高中物理 第19章 阶段复习课课件 新人教版选修35.ppt

第十九章阶段复习课 一 原子核的组成1 概述 原子核是由质子 中子构成的 质子带正电 中子不带电 原子核内质子和中子的个数并不一定相同 2 基本关系 核电荷数 质子数 z 元素的原子序数 核外电子数 质量数 a 核子数 质子数 中子数 二 原子核的衰变 三 半衰期1 半衰期的意义 半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量 2 半衰期公式式中n原 m0表示衰变前的原子数和质量 n余 m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量 t表示衰变时间 t表示半衰期 3 影响因素 放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的 跟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 4 适用条件 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 四 质量亏损1 在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒 所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量 物体的质量应包括静止质量和运动质量 质量亏损是静止质量的减少 减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量 2 质量亏损也不是核子个数的减少 核反应中核子个数是不变的 五 质能方程爱因斯坦质能方程反映了质量亏损与释放能量间的数量关系 e mc2或物体的质量与其总能量的数量关系e mc2 此方程揭示了质量和能量不可分割 一定质量的物体所具有的总能量是一定的 等于光速的平方与其质量的乘积 这里所说的总能量不是单指物体的动能 核能或其他哪一种能量 而是物体所具有的各种能量之和 物体质量增加则总能量增加 质量减小 总能量随之减小 二者在数值上存在着简单的正比关系 六 重核裂变与轻核聚变的区别 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核放出核能 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3倍 4倍 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多 核裂变燃料铀在地球上储量有限 尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0 7 主要原料是氘 氘在地球上的储量非常丰富 1l海水中大约有0 03g氘 如果用来进行热核反应放出的能量约与燃烧300l汽油相当 速度比较容易进行人工控制 现在的核电站都是用裂变反应释放核能 目前 除氢弹以外 人们还不能控制它 七 四种基本相互作用 原子核 天然放射现象 原子核的组成 放射性的应用 天然放射现象 放射性元素 发出射线的现象三种射线 衰变 23892u 23490th 衰变 23490th 23491pa 半衰期 放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间 衰变 自发地 射线 射线 射线 42he 0 1e 半数 原子核的组成 发生核反应时 和 都守恒 质子中子 统称为 核电荷数 质量数 质子数 核子 质子数 中子数 电荷数 质量数 放射性的应用 重核裂变 23592u 10n 14456ba 8936kr 轻核聚变 21h 31h 42he 人工转变 147n 42he 178o 42he 2713al 3015p 核能的计算 结合能 原子核分开成 时需要的能量比结合能 原子核的结合能与 之比 质能方程 e 质量亏损 原子核的质量 组成它的核子的质量之和 获得核能的途径 11h 10n 核子 核子数 mc2 小于 310n 10n 一 核反应方程的书写原则及常见的核反应方程1 规则 核反应遵循质量数和电荷数守恒 2 常见的核反应方程及相关内容 衰变实质211h 210n 42he 衰变实质10n 11h 0 1e 质子的发现 1919年 卢瑟福 中子的发现 1932年 查德威克 人工放射性同位素的发现 约里奥 居里夫妇 正电子的发现 1934年 约里奥 居里夫妇 重核的裂变 轻核的聚变 典例1 2012 朝阳区高二检测 北京奥组委接受专家建议 为成功举办一届 绿色奥运 场馆周围80 90 的路灯将利用太阳能发电技术 奥运会90 的洗浴热水将采用全玻璃真空太阳能集热技术 太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的 其核反应主要是 a 31h 21h 42he 10nb 147n 42he 178o 11hc 23592u 10n 13654xe 9038sr 1010nd 23892u 23490th 42he 规范解答 选a 太阳内部核聚变是氢原子核的聚变 故a正确 b项中为实现原子核人工转变的反应 c项中为重核裂变 d项中为 衰变 均不属聚变反应 故b c d不正确 变式训练 完成下列四个核反应 并在方程式后面写出方程类型 1 23592 10 9038sr 13654xe 10 2 21084po 20682pb 3 21h 31h 42he 4 23992u 23993np 解析 1 23592 10 9038sr 13654xe 1010 裂变 2 21084po 20682pb 42he 衰变 3 21h 31h 42he 10n聚变 4 23992u 23993np 0 1e 衰变答案 见解析 二 放射性元素半衰期的性质和应用1 放射性元素的半衰期只由元素本身的性质决定 与外界条件无关 2 应用放射性元素半衰期可计算剩余核数 剩余质量和确定时间 1 剩余核数 n n0 2 剩余质量 m m0 典例2 铀238的半衰期是4 5 109年 假设一块矿石中含有2kg铀238 求 1 经过45亿年后还剩下多少铀238 假设发生衰变的铀238均变成了铅206 则此矿石中含有多少铅 2 若测出某块矿石中的铀 铅含量比为119 309 求此矿石的年龄 规范解答 1 45亿年即4 5 109年 由m m0知剩余的铀238质量为m 2 1kg 在此45亿年中将有1kg铀238发生衰变并获得了铅206 故有m m0 m 则m kg 0 866kg 即矿石中含有铅0 866kg 2 设此矿石原来的质量为m0 年龄为t 则现在剩余的铀238为m m0 那么在时间t内发生了衰变的铀238为m0 m 1 m0 设铅206的质量为mx 则所以现在矿石中的铀 铅含量之比为解之得t 2t 90亿年 答案 1 1kg0 866kg 2 90亿年 变式训练 一个氡核22286rn衰变成钋核21884po并放出一个粒子 其半衰期为3 8天 1g氡经过7 6天衰变掉的质量 以及22286rn衰变成21884po的过程放出的粒子是 a 0 25g 粒子b 0 75g 粒子c 0 25g 粒子d 0 25g 粒子 解析 选b 由公式m m0知 氡剩余的质量为故衰变掉的质量为 1 g 0 75g反应前后由电荷数和质量数守恒知 放出的粒子为he 即 粒子 故b正确 三 核能的计算核反应过程中存在质量亏损 根据爱因斯坦质能方程 e mc2 质量亏损必然引起能量的变化 两种核反应都会向外释放能量 计算核能的方法如下 1 质能方程 e mc2是计算释放核能多少的主要方法 其关键是质量亏损 m的确定 若 m单位为kg 则 e mc2若 m单位为u 则 e m 931 5mev 2 如果在核反应中无光子辐射 核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能 在这种情况下计算核能的主要依据是 1 核反应过程中只有内力作用 故动量守恒 2 反应前后总能量守恒 常见的反应类型 反应前总动能 反应过程中释放的核能 反应后总动能 典例3 23994pu核发生 衰变 变成铀核 并放出能量为e 0 09mev的 光子 试写出衰变方程 计算出 粒子的能量 设 粒子的速度方向为正方向 已知mpu 239 051223u mu 235 04394u m 4 00405u 规范解答 根据质量数守恒与电荷数守恒 核反应方程为23994pu 23592u 42he 0 09mev 衰变时 放出 粒子 剩下的铀核反冲 这个过程中动量守恒 能量也守恒 则由能量守恒得铀核和 粒子的总动能eku ek mpu mu m c2 e 由动量守恒得0 muvu m v 由 可得ek 2 86mev答案 23994pu 23592u 42he 0 09mev2 86mev 变式训练 历史上第一次利用加速器实现的核反应 是用加速后动能为0 5mev的质子11h轰击静止的azx 生成