2018—2019学年高中物理教科版选修3-5课件：模块复习课专题三:28张PPT
文档属性
| 名称 | 2018—2019学年高中物理教科版选修3-5课件：模块复习课专题三:28张PPT |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 794.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2018-10-03 15:23:10 | ||
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文档简介
课件28张PPT。专题三
原 子 核①质子 ②中子 ③核子 ④强相互作用 ⑤短程力 ⑥与电荷无关 ⑦α射线 ⑧氦核 ⑨β射线 ⑩电子 ?γ射线 ?光子 ?质量数 ?电荷数 ?半数原子核发生衰变?α射线 ?γ射线 ?示踪 ?ΔE=Δmc2 一、原子核的稳定性和结合能
原子核是由质子和中子组成的,质子之间存在着库
仑斥力,但核子并不因此散开,是因为核子之间存在着
一种强相互作用,即核力。核力是短程力,核子只跟相
邻的核子发生核力作用。随原子核的增大,核子间的距
离增大,核力和电磁力都会减小,但核力减小得更快,原子的不稳定性加大。此时中子数增加有利于原子核稳定。但由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性,若再增大原子核,一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用,这时候再增加中子,形成的核也是不稳定的。 由于核子间存在着强大的核力,所以要把原子核拆散成核子,需要克服核力做巨大的功,需要巨大的能量。反之,核子结合成原子核要放出能量,称为结合能。再与核子数相比,称作平均结合能。平均结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。 研究表明,中等大小的原子核的平均结合能最大,这些核最稳定,使较重的核分裂成中等大小的核或者把较轻的核合并成中等大小的核,核子的比结合能都会增加,都可以释放能量。因此重核裂变及轻核聚变均可放出巨大能量。 【典例1】下列有关原子核的稳定性及结合能的说法正确的是 ( )
A.相对而言,质量数越大的原子核越稳定
B.原子序数越低的原子核越稳定
C.核子结合成原子核要放出能量
D.重核裂变成中等质量的核要放出能量,轻核聚合成中等质量的核要吸收能量【正确解答】选C。从比结合能曲线上看,中等质量的原子核的比结合能最大,即中等质量的原子核最稳定,A错误;原子序数越低的原子核的质量数小,比结合能也小,原子核不稳定,B错误;核子结合成原子核要放出能量,C正确;中等质量的原子核的比结合能大于重核与轻核的比结合能,所以裂变与聚变时均要放出能量,D错误。【变式训练】
(多选)对结合能、比结合能的认识,下列正确的是
( )
A.核子结合为原子核时,一定释放能量
B.核子结合为原子核时,可能吸收能量
C.结合能越大的原子核越稳定
D.比结合能越大的原子核越稳定【解析】选A、D。由于自由核子结合成原子核的过程中,核力做正功,释放出能量,反之,将原子核分开变为自由核子需要吸收相应的能量,该能量即为结合能,故A正确,B错误;对核子较多的原子核的结合能越大,但它的比结合能不一定大,比结合能的大小反映了原子核的稳定性,故C错误,D正确。二、原子核的衰变、半衰期
1.原子核衰变:
(1)α衰变
(2)β衰变
(3)γ射线是伴随着α或β衰变产生的,γ射线不改变
原子核的电荷数和质量数。2.遵守规律:
(1)质量数守恒。
(2)电荷数守恒。
(3)动量守恒。
(4)能量守恒。3.半衰期:
(1)公式:N余=N原
(2)理解:不同元素的半衰期是不同的,它是由核内部的
因素决定的,与原子所处的物理或化学状态无关,它是
对大量原子核的统计规律。【典例2】(多选) 放射性衰变有多种可能途径,其
中一种途径是先变成 ,而 可以经一次衰变变成
(X代表某种元素),也可以经一次衰变变成
和 最后都变成 ,衰变路径如图所示,则可知图中
( )A.a=84,b=206
B.①是β衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时
产生的
C.②是β衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时
产生的
D. 经过10次β衰变和8次α衰变可变成【正确解答】选A、B。在①中,质量数不变,可知是β
衰变,根据电荷数守恒知a=84,β衰变的实质是
故B正确,C错误;在②中由电荷数守恒,可知是α衰
变,再根据质量数守恒知b=206,A正确;设由 衰变为
经过m次α衰变和n次β衰变,则有238=206+4m,
92=82+2m-n,联立解得m=8,n=6,即一共发生了8次α衰
变和6次β衰变,D错误。【变式训练】
医院用放射性同位素 放出的γ射线来治癌。请问
其原理是利用了γ射线的 ( )
A.电离作用,使肿瘤细胞转化
B.贯穿本领,导致基因突变
C.高能量,杀死肿瘤细胞
D.热作用,减轻病人痛苦【解析】选C。利用γ射线来治癌主要利用了γ射线的穿透能力和高能量,目的是杀死癌细胞,所以只有选项C正确。三、核能
1.原子核的结合能:克服核力做功,使原子核分解为单个核子时吸收的能量或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量。
2.质量亏损:核反应中的质量减少。注意:质量数与质量是两个不同的概念。3.质能方程:E=mc2即一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,当物体的质量发生变化时ΔE=Δmc2。4.核能的计算方法:
(1)根据爱因斯坦的质能方程,用核子结合成原子核时质量亏损(Δm)的千克数乘以真空中光速的平方(c=3×108m/s),即ΔE=Δmc2(焦耳)。
(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量,用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘以931.5MeV,即ΔE=Δm×931.5MeV。5.释放核能的途径:
(1)重核的裂变:
重核分裂成中等质量的原子核,在一定条件下(超过临
界体积),裂变反应会连续不断地进行下去,这就是链式
反应。
(2)轻核的聚变 (需要几百万摄氏度高
温,所以又叫热核反应)。6.如果在核反应中无光子辐射,核反应中释放的能量将转化为生成的新核和新粒子的动能,在这种情况下,可利用动量守恒定律和能量守恒定律来处理有关问题。【典例3】静止的原子核 发生衰变时,放出的能量都
转变成了α粒子和新核的动能,若测得α粒子动能为E,
则新原子核的动能为多少?衰变中质量亏损是多少?【正确解答】衰变方程为
由E= 得α粒子的速度v1=
由动量守恒定律得
新核的动能
E′=原子核衰变放出的能量
ΔE=E+E′=
由质能方程ΔE=Δmc2得Δm=
答案: 【变式训练】
首次用实验验证“爱因斯坦质能方程”的核反应方程
是 已知mLi=7.0160u,mH=1.0078u,mHe=
4.0026u,则该核反应方程中的k值和释放的能量分别是
多少?【解析】由电荷数和质量数守恒可得k=2,质量亏损Δm=mLi+mH-2mHe
=(7.016 0+1.007 8-2×4.0026)u=0.018 6u
由爱因斯坦质能方程得
释放的核能ΔE=Δm×931.5MeV=0.0186×931.5MeV=17.33MeV
答案:2 17.33MeV
原 子 核①质子 ②中子 ③核子 ④强相互作用 ⑤短程力 ⑥与电荷无关 ⑦α射线 ⑧氦核 ⑨β射线 ⑩电子 ?γ射线 ?光子 ?质量数 ?电荷数 ?半数原子核发生衰变?α射线 ?γ射线 ?示踪 ?ΔE=Δmc2 一、原子核的稳定性和结合能
原子核是由质子和中子组成的,质子之间存在着库
仑斥力,但核子并不因此散开,是因为核子之间存在着
一种强相互作用,即核力。核力是短程力,核子只跟相
邻的核子发生核力作用。随原子核的增大,核子间的距
离增大,核力和电磁力都会减小,但核力减小得更快,原子的不稳定性加大。此时中子数增加有利于原子核稳定。但由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性,若再增大原子核,一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用,这时候再增加中子,形成的核也是不稳定的。 由于核子间存在着强大的核力,所以要把原子核拆散成核子,需要克服核力做巨大的功,需要巨大的能量。反之,核子结合成原子核要放出能量,称为结合能。再与核子数相比,称作平均结合能。平均结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。 研究表明,中等大小的原子核的平均结合能最大,这些核最稳定,使较重的核分裂成中等大小的核或者把较轻的核合并成中等大小的核,核子的比结合能都会增加,都可以释放能量。因此重核裂变及轻核聚变均可放出巨大能量。 【典例1】下列有关原子核的稳定性及结合能的说法正确的是 ( )
A.相对而言,质量数越大的原子核越稳定
B.原子序数越低的原子核越稳定
C.核子结合成原子核要放出能量
D.重核裂变成中等质量的核要放出能量,轻核聚合成中等质量的核要吸收能量【正确解答】选C。从比结合能曲线上看,中等质量的原子核的比结合能最大,即中等质量的原子核最稳定,A错误;原子序数越低的原子核的质量数小,比结合能也小,原子核不稳定,B错误;核子结合成原子核要放出能量,C正确;中等质量的原子核的比结合能大于重核与轻核的比结合能,所以裂变与聚变时均要放出能量,D错误。【变式训练】
(多选)对结合能、比结合能的认识,下列正确的是
( )
A.核子结合为原子核时,一定释放能量
B.核子结合为原子核时,可能吸收能量
C.结合能越大的原子核越稳定
D.比结合能越大的原子核越稳定【解析】选A、D。由于自由核子结合成原子核的过程中,核力做正功,释放出能量,反之,将原子核分开变为自由核子需要吸收相应的能量,该能量即为结合能,故A正确,B错误;对核子较多的原子核的结合能越大,但它的比结合能不一定大,比结合能的大小反映了原子核的稳定性,故C错误,D正确。二、原子核的衰变、半衰期
1.原子核衰变:
(1)α衰变
(2)β衰变
(3)γ射线是伴随着α或β衰变产生的,γ射线不改变
原子核的电荷数和质量数。2.遵守规律:
(1)质量数守恒。
(2)电荷数守恒。
(3)动量守恒。
(4)能量守恒。3.半衰期:
(1)公式:N余=N原
(2)理解:不同元素的半衰期是不同的,它是由核内部的
因素决定的,与原子所处的物理或化学状态无关,它是
对大量原子核的统计规律。【典例2】(多选) 放射性衰变有多种可能途径,其
中一种途径是先变成 ,而 可以经一次衰变变成
(X代表某种元素),也可以经一次衰变变成
和 最后都变成 ,衰变路径如图所示,则可知图中
( )A.a=84,b=206
B.①是β衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时
产生的
C.②是β衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时
产生的
D. 经过10次β衰变和8次α衰变可变成【正确解答】选A、B。在①中,质量数不变,可知是β
衰变,根据电荷数守恒知a=84,β衰变的实质是
故B正确,C错误;在②中由电荷数守恒,可知是α衰
变,再根据质量数守恒知b=206,A正确;设由 衰变为
经过m次α衰变和n次β衰变,则有238=206+4m,
92=82+2m-n,联立解得m=8,n=6,即一共发生了8次α衰
变和6次β衰变,D错误。【变式训练】
医院用放射性同位素 放出的γ射线来治癌。请问
其原理是利用了γ射线的 ( )
A.电离作用,使肿瘤细胞转化
B.贯穿本领,导致基因突变
C.高能量,杀死肿瘤细胞
D.热作用,减轻病人痛苦【解析】选C。利用γ射线来治癌主要利用了γ射线的穿透能力和高能量,目的是杀死癌细胞,所以只有选项C正确。三、核能
1.原子核的结合能:克服核力做功,使原子核分解为单个核子时吸收的能量或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量。
2.质量亏损:核反应中的质量减少。注意:质量数与质量是两个不同的概念。3.质能方程:E=mc2即一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,当物体的质量发生变化时ΔE=Δmc2。4.核能的计算方法:
(1)根据爱因斯坦的质能方程,用核子结合成原子核时质量亏损(Δm)的千克数乘以真空中光速的平方(c=3×108m/s),即ΔE=Δmc2(焦耳)。
(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量,用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘以931.5MeV,即ΔE=Δm×931.5MeV。5.释放核能的途径:
(1)重核的裂变:
重核分裂成中等质量的原子核,在一定条件下(超过临
界体积),裂变反应会连续不断地进行下去,这就是链式
反应。
(2)轻核的聚变 (需要几百万摄氏度高
温,所以又叫热核反应)。6.如果在核反应中无光子辐射,核反应中释放的能量将转化为生成的新核和新粒子的动能,在这种情况下,可利用动量守恒定律和能量守恒定律来处理有关问题。【典例3】静止的原子核 发生衰变时,放出的能量都
转变成了α粒子和新核的动能,若测得α粒子动能为E,
则新原子核的动能为多少?衰变中质量亏损是多少?【正确解答】衰变方程为
由E= 得α粒子的速度v1=
由动量守恒定律得
新核的动能
E′=原子核衰变放出的能量
ΔE=E+E′=
由质能方程ΔE=Δmc2得Δm=
答案: 【变式训练】
首次用实验验证“爱因斯坦质能方程”的核反应方程
是 已知mLi=7.0160u,mH=1.0078u,mHe=
4.0026u,则该核反应方程中的k值和释放的能量分别是
多少?【解析】由电荷数和质量数守恒可得k=2,质量亏损Δm=mLi+mH-2mHe
=(7.016 0+1.007 8-2×4.0026)u=0.018 6u
由爱因斯坦质能方程得
释放的核能ΔE=Δm×931.5MeV=0.0186×931.5MeV=17.33MeV
答案:2 17.33MeV