【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修3：第5章原子核與核能本章整合課件

第5章本章整合知識(shí)網(wǎng)絡(luò)·體系構(gòu)建重點(diǎn)題型·歸納整合目錄索引

知識(shí)網(wǎng)絡(luò)·體系構(gòu)建最強(qiáng)

動(dòng)量半數(shù)相鄰E=mc2,ΔE=Δmc2

強(qiáng)相互作用、電磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用重點(diǎn)題型·歸納整合一、原子核的三種衰變和三種射線性質(zhì)1.原子核的三種衰變(1)①α衰變是原子核放出兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子的結(jié)合體。②β衰變是原子核內(nèi)的一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子時(shí)發(fā)生的。③β+衰變是原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)變成一個(gè)中子時(shí)產(chǎn)生的。γ射線是在發(fā)生α衰變、β衰變和β+衰變時(shí),產(chǎn)生的新核由較高能量狀態(tài)向較低能量狀態(tài)躍遷時(shí)發(fā)生的。(2)不論發(fā)生哪種衰變,衰變前后的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)是守恒的。2.三種放射性射線三種射線是指α射線、β射線和γ射線,三種射線的實(shí)質(zhì)和特性如下表所示。名稱粒子特性α射線(正電)穿透本領(lǐng)很弱(空氣中射程只有幾厘米),電離作用強(qiáng)β射線(負(fù)電)穿透本領(lǐng)較強(qiáng)(能穿透幾毫米厚的鋁板),電離作用較弱γ射線高能光子(中性)穿透本領(lǐng)很強(qiáng)(能穿透幾厘米厚的鉛板),電離作用很弱3.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。

典例1

在核電站泄漏的污染物中含有131I和137Cs兩種放射性核素,它們通過(guò)一系列衰變產(chǎn)生對(duì)人體有危害的輻射。在下列四個(gè)式子中,有兩個(gè)能分別反映131I和137Cs的衰變過(guò)程,它們分別是

和

(填入正確選項(xiàng)前的字母)。131I和137Cs原子核中的中子數(shù)分別是

和

。

BC7882解析

根據(jù)衰變過(guò)程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知,X2為

,中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減去核電荷數(shù),分別為131-53=78和137-55=82。針對(duì)訓(xùn)練1為測(cè)定水庫(kù)的存水量,將一瓶放射性溶液倒入水庫(kù)中,已知這瓶溶液每分鐘衰變8×107次,這種元素的半衰期為2天,10天以后從水庫(kù)取出1m3的水,并測(cè)得每分鐘衰變10次,求水庫(kù)的存水量。答案

2.5×105

m3解析

設(shè)該放射性元素原有質(zhì)量m0,10天后的剩余質(zhì)量為m,水庫(kù)存水量為Q,由以上兩式聯(lián)立代入數(shù)據(jù),得

解得水庫(kù)存水量為Q=2.5×105

m3。

二、對(duì)核反應(yīng)方程的類型的理解1.四類核反應(yīng)方程的比較

2.解題時(shí)注意事項(xiàng)

(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)力學(xué)綜合問(wèn)題時(shí),還有動(dòng)量守恒和能量守恒。典例2

在下列描述核過(guò)程的方程中,屬于α衰變的是

,屬于β衰變的是

,屬于裂變的是

,屬于聚變的是

。(填正確答案標(biāo)號(hào))

CABEF解析

一個(gè)原子核自發(fā)地放出一個(gè)α粒子,生成一個(gè)新核的過(guò)程是

α衰變,因此C項(xiàng)是α衰變;一個(gè)原子核自發(fā)地放出一個(gè)電子,生成一個(gè)新核的過(guò)程是β衰變,因此A、B項(xiàng)是β衰變;一個(gè)重核在一個(gè)粒子的轟擊下,分裂成幾個(gè)中等質(zhì)量原子核的過(guò)程是重核的裂變,因此E項(xiàng)是重核的裂變;兩個(gè)較輕的原子核聚合成一個(gè)較大的原子核,并放出粒子的過(guò)程是輕核的聚變,因此F項(xiàng)是輕核的聚變;另外,D項(xiàng)是原子核的人工轉(zhuǎn)變。針對(duì)訓(xùn)練2(多選)下列說(shuō)法正確的是(

)BD三、核能的計(jì)算利用質(zhì)能方程來(lái)計(jì)算核能(1)根據(jù)核反應(yīng)方程,計(jì)算核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損Δm(2)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2或ΔE=Δmc2計(jì)算核能。方程ΔE=Δmc2中若Δm的單位用“kg”、c的單位用“m/s”,則ΔE的單位為“J”;若Δm的單位用“u”,可直接用質(zhì)量與能量的關(guān)系式1u相當(dāng)于931.5MeV推算ΔE,此時(shí)ΔE的單位為“兆電子伏(MeV)”,即原子質(zhì)量單位1u對(duì)應(yīng)的能量為931.5MeV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)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(或吸收)的核能利用動(dòng)量守恒和能量守恒定律來(lái)計(jì)算核能核反應(yīng)中如無(wú)光子輻射,核反應(yīng)釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新核的動(dòng)能和新粒子的動(dòng)能。這種情況下的核能可由下列關(guān)系計(jì)算:反應(yīng)前總動(dòng)能+反應(yīng)過(guò)程中釋放的核能=反應(yīng)后總動(dòng)能;反應(yīng)前后總動(dòng)量不變量為226.0254u,氡核222質(zhì)量為222.0163u,放出粒子質(zhì)量為4.0026u。(1)寫出核反應(yīng)方程;(2)求鐳核衰變放出的能量;(3)若衰變放出的能量均轉(zhuǎn)變?yōu)殡焙撕头懦龅牧Ｗ拥膭?dòng)能,求放出粒子的動(dòng)能。(2)鐳核衰變放出的能量為ΔE=(226.025

4-4.002

6-222.016

3)×931.5

MeV=6.05

MeV。(3)設(shè)鐳核衰變前靜止,鐳核衰變時(shí)動(dòng)量守恒,則由動(dòng)量守恒定律可得mRnvRn-mαvα=0①又根據(jù)衰變放出的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡焙撕挺亮Ｗ拥膭?dòng)能,則則放出粒子的動(dòng)能為5.94

MeV。

針對(duì)訓(xùn)練3(2)本次核試驗(yàn)釋放的能量大約相當(dāng)于7000噸TNT的能量,已知鈾核的質(zhì)量為m1、中子的質(zhì)量為m2、鍶(Sr)核的質(zhì)量為m3、氙(Xe)核的質(zhì)量為m4,光速為c。則一個(gè)

原子裂變釋放的能量ΔE=

。

(m1-m3-m4-9m2