高考物理 原子核課件

自主學(xué)習(xí)1 電子的發(fā)現(xiàn) 1897年 通過對(duì)陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子 從而說(shuō)明電子是原子的組成部分 即原子是可再分的 湯姆生 2 核式結(jié)構(gòu)模型 1 1909 1911年 英國(guó)物理學(xué)家進(jìn)行了 粒子散射實(shí)驗(yàn) 提出了核式結(jié)構(gòu)模型 2 粒子散射實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)裝置 如圖所示 盧瑟福 實(shí)驗(yàn)條件 金箔是由重金屬原子組成 很薄 厚度接近單原子的直徑 全部設(shè)備裝在真空環(huán)境中 因?yàn)?粒子很容易使氣體電離 在空氣中只能前進(jìn)幾個(gè)厘米 顯微鏡可在底盤上旋轉(zhuǎn) 要在360 的范圍內(nèi)進(jìn)行觀察 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 粒子穿過金箔后 絕大多數(shù)沿前進(jìn) 少數(shù)發(fā)生偏轉(zhuǎn) 極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度大于90 甚至被彈回 原方向 較大角度 3 核式結(jié)構(gòu)模型 原子中心有一個(gè)很小的 叫做原子核 原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里 帶負(fù)電的在核外空間繞核旋轉(zhuǎn) 電子 核 深化拓展盧瑟福對(duì) 粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋 1 用 粒子作為 炮彈 的理由 質(zhì)量和速度都較大 可以使熒光物質(zhì)發(fā)光 2 選用金箔作為 靶子 的理由 金原子核的電荷量較大 金原子核的質(zhì)量較大 與 粒子作用可視為靜止 金的延展性好 可制成很薄的箔 能減少 粒子與金原子核發(fā)生二次碰撞的可能性 3 電子質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 粒子的質(zhì)量 電子質(zhì)量約為 粒子質(zhì)量的1 7300 對(duì) 粒子的運(yùn)動(dòng)基本沒有影響 使 粒子發(fā)生大角度散射的只能是原子中帶正電的部分 因?yàn)樵雍撕苄?原子的大部分空間是空的 大部分 粒子穿過金箔時(shí)離核很遠(yuǎn) 受到的庫(kù)侖力很小 運(yùn)動(dòng)幾乎不受影響 只有少數(shù) 粒子從原子核附近飛過 受到原子核的庫(kù)侖力較大 才發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn) 離原子核越近的 粒子受到的庫(kù)侖力越大 偏轉(zhuǎn)角越大 針對(duì)訓(xùn)練如下圖所示 X表示金的原子核 粒子射向金核時(shí)被散射 設(shè)入射時(shí)的動(dòng)能相同 其偏轉(zhuǎn)軌道可能是圖中的 解析 粒子受庫(kù)侖斥力而偏轉(zhuǎn) 斥力的方向沿X與 粒子的連線方向 且 粒子離原子核越近 偏轉(zhuǎn)角越大 如圖所示 故D正確 答案 D 自主學(xué)習(xí)1 定義 元素地放出射線的現(xiàn)象 由法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾在1896年發(fā)現(xiàn) 2 原子核的衰變 放射性元素的在放出某種粒子后 本身變成新原子核的變化 1 衰變 新核的數(shù)少2 數(shù)少4 2 衰變 新核的數(shù)增加1 數(shù)不變 3 衰變是伴隨 衰變或 衰變同時(shí)發(fā)生的 自發(fā) 原子核 電荷 質(zhì)量 電荷 質(zhì)量 3 半衰期 放射性元素原子核有發(fā)生衰變所需的時(shí)間 1 對(duì)大量原子核而言 是一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律 對(duì)少量原子核研究沒有意義 剩余原子核數(shù)目n剩 n原 1 2 t 其中t為衰變時(shí)間 2 半衰期由放射性元素原子核內(nèi)部的因素決定 跟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) 化合物等 無(wú)關(guān) 不同的放射性元素半衰期不同 3 放射性同位素的應(yīng)用 利用它的射線 作為示蹤原子 半數(shù) 本身 深化拓展原子核的衰變1 三種衰變的實(shí)質(zhì) 1 衰變實(shí)質(zhì) 原子核中兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子組成 粒子 發(fā)生一次 衰變 新元素與原元素比較 核電荷數(shù)少2 質(zhì)量數(shù)少4 即 2 衰變實(shí)質(zhì) 原子核中一個(gè)中子變成質(zhì)子時(shí)放出一個(gè)電子 發(fā)生一次 衰變 新元素與原元素比較 核電荷數(shù)增加1 質(zhì)量數(shù)不變 即 3 衰變 衰變是伴隨著 衰變和 衰變同時(shí)發(fā)生的 衰變不改變?cè)雍说碾姾蓴?shù)和質(zhì)量數(shù) 2 三種射線的比較 3 衰變次數(shù)的確定特點(diǎn) 衰變一次原子核質(zhì)量數(shù)少4 衰變不改變?cè)雍说馁|(zhì)量數(shù) 先確定 衰變的次數(shù)后 再確定 衰變的次數(shù) 方法 設(shè)放射性元素X經(jīng)過n次 衰變和m次 衰變后為穩(wěn)定的新元素Y 則核反應(yīng)的方程為 4 對(duì)半衰期的理解 1 放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間稱為半衰期 它是大量原子核發(fā)生衰變的一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律 對(duì)單個(gè)或少數(shù)原子核無(wú)意義 2 半衰期由核內(nèi)部因素決定 與原子所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān) 3 若用N表示尚未衰變的原子核數(shù) N0表示衰變前的原子核數(shù) t表示衰變的時(shí)間 表示半衰期 則有N 由于元素的質(zhì)量與其相對(duì)原子質(zhì)量成正比 所以若用m0表示衰變前的物質(zhì)的質(zhì)量 m表示未衰變的物質(zhì)的質(zhì)量 上式可變?yōu)閙 針對(duì)訓(xùn)練 朝核危機(jī) 引起全球矚目 其焦點(diǎn)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(shí)還可以生產(chǎn)出可供研制核武器的钚239 Pu 這種钚239可由鈾239 U 經(jīng)過n次 衰變而產(chǎn)生 則n為 A 2B 239C 145D 92解析 由 衰變規(guī)律 質(zhì)量數(shù)不變 質(zhì)子數(shù)增加1 Pu比U質(zhì)子增加2 所以發(fā)生2次 衰變 答案 A 自主學(xué)習(xí)1 核反應(yīng) 某種元素的原子核變?yōu)榱硪环N元素原子核的過程 2 核能 由于原子核間存在 所以原子核分裂成核子或核子結(jié)合成原子核都伴隨著巨大的變化 這種能量叫原子的結(jié)合能 稱為核能 核力 能量 3 質(zhì)量虧損 組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量 或參加核反應(yīng)的原子核總質(zhì)量與生成新原子核的總質(zhì)量之差 4 愛因斯坦質(zhì)能方程 E 若原子核質(zhì)量虧損 m 對(duì)應(yīng)釋放的能量為 E 5 獲得核能的途徑 重核 輕核 之差 mc2 mc2 裂變 聚變 深化拓展典型的核反應(yīng)方程 特別提醒 1 表示原子核的符號(hào)中 左下角Z表示核的電荷數(shù) 左上角A表示核的質(zhì)量數(shù) 2 原子核的質(zhì)子數(shù) 核電荷數(shù) 原子序數(shù) 中性原子的核外電子數(shù) 質(zhì)量數(shù) 核子數(shù) 一中子數(shù) 規(guī)律方法1 熟記常見基本粒子的符號(hào) 是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ) 如質(zhì)子 中子 粒子 粒子 正電子 氘核 氚核 等 2 掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律 是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù) 所以要理解應(yīng)用好質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律 3 熟悉核反應(yīng)的四種基本類型 可以幫助我們理清思路 很快寫出正確的核反應(yīng)方程 特別提醒 1 核反應(yīng)方程一般都不是可逆的 所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向 不能用等號(hào)連接 2 核反應(yīng)生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ) 不能只依兩個(gè)守恒杜撰出生成物來(lái)臆造核反應(yīng)方程 例1某原子核吸收一個(gè)中子后 放出一個(gè)電子 分裂為兩個(gè) 粒子 由此可知 A A 7 Z 3B A 7 Z 4C A 8 Z 3D A 8 Z 4 思維點(diǎn)拔 只要寫出此核反應(yīng)的核反應(yīng)方程式便可得出正確答案 解析 其核反應(yīng)方程為 由核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)定恒可知 A 1 4 2 Z 2 2 1 解得A 7 Z 3 答案 A 總結(jié)提升 無(wú)論寫哪種類型的核反應(yīng)方程 都應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 1 必須遵守電荷數(shù)守恒 質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律 有的還要考慮能量守恒規(guī)律 如裂變和聚變方程常含能量項(xiàng) 2 核反應(yīng)方程中的箭頭 表示反應(yīng)進(jìn)行的方向 不能把箭頭寫成等號(hào) 3 寫核反應(yīng)方程必須要有實(shí)驗(yàn)依據(jù) 決不能毫無(wú)根據(jù)地編造 2009 安徽理綜 原子核聚變可望給人類未來(lái)提供豐富的潔凈能源 當(dāng)氘等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時(shí) 氘核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 由平衡條件可知 A k 1 d 4B k 2 d 2C k 1 d 6D k 2 d 3 解析 本題考查的是原子核反應(yīng)方程的有關(guān)知識(shí) 意在考查考生對(duì)核反應(yīng)過程中質(zhì)量和電荷數(shù)守恒這一知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用能力 根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知 解得 k 2 d 2 故B正確 答案 B 例2 2008 皖南八校聯(lián)考 目前 在居室裝修中經(jīng)常用到花崗巖 大理石等裝飾材料 這些巖石都不同程度地含有放射性元素 從而放射出 射線 會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病 根據(jù)有關(guān)放射性知識(shí)可知 下列說(shuō)法正確的是 A 氡的半衰期為3 8天 若取4個(gè)氡原子核 經(jīng)7 6天后就一定剩下一個(gè)原子核了B 衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的C 射線一般伴隨著 或 射線產(chǎn)生 在這三種射線中 射線的穿透能力最強(qiáng) 電離能力最弱D 發(fā)生 衰變時(shí) 生成核與原來(lái)的原子核相比 中子數(shù)減少了4 解析 半衰期是統(tǒng)計(jì)規(guī)律 需對(duì)大量原子核而言 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 原子核內(nèi)不可能有電子存在 衰變釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的 選項(xiàng)B正確 由三種射線的特性可知 選項(xiàng)C正確 發(fā)生 衰變時(shí)新生成的原子核質(zhì)子數(shù)減少2 質(zhì)量數(shù)減少4 中子數(shù)減少2 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案 BC 分析 此類題目的特點(diǎn)是對(duì)基本知識(shí)點(diǎn)加以理解應(yīng)用 對(duì)考點(diǎn)要求的基本知識(shí)點(diǎn)要非常熟悉 2008 高考天津理綜 一個(gè)氡核Rn衰變成釙核Po并放出一個(gè)粒子 其半衰期為3 8天 1g氡經(jīng)過7 6天衰變掉氡的質(zhì)量 以及Rn衰變成Po的過程放出的粒子是 A 0 25g 粒子B 0 75g 粒子C 0 25g 粒子D 0 75g 粒子解析 7 6天是兩個(gè)半衰期 剩下的質(zhì)量占原來(lái)的1 4 1g氡衰變掉的質(zhì)量為0 75g 又由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知 放出的粒子質(zhì)量數(shù)是4 核電荷數(shù)是2 該粒子是 粒子 因而B對(duì) 答案 B 規(guī)律方法 1 應(yīng)用 E mc2 先計(jì)算質(zhì)量虧損 m 注意 m的單位1u 1 66 10 27kg 1u相當(dāng)于931 5MeV的能量 u是原子質(zhì)量單位 2 核反應(yīng)遵守動(dòng)量守恒和能量守恒定律 因此我們可以結(jié)合動(dòng)量守恒和能量守恒定律來(lái)計(jì)算核能 特別提醒 1 質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是兩個(gè)不同的概念 核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù) 電荷數(shù)都守恒 但核反應(yīng)中依然有質(zhì)量虧損 2 愛因斯坦的質(zhì)能方程反映了原子質(zhì)量虧損和釋放出核能這兩種現(xiàn)象之間的聯(lián)系 并不表示質(zhì)量和能量之間的轉(zhuǎn)變關(guān)系 即 核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損 并不是這部分質(zhì)量消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量 質(zhì)量虧損也不是核子個(gè)數(shù)的減少 核反應(yīng)中核子的個(gè)數(shù)是不變的 3 質(zhì)量虧損并不否定質(zhì)量守恒定律 例3一個(gè)靜止的氡核Rn 放出一個(gè) 粒子后衰變?yōu)獒暫薖o 假設(shè)放出的核能完全轉(zhuǎn)變?yōu)獒暫伺c 粒子的動(dòng)能 已知M氡 222 08663u m 4 0387u M釙 218 0766u 1u對(duì)應(yīng)的能量為931 5MeV 1 寫出上述核反應(yīng)方程 2 求出發(fā)生上述核反應(yīng)放出的能量 2 確定釙核與 粒子的動(dòng)能 解析 2 質(zhì)量虧損 m 222 08663u 4 00387u 218 0766u 0 00616u E 0 00616u 931 5MeV 5 74MeV 3 設(shè) 粒子 釙核的動(dòng)能分別為Ek Ek釙 動(dòng)量分別為p p釙 由能量守恒定律得 E Ek Ek釙 由動(dòng)量守恒定律得 0 p p釙 又Ek 故Ek Kk釙 218 4 聯(lián)立 解得Ek釙 0 1MeV Ek 5 64MeV 答案 見解析 總結(jié)提升 還可用能量守恒定律動(dòng)量定恒定律代替上面的 解得 2009 海南高考 钚的放射性同位素Pu靜止時(shí)衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)U 和 粒子 而鈾核激發(fā)態(tài)U 立即衰變?yōu)殁櫤薝 并放出能量為0 097MeV的 光子 已知 Pu U和 粒子的質(zhì)量分別為mPu 239 0521u mU 235 0439u