课件46张PPT。第一节 走进原子核
第二节 放射性元素的衰变目标导航预习导引目标导航预习导引二一三四五一、放射性的发现 目标导航二一预习导引三四五二、原子核的组成
1.质子的发现2.中子的发现 目标导航二一预习导引三四五3.原子核的组成
原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为核子.
4.原子核的符号目标导航二一预习导引三四五卢瑟福发现质子是原子核的组成部分和汤姆生发现电子是原子的组成部分的科学思想有何共同点?
答案:汤姆生通过阴极射线,确定阴极射线的电性和电荷量,猜测电子来源于原子,通过换用不同的材料作阴极得到相同的阴极射线,证明了电子是原子的组成部分;卢瑟福通过α粒子轰击氮原子核得到质子,并确定了质子的电性和电荷量,猜测质子来源于原子核,通过用α粒子轰击不同原子的原子核都得到相同的质子,证明了质子是原子核的组成部分.卢瑟福和汤姆生都经历了“实验事实→猜想(预言)→实验验证”的过程.目标导航二一预习导引三四五三、放射线的本质 目标导航二一预习导引三四五若在射线经过的空间施加电场(方向与射线的出射方向垂直),射线能分成三束吗?
答案:能分成三束.三种射线的带电情况各不相同,它们在电场中的受力情况不同,故可分成三束.目标导航二一预习导引三四五四、原子核的衰变
1.原子核的衰变:原子核放出α粒子或β粒子,由于核电荷数变了,变成了另一种原子核.
2.目标导航二一预习导引三四五?目标导航二一预习导引三四五五、半衰期
1.定义:放射性元素的原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间.
2.公式:
m0表示放射性元素衰变前的质量,m为经过时间t后剩余的放射性元素的质量.
3.影响因素:放射性元素衰变的速率由核本身的因素决定,与原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关.目标导航二一预习导引三四五有10个镭226原子核,经过一个半衰期有5个发生衰变,这样理解对吗?
答案:不对.10个原子核,数目太少,它们何时衰变是不可预测的,因为衰变规律是大量原子核的统计规律.迁移应用典题例解一二知识精要一、天然放射现象
1.天然放射现象的意义
天然放射现象说明原子核是有内部结构的.元素的放射性不受单质和化合物存在形式的影响.化学反应决定于核外的电子,能量有限,不可能放出α粒子,也不可能放出高速的β粒子和γ光子来,因此三种射线只能是从原子核内放出的.这说明原子核是有复杂结构的.思考探究三特征:贯穿本领小,电离作用强,能使沿途中的空气电离.
(2)β射线:贝克勒尔证实,β射线是电子流,其速度可达光速的99%.
特征:贯穿本领大,能穿透黑纸,甚至穿透几毫米厚的铝板,但电离作用较弱.
(3)γ射线是一种波长很短的电磁波——光子流,是能量很高的电磁波,波长λ<10-10 m.
特征:贯穿本领最强,能穿透几厘米厚的铅板.电离作用最弱.迁移应用典题例解一二知识精要思考探究三知识精要迁移应用典题例解思考探究分析、比较三种射线。
答案:三种射线的比较如下表一二三一二三知识精要迁移应用典题例解思考探究知识精要迁移应用典题例解思考探究【例1】 (多选)(2014全国理综Ⅰ)关于天然放射性,下列说法正确的是( )
A.所有元素都可能发生衰变
B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关
C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
D.α、β和γ三种射线中,γ射线的穿透能力最强
E.一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线
解析:只有放射性元素才能发生衰变,A项错误;半衰期由原子核的内部自身的因素决定,与原子核所处的化学状态和外部条件无关,B、C两项正确;γ射线的穿透力最强,D项正确;原子核衰变时,不能同时放出α、β射线,E项错误.
答案:BCD一二三一二三知识精要迁移应用典题例解思考探究知识精要迁移应用典题例解思考探究(2015重庆理综)右图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生
衰变放出的部分粒子的径迹,气泡室中磁
感应强度方向垂直于纸面向里.以下判断可能正确的是( )
A.a、b为β粒子的径迹
B.a、b为γ粒子的径迹
C.c、d为α粒子的径迹
D.c、d为β粒子的径迹
答案:D
解析:带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而发生偏转,根据左手定
则可知,曲线a、b为带正电的α粒子的径
迹,曲线c、d为带负电的β粒子的径迹,选项D正确.一二三迁移应用典题例解知识精要思考探究二、原子核的组成
原子核是由质子、中子构成的,质子带正电,中子不带电.质子、中子统称核子.不同的原子核内质子和中子的个数并不相同,原子核直径大约为10-15 m.
符号 X表示原子核,X为元素符号;A为核质量数;Z为核电荷数A-Z=中子数.一二三1.质子的发现
(1)质子带正电,电荷量与一个电子所带电荷量相等,质子质量mp=1.672 623 1×10-27 kg.
(2)1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,从中打出了质子;以后,人们用同样的方法从氟、钠、铝等原子核中都打出了质子.所以质子是原子核的组成部分.
2.中子的发现
1932年,查德威克通过实验证实了中子的存在.中子不带电,质量mn=1.674 928 6×10-27 kg.一二三迁移应用典题例解知识精要思考探究知识精要迁移应用典题例解思考探究原子核的电荷数、质量数就是原子核的电荷量、质量吗?
答案:(1)电荷数Z是指原子核内质子的个数,它可以表示原子核的电荷量,这个电荷量的单位不是库仑,而是“元电荷”,即它表示原子核中所带有Z个元电荷e的电量,原子的电荷量Q=Ze.
(2)质量数也不是原子核的质量.质子和中子统称为核子,原子核内质子和中子的总个数就是质量数,原子核的质量是指原子核内所有质子和中子的质量总和,即m=Zmp+(A-Z)mn≈Amp.一二三知识精要迁移应用典题例解思考探究【例2】 (多选)以下说法中正确的是( )
A.原子中含有带负电的电子,所以原子带负电
B.原子核中的质子数,一定跟核外电子数相等
C.用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子,
因此人们断定质子是原子核的组成部分
D.绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量
跟质子的电荷量之比,因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子
解析:原子中除了带负电的电子外,还有带正电的质子,故A错误.对于中
性原子来说原子核中的质子数才跟核外电子数相等,故B错误.正是用
α粒子轰击原子核的实验才发现了质子,故C正确.因为绝大多数的原子
核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比,
才确定原子核内必还有别的中性粒子存在,故D正确.
答案:CD
一二三一二三知识精要迁移应用典题例解思考探究知识精要迁移应用典题例解思考探究(多选)一个原子核为 Bi,关于这个原子核,下列说法中正确的是( )
A.核外有83个电子,核内有127个质子
B.核外有83个电子,核内有83个质子
C.核内有83个质子,127个中子
D.核内有210个核子
答案:CD
解析:根据原子核的表示方法得质子数为83,质量数为210,故中子数为210-83=127,而质子和中子统称核子,
故核子数为210,因此选项C、D正确.由于不知道原子的电性,就不能判断核外电子数,故选项A、B错误.一二三迁移应用典题例解知识精要一二三思考探究三、放射性元素的衰变
1.衰变方程
(1)原子核放出一个α粒子就说它发生了一次α衰变,新核的质量数比原来的核减少了4,而电荷数减少了2,用通式表示为 .
(2)原子核放出一个β粒子就说它发生了一次β衰变,新核的质量数不变,而电荷数增加了1,用通式表示为 .
(3)γ射线经常是伴随α衰变或β衰变而产生的,是由于衰变后的新核具有较大的能量,处于激发态,向低能级跃迁时辐射出来的一份能量,原子核放出一个γ光子不会改变它的质量数和电荷数,不能单独发生γ衰变.2.两个重要的衰变 3.α衰变和β衰变的实质
在放射性元素的原子核中,2个中子和2个质子结合得比较紧密,有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,这就是放射性元素发生的α衰变现象.原子核里虽然没有电子,但是核内的中子可以转化成质子和电子,产生的电子从核内发射出来,这就是β衰变.
(1)α衰变实质:α粒子实质就是氦核,它是由两个质子和两个中子组成的.当发生α衰变时,原子核中的质子数减2,中子数也减2,因此新原子核的核电荷数比未发生衰变时的原子核的核电荷数少2,为此在元素周期表中的位置向前移动两位.即 .一二三迁移应用典题例解知识精要思考探究(2)β衰变实质:β衰变是原子核中的一个中子转化成一个质子的同时放出一个电子,即β粒子放射出去,生成的一个质子留在核内,使核电荷数增加1.但β衰变不改变原子核的质量数,所以发生β衰变后,新原子核比原来的原子核在周期表中的位置向后移动一位.即 .
4.半衰期
半衰期是一个统计概念,是对大量的原子核衰变规律的总结,对于一个特定的原子核,无法确定何时发生衰变,但可以确定各个时刻发生衰变的概率,即某时衰变的可能性,因此,半衰期只适用于大量的原子核.
半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量.不同的放射性元素,其半衰期不同,有的差别很大.一二三迁移应用典题例解知识精要思考探究知识精要迁移应用典题例解思考探究每种元素只存在一种放射性,为什么一块放射性物质会放出三种射线?
答案:一种元素放射出一种射线后就衰变成另一种元素,这种新元素会具有新的放射性.一二三知识精要迁移应用典题例解思考探究【例3】 原来静止的铀 ?U和? Th同时在同一匀强磁场中,由于
衰变而开始做匀速圆周运动.铀238发
生了一次α衰变,钍234发生了一次β衰变.
(1)试画出铀238发生一次α衰变时所产生的新核及α粒子在磁场中的运动
轨迹的示意图.
(2)试画出钍234发生一次β衰变时所产生的新核及β粒子在磁场中的运动
轨迹的示意图.
思路分析:(1)衰变过程中质量数、电荷数守恒;
(2)衰变过程中动量守恒;
(3)带电粒子垂直磁场方向做圆周运动时洛伦兹力提供向心力.一二三一二三知识精要迁移应用典题例解思考探究一二三知识精要迁移应用典题例解思考探究一二三知识精要迁移应用典题例解思考探究知识精要迁移应用典题例解思考探究一二三一二三知识精要迁移应用典题例解思考探究一二三知识精要迁移应用典题例解思考探究一二三知识精要迁移应用典题例解思考探究知识链接案例探究类题试解由于宇宙射线的作用,大气中二氧化碳除了含有稳定的碳12,还含有放射性的碳14,并且碳的这两种同位素
含量之比几乎保持不变.活的植物通过光合作用吸收到体内的既有碳12,也有碳14,它们体内碳12与碳14
的含量保持着与大气中一样的比例.植物死后,光合作用停止了,碳14由于β衰变含量逐渐减少.已知碳14
的半衰期是5 730年,如果现在有一个从远古居民遗址中挖掘出来的木片,它的碳14的含量只是活体的二
分之一,那么这个木片大约是多少年前的植物?这座远古居民遗址大约是多少年前的?1.分析讨论
植物死后,碳14由于β衰变含量逐渐减少,与活体的植物含量出现差别.根据从遗址中挖掘出来的木片中剩
余的碳14含量,可推出它死后已经过了多少个半衰期,从而得出它的生长年代.题目中所给木片的碳14含
量只是活体的一半,说明经过了一个半衰期的时间,即 5 730 年,所以此植物的生长年代大约是在5 730年前.
2.结论
因为木片中碳14的含量是活体的二分之一,说明它已经死了一个半衰期的时间,已知碳14的半衰期是 5 730 年,所以这个木片和这座远古居民遗址大约是5 730年前的.知识链接案例探究类题试解知识链接案例探究类题试解知识链接案例探究类题试解(2015山东理综)(多选)14C发生放射性衰变成为14N,半衰期约5 700年.已
知植物存活期间,其体内14C与12C的比例不变;生命活动结束后,14C的比例
持续减少.现通过测量得知,某古木样品中14C的比例正好是现代植
物所制样品的二分之一.下列说法正确的是( )
A.该古木的年代距今约5 700年
B.12C、13C、14C具有相同的中子数
C.14C衰变为14N的过程中放出β射线
D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变知识链接案例探究类题试解解析:因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一,则可知经过的时间为一个半衰期,即
该古木的年代距今约为5 700年,A项正确;12C、13C、14C具有相同的质子数,由于质量数不同,故中子数不
同,B项错误;根据核反应方程可知,14C衰变为14N的过程中放出电子,即发出β射线,C项正确;外界环境不
影响放射性元素的半衰期,D项错误.
答案:AC知识链接案例探究类题试解知识链接案例探究类题试解知识链接案例探究类题试解课件21张PPT。第三节 放射性同位素目标导航预习导引目标导航预习导引二三一四一、核反应
1.定义:原子核在其他的高速粒子或人工加速的粒子的轰击下产生新原子核的过程.
2.原子核的人工转变
(1)1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,产生了氧的一种同位素,同时产生了一个质子.
(2)卢瑟福发现质子的核反应方程:目标导航二三一四预习导引?目标导航二三一四预习导引 存在射线危险的地方,常能看到如图所示的标志.你在什么地方见过这个标志?为了保护人身安全,在有这样的标志的场所,应该注意什么? 答案：在医院的放射室看到这个标志.一般情况要远离这些地方,特殊情况下要在医生指导下进出这些场所.目标导航二三一四预习导引 医学上做射线治疗用的放射性元素,应用半衰期长的还是短的?为什么?
答案：半衰期短的.因为半衰期短的放射性废料容易处理.目标导航二一三四预习导引四、放射线的危害及防护
为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏,人们采用了有效的防范措施.在生活中对那些有可能有放射线的物质要有防范意识,尽可能远离放射源.知识精要思考探究迁移应用一二典题例解?知识精要思考探究迁移应用一二典题例解?一二知识精要思考探究迁移应用典题例解人工转变核反应与衰变的异同点是什么?
答案：(1)不同点:原子核的人工转变,是一种核反应,是其他粒子与原子核相碰撞的结果,需要一定的装置和条件才能发生,而衰变是原子核的自发变化,它不受物理化学条件的影响.
(2)相同点:人工转变与衰变过程一样,在发生过程中质量数与电荷数都守恒,反应前后粒子总动量守恒.一二知识精要思考探究迁移应用典题例解一二知识精要思考探究迁移应用典题例解答案：见解析一二知识精要思考探究迁移应用典题例解一二知识精要思考探究迁移应用典题例解x、y和z是3种不同的粒子,其中z是( )
A.α粒子 B.质子 C.中子 D.电子
答案：C
解析：由于核反应前后核电荷数守恒,则x+3=2y①,y+7=x+8②,y+4=z+6③,由①②③联立解得x=1,y=2,z=0,故z为中子,选项C正确.一二知识精要典题例解迁移应用思考探究二、放射性同位素的应用与防护
1.人造放射性同位素的优点
(1)放射强度容易控制;
(2)可以制成各种所需的形状;
(3)半衰期很短,废料容易处理.
2.应用
(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性;
(2)烟雾报警器的使用——利用射线的电离作用,增加烟雾导电离子浓度;
(3)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异,杀死腐败细菌、抑制发芽等;
(4)作示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质.一二知识精要典题例解迁移应用思考探究3.放射性污染与防护一二知识精要典题例解迁移应用思考探究生产和生活中所用的射线为什么都是人造放射性同位素?
答案：这是因为人造放射性同位素的放射强度容易控制,放射源形状可随意制成,更为重要的是,其半衰期比天然放射性物质短得多,放射性核废料容易处理.一二知识精要典题例解迁移应用思考探究【例2】 核能是一种高效的能源.
(1)在核电站中,为了防止放射性物质泄漏,核反应堆有三道防护屏障:燃料包壳、压力壳和安全壳,如图甲所示.结合图乙可知,安全壳应当选用的材料是答案：混凝土一二知识精要典题例解迁移应用思考探究(2)核反应堆中的核废料具有很强的放射性,目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中,然后( )
A.沉入海底 B.放至沙漠
C.运到月球 D.深埋地下
答案：D
(3)图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章,通过照相底片被射线感光的区域,可以判断工作人员受到何种辐射.当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光,而铅片下的照相底片未被感光时,结合图分析可知工作人员受到了 射线的辐射.?一二知识精要典题例解迁移应用思考探究答案：β
解析：(1)在核电站中,核反应堆的最外层安全壳用的都是厚厚的混凝土.
(2)将核废料放入铅制容器深埋地下.沉入海底、放至沙漠和运到月球都造成环境污染.
(3)放射线能穿透几毫米的铝板,γ射线能穿透几毫米的铅板,故当只有铝片下底片被感光时受到的是β射线照射.一二知识精要典题例解迁移应用思考探究答案：D
解析：利用射线的电离效应可消除静电,但射线不能使布料不再因摩擦而生电,A错误.过量的射线照射,对人体组织的破坏作用大,将正常细胞大量杀伤造成危害,B错误.射线照射后的作物种子不一定能成为更优良的品种,C错误.只有D正确.课件28张PPT。第四节 核力与结合能目标导航预习导引目标导航预习导引二一一、核力及其性质
1.核力:是使核子能够克服库仑力而紧密结合在一起的一种强相互作用力.
2.核力的性质
(1)强相互作用力:在它的作用范围内,核力比库仑力大得多.
(2)短程力:①在约0.5×10-15~2×10-15 m的距离内表现为引力.②大于2×10-15 m核力迅速减小为零.③在小于0.5×10-15 m的距离内核力又转变为强大的斥力,使核子不融合在一起.原子核内只有相邻的核子间才存在相互作用的核力,不相邻的核子间不存在核力,这是为什么?
答案:因为核力是短程力,作用范围在2×10-15 m 左右,原子核内相邻核子间距在这个范围内,而不相邻核子间距已超过0.5×10-15~2×10-15 m,故不存在核力作用.目标导航二一预习导引二、重核与轻核
1.重核
(1)定义:排在周期表比较靠后的元素对应的原子核.
(2)核子比例特点:多数重核的中子数多于质子数.
2.轻核
(1)定义:排在周期表比较靠前的元素对应的原子核.
(2)核子比例特点:质子数等于中子数.目标导航一预习导引二三?目标导航一预习导引二三怎样理解爱因斯坦狭义相对论中的质能方程给出的核能的计算方法?
答案:在核反应过程中,质量数虽然守恒,但反应前跟反应后的质量却是不相等的,反应后质量增加的,需要吸收能量;反应后质量减少的,放出能量.不管是吸能反应还是放能反应,都对应有质量的变化,吸收或放出的能量跟质量变化符合质能方程.因此我们理解为爱因斯坦的质能方程给出了核能的计算方法.迁移应用典题例解一二知识精要一、核力与四种基本相互作用
1.核力的理解
组成原子核的核子间的很强的相互作用力叫核力.
核力把核子紧紧地束缚在核内,形成稳定的原子核.
注意说明:原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡其相互的库仑斥力是不可能的.2.核力的特点
(1)核力是短程力,只在约1.5×10-15m的极短距离内有核力的作用,超过这个距离核力就迅速减小到零.由于质子和中子的半径约为0.8×10-15m,所以每个核子只跟它相邻的核子间才有核力作用.
(2)核力是很强的力,它足以克服质子间库仑斥力,使核子结合成原子核.
(3)核力与核子是否带电无关.质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用.
(4)核力从力的分类上看,属于按性质分的力,而不是按效果分的力,与重力、弹力、摩擦力一样属于性质力.迁移应用典题例解一二知识精要迁移应用典题例解一二知识精要3.四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用
(1)四种相互作用
第一种相互作用是万有引力,第二种是电磁力,第三种是原子核内存在的强相互作用的核力,第四种是原子核内存在的弱相互作用的核力.
(2)四种基本相互作用的性质迁移应用典题例解一二知识精要知识精要迁移应用一二典题例解【例1】 (多选)对于核力,以下说法正确的是( )
A.核力是弱相互作用力,作用力很小
B.核力是强相互作用的表现,是强力
C.核子之间的距离小于0.8×10-15m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起
D.人们对核力的了解很清楚,特别是在小于0.8×10-15m时核力的变化规律更清楚知识精要迁移应用一二典题例解解析:要掌握好核力的基本特点,掌握核力与万有引力、电磁力的区别,这是解决核力问题的关键.
核力是强相互作用的一种表现,它的作用范围在 1.5×10-15m之内,核力比库仑力大得多,因此选项B正确,A错误.核力在大于0.8×10-15m时表现为吸引力,且随距离增大则减小;在距离小于0.8×10-15m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起,所以选项C正确.人们对核力的了解还不是很清楚,这是科学家们奋力攻克的堡垒,故选项D不正确.
答案:BC知识精要迁移应用一二典题例解迁移应用典题例解一二知识精要科学研究表明,自然界存在四种基本相互作用.我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力,那么分子力实质上属于( )
A.引力相互作用
B.电磁相互作用
C.强相互作用和弱相互作用的共同作用
D.四种基本相互作用的共同作用
解析:分子力作用范围约在10-10 m数量级上,强相互作用和弱相互作用都是短程力,作用范围在10-15 m和10-18 m之内,在这个距离上分子力不存在.在分子力作用范围内引力相互作用和电磁相互作用都存在,但由于电磁力远大于万有引力,引力相互作用可以忽略不计,因此分子力本质上属于电磁相互作用.答案:B 典题例解知识精要二一1.比结合能与原子核的稳定性
(1)比结合能的大小能够反映核的稳定程度,比结合能越大,原子核就越难拆开,表示该核就越稳定.
(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核,比结合能都比较小,表示原子核不太稳定;中等核子数的原子核,比结合能较大,表示原子核较稳定.
(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时,就可释放核能.例如,一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核,或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核,都能释放出巨大的核能.迁移应用二一2.质量亏损
在核反应前后原子核的总质量并不相等.例如,一个质子和一个中子结合成氘核的反应中,精确计算表明氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些,这种现象叫做质量亏损,质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出来.
3.爱因斯坦质能方程E=mc2
(1)质能方程的意义:爱因斯坦相对论指出,物体的能量(E)和质量(m)之间存在着密切的关系,即E=mc2,式中c为真空中的光速.
(2)质能方程的本质
①质量或能量是物质的属性之一,绝不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起来;典题例解知识精要迁移应用二一②质能方程揭示了质量和能量的不可分割性,方程建立了这两个属性在数值上的关系,这两个量分别遵守质量守恒定律和能量守恒定律,质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化;
③质量亏损不是否定了质量守恒定律,根据爱因斯坦的相对论,辐射出的γ光子静质量虽然为零,但它有动质量,而且这个动质量刚好等于亏损的质量,所以质量守恒、能量守恒仍成立.
4.核反应中由于质量亏损而释放的能量ΔE=Δmc2
物体的能量变化ΔE与物体的质量变化Δm的关系ΔE=Δmc2.典题例解知识精要迁移应用二一【例2】 (2014北京理综)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3,当一个质子和一个中子结合成氘核时,释放的能量是(c表示真空中的光速)( )
A.(m1+m2-m3)c B.(m1-m2-m3)c
C.(m1+m2-m3)c2 D.(m1-m2-m3)c2
解析:根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,此核反应放出的能量ΔE=(m1+m2-m3)c2,故C正确.
答案:C典题例解知识精要迁移应用二一典题例解知识精要迁移应用二一1.下列说法正确的是( )
A.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量,它们之间可以相互转化
B.由E=mc2可知,能量与质量之间存在着正比关系,可以用物体质量作为它所蕴藏的能量的量度
C.核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变为能量
D.因为在核反应中能产生能量,有质量的转化,所以系统只有质量数守恒,系统的总能量和总质量并不守恒
答案:B迁移应用典题例解知识精要二一解析:E=mc2说明能量和质量之间存在着联系,即能量与质量之间存在着正比关系,但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系,故A错误,B正确;核反应中的“质量亏损”并不是质量消失,实际上是由静止的质量变成运动的质量,并不是质量转变成能量,故C错误;在核反应中,质量守恒,能量也守恒,在核反应前后只是能量的存在方式不同,总能量不变,在核反应前后只是物质由静质量变成动质量,故D错误.迁移应用典题例解知识精要二一2.(多选)关于原子核的结合能,下列说法正确的是 ( )
A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
D.比结合能越大,原子核越不稳定迁移应用典题例解知识精要答案:ABC
解析:核子结合为原子核时释放的能量叫做原子核的结合能,则原子核分解为核子时需要的最小能量等于结合能,A项正确;重核衰变时,同时向外释放能量,因此衰变产物的结合能大于原来重核的结合能,B项正确;铅原子核中的核子数量多,结合能也就大,C项正确;比结合能越大,原子核越稳定,D项错误.知识链接案例探究 类题试解核能的计算是原子物理的重要方面和高考的热点问题,其基本方法:
1.根据质量亏损计算,步骤如下:
(1)根据核反应方程,计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm.
(2)根据爱因斯坦质能方程E=mc2或ΔE=Δmc2计算核能.
(3)计算过程中Δm的单位是千克,ΔE的单位是焦耳.
2.利用原子质量单位u和电子伏特计算
(1)正确写出核反应方程或明确题设的核反应方程中各原子核、粒子的个数;
(2)以原子质量单位(u)为单位,计算反应前后的质量差(即质量亏损)Δm(u);
(3)根据爱因斯坦质能方程直接应用公式ΔE=Δm(u)×931.5 MeV来计算核能.知识链接案例探究 类题试解?案例探究知识链接 类题试解在正、负电子“湮灭”的实验中,产生的两个光子的总能量为多少?已知me=0.000 549 u.
?答案:1.02 MeV案例探究知识链接 类题试解 类题试解 案例探究知识链接??? 类题试解 案例探究知识链接??课件30张PPT。第五节 裂变和聚变目标导航预习导引目标导航预习导引二一一、核裂变与链式反应
1.核裂变:重核分裂为两个或两个以上的较轻质量的核的反应.
2.链式反应:一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变,让核裂变的过程能自发进行下去,源源不断地将核能释放出来.
3.铀235与铀238比较
(1)天然铀储量:铀238占99.3%,铀235占0.7%.
(2)与中子的作用特点
①铀235俘获各种能量的中子都会发生裂变,而且俘获能量低的中子发生裂变的几率较大.
②铀238只有俘获能量大于1 MeV的中子才可能发生裂变,并且几率很小,俘获能量低于1 MeV的中子时,不发生裂变,而变为铀239.
③为使链式反应容易发生,最好选用铀235.目标导航预习导引二一?为了使裂变的链式反应容易进行,一般用高纯度的浓缩铀235,原因是什么?
答案:由于裂变放出的中子有的可能被裂变物质中的杂质吸收而造成链式反应不能持续进行下去,要维持链式反应,就要减少裂变物质中的杂质,尽量用高纯度浓缩铀.目标导航二一预习导引二、核聚变与受控热核反应
1.核聚变
两个轻核聚合成一个较重的核的反应.
2.热核反应
物质达到几百万度以上的高温时,原子的核外电子与原子完全脱离,这时小部分原子核具有足够的动能,能够克服核间的库仑斥力,在相互碰撞中接近到能够发生聚变的程度,因此聚变反应又叫热核反应.
3.普遍性
热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着,太阳就是一个巨大的热核反应堆.迁移应用典题例解一知识精要一、核裂变思考探究二一二迁移应用典题例解知识精要思考探究一二迁移应用典题例解知识精要思考探究一重核的裂变能够自发地进行吗?
答案:重核的裂变不能自发地进行,只能发生在人工控制的核反应中,只有达到链式反应所需要的条件时,才会发生核反应.二迁移应用典题例解知识精要思考探究一【例1】 关于重核的裂变,以下说法正确的是( )
A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B.中子从铀块中通过时,一定发生链式反应
C.重核裂变释放出大量能量,产生明显的质量亏损,所以核子数要减少
D.由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量,所以重核裂变为中等质量的核时,要发生质量亏损,放出核能二迁移应用典题例解知识精要思考探究一解析:根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知,裂变时铀核俘获中子即发生核反应,是核能转化为其他形式能的过程,其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量.链式反应是有条件的,即铀块的体积必须大于其临界体积.如果体积小,中子从铀块中穿过时,碰不到原子核,则链式反应就不会发生.在裂变反应中核子数是不会减少的,
其中各粒子质量分别为
mU=235.043 9 u,mn=1.008 67 u,
mSr=89.907 7 u,mXe=135.907 2 u.
质量亏损Δm=(mU+mn)-(mSr+mXe+10mn)≈0.151 0 u 二迁移应用典题例解知识精要思考探究一可见铀核裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的,核子数是不会减少的,因此选项A、B、C均错误.重核裂变为中等质量的原子核时,由于平均质量减小,还会再发生质量亏损,从而释放出核能.综上所述,选项D正确.
答案:D二迁移应用典题例解知识精要思考探究一二迁移应用典题例解知识精要思考探究一二(多选)关于铀核裂变,下列说法正确的是( )
A.铀核裂变的产物是多种多样的,但只能裂变成两种不同的核
B.铀核裂变时还能同时释放2~3个中子
C.为了使裂变的链式反应容易进行,最好用纯铀235
D.铀块的体积对产生链式反应无影响
答案:BC解析:铀核受到中子的轰击,会引起裂变,裂变的产物是各种各样的,具有极大的偶然性,但裂变成两块的情况多,也有的分裂成多块,并放出几个中子,铀235受中子的轰击时,裂变的概率大,且可以俘获各种能量的中子而引起裂变,而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变,且裂变的概率小,而要引起链式反应,必须使铀块体积超过临界体积.迁移应用典题例解知识精要思考探究迁移应用典题例解知识精要一二聚变发生的条件
要使轻核聚变,就必须使轻核接近核力发生作用的距离10-15 m,但是原子核是带正电的,要使它们接近10-15 m就必须克服电荷间很大的斥力作用,这就要求使核具有足够的动能.要使原子核具有足够大的动能,就要给核加热,使物质达到几百万摄氏度的高温.综上所述,核聚变只有在超高温条件下才能发生.思考探究一二答案:相信.热核反应的燃料之一,氢的同位素——氘在海水中的储量丰富,每升海水中就含有0.03 g氘核,这些氘核完全聚变释放的能量约和燃烧300 L汽油相当.迁移应用典题例解知识精要思考探究一【例2】 (2015广东理综)(多选)科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量,核反应方程分别为
下列表述正确的有( )
A.X是中子
B.Y的质子数是3,中子数是6
C.两个核反应都没有质量亏损
D.氘和氚的核反应是核聚变反应二迁移应用典题例解知识精要思考探究一答案:AD二迁移应用典题例解知识精要思考探究一二迁移应用典题例解知识精要思考探究一二迁移应用典题例解知识精要思考探究一二迁移应用典题例解知识精要思考探究一解析:(1)应用电荷数守恒和质量数守恒可写出该核反应方程
(2)该核反应中的质量亏损
Δm=2×2.013 6 u-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u.
由爱因斯坦质能方程得释放的核能
ΔE=Δmc2=0.003 5 uc2=0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV.二迁移应用典题例解知识精要思考探究一二迁移应用典题例解知识精要思考探究知识链接案例探究思悟升华知识链接案例探究思悟升华这些反应总的结果与上面碳—氮循环反应相同,根据目前的数据,氢—氢链式反应在太阳能中是主要的反应过程,产生的能量约占总能量的96%.
太阳能资源不仅包括直接投射到地球表面上的太阳辐射能,而且也包括像所有矿物资源能、水能、风能、海洋能、潮汐能等间接的太阳能资源,还应包括绿色植物的光合作用固定下来的能量,即生物质能,严格地说,除了地热能和原子核能以外地球上所有其他能源全部来自太阳能,这也称为“广义太阳能”,以便与仅指太阳辐射能的“狭义太阳能”相区别.案例探究知识链接思悟升华随着科技的进步,太阳能得到广泛应用.试分析:
(1)太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应,这种核反应释放出的能量就是太阳能的来源.其核反应方程是 ;若mH=1.007 3 u,mα=4.002 6 u,me=0.000 55 u.则该反应中发生的质量亏损是 u;如果1 uc2=931.5 MeV,由该反应中释放的能量是 MeV.?
由于核反应中的质量亏损,太阳的质量缓慢减少,与现在相比,在很久很久以前,地球公转的周期 (选填“较长”“较短”或“没有变化).?案例探究知识链接思悟升华(2)利用光电转换可以将太阳能转化为电能.若地球附近某太空站上的太阳能电池接收板的面积是S,光电转换效率为η.已知太阳辐射的总功率为P,太阳辐射穿过太阳的能量损失忽略不计,光速为c,太阳光射到地球上经历的时间是t.试求该太阳能电池能够输出的最大功率.案例探究知识链接思悟升华案例探究知识链接思悟升华案例探究知识链接思悟升华聚变的条件是高温,要高到几百万摄氏度,原子弹爆炸能产生这样的温度.太阳内部的温度约为几千万摄氏度,里面激烈地进行着热核反应,源源不断地释放巨大能量.课件32张PPT。第六节 核能利用
第七节 小粒子与大宇宙目标导航预习导引目标导航预习导引二一三目标导航预习导引二一在利用重核裂变制成的原子弹中,需不需要用镉制成的控制棒,为什么?
答案:镉有吸收中子的特性,吸收减少中子的数目,可以控制能量释放的速度,而原子弹需要在极短的时间内释放大量核能,发生剧烈爆炸,不需要控制速度,故不需要镉棒.三目标导航二一预习导引二、核电站、核能利用
1.核电站
利用反应堆工作时释放的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电的装置.
2.核能利用
(1)核能发电.
(2)原子核物理实验制造各种放射性同位素.
3.核电站的优缺点
(1)优点:①消耗的“燃料”很少;
②作为核燃料的铀、钍等在地球上存储量大;
③对环境的污染比火电站要小.
(2)缺点:①核废料难以处理.
②一旦发生核泄漏会造成严重的核污染.三目标导航二一预习导引目前世界上各个国家的核电站是利用核裂变还是核聚变获得核能的?
答案:目前核裂变的和平利用技术已经成熟,但核聚变的控制技术尚处在试验阶段.所以目前世界上的所有核电站都是利用核裂变来获得核能的.三目标导航三一预习导引二三、小粒子与大宇宙
1.空间跨度
(1)大爆炸宇宙模型:大约150亿年前突然发生一次大爆炸,其后逐渐诞生出恒星、星团、脉冲星、超新星、黑洞以及被称为类星体的遥远发光体等,经历150亿年演化成今天的宇宙.
(2)人类目前所能研究的物质世界的空间尺度:约从10-15 m到1027 m,共跨越了大约42个数量级.?
2.时间跨度
(1)宇宙的年龄的数量级1018 s.?
(2)微观粒子的最短寿命10-25 s.?
(3)物质世界的时间尺度从10-25 s到1018 s,跨越了将近43个数量级.知识精要思考探究迁移应用一二典题例解一、核电站1.核电站的工作原理
原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短时间内释放出来.核电站是利用缓慢释放的核能来发电,这是核能的和平利用.现在世界上已有不少国家建有核电站,我国已建成使用和正在建设的核电站必将为现代化的建设提供能源保障.
2.核反应堆——核电站的心脏
裂变反应堆是核电站的“心脏”,这是一种人工控制链式反应的装置,可以使核能较平缓地释放出来,裂变反应堆的结构和工作原理如下表.知识精要思考探究迁移应用一二典题例解知识精要思考探究迁移应用一二典题例解一二知识精要思考探究迁移应用典题例解衰变反应为放热反应,为什么核电站中反应堆采用核裂变放能,而不采用衰变放能?
答案:衰变尽管也释放能量,但是自发进行的,无法人为控制,而且释放的能量较少,不能很好地利用.一二知识精要思考探究迁移应用典题例解【例1】 原子反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装置,
它主要由四部分组成( )
A.原子燃料、减速剂、冷却系统、控制调节系统
B.原子燃料、减速剂、发热系统、传热系统
C.原子燃料、减速剂、碰撞系统、传热系统
D.原子燃料、中子源、原子能储存系统、输送系统一二知识精要思考探究迁移应用典题例解解析:原子反应堆里用的核燃料是用浓缩铀(铀235占2%~4%)
制成的铀棒;铀235易俘获慢中子,不易俘获快中子,必须使用减
速剂,让快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少,变成慢中子;
控制调节系统是用于调节中子的数目以控制反应速度,它是由
镉做成的置放在铀棒之间的一些控制棒及计算机调节系统组
成;冷却系统靠水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动,
把反应堆内的热量传输出去,用于发电,同时使反应堆冷却,保证
安全.
答案:A一二知识精要思考探究迁移应用典题例解一二知识精要思考探究迁移应用典题例解094型导弹核潜艇是中国最先进的战略核潜艇,水下最大航速
为45节(1节=1.852 km/h),核反应堆最大输出功率为4.5万千
瓦,最大续航里程为20万海里(1海里=1.852 km).假设1个
?92235U核裂变放出能量是200 MeV,铀矿石含铀235的浓度是
4%,求:
(1)当核反应堆达到最大输出功率时,每秒至少有多少个铀
235原子核发生裂变?
(2)核潜艇一次至少要装入铀矿石多少千克?
答案:(1)1.4×1018个 (2)220 kg
一二知识精要思考探究迁移应用典题例解?一二知识精要思考探究迁移应用典题例解?迁移应用典题例解知识精要一二二、粒子和宇宙
1.粒子的分类
按照粒子与各种相互作用的关系,可以将粒子分为三大类:强子、轻子和媒介子,如下表所示.迁移应用典题例解知识精要一二迁移应用典题例解知识精要一二2.微观粒子与宏观宇宙的统一
物理学向微观粒子和宇宙两个领域的研究,今天得到了初步统一,统一场论在逐渐形成.物理学的完整、和谐美在这里又得到了充分体现.物理学中研究最大和最小对象的两个分支——宇宙学和粒子物理学就奇妙地衔接在一起,犹如一条怪蟒咬住自己的尾巴.迁移应用典题例解知识精要一二知识精要迁移应用典题例解一二知识精要迁移应用典题例解一二解析:(1)在核反应中,由质量数和电荷数守恒可知A正确.
(2)ΔE=Δmc2=8.19×10-14 J,碰撞过程中遵循动量守恒,如果是产生一个光子,合动量为零,光子的速度为零,与实际光子的运动状况矛盾.
答案:(1)A
(2)8.19×10-14 遵循动量守恒知识精要迁移应用典题例解一二知识精要迁移应用典题例解一二天文学家测得银河系中氦的含量约为25%.有关研究表明,宇宙
中氦生成的途径有两条:一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的;
二是在宇宙演化到恒星诞生后,由恒星内部的氢核聚变反应生
成的.
(1)把氢核聚变反应简化为4个氢核(11H)聚变成氦核(24He),同时
放出2个正电子(10e)和2个中微子(νe),请写出该氢核聚变反应
的方程,并计算一次反应释放的能量;
(2)研究表明,银河系的年龄约为t=3.8×1017 s,每秒钟银河系产
生的能量约为1×1037 J(即P=1×1037 J/s).现假定该能量全部来
自上述氢核聚变反应,试估算银河系中由此产生的氦的含量(最
后结果保留一位有效数字);知识精要迁移应用典题例解一二?知识精要迁移应用典题例解一二?知识链接案例探究?知识链接案例探究?知识链接案例探究1964年10月16日,我国在新疆罗布泊沙漠成功地
进行了第一颗原子弹试验,结束了中国无核时代.
(1)原子弹爆炸实际上是利用铀核裂变时释放出很大能量,由于
裂变物质的体积超过临界体积而爆炸.
①完成下面核裂变反应方程式:知识链接案例探究?知识链接案例探究
