2012版高三物理一輪復(fù)習(xí)課件：152原子 原子核(大綱版)

共62頁1第二課時(shí)原子原子核共62頁2第一關(guān):基礎(chǔ)關(guān)展望高考基礎(chǔ)知識(shí)共62頁3一? 原子的核式結(jié)構(gòu)模型

知識(shí)講解

(1)α粒子散射實(shí)驗(yàn)

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

①實(shí)驗(yàn)裝置(如圖所示)由放射源、金箔、熒光屏等組成.

說明:a.整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程在真空中進(jìn)行.

b.金箔很薄,α粒子 很容易穿過.共62頁4②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn),但是有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn).極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過90°,有的幾乎達(dá)到180°,沿原路返回.共62頁5(2)原子的核式結(jié)構(gòu)盧瑟福依據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,提出了原子的核式結(jié)構(gòu):在原子中心有一個(gè)很小的核,叫原子核,原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里,帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn).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(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù),等于核外電子數(shù),接近于原子序數(shù).原子核的尺度:對于一般的原子核,核半徑的數(shù)量級(jí)為10-15m,而原子半徑的數(shù)量級(jí)為10-10m,兩者相差十萬倍,可見原子內(nèi)部是十分\!空曠\"的.共62頁7活學(xué)活用1.盧瑟福通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,提出()A.原子的核式結(jié)構(gòu)模型B.原子核內(nèi)有中子存在C.電子是原子的組成部分D.原子核是由質(zhì)子和中子組成的共62頁8解析:α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是大部分α粒子沿原來方向前進(jìn),少部分發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過90°甚至達(dá)到180°,說明原子的幾乎全部質(zhì)量與全部正電荷都集中在很小的核上.據(jù)此盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型.答案:A共62頁9二? 天然放射現(xiàn)象知識(shí)講解(1)元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象.首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),說明原子核還有復(fù)雜的結(jié)構(gòu).(2)具有放射性的元素叫做放射性元素,一般原子序數(shù)大于83的所有天然元素都具有放射性,原子序數(shù)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(zhì)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(zhì)量4mpmp=1.67×10-27kg靜止質(zhì)量為零共62頁11速度0.1c0.99cc(光速)在電磁場中偏轉(zhuǎn)與α射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱,用紙能擋住較強(qiáng),穿透幾毫米的鋁板最強(qiáng),穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱在空氣中的徑跡粗?短?直細(xì)?較長?曲折最長通過膠片感光感光感光共62頁12活學(xué)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(jì)數(shù)器之間加上L后,計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率大幅度減小,在L和計(jì)數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場,計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率不變,則x可能是()A.α和β的混合放射源 B.純?chǔ)练派湓碈.α和γ的混合放射源 D.純?chǔ)梅派湓垂?2頁14解析:此題考查運(yùn)用三種射線的性質(zhì)分析問題的能力.在放射源和計(jì)數(shù)器之間加上鋁片后,計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)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(jì)數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場,計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)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(shí)講解原子核是由質(zhì)子、中子構(gòu)成的,質(zhì)子帶正電,中子不帶電.不同的原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的個(gè)數(shù)并不相同.共62頁16(1)原子核中的三個(gè)整數(shù)①核子數(shù):質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小,兩者統(tǒng)稱為核子,所以質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù).②電荷數(shù)(Z):原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍,通常用這個(gè)整數(shù)表示原子核的電荷量,叫做原子核的電荷數(shù).③質(zhì)量數(shù)(A):原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和,而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相等,所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個(gè)核子質(zhì)量的整數(shù)倍,這個(gè)整數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù).共62頁17(2)原子核中的兩個(gè)等式①核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)(Z)=元素的原子序數(shù)=核外電子數(shù).②質(zhì)量數(shù)(A)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù).共62頁18(3)同位素①定義:具有相同質(zhì)子數(shù)不同中子數(shù)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(zhì)子數(shù)決定了核外電子的數(shù)目,也決定了電子在核外分布的情況,進(jìn)而決定了這種元素的化學(xué)性質(zhì).同位素的化學(xué)性質(zhì)相同.共62頁19活學(xué)活用共62頁203.目前普遍認(rèn)為,質(zhì)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(zhì)子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成,中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成B.質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成,中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成C.質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成,中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成D.質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成,中子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成共62頁21解析:因質(zhì)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(zhì)子應(yīng)由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成,中子應(yīng)由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成,故選項(xiàng)B正確.答案:B共62頁22

四? 原子核的衰變

知識(shí)講解共62頁233.半衰期①意義:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)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(shù)和質(zhì)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(shù)和質(zhì)量,t表示衰變時(shí)間,τ表示半衰期.③半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定,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)或化合物)無關(guān).

共62頁24活學(xué)活用共62頁254.從 ,要經(jīng)過α衰變和β衰變的次數(shù)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(shí)講解1.核能核子結(jié)合成原子核需要放出能量,這叫原子的結(jié)合能,稱為核能.2.質(zhì)量虧損組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差(或者參加核反應(yīng)的原子核總質(zhì)量與生成新原子核的總質(zhì)量之差)叫質(zhì)量虧損.共62頁283.愛因斯坦質(zhì)能方程凡具有質(zhì)量的物體都具有能量,物質(zhì)的質(zhì)量和能量間的關(guān)系為:E=mc2若原子核質(zhì)量虧損Δm.對應(yīng)釋放的能量為ΔE=Δmc2.共62頁29活學(xué)活用共62頁305.一個(gè)鈾238核發(fā)生α衰變而變成釷234核,已知鈾核的質(zhì)量為3.853131×10-25kg,釷核的質(zhì)量為3.786567×10-25kg,α粒子的質(zhì)量為6.64672×-27kg,試計(jì)算在這個(gè)衰變過程中要釋放出多少能量?(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)共62頁31解析:在鈾核衰變過程中的質(zhì)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(shí)講解1.重核的裂變①裂變:重核分裂成兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核的核反應(yīng)叫裂變.②鏈?zhǔn)椒磻?yīng):裂變要在一定的條件下才能進(jìn)行,比如鈾235核受到中子轟擊時(shí)會(huì)發(fā)生裂變,而裂變時(shí)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(yīng)不斷進(jìn)行下去,這種反應(yīng)叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng).共62頁332.輕核的聚變①聚變:輕核結(jié)合成質(zhì)量較大原子核的核反應(yīng)稱為聚變.②熱核反應(yīng):聚變必須在輕核間的距離十分接近,即達(dá)到10-15m時(shí)才能進(jìn)行.在極高溫度下,原子核可以獲得足夠的動(dòng)能克服庫侖斥力而發(fā)生聚變,這種聚變反應(yīng)叫做熱核反應(yīng).共62頁34活學(xué)活用共62頁356.據(jù)新華社報(bào)道,由我國自行設(shè)計(jì)?研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調(diào)試.下列關(guān)于“人造太陽”的說法中正確的是()共62頁36C.根據(jù)公式ΔE=Δmc2可知,核燃料的質(zhì)量相同時(shí),聚變反應(yīng)釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多D.根據(jù)公式E=mc2可知,核燃料的質(zhì)量相同時(shí),聚變反應(yīng)釋放的能量與裂變反應(yīng)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(cuò)誤.由于聚變的燃料是輕核,裂變?nèi)剂鲜侵睾?根據(jù)原子量知同等質(zhì)量的聚變?nèi)剂媳攘炎內(nèi)剂习脑雍藬?shù)目多,故能產(chǎn)生更多能量,C正確,選AC.答案:AC共62頁37第二關(guān):技法關(guān)解讀高考解題技法共62頁38一? 衰變規(guī)律的運(yùn)用技法講解運(yùn)用衰變規(guī)律重點(diǎn)要掌握“退二進(jìn)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(zhì)量數(shù)減4;而β衰變后,新核比舊核在元素周期表上的位置進(jìn)1位,但質(zhì)量數(shù)不變,另外在分析推理的過程中始終要牢記質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)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(jì)算方法歸納技法講解核能的計(jì)算是原子物理的重點(diǎn)知識(shí)和高考的熱點(diǎn)問題,其基本方法是:(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算,步驟如下a.根據(jù)核反應(yīng)方程,計(jì)算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損Δm.b.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2或ΔE=Δmc2計(jì)算核能.c.計(jì)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(zhì)量單位u和電子伏特計(jì)算①明確原子質(zhì)量單位u和電子伏特間的關(guān)系.由1u=1.6606×10-27kg,1eV=1.6×10-19J,得E=mc2=931.5MeV.②根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV能量,用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)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(jié)合能來計(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,就是該次核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能.(4)根據(jù)能量守恒和動(dòng)量守恒來計(jì)算核能參與核反應(yīng)的粒子所組成的系統(tǒng),在核反應(yīng)過程中的動(dòng)量和能量是守恒的,因此,在題給的條件中沒有涉及質(zhì)量虧損,或者核反應(yīng)所釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為生成的新粒子的動(dòng)能而無光子輻射的情況下,根據(jù)動(dòng)量和能量的守恒可以計(jì)算出核能的變化.共62頁44

(5)應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算核能

若要計(jì)算具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核都發(fā)生核反應(yīng)所放出的總能量,應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算核能較為簡便.

a.根據(jù)物體的質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量M,由 求出物質(zhì)的

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

[解析]衰變前的鈾核可認(rèn)為是靜止的,衰變后的產(chǎn)物α粒子是運(yùn)動(dòng)的,這表明在衰變過程中系統(tǒng)的機(jī)械能增加了,根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和能量守恒定律,這部分機(jī)械能是由核能轉(zhuǎn)化而來的,這部分核能可以根據(jù)核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程計(jì)算出來.設(shè)核反應(yīng)前的質(zhì)量和能量分別為m1、E1,則:E1=m1c2設(shè)核反應(yīng)后的質(zhì)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(shí)的核反應(yīng)方程為共62頁51

[解析]聚變反應(yīng)前氘核和氚核的總結(jié)合能E1=(1.09×2+2.78×3)MeV=10.52MeV反應(yīng)后生成的氦核的結(jié)合能E2=7.03×4MeV=28.12MeV由于單個(gè)核子無結(jié)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(guān):訓(xùn)練關(guān)笑對高考隨堂·訓(xùn)練共62頁531.某原子核 的質(zhì)量為m,若用mp和mn分別表示一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子的質(zhì)量,那么核子組成一個(gè)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(zhì)量為Zmp+(A-Z)mn-m,據(jù)質(zhì)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(shí)間,朝鮮的“核危機(jī)”引起了全球的矚目,其焦點(diǎn)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(shí)還可以生產(chǎn)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(jīng)過6小時(shí)還剩下1/8沒有衰變,它的半衰期是()A.2小時(shí)B.1.5小時(shí)C.1.17小時(shí)