2015高中物理原子核章末总结教科版选修.pptx
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1、第三章 原子核章末总结网络构建区原子核原子核原子核的组成原子核的组成核子核子质子质子()()中子中子()核变化核变化衰变衰变三种射线:三种射线:射线、射线、射线、射线、射线射线三种衰变:三种衰变:衰变、衰变、衰变、衰变、衰变衰变半衰期半衰期人工转变人工转变质子的发现:质子的发现:中子的发现:中子的发现:网络构建区核裂变:核裂变:原子核原子核核变化核变化核聚变:核聚变:核能核能爱因斯坦质能方程:爱因斯坦质能方程:Emc2或或E核能的利用:核电站、核武器核能的利用:核电站、核武器mc2专题整合区一、一、对核反应方程及类型的理解对核反应方程及类型的理解二、二、半衰期及衰变次数的计算半衰期及衰变次数的
2、计算三三、核能的计算方法核能的计算方法四四、原子核物理与动量、能量相结合的综合问题原子核物理与动量、能量相结合的综合问题一、对核反应方程及类型的理解1.四类核反应方程的比较四类核反应方程的比较名称名称核反应方程式核反应方程式时间时间其它其它衰衰变变衰变衰变1896年年贝克勒贝克勒尔发现尔发现衰变衰变裂变裂变1938年年 原子弹原理原子弹原理聚变聚变氢弹氢弹原理原理人工人工转变转变发现发现质子质子1919年年卢瑟福卢瑟福发现发现中子中子1932年年查德查德威克威克2.解题注意:解题注意:(1)熟记一些粒子的符号熟记一些粒子的符号粒粒子子(He)、质质子子(H)、中中子子(n)、电电子子(e)、氘
3、氘核核(H)、氚核、氚核(H)(2)注注意意在在核核反反应应方方程程式式中中,质质量量数数和和电电荷荷数数是是守守恒恒的的;在解有关力学综合问题时,还有动量守恒和能量守恒在解有关力学综合问题时,还有动量守恒和能量守恒.例例1现有三个核反应:现有三个核反应:下列说法正确的是下列说法正确的是()A.是裂变,是裂变,是是衰变,衰变,是聚变是聚变B.是聚变,是聚变,是裂变,是裂变,是是衰变衰变C.是是衰变,衰变,是裂变,是裂变,是聚变是聚变D.是是衰变,衰变,是聚变,是聚变,是裂变是裂变解解析析原原子子核核的的变变化化通通常常包包括括衰衰变变、人人工工转转变变、裂裂变变和和聚聚变变.衰衰变变是是指指原
4、原子子核核放放出出粒粒子子和和粒粒子子后后,变变成成新新的的原子核的变化,像本题中的核反应原子核的变化,像本题中的核反应;原原子子核核的的人人工工转转变变是是指指在在其其它它粒粒子子的的轰轰击击下下变变成成新新的的原原子子核核的的变变化化;裂裂变变是是重重核核分分裂裂成成质质量量较较小小的的核核,像像核核反反应应;聚聚变变是是轻轻核核结结合合成成质质量量较较大大的的核核,像像核核反反应应;综综上上所所述,述,C项正确项正确.答案答案C返回返回二、半衰期及衰变次数的计算1.半半衰衰期期:放放射射性性元元素素的的原原子子核核有有半半数数发发生生衰衰变变需需要要的的时间时间.计算公式:计算公式:NN
5、0()n或或mm0()n,其中其中n,为半衰期为半衰期.2.确定衰变次数的方法确定衰变次数的方法(1)根据质量数、电荷数守恒得根据质量数、电荷数守恒得ZZ2nmAA4n二式联立求解得二式联立求解得衰变次数衰变次数n,衰变次数衰变次数m.(2)根据根据衰变和衰变和衰变衰变(衰变质量数不变衰变质量数不变)直接求解直接求解.例例2放射性元素放射性元素U衰变有多种可能途径,衰变有多种可能途径,其中一种途径是先变成其中一种途径是先变成Bi,而,而Bi可以经可以经一次衰变变成一次衰变变成X(X代表某种元素代表某种元素),也可,也可以经一次衰变变成以经一次衰变变成Tl,X和和Tl最后都变最后都变成成Pb,衰
6、变路径如图,衰变路径如图1所示所示.则则()图图1A.a82,b211B.Bi X是是衰变,衰变,Bi Tl是是衰变衰变C.Bi X是是衰变,衰变,Bi Tl是是衰变衰变D.Tl经过一次经过一次衰变变成衰变变成Pb解解析析由由Bi X,质质量量数数不不变变,说说明明发发生生的的是是衰衰变,同时知变,同时知a84.由由Bi Tl是是核核电电荷荷数数减减2,说说明明发发生生的的是是衰衰变变,同同时知时知b206,由,由Tl Pb发生了一次发生了一次衰变衰变.故选故选B.答案答案B例例32008年年度度十十大大考考古古新新发发现现揭揭晓晓,陕陕西西高高陵陵杨杨官官寨寨居居首首,尤尤其其令令考考古古工
7、工作作者者兴兴奋奋的的是是,在在其其中中一一处处壕壕沟沟内内出出土土了了一一件件极极为为罕罕见见的的人人面面彩彩陶陶.有有考考古古专专家家推推测测,这这里里可可能能是是当当时时的的一一处处中中心心聚聚落落,可可能能为为5500年年前前的的原原始始城城市市.人人们们由由此此可可以以看看见见“城城镇镇”的的雏雏形形,这这在在中中国国文文明明形形成成过过程程中中有有着着重重要要的的作作用用.放放射射性性同同位位素素C被被考考古古学学家家称称为为“碳碳钟钟”,它它可可以以用用来来判判定定古古生生物物体体死死亡亡至至今的年代今的年代.(1)宇宇宙宙射射线线中中高高能能量量中中子子碰碰撞撞空空气气中中的的
8、氮氮原原子子后后,就就会形成会形成C,写出它的核反应方程,写出它的核反应方程.答案答案核反应方程:核反应方程:(2)C很很不不稳稳定定,容容易易发发生生衰衰变变,其其半半衰衰期期为为5730年年,写出它发生衰变的核反应方程写出它发生衰变的核反应方程.答案答案衰变方程:衰变方程:(3)C生成和衰变通常是平衡的,即空气中生物活体的生成和衰变通常是平衡的,即空气中生物活体的C含含量量是是不不变变的的.当当机机体体死死亡亡后后,机机体体内内的的C含含量量将将会会不不断断减减少少.若若测测得得高高陵陵杨杨官官寨寨出出土土的的一一具具古古生生物物遗遗骸骸中中C含含量量只只有有活活体体中中的的50%,则则这
9、这具具遗遗骸骸死死亡亡距距今今应应有多少年?有多少年?解析解析据半衰期公式:据半衰期公式:NN0(),代入数据:,代入数据:50%(),解得,解得t5730年年.答案答案见解析见解析返回返回三、核能的计算方法1.根据质量亏损计算核能根据质量亏损计算核能(1)用用Emc2计算核能计算核能公公式式中中的的各各物物理理量量必必须须用用国国际际单单位位制制中中的的单单位位来来表表示示,所所以以,当当原原子子核核及及核核子子的的质质量量用用“kg”作作单单位位时时,用用该该式计算核能较为方便式计算核能较为方便.(2)用用1u的质量相当于的质量相当于931.5MeV的能量来计算核能的能量来计算核能.2.根
10、据结合能计算核能根据结合能计算核能利利用用结结合合能能计计算算核核能能时时要要采采用用“先先拆拆散散,再再结结合合”的的方方法法.例例4假假设设两两个个氘氘核核在在一一条条直直线线上上相相碰碰发发生生聚聚变变反反应应生生成成氦氦核核的的同同位位素素和和中中子子,已已知知氘氘核核的的质质量量是是2.0136u,中中子子的的质质量量是是1.0087u,氦氦核核同同位位素素的的质质量量是是3.0150u,则则聚聚变变的的核核反反应应方方程程是是_,在在聚聚变变反反应应中中释放出的能量为释放出的能量为_MeV(保留两位有效数字保留两位有效数字).解析解析根据题中条件,可知核反应方程为根据题中条件,可知
11、核反应方程为核反应过程中的质量亏损核反应过程中的质量亏损m2mH(mHemn)22.0136u(3.01501.0087)u3.5103u由由于于1u的的质质量量与与931.5MeV的的能能量量相相对对应应,所所以以氘氘核核聚聚变反应时放出的能量为变反应时放出的能量为E3.5103931.5MeV3.3MeV.答案答案返回返回四、原子核物理与动量、能量相结合的综合问题1.核核反反应应过过程程中中满满足足四四个个守守恒恒:质质量量数数守守恒恒;电电荷荷数数守守恒;动量守恒;能量守恒恒;动量守恒;能量守恒.2.核核反反应应过过程程若若在在磁磁场场中中发发生生,粒粒子子在在匀匀强强磁磁场场中中可可能
12、能做做匀匀速速圆圆周周运运动动,衰衰变变后后的的新新核核和和放放出出的的粒粒子子(粒粒子子、粒子粒子)形成外切圆或内切圆形成外切圆或内切圆.例例5足足够够强强的的匀匀强强磁磁场场中中有有一一个个原原来来静静止止的的氡氡核核Rn,它它放放射射出出一一个个粒粒子子后后变变为为Po核核.假假设设放放出出的的粒粒子子运运动方向与磁场方向垂直,求:动方向与磁场方向垂直,求:(1)粒粒子子与与Po核核在在匀匀强强磁磁场场中中的的轨轨迹迹圆圆半半径径之之比比并并定定性性画出它们在磁场中运动轨迹的示意图画出它们在磁场中运动轨迹的示意图.解析解析氡核经氡核经衰变的核反应方程为衰变的核反应方程为衰变的极短过程系统
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