高考物理一轮复习第十六章第2讲原子核课件PPT

第十六章　近代物理第2讲　原子核目标要求1.了解原子核的组成及核力的性质，了解半衰期及其统计意义.2.认识原子核的结合能，了解核裂变及核聚变，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程.内容索引考点一　原子核的衰变及半衰期考点二　核反应及核反应类型考点三　质量亏损及核能的计算课时精练考点一原子核的衰变及半衰期1.原子核的组成：原子核是由 和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的 .2.天然放射现象放射性元素 地发出射线的现象，首先由 发现.天然放射现象的发现，说明 具有复杂的结构.夯实必备知识基础梳理质子质子数贝克勒尔自发原子核3.三种射线的比较氦电子强弱强弱4.原子核的衰变(1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种 的变化称为原子核的衰变.(2)α衰变、β衰变原子核电荷数(3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的.5.半衰期(1)公式：N余＝N原 ，m余＝m原 .(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由 决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)______(选填“有关”或“无关”).核内部自身的因素无关6.放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素：有 放射性同位素和 放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同.(2)应用：消除静电、工业探伤、做 等.(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害.天然人工示踪原子1.三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线.(　　)2.β衰变中的电子来源于原子核外电子.(　　)3.发生β衰变时，新核的电荷数不变.(　　)4.如果现在有100个某放射性元素的原子核，那么经过一个半衰期后还剩50个.(　　)√×××例1　(2018·海南卷·4)已知 的半衰期为24天.4 g 经过72天还剩下A.0 B.0.5 g C.1 g D.1.5 g考向1　原子核的衰变√A.钍核与α粒子轨迹半径之比是1∶45B.钍核与α粒子轨迹半径之比是45∶1C.钍核与α粒子轨迹半径之比是1∶46D.两原子核的运动轨迹应是两圆内切√可知钍核与α粒子半径之比等于其电荷量的倒数比，即R1∶R2＝2∶90＝1∶45钍核与α粒子带同种电荷，故两原子核的运动轨迹为两圆外切，故A正确，B、C、D错误.例3　(2021·全国乙卷·17)医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线，而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的.对于质量为m0的113Sn，经过时间t后剩余的113Sn质量为m，其 －t图线如图所示.从图中可以得到13Sn的半衰期为A.67.3 d B.101.0 dC.115.1 d D.124.9 d√考向2　半衰期考点二核反应及核反应类型1.核反应的四种类型2.核反应方程式的书写(2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒.(3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向.例4　下列说法正确的是√根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A选项反应中的X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，核反应类型为α衰变，选项A错误；B选项反应中的Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变，选项B错误；C选项反应中的K质量数总数为10，电荷数为0，则K为10个中子，核反应类型为重核裂变，选项C正确； D选项反应中的Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工转变，选项D错误.例5　(2021·江苏卷·1)用“中子活化”技术分析某样品的成分，中子轰击样品中的 产生 和另一种粒子X，则X是A.质子 B.α粒子C.β粒子 D.正电子√考点三质量亏损及核能的计算核力和核能(1)核力：原子核内部， 间所特有的相互作用力.(2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们 需要的能量，叫作原子的结合能，也叫核能.(3)比结合能：原子核的结合能与 之比，叫作比结合能，也叫平均结合能. 越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.(4)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝ .原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝ .核子核子数比结合能Δmc2Δmc2分开1.原子核的结合能越大，原子核越稳定.(　　)2.核反应方程中，出现质量亏损，一定有核能产生.(　　)√×核能的计算方法(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”.(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算.因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”.(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数.提升关键能力方法技巧A.8 MeV B.16 MeV C.26 MeV D.52 MeV√因电子质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计，核反应质量亏损Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，选项C正确.√铀块需达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去，故C正确；例8　花岗岩、砖砂、水泥等建筑材料是室内氡的最主要来源.人呼吸时，氡气会随气体进入肺脏，氡衰变放出的α射线像小“炸弹”一样轰击肺细胞，使肺细胞受损，从而引发肺癌、白血病等.一静止的氡核 发生一次α衰变生成新核钋(Po)，此过程动量守恒且释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能.已知m氡＝222.086 6 u，mα＝4.002 6 u，m钋＝218.076 6 u,1 u相当于931 MeV的能量.(结果保留3位有效数字)(1)写出上述核反应方程；根据质量数和电荷数守恒有(2)求上述核反应放出的能量ΔE；答案　6.89 MeV质量亏损Δm＝222.086 6 u－4.002 6 u－218.076 6 u＝0.007 4 uΔE＝Δm×931 MeV解得ΔE＝0.007 4 u×931 MeV≈6.89 MeV(3)求α粒子的动能Ekα.答案　6.77 MeV设α粒子、钋核的动能分别为Ekα、Ek钋，动量分别为pα、p钋，由能量守恒定律得ΔE＝Ekα＋Ek钋由动量守恒定律得0＝pα ＋p钋故Ekα∶Ek钋＝218∶4解得Ekα≈6.77 MeV.课时精练1.(2021·湖南卷·1)核废料具有很强的放射性，需要妥善处理.下列说法正确的是A.放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽B.原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒C.改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期D.过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则 没有伤害√1234567891012345678910根据半衰期的定义可知，放射性元素经过两个完整的半衰期后，还剩原来的 未衰变，故A错误；原子核衰变时满足电荷数守恒，质量数守恒，故B错误；放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的，而与物理环境如压力、温度或浓度无关，与化学状态无关，故C错误；过量放射性辐射包含大量的射线，对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害，故D正确.2.2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置(HL－2M)在成都建成并首次实现利用核聚变放电.下列方程中，正确的核聚变反应方程是12345678910A项方程是核聚变，B项方程为α衰变，C项方程为重核裂变，D项方程为人工核转变.故选A.√A.26Al核的质量等于26Mg核的质量B.26Al核的中子数大于26Mg核的中子数C.将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变D.银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg√1234567891026Al和26Mg的质量数均为26，相等，但是二者原子核中的质子数和中子数不同，所以质量不同，A错误；12345678910半衰期是原子核固有的属性，与外界环境无关，C正确；质量为m的26Al的半衰期为72万年，144万年为2个半衰期，剩余质量为 m，不会全部衰变为26Mg，D错误.12345678910B.核反应过程中的质量亏损为Δm＝mPu－mUC.核反应过程中释放的核能为ΔE＝(mPu－mU)c2D.释放的核能转变为 的动能、新粒子的动能和γ光子能量√12345678910此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量的差，则为：Δm＝mPu－mU－mα，故B错误；根据质能方程可知，释放的核能为：ΔE＝Δmc2＝(mPu－mU－mα)c2，释放的核能转变为的 动能、新粒子(α粒子)的动能和γ光子能量，故C错误，D正确.123456789105.(2021·全国甲卷·17)如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为A.6 B.8 C.10 D.14√12345678910由题图分析可知，核反应方程为经过a次α衰变，b次β衰变，由电荷数与质量数守恒可得238＝206＋4a；92＝82＋2a－b，解得a＝8，b＝6，故放出6个电子，故选A.12345678910√12345678910Δm＝3m1－m2，故B错误；碳核的结合能为E＝(6mp＋6mn－m2)c212345678910A.X粒子是电子B.X粒子是质子√12345678910根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，A、B错误；8.(2020·全国卷Ⅱ·18)氘核 可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式 表示.海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV＝ 1.6×10－13 J，则M约为A.40 kg B.100 kgC.400 kg D.1 000 kg12345678910√123456789109.A、B是两种放射性元素的原子核，原来都静止在同一匀强磁场，其中一个放出α粒子，另一个放出β粒子，运动方向都与磁场方向垂直.图中a、b与c、d分别表示各粒子的运动轨迹，下列说法中正确的是A.A放出的是α粒子，B放出的是β粒子B.a为α粒子运动轨迹，d为β粒子运动轨迹C.a轨迹中的粒子比b轨迹中的粒子动量小D.磁场方向一定垂直纸面向外12345678910√12345678910放射性元素放出α粒子时，α粒子与反冲核的速度相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆；而放射性元素放出β粒子时，β粒子与反冲核的速度相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆，故B放出的是β粒子，A放出的是α粒子，故A正确；根据带电粒子在磁场中的运动的半径r＝ ，放出的粒子与反冲核的动量相等，而反冲核的电荷量大，故轨迹半径小，故b为α粒子运动轨迹，c为β粒子运动轨迹，故B、C错误；12345678910粒子在磁场中做匀速圆周运动，磁场方向不同，粒子运动的方向相反，由于α粒子和β粒子的速度方向未知，不能判断磁场的方向，故D错误.10.(2017·北京卷·23)在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变.放射出的α粒子( )在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量.(1)放射性原子核用 表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程；1234567891012345678910(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；洛伦兹力提供向心力，12345678910(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm.12345678910衰变过程动量守恒，有0＝pY＋pα所以pY＝－pα，“－”表示方向相反.即：EkY∶Ekα＝m∶M由能量守恒得Δmc2＝EkY＋Ekα12345678910本课结束更多精彩内容请登录：www.xinjiaoyu.com