核衰變不再起作用.4 核能的計算(1) 質(zhì)能方程：愛因斯坦的相對論指出，物體的質(zhì)量和能量存在著密切聯(lián)系，即E=mc2.質(zhì)能方程告訴我們，質(zhì)量和能量之間存在著簡單的正比關(guān)系物體的能量增大，質(zhì)量也增大；能量減小，質(zhì)量也減小.且核反應(yīng)中釋放的能量與質(zhì)量虧損成正比厶E= mc2.(2) 核能：核反應(yīng)中放出的能量稱為核能.(3) 核能的計算E= Amc2. (Am 為核子結(jié)合成原子核時的質(zhì)量虧損)因原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于 931.5 MeV 能

10、量，故 E= Am X931.5MeV .三、自主研究例題例 1 .一置于鉛盒中的放射源發(fā)射a、B和 Y 射線，由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔，鋁箔后的本領(lǐng)很強(qiáng)，能穿透幾厘米的鉛板，且Y射線是光子流，在電場中無偏轉(zhuǎn)。例 3 .238U經(jīng)過一系列 a 衰變和滾變后變成806Pb，試確定經(jīng)過了幾次 a 衰變、應(yīng)方程.例 4.用中子轟擊鋰核(；Li)發(fā)生核反應(yīng)，生成氚核和a 粒子，并放出 4.8MeV 的能量.(1)寫出核反應(yīng)方程;(2)設(shè)放出的能量全部由質(zhì)量虧損獲得，試求質(zhì)量虧損為多少千克？若放出的核能全部轉(zhuǎn)化為a 粒子和氚核的動能，且它們的動量等值反向，求a 粒子的動能為多少MeV?答案:轉(zhuǎn)

11、，如圖所示則圖中的射線 a 為_射線，射線 b 為射線.例 2 . (1)約里奧居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性同位素而獲得了1935 年的諾貝爾化學(xué)獎.他們發(fā)現(xiàn)的幾次滾變？寫出核反訓(xùn)史極攝聊線u底片是ffl/mg放射性元素30P衰變成；Si的同時放出另一種粒子，這種粒子本領(lǐng)很強(qiáng)，能穿透幾厘米的鉛板，且Y射線是光子流，在電場中無偏轉(zhuǎn)。例 1 . Y 3因為 a 射線穿透本領(lǐng)很弱，B射線穿透本領(lǐng)較大，能穿透幾毫米的鋁板，而丫射線穿透例 2.0e對應(yīng)的衰變方程是30P昇4s0e由圖可知，30P的半衰期為 14 天，4mg15P衰變后還剩 0.25mg，質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼?1/16，說明經(jīng)過 了 4 個半衰期，

12、所以經(jīng)過了14 X4=56 天。次卩衰變，則其核反應(yīng)方程為匕例 3.瓏UPb + niHe+m_?e根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒列出方程：92=82+2n-m238=206+4n解得：n=8 , m=6核反應(yīng)方程為：瞻U 喀Pb+ g；He+ 6 _? e.（DjLi+Jn一（即根據(jù)吐E= 5芒、得7/1 = 8+53X1010kg由動守恒定律需Q =式中的 m1、m2、V1、V2分別為氯核和氚核的質(zhì)量和速度，由上式得它們的動能之比為2 2(gw) (mi2V2)c ,m2：g =3:42m12m2=- 4.8M ev=2.06M ev7四、小組質(zhì)疑討論 五、師生合作研討例 1 關(guān)鍵應(yīng)弄清三種射

13、線的性質(zhì)和特點；例2 應(yīng)注意理解半衰期的概念；例 3 涉及衰變次數(shù)的確定，除了答案中列方程組的方法而外，還可運用衰變規(guī)律求解，即質(zhì)量數(shù)減少量:衰變次數(shù)=質(zhì)量數(shù)減少量（同時電荷數(shù)減少，衰變次數(shù) X 2）4B 衰變次數(shù)=電荷數(shù)增加量例 4 則要明確質(zhì)量虧損的概念及求解方法，掌握愛因斯坦的質(zhì)量方程，要特別提醒的是（1）根據(jù) E=A me2計算核能時，質(zhì)量虧損 m 是質(zhì)量不是質(zhì)量數(shù)，其單位是“ kg ” c 的單曰：E2位是“ m/s ” E 的單位是“ J”（2）根據(jù) E= mX931.5 MeV 計算核能時.因 1 原子質(zhì)量單位（u）相當(dāng)于 931.5 MeV 的能量，所以計算時m 的單位是“ E

14、 的單位是“ MeV.”六、總結(jié)提升本章內(nèi)容為 I 級要求，復(fù)習(xí)時應(yīng)注意三點：一是細(xì)讀教材，做到應(yīng)知應(yīng)會，二是對與現(xiàn)代科技相聯(lián)系的題目，應(yīng)足夠重視；三是復(fù)習(xí)重點應(yīng)放在核反應(yīng)方程的書寫及質(zhì)量虧損的計算上。從題型看主要以選擇題和填空題的形式出現(xiàn)，如08 年江蘇高考主要考查了半衰期，09 年主要考查了質(zhì)能方程的應(yīng)用。七、當(dāng)堂訓(xùn)練1 放射性元素發(fā)生 滾變時，放出一個電子，該電子是（）A .核外電子從內(nèi)層軌道上躍遷出來的B 核內(nèi)電子受激發(fā)而射出來的C .核內(nèi)的一個質(zhì)子衰變成中子放出來的D .核內(nèi)的一個中子衰變成質(zhì)子放出來的2 .下面說法正確的是（）1B射線的粒子和電子是兩種不同的粒子； 紅外線的波長比

15、X 射線的波長長；F列說法正確的是a 射線不同于氦原子核;丫射線的貫穿本領(lǐng)比 a粒子強(qiáng).A .B.C.D.3.釷核（9TTh）具有放射性，它放出一個電子衰變成鎂核（2；4Pa）,伴隨該過程會放出Y光子,A .因為衰變過程中原子核的質(zhì)量數(shù)守恒，所以不會出現(xiàn)質(zhì)量虧損B . 丫光子是衰變過程中鎂核（91Pa）放出的C .給釷加熱，釷的半衰期將變短D 原子核的天然放射現(xiàn)象說明原子核是可分的4.以下表述中正確的是B.鈾核裂變的核反應(yīng)方程是C. 一個氘核和一個氚核聚變成一個氦核時放出一個中子和能量，已知氘核、氚核、氦核和中子的質(zhì)量分別為 mi、m2、mamn，則反應(yīng)過程放出的能量為（m 什 m2 ma-

16、mn）c2D 核反應(yīng)前的總質(zhì)量若大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，則此反應(yīng)必釋放能量參考答案:3.BD4. ACD八、布置作業(yè)芽 Th 變成806Pb 要經(jīng)過7 次 a衰變,6 次滾變1下列核反應(yīng)或核衰變方程中，符號X”表示中子的是(A)：Be+：HeT+X(B)1N；He 1jO X(C)284Hg+0nT272Pt七；H +X(D)23992 U 23993Np X2.下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和原子核的說法正確的是（）A 盧瑟福在:-粒子散射實驗的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)B 天然放射性元素在衰變過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，其放射線在磁場中不偏轉(zhuǎn)的是 射線C 據(jù)圖 15.3-3 可知，原子核 A 裂變變成原子核

17、B 和 C 要放出核能3.當(dāng)兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個：粒子時，放出 28.30MeV 的能量，當(dāng)7.26MeV 的能量，則當(dāng)6 個中子和 6 個質(zhì)子結(jié)合成一個碳核時，釋放的能量約為（）A 21.04MeVB 35.56MeVC 77.64MeVD 92.16MeV4.在一定條件下，讓質(zhì)子獲得足夠大的速度，當(dāng)兩個質(zhì)子應(yīng)：P+iP+P+P+p 其中p是 P 反質(zhì)子（反質(zhì)子與質(zhì)子質(zhì)量相等,則以下關(guān)于該反應(yīng)的說法正確的是A.反應(yīng)前后系統(tǒng)總動量皆為0B. 反應(yīng)過程系統(tǒng)能量守恒2C.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知， 反應(yīng)前每個質(zhì)子的能量最小為2mpc :D.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，反應(yīng)后單個質(zhì)子的能量可能

18、小于mpc25 .用粒子轟擊鈹核（9Be），生成一個碳核（；C）和一個粒子，則該粒子（）（A）帶正電，能在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)（B）在任意方向的磁場中都不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)（C）電離本領(lǐng)特別強(qiáng)，是原子核的組成部分之一（D）用來轟擊鈾 235 可引起鈾榱的裂變6.靜止在勻強(qiáng)磁場中的238U 核，發(fā)生。衰變后生成Th 核，衰變后的。粒子速度方向垂直于磁場方向，則以下結(jié)論中正確的是（）1衰變方程可表示為：292U t290Th+2He2衰變后的 Th 核和：粒子的軌跡是兩個內(nèi)切圓，軌道半徑之比為1:453Th 核和粒子的動能之比為 2:174若粒子轉(zhuǎn)了 117 圈，則 Th 核轉(zhuǎn)了 90 圈A . B .CD.7

19、.質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為 mim2m3,質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時，發(fā)出丫射線，已知普朗克恒量為 h,真空中光速為 c,則 丫射線的頻率 u = _.8.核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源。近年來，受控核聚變的科學(xué)可行性已得到驗證，目前正在突破關(guān)鍵技術(shù)，最終將建成商用核聚變電站。一種常見的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘（又叫重氫）和氚（又叫超重氫）聚合成氦，并釋放一個中子了。若已知氘原子的質(zhì)量為2.0141U ,氚原子的質(zhì)量為3.0160u ,氦原子的質(zhì)量為 4.0026U，中子的質(zhì)量為-271.0087u , 1u=1.66 X 10 kg。p 以相等的速率對心

20、正碰，將發(fā)生下列反均為 mp,且?guī)б粋€單位負(fù)電荷）,寫出氘和氚聚合的反應(yīng)方程。試計算這個核反應(yīng)釋放出來的能量。若建一座功率為 3.0 X 105kW 的核聚變電站，假設(shè)聚變所產(chǎn)生的能量有一半變成了電能，每年 要消耗多少氘的質(zhì)量？（一年按 3.2 X 107s 計算，光速c=3.00 X io8m/s，結(jié)果取二位有效數(shù)字）參考答案1.AC 2.ABC 3.D4. A 5.BCD 6. D7.質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核：1H +0n1H +丫這個核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為：Am = mi+ m2m3根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程AE=Amc2此核反應(yīng)放出的能量AE=（mi+ m2 m） c以丫射線形式放出，由 E= h

21、u_ （mb m2_ m3）c2u =-h8.略 2.8 X 10-12J 23kg【課后反思】課后自我檢測（學(xué)案）1.下列現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的是A.粒子散射現(xiàn)象B原子發(fā)光現(xiàn)象C.光電效應(yīng)現(xiàn)象D天然放射現(xiàn)象2放射性元素衰變時放出三種射線，按穿透能力由強(qiáng)到弱的排列順序是 A 射線，一：射線，：射線B. 射線，1 射線，射線，C 射線，：射線，射線 D.謝線，：射線，射線33.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的2He（氦 3）。它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂希鋮⑴c的一種核聚變反應(yīng)的方程式為；He+；HeT 2；H +；He。關(guān)于；He聚變下列表述正確的是A .聚變反應(yīng)不會釋放能量B.聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C 聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D.目前核電站都采用；He聚變反應(yīng)發(fā)電4. 原子核聚變可望給人類未來提供豐富的潔凈能源。當(dāng)氖等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時，氖核個光子的能量約為J 。正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€光子，原因是參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生，放出能量。這幾種反應(yīng)的總效果可以表示為24116JHTk2He+djH +20n+43.15MeV，由平衡條件可知A. k=1, d=4 B. k=2