2012版高三物理一輪復習課件：152原子 原子核(大綱版)

共62頁1第二課時原子原子核共62頁2第一關:基礎關展望高考基礎知識共62頁3一? 原子的核式結構模型

知識講解

(1)α粒子散射實驗

1909~1911年盧瑟福和他的助手做α粒子轟擊金箔的實驗,獲得了重要的發(fā)現.

①實驗裝置(如圖所示)由放射源、金箔、熒光屏等組成.

說明:a.整個實驗過程在真空中進行.

b.金箔很薄,α粒子 很容易穿過.共62頁4②實驗現象與結果絕大多數α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進,但是有少數α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉.極少數α粒子偏轉角超過90°,有的幾乎達到180°,沿原路返回.共62頁5(2)原子的核式結構盧瑟福依據α粒子散射實驗的結果,提出了原子的核式結構:在原子中心有一個很小的核,叫原子核,原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在核里,帶負電的電子在核外空間繞核旋轉.共62頁6(3)原子核的電荷與尺度①原子核的電荷:原子核的電荷數就是核中的質子數,等于核外電子數,接近于原子序數.原子核的尺度:對于一般的原子核,核半徑的數量級為10-15m,而原子半徑的數量級為10-10m,兩者相差十萬倍,可見原子內部是十分\!空曠\"的.共62頁7活學活用1.盧瑟福通過對α粒子散射實驗結果的分析,提出()A.原子的核式結構模型B.原子核內有中子存在C.電子是原子的組成部分D.原子核是由質子和中子組成的共62頁8解析:α粒子散射實驗的結果是大部分α粒子沿原來方向前進,少部分發(fā)生大角度偏轉,極少數偏轉角超過90°甚至達到180°,說明原子的幾乎全部質量與全部正電荷都集中在很小的核上.據此盧瑟福提出了原子的核式結構模型.答案:A共62頁9二? 天然放射現象知識講解(1)元素自發(fā)地放出射線的現象叫做天然放射現象.首先由貝克勒爾發(fā)現.天然放射現象的發(fā)現,說明原子核還有復雜的結構.(2)具有放射性的元素叫做放射性元素,一般原子序數大于83的所有天然元素都具有放射性,原子序數小于83的天然存在的元素有些也有放射性,它們放射出來的射線共有三種.共62頁10(3)三種射線的本質和特征種類α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2e-e0質量4mpmp=1.67×10-27kg靜止質量為零共62頁11速度0.1c0.99cc(光速)在電磁場中偏轉與α射線反向偏轉不偏轉貫穿本領最弱,用紙能擋住較強,穿透幾毫米的鋁板最強,穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強較弱很弱在空氣中的徑跡粗?短?直細?較長?曲折最長通過膠片感光感光感光共62頁12活學活用共62頁132.如圖所示,x為未知的放射源,L為薄鋁片,若在放射源和計數器之間加上L后,計數器的計數率大幅度減小,在L和計數器之間再加豎直向下的勻強磁場,計數器的計數率不變,則x可能是()A.α和β的混合放射源 B.純α放射源C.α和γ的混合放射源 D.純γ放射源共62頁14解析:此題考查運用三種射線的性質分析問題的能力.在放射源和計數器之間加上鋁片后,計數器的計數率大幅度減小,說明射線中有穿透力很弱的粒子,即α粒子.在鋁片和計數器之間再加豎直向下的勻強磁場,計數器的計數率不變,說明穿過鋁片的粒子中無帶電粒子,故只有γ射線.因此,放射源可能是α和γ的混合放射源.答案:C共62頁15三? 原子核的組成知識講解原子核是由質子、中子構成的,質子帶正電,中子不帶電.不同的原子核內質子和中子的個數并不相同.共62頁16(1)原子核中的三個整數①核子數:質子和中子質量差別非常微小,兩者統(tǒng)稱為核子,所以質子數和中子數之和叫核子數.②電荷數(Z):原子核所帶的電荷總是質子電荷的整數倍,通常用這個整數表示原子核的電荷量,叫做原子核的電荷數.③質量數(A):原子核的質量等于核內質子和中子的質量的總和,而質子與中子質量幾乎相等,所以原子核的質量幾乎等于單個核子質量的整數倍,這個整數叫做原子核的質量數.共62頁17(2)原子核中的兩個等式①核電荷數=質子數(Z)=元素的原子序數=核外電子數.②質量數(A)=核子數=質子數+中子數.共62頁18(3)同位素①定義:具有相同質子數不同中子數的原子核,在元素周期表中處于同一位置,因而互稱同位素.②說明:原子核的質子數決定了核外電子的數目,也決定了電子在核外分布的情況,進而決定了這種元素的化學性質.同位素的化學性質相同.共62頁19活學活用共62頁203.目前普遍認為,質子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成.u夸克帶電荷量為

e,d夸克帶電荷量為-

e,e為元電荷.下列論斷可能正確的是()A.質子由1個u夸克和1個d夸克組成,中子由1個u夸克和2個d夸克組成B.質子由2個u夸克和1個d夸克組成,中子由1個u夸克和2個d夸克組成C.質子由1個u夸克和2個d夸克組成,中子由2個u夸克和1個d夸克組成D.質子由2個u夸克和1個d夸克組成,中子由1個u夸克和1個d夸克組成共62頁21解析:因質子帶電荷量為e,中子呈電中性,u夸克帶電荷量為

e,d夸克帶電荷量為-

e,顯然質子應由2個u夸克和1個d夸克組成,中子應由1個u夸克和2個d夸克組成,故選項B正確.答案:B共62頁22

四? 原子核的衰變

知識講解共62頁233.半衰期①意義:放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變需要的時間.用希臘字母τ表示.②公式:N余=N原(

)t/τm余=m原(

)t/τ式中N原?m原分別表示衰變前的放射性元素的原子數和質量,N余?m余分別表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數和質量,t表示衰變時間,τ表示半衰期.③半衰期由放射性元素的原子核內部本身的因素決定,跟原子所處的物理狀態(tài)(如壓強?溫度等)或化學狀態(tài)(如單質或化合物)無關.

共62頁24活學活用共62頁254.從 ,要經過α衰變和β衰變的次數是()A.14次α衰變和10次β衰變B.7次α衰變和4次β衰變C.10次α衰變和14次β衰變D.4次α衰變和7次β衰變共62頁26答案:B共62頁27五? 核能知識講解1.核能核子結合成原子核需要放出能量,這叫原子的結合能,稱為核能.2.質量虧損組成原子核的核子的質量與原子核的質量之差(或者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)叫質量虧損.共62頁283.愛因斯坦質能方程凡具有質量的物體都具有能量,物質的質量和能量間的關系為:E=mc2若原子核質量虧損Δm.對應釋放的能量為ΔE=Δmc2.共62頁29活學活用共62頁305.一個鈾238核發(fā)生α衰變而變成釷234核,已知鈾核的質量為3.853131×10-25kg,釷核的質量為3.786567×10-25kg,α粒子的質量為6.64672×-27kg,試計算在這個衰變過程中要釋放出多少能量?(結果保留2位有效數字)共62頁31解析:在鈾核衰變過程中的質量虧損為Δm=(3.853131×10-25-3.786567×10-25-6.64672×10-27)kg=9.7×10-30kg釋放的核能ΔE=Δmc2=9.7×10-30×(3×108)2J≈8.7×10-13J共62頁32六? 重核的裂變與輕核的聚變知識講解1.重核的裂變①裂變:重核分裂成兩個質量較小的原子核的核反應叫裂變.②鏈式反應:裂變要在一定的條件下才能進行,比如鈾235核受到中子轟擊時會發(fā)生裂變,而裂變時又要放出一些中子,這些中子又可引起其他的鈾235核裂變,而使裂變反應不斷進行下去,這種反應叫做鏈式反應.共62頁332.輕核的聚變①聚變:輕核結合成質量較大原子核的核反應稱為聚變.②熱核反應:聚變必須在輕核間的距離十分接近,即達到10-15m時才能進行.在極高溫度下,原子核可以獲得足夠的動能克服庫侖斥力而發(fā)生聚變,這種聚變反應叫做熱核反應.共62頁34活學活用共62頁356.據新華社報道,由我國自行設計?研制的世界第一套全超導核聚變實驗裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調試.下列關于“人造太陽”的說法中正確的是()共62頁36C.根據公式ΔE=Δmc2可知,核燃料的質量相同時,聚變反應釋放的能量比裂變反應大得多D.根據公式E=mc2可知,核燃料的質量相同時,聚變反應釋放的能量與裂變反應釋放的能量相同解析:“人造太陽”是核聚變裝置,故A正確,B錯誤.由于聚變的燃料是輕核,裂變燃料是重核,根據原子量知同等質量的聚變燃料比裂變燃料包含的原子核數目多,故能產生更多能量,C正確,選AC.答案:AC共62頁37第二關:技法關解讀高考解題技法共62頁38一? 衰變規(guī)律的運用技法講解運用衰變規(guī)律重點要掌握“退二進一”規(guī)律,即原子核發(fā)生α衰變后,新核在元素周期表上要退2位,質量數減4;而β衰變后,新核比舊核在元素周期表上的位置進1位,但質量數不變,另外在分析推理的過程中始終要牢記質量數和電荷數守恒.共62頁39典例剖析【例1】下列說法正確的是()共62頁40

[答案]BC共62頁41二? 核能的計算方法歸納技法講解核能的計算是原子物理的重點知識和高考的熱點問題,其基本方法是:(1)根據質量虧損計算,步驟如下a.根據核反應方程,計算核反應前和核反應后的質量虧損Δm.b.根據愛因斯坦質能方程E=mc2或ΔE=Δmc2計算核能.c.計算過程中Δm的單位是千克,ΔE的單位是焦耳.共62頁42(2)利用原子質量單位u和電子伏特計算①明確原子質量單位u和電子伏特間的關系.由1u=1.6606×10-27kg,1eV=1.6×10-19J,得E=mc2=931.5MeV.②根據1原子質量單位(u)相當于931.5MeV能量,用核子結合成原子核時質量虧損的原子質量單位數乘以931.5MeV,即得ΔE=Δm×931.5MeV.③上式中,Δm的單位是u,ΔE的單位是MeV.

共62頁43(3)利用平均結合能來計算核能原子核的結合能=核子的平均結合能×核子數.核反應中反應前系統(tǒng)內所有原子核的總結合能與反應后生成的所有新核的總結合能之差,就是該次核反應所釋放(或吸收)的核能.(4)根據能量守恒和動量守恒來計算核能參與核反應的粒子所組成的系統(tǒng),在核反應過程中的動量和能量是守恒的,因此,在題給的條件中沒有涉及質量虧損,或者核反應所釋放的核能全部轉化為生成的新粒子的動能而無光子輻射的情況下,根據動量和能量的守恒可以計算出核能的變化.共62頁44

(5)應用阿伏加德羅常數計算核能

若要計算具有宏觀質量的物質中所有原子核都發(fā)生核反應所放出的總能量,應用阿伏加德羅常數計算核能較為簡便.

a.根據物體的質量m和摩爾質量M,由 求出物質的

量,并求出原子核的個數共62頁45b.由題設條件求出一個原子核與另一個原子核反應放出或吸收的能量E0(或直接從題目中找出E0).c.再根據E=NE0求出總能量.共62頁46典例剖析共62頁47【例2】一個鈾核衰變?yōu)殁Q核時釋放出一個α粒子,已知鈾核的質量為3.853131×10-25kg,釷核的質量為3.786567×10-25kg,α粒子的質量為6.64672×10-27kg,在這個衰變過程中釋放出的能量等于[CD#5]J(保留二位有效數字).共62頁48

[解析]衰變前的鈾核可認為是靜止的,衰變后的產物α粒子是運動的,這表明在衰變過程中系統(tǒng)的機械能增加了,根據能的轉化和能量守恒定律,這部分機械能是由核能轉化而來的,這部分核能可以根據核反應過程中的質量虧損,根據愛因斯坦質能方程計算出來.設核反應前的質量和能量分別為m1、E1,則:E1=m1c2設核反應后的質量和能量分別為m2、E2,則:E2=m2c2兩式相減得:ΔE=Δmc2=[mU-(mTh+ma)]c2共62頁49=[3.853131-(3.786567+0.0664672)]×10-25×(3×108)2J=8.7×10-13J.[答案]8.7×10-13J共62頁50【例3】氘核和氚核聚變時的核反應方程為共62頁51

[解析]聚變反應前氘核和氚核的總結合能E1=(1.09×2+2.78×3)MeV=10.52MeV反應后生成的氦核的結合能E2=7.03×4MeV=28.12MeV由于單個核子無結合能,所以聚變過程釋放出的能量ΔE=E2-E1=(28.12-10.52)MeV=17.6MeV共62頁52第三關:訓練關笑對高考隨堂·訓練共62頁531.某原子核 的質量為m,若用mp和mn分別表示一個質子和一個中子的質量,那么核子組成一個這種原子核釋放的核能是()A.[m-Zmp-(A-Z)mn]c2B.[Zmp+(A-Z)mn-m]c2C.[m-Zmn-(A-Z)mp]c2D.[Zmn+(A-Z)mp-m]c2共62頁54解析:核子組成該種原子核后虧損的質量為Zmp+(A-Z)mn-m,據質能方程可知釋放的能量為[Zmp+(A-Z)mn-m]c2,故正確答案為B.答案:B共62頁552.近段時間,朝鮮的“核危機”引起了全球的矚目,其焦點問題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

答案:A共62頁563.放射性同位素 的樣品經過6小時還剩下1/8沒有衰變,它的半衰期是()A.2小時B.1.5小時C.1.17小時