《高三物理原子核》ppt課件

1、原 子 核原 子 核（ 下 ）（ 下 ）呂叔湘中學(xué)呂叔湘中學(xué)龐留根龐留根1五五、核能、核能 例例1 例例2 例例3 例例4 1994年年 全國全國 2000年高考試題年高考試題 2002年廣東高考年廣東高考六六、裂變和聚變、裂變和聚變 1992年年 三南三南 例例5 例例6 例例7 例例8 例例9 03年江蘇高考年江蘇高考1 2002年全國高考年全國高考 中子的發(fā)現(xiàn)中子的發(fā)現(xiàn) 04年廣東年廣東5 04年全國理綜年全國理綜1421、質(zhì)量虧損：組成核的核子總質(zhì)量和、質(zhì)量虧損：組成核的核子總質(zhì)量和 原子核的質(zhì)量之差原子核的質(zhì)量之差m 2、質(zhì)能方程：、質(zhì)能方程：Em c2 E m c23、1 u =

2、931.5 MeV4.核子在結(jié)合成原子核時，質(zhì)量有虧損，核子在結(jié)合成原子核時，質(zhì)量有虧損， 要放出能量。要放出能量。反之，原子核分解成核子時要吸收能量。反之，原子核分解成核子時要吸收能量。五、核能五、核能3例例1、由核子結(jié)合成原子核時、由核子結(jié)合成原子核時 ( ) A.核的質(zhì)量總是小于組成它的核子的質(zhì)量和核的質(zhì)量總是小于組成它的核子的質(zhì)量和B. 原子核的質(zhì)量應(yīng)該等于組成它的核子的質(zhì)量和原子核的質(zhì)量應(yīng)該等于組成它的核子的質(zhì)量和 C. 核子結(jié)合成原子核時要放出能量核子結(jié)合成原子核時要放出能量 D. 核子結(jié)合成原子核時要吸收能量。核子結(jié)合成原子核時要吸收能量。A C4 一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合氘核時一

3、個質(zhì)子和一個中子結(jié)合氘核時,產(chǎn)生產(chǎn)生 光子光子, 由此可見由此可見 ( ) A.氘核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和氘核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和B.氘核的質(zhì)量小于質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和氘核的質(zhì)量小于質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和C.核子結(jié)合成原子核時會釋放核能核子結(jié)合成原子核時會釋放核能D.原子核分解成核子時會釋放核能原子核分解成核子時會釋放核能B C例例2、5例例3、關(guān)于質(zhì)能方程、關(guān)于質(zhì)能方程E=mc2,下述下述錯誤錯誤的是的是 （ ）A. 質(zhì)能方程是愛因斯坦最先得出的質(zhì)能方程是愛因斯坦最先得出的B. 該方程表明物體的質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化該方程表明物體的質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化C. 該方程表明物體的

4、能量跟它的質(zhì)量成正比該方程表明物體的能量跟它的質(zhì)量成正比D. 該方程既適用于微觀粒子該方程既適用于微觀粒子,也適合宏觀物體也適合宏觀物體B6 兩個中子和兩個質(zhì)子可以結(jié)合成一個氦兩個中子和兩個質(zhì)子可以結(jié)合成一個氦核核, 已知中子的質(zhì)量是已知中子的質(zhì)量是1.008665u, 質(zhì)子的質(zhì)量是質(zhì)子的質(zhì)量是1.007276u, 氦核的質(zhì)量是氦核的質(zhì)量是4.0026u, 求此核反應(yīng)的求此核反應(yīng)的質(zhì)量虧損和結(jié)合能質(zhì)量虧損和結(jié)合能, (1u=1.6610-27千克千克, c=3108米秒米秒)解：解：m0.029282u E mc2=931.5 0.029282= 27.3MeV或或 E mc2 0.02928

5、2 1.6610-27 (3108 )2 4.37 1012J27.3MeV例例4、71994年年 全國全國 13. 一個鈾核衰變?yōu)殁Q核時釋放出一個一個鈾核衰變?yōu)殁Q核時釋放出一個粒子粒子，已知鈾核的質(zhì)量為，已知鈾核的質(zhì)量為3.85313110-25 kg，釷核，釷核質(zhì)量為質(zhì)量為3.78656710-25 kg，粒子的質(zhì)量為粒子的質(zhì)量為6.6467210-27 kg，在這個衰變過程中釋放出來，在這個衰變過程中釋放出來的能量等于的能量等于 J（保留兩位二位數(shù)字）（保留兩位二位數(shù)字） 8.710 -13 12. 中子質(zhì)量為中子質(zhì)量為1.0087u，質(zhì)子質(zhì)量為，質(zhì)子質(zhì)量為1.0073u，氘核的質(zhì)量為，

6、氘核的質(zhì)量為2.0136u，中子和質(zhì)子，中子和質(zhì)子結(jié)合為氘核時釋放的能量為結(jié)合為氘核時釋放的能量為 J。 （1989年年 全國全國）3.710 -1382000年高考試題年高考試題11裂變反應(yīng)是目前利用中常用的反應(yīng)，以原子核裂變反應(yīng)是目前利用中常用的反應(yīng)，以原子核 為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng)為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng) 俘獲一個慢中子后發(fā)生俘獲一個慢中子后發(fā)生的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為 反應(yīng)方程下方的數(shù)字為中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)量（以反應(yīng)方程下方的數(shù)字為中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)量（以原子質(zhì)量單位原子質(zhì)量單位u為單位）。已知為單位）。已知1u 的質(zhì)量對應(yīng)

7、的能量為的質(zhì)量對應(yīng)的能量為9.3102MeV，此裂變反應(yīng)釋放出的能量是，此裂變反應(yīng)釋放出的能量是 _MeV。235.0439 1.0087 93.9154 138.9178 235U92 92 0 38 54 0 235 U + 1 n 9494 Sr + Sr + 139139Xe+ 3 Xe+ 3 1 1 n n 235U92解解：m=0.1933u E=931.50.1933=1.8 102 MeV1.8 10292002年廣東高考年廣東高考16.（12分）如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的，分）如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的， CNpeNOONpNCpeCNNCp126157157

8、158158147147136136137137126 其中其中p為質(zhì)子，為質(zhì)子，為為粒子，粒子，e+ 為正電子，為正電子，為一種為一種中微子。已知質(zhì)子的質(zhì)量為中微子。已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp =1.67264810 -27kg， 粒子的質(zhì)量為粒子的質(zhì)量為m=6.64492910 -27kg，正電子的質(zhì)量為，正電子的質(zhì)量為me=9.1110-31kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計。真空中，中微子的質(zhì)量可忽略不計。真空中的光速的光速c=3108 m/s。試計算該系列核反應(yīng)完成后釋放。試計算該系列核反應(yīng)完成后釋放的能量。的能量。10CNpeNOONpNCpeCNNCp12615715715815814714

9、7136136137137126=6.64492910 -27kgme=9.1110-31kgm p =1.67264810 -27kgm解解：將六個方程式相加，得到將六個方程式相加，得到e 2+24p+E= mc2 =(4m p m - 2me )c 2代入數(shù)字，經(jīng)計算得到代入數(shù)字，經(jīng)計算得到E=3.9510-12 J11 1 1、重核的裂變：重核俘獲一個中子后分裂為幾個中、重核的裂變：重核俘獲一個中子后分裂為幾個中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程. . 在裂變的同時要放出幾個中子在裂變的同時要放出幾個中子和大量的核能。和大量的核能。MeVnKrBanU6 .2001 10 0929

10、2363614114156561 10 02352359292+3+3+ + +反應(yīng)堆示意圖反應(yīng)堆示意圖 2 2、輕核的聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的、輕核的聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的 核反應(yīng)過程，同時放出大量的核能。核反應(yīng)過程，同時放出大量的核能。MeVnHeHH6.1710422131六、裂變和聚變六、裂變和聚變12反反應(yīng)應(yīng)堆堆示示意意圖圖返回返回131992年年 三南三南太陽輻射能量主要來自太陽內(nèi)部的太陽輻射能量主要來自太陽內(nèi)部的 A. 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) B. 放射性衰變放射性衰變C. 裂變反應(yīng)裂變反應(yīng) D. 熱核反應(yīng)熱核反應(yīng) D 11、正、負(fù)電子相遇時湮滅、正、負(fù)電子相遇時

11、湮滅,同時產(chǎn)生一對同時產(chǎn)生一對光子光子,反應(yīng)方程式為反應(yīng)方程式為_,若正負(fù)若正負(fù)電子質(zhì)量都為電子質(zhì)量都為m,普朗克常數(shù)為普朗克常數(shù)為h,則所產(chǎn)生的光則所產(chǎn)生的光子頻率為子頻率為_。 20101eehmC2 14填寫下列核反應(yīng)方程式填寫下列核反應(yīng)方程式) (9536138561023592KrBanU) (102121nHH) (2228622688RnRa) (01146eCn103He32He42N147例例5、15【例例6】地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道半徑約為地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道半徑約為1.5101111m，地，地球的半徑約為球的半徑約為6.4106 6m，若太陽每秒鐘質(zhì)量減少，若太陽每秒鐘質(zhì)量減

12、少4.2109 9kg，地球上一天接受到太陽能約為多少，地球上一天接受到太陽能約為多少J？【解答解答】每秒鐘太陽能放出的能量約為：每秒鐘太陽能放出的能量約為：E=mc2 2=4.2109 9(3108 8)2 2=3.78102626J設(shè)地球上每秒鐘接受到太陽能為設(shè)地球上每秒鐘接受到太陽能為E，地球剖面的最，地球剖面的最 大面積為大面積為S，設(shè)半徑為，設(shè)半徑為1.5101111m的球殼面積為的球殼面積為S， 則則21126)105 . 1 (4)104 . 6(SSEEJE17107 . 1故地球上一天接受到的太陽能為故地球上一天接受到的太陽能為E總總=1.7101717243600=1.51

13、02222J16例例7 、已知氘核質(zhì)量為、已知氘核質(zhì)量為2.0136u，中子質(zhì)量為，中子質(zhì)量為1.0087u 核的質(zhì)量為核的質(zhì)量為3.0150u。求：。求：（1）寫出兩個氘核聚變成）寫出兩個氘核聚變成 的核反應(yīng)方程式的核反應(yīng)方程式（2）計算上述核反應(yīng)中釋放的核能。）計算上述核反應(yīng)中釋放的核能。23 He23 He【分析分析】算出核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，利用愛因斯坦質(zhì)能方算出核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，利用愛因斯坦質(zhì)能方程即可求出反應(yīng)釋放的核能。程即可求出反應(yīng)釋放的核能。解答解答： （1）nHeHH10322121（2）由題給條件可求得質(zhì)量虧損為：）由題給條件可求得質(zhì)量虧損為：m=2.01362(3.015

14、0+1.0087)=0.0035u釋放的核能為釋放的核能為E=mc2 2=931.50.0035=3.26MeV17 靜止在勻強(qiáng)磁場中的靜止在勻強(qiáng)磁場中的 原子核，俘獲一個原子核，俘獲一個速度為速度為7.7104 m/s 的中子而發(fā)生核反應(yīng)放出的中子而發(fā)生核反應(yīng)放出粒子后粒子后變成一個新原子核，已知中子速度方向與磁場方向垂變成一個新原子核，已知中子速度方向與磁場方向垂直，測得直，測得粒子速度為：粒子速度為：2104m/s，方向與中子速度，方向與中子速度方向相同，求：方向相同，求：（1）生成的新核是什么？寫出核反應(yīng)方程式。）生成的新核是什么？寫出核反應(yīng)方程式。（2）生成的新核的速度大小和方向。）

15、生成的新核的速度大小和方向。（3）若）若粒子與新核間相互作用不計，則二者在磁場粒子與新核間相互作用不計，則二者在磁場中運(yùn)動軌道半徑之比及周期之比各為多少？中運(yùn)動軌道半徑之比及周期之比各為多少？6 Li3解：解：（1）寫出核反應(yīng)方程式寫出核反應(yīng)方程式HeHnLi42311063生成的新核是氚核生成的新核是氚核例例8、18HeHnLi42311063（2）由動量守恒定律由動量守恒定律 mn vn=m v +mH vH vn= 7.7104 m/s v = 2104m/sV H =( mn vn- m v )/ mH= ( 17.7104 - 4 2104 ) 3= - 1.0103 m/s方向與中

16、子方向相反方向與中子方向相反（3）由由 r=mv/qB mv/qr : rH = mv/q ： mHvH/qH =（42 2 ） : （30.1）= 40: 3 T=2m/qB m/qT : TH=4/2 : 3/1=2: 319 靜止在勻強(qiáng)磁場中的靜止在勻強(qiáng)磁場中的 核，沿與磁場垂直的方核，沿與磁場垂直的方向射出一個向射出一個粒子后，變成鈾的一種同位素核，同時釋放能量為粒子后，變成鈾的一種同位素核，同時釋放能量為0.09 MeV光子。光子。 核的質(zhì)量為核的質(zhì)量為238.99965u，鈾核質(zhì)量為，鈾核質(zhì)量為234.99347u， 粒子的質(zhì)量為粒子的質(zhì)量為4.001509u，1u=1.66056

17、6102727 kg）若不計光子的動量，求：）若不計光子的動量，求：（1）鈾核與）鈾核與粒子回轉(zhuǎn)半徑之比粒子回轉(zhuǎn)半徑之比RU R；（2）粒子的動能為多少？粒子的動能為多少？ 239 Pu94 239 Pu94解解： （1） 射出射出粒子的過程中粒子的過程中 動量守恒動量守恒 239 Pu940=mUvU-mv (1)由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑公式得由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑公式得RU =mU vU/qUBR =m v/qB （2）由由(1) (2) 得得 RU / R = q /qU=2/92=1/46例例9.20（2）核反應(yīng)中釋放的核能為）核反應(yīng)中釋放的核能為

18、 E=mc2 2=(238.999655 - 234.99347 - 4.001509)931.5 =4.356MeV由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律知由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律知EkU+E k=E - 0.09 = 4.266MeVpU=p由由EK=1/2mv2 =p 2/2m EKU / EK=m /mU=4/235 粒子的動能為粒子的動能為EK = (EkU+E k ) mU (m +mU ) = 4.266 235 239 = 4.195(MeV)211下列說法中正確的是下列說法中正確的是（ ） A質(zhì)子與中子的質(zhì)量不等，但質(zhì)量數(shù)相等質(zhì)子與中子的質(zhì)量不等，但質(zhì)量數(shù)相等 B兩個質(zhì)子間，不管距離如何，核力總是

19、大于兩個質(zhì)子間，不管距離如何，核力總是大于 庫侖力庫侖力 C同一種元素的原子核有相同的質(zhì)量數(shù)，但中同一種元素的原子核有相同的質(zhì)量數(shù)，但中 子數(shù)可以不同子數(shù)可以不同 D除萬有引力外，兩個中子之間不存在其它相除萬有引力外，兩個中子之間不存在其它相 互作用力互作用力A03年江蘇高考年江蘇高考1 22下列論斷可能正確的是下列論斷可能正確的是 ( ) A. 質(zhì)子由質(zhì)子由1個個u夸克和夸克和1個個d夸克組成夸克組成, 中子由中子由1個個u夸克和夸克和2個個d夸克組成夸克組成 B. 質(zhì)子由質(zhì)子由2個個u夸克和夸克和1個個d夸克組成夸克組成, 中子由中子由1個個u夸克和夸克和2個個d夸克組成夸克組成C. 質(zhì)子

20、由質(zhì)子由1個個u夸克和夸克和2個個d夸克組成夸克組成, 中子由中子由2個個u夸克和夸克和1個個d夸克組成夸克組成D. 質(zhì)子由質(zhì)子由2個個u夸克和夸克和1個個d夸克組成夸克組成, 中子由中子由1個個u夸克和夸克和1個個d夸克組成夸克組成 目前普遍認(rèn)為目前普遍認(rèn)為, 質(zhì)子和中子都是質(zhì)子和中子都是由被稱為由被稱為u夸克和夸克和d夸克的兩類夸克組成。夸克的兩類夸克組成。u夸克帶電夸克帶電量為量為 ,d夸克帶電量為夸克帶電量為 ,e為基元電荷。為基元電荷。e31e322002年全國高考年全國高考15 B 23 例例15：1930年發(fā)現(xiàn)，在真空條件下用年發(fā)現(xiàn)，在真空條件下用射線轟擊鈹射線轟擊鈹9時，會產(chǎn)生

21、一種看不見的、貫穿能力極強(qiáng)的不知名射時，會產(chǎn)生一種看不見的、貫穿能力極強(qiáng)的不知名射線和另一種粒子，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這種不知名射線具有線和另一種粒子，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這種不知名射線具有如下特點(diǎn)：在任意方向的磁場中均不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；這如下特點(diǎn)：在任意方向的磁場中均不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；這種射線的速度不到光速的十分之一，用它轟擊含有氫種射線的速度不到光速的十分之一，用它轟擊含有氫核的物質(zhì)，可以把氫核打出來，用它轟擊含有氮核的物核的物質(zhì)，可以把氫核打出來，用它轟擊含有氮核的物質(zhì)，可以把氮核打出來。并且被打出的氫核和氮核的最質(zhì)，可以把氮核打出來。并且被打出的氫核和氮核的最大速度之比大速度之比 vH:vN 近似等于近似等于15 ：2, 若該射線中的粒子若該射線中的粒子均具有相同的能量，與氫核和氮核碰前氫核和氮核可認(rèn)均具有相同的能量，與氫核和氮核碰前氫核和氮核可認(rèn)為靜止，碰撞過程沒有機(jī)械能損失，已知?dú)浜撕偷说臑殪o止，碰撞過程沒有機(jī)械能損失，已知?dú)浜撕偷说馁|(zhì)量之比等于質(zhì)量之比等于1 :14，寫出，寫出射線轟擊鈹核的反應(yīng)方程。射線轟擊鈹核的反應(yīng)方程。試根據(jù)上面所述的各種情況，通過具體分析說明該射試根據(jù)上面所述的各種情況，通過具體分析說明該射線是不帶電的，但它不是線是不帶電的，但它不是射線，而是由中子組成。射線，而是由中子組成。中子的