湖北省丹江口市高中物理 第十九章 原子核复习课件 新人教版选修35.ppt

第十九章原子核复习 天然放射现象和衰变 原子序数大于83的原子核都不稳定 它们能够自发地放射出射线的现象叫天然放射现象 三种射线特点 元素的放射性与元素存在的状态无关 放射性表明原子核是有内部结构的 原子核的组成 1 原子核的组成 质子 卢瑟福发现 和中子 卢瑟福的预言 查德威克发现 2 原子核中的三个整数 1 核子数 质子和中子质量相差很小 统称为核子 质子数和中子数之和叫核子数 2 电荷数 z 原子核所带的电核总是质子数的整数倍 用这个整数表示电荷量 3 质量数 a 原子核的质量等于质子和中子的质量和 所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍 这个整数 叫质量数 3 原子核中的两个等式 1 核电荷数 质子数 元素的原子序数 荷外电子数 2 质量数 核子数 质子数 中子数 x表示元素符号 z表示质子数 a表示质量数 同位素 如质子数相同 中子数不同 质量数当然不同 则互为同位素 衰变 原子核放出 粒子或 粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变 在衰变中遵守四个守恒 在方程中表现出电荷数和质量数守恒 电量 质量 能量 动量守恒 1 衰变 原子核放出一个 粒子 原子序数 核电荷数 就比原来少2 而质量数少4 例如 写成一般式为 2 衰变 原子核放出一个 粒子 原子序数 核电荷数 就比原来多1 而质量数不变例如 3 射线经常是伴随 射线和 射线产生的 写成一般式为 一种元素只能发生一种衰变 但在一块放射性物质中可以同时放出 和 三种射线 半衰期 t 1 意义 表示放射性元素衰变快慢的物理量 2 定义 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间不同的放射性元素其半衰期不同 某元素经过n个半衰期 t 衰变后 剩余的该元素质量为 某元素经过n个半衰期衰变后 剩余的该元素粒子数为 3 公式 注意 1 半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的 与原子所处的物理 化学状态无关 2 半衰期是一个统计规律 只对大量的原子核才适用 对少数原子核是不适用的 练习 填空题 1 铀核经过 次 衰变和 次 衰变后变成稳定的铅 2 放射性元素经过2h 只剩1 2的核没有衰变再经过 h 将只剩下1 8的核没有衰变 答案 6 答案 8 6 例1 在匀强磁场里原来静止的放射性碳14原子 它所放射的粒子与反冲核的径迹是两个相切的圆 圆的半径之比为7 1 那么碳14的核衰变方程是 a b c d c 原子核的人工转变 1919年卢瑟福做了用 粒子轰击氮原子核的实验 2 中子的发现 查德威克 1 质子的发现 人类第一次实现原子核的人工转变 人工放射同位素的发现 1934年约里奥 居里夫妇用 粒子轰击铝核 发生了下面的核反应 核反应生成物是磷的一种同位素它具有放射性 衰变时放出正电子 下面是它的反应方程 1 利用它的射线 放射性同位素的应用 a 由于 射线贯穿本领强 可以用来 射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹 所用的设备叫 射线探伤仪 b 利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系 来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等 从而实现自动控制 c 利用射线使空气电离而把空气变成导电气体 以消除化纤 纺织品上的静电 d 利用射线照射植物 引起植物变异而培育良种 也可以利用它杀菌 治病等 2 作为示踪原子 用于工业 农业及生物研究等 练习 以下几个原子核反应式中 x代表 粒子的反应式是 答案 c 练习 用中子轰击硼 核发生的核反应是 其中的x粒子应是a 粒子b 粒子c 质子d 中子 答案 a 核力特点 核力 能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力 2 核力是短程力 约在10 15m量级时起作用 距离大于0 8 10 15m时为引力 距离为10 10 15m时核力几乎消失 距离小于0 8 10 15m时为斥力 3 核力具有饱和性 核子只对相邻的少数核子产生较强的引力 而不是与核内所有核子发生作用 4 核力具有电荷无关性 对给定的相对运动状态 核力与核子电荷无关 1 核力是四种相互作用中的强相互作用 强力 的一种表现 1 核能 由于原子核之间有强大的核力 核子结合成原子核时要放出一定的能量 原子核分解成核子时 要吸收同样多的能量 这个能量叫做原子核的结合能 简称为核能 核能 比结合能 原子核的结合能与核子数的比值 比结合能越大 表示原子核中核子结合得越牢固 原子核越稳定 不同的原子核的比结合能不一样 中等大小的原子核的比结合能最大 这些核最稳定 获得核能的途径 1 重核的裂变 2 轻核的聚变 重核的裂变 重核的核子平均结合能比中等质量的核的核子平均结合能小 因此 重核分裂成中等质量的核时 会有一部分结合能释放出来 这种核反应叫做裂变 链式反应 铀核裂变时 同时放出2 3个中子 如果这些中子再引起其它铀核裂变 就可使裂变反应不断地进行下去 这种反应叫做链式反应 铀块的体积对于产生链式反应也是重要因素 能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积 对于铀块如果超过了临界体积 就会引起铀核的链式反应 发生猛烈的爆炸 核反应堆 主要的构成有做为核燃料的浓缩铀 做为中子减速济的石墨 起控制作用的镉棒 起冷却和输出势能作用的液体金属钠或水 以及防止射线对人体的危害而修建的水泥防护层 它是人工控制链式反应的装置 轻核聚变 轻核的结合能更小 某些轻核结合成质量较大的核时 能释放出更多的结合能 轻核结合成质量较大的轻核叫聚变 轻核聚变的核反应方程 爱因斯坦质能方程 这个方程是爱因斯坦从相对论得出的 它表明物体的质量与它的能量间有一定的联系 当物体的能量增加 或减少 e时 它的质量也会相应地增加 或减少 m 二者满足的关系是 e mc2式中c表示光在真空中的传播速度 质量亏损 核子结合成原子核时要放出核能 原子核的能量要比核子未组合成核时的能量小 所以原子核的质量也要比组成核的核子的质量小 组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损 知道核的质量亏损 根据质能方程就可以求出原子核的核能 例 关于质能方程e mc2 下述错误的是 a 质能方程是爱因斯坦最先得出的该方程表明物体的质量和能量可以相互转化c 该方程表明物体的能量跟它的质量成正比d 该方程既适用于微观粒子 也适合宏观物体 b 例 当一个中子和一个质子结合成氘核时 产生光子辐射 对这一实验事实 下列说法正确的是 a 核子结合成原子核时 要放出一定的能量b 原子核分裂成核时 要放出一定的能量c 光子的质量为零 氘核的质量等于中子与质子的质量之和d 光子具有一定的能量 氘核的质量小于中子与质子的质量之和 答案 ad 相当于 核能的计算 1 一个 粒子轰击硼核b11 生成碳核c14 并放出0 75mev的能量 1 写出核反应方程 2 反应过程中质量亏损是多少 例4 天然放射性现象中发生衰变后变成 已知 和 粒子的质量分别是m1 m2和m3 它们之间应满足 答案 b 一个u238发生 衰变后变成th234 释放的能量是多少 e m1 m2 m3 c2 例5 中子n 质子p 氘核d的质量分别为现用光子能量为e的 射线照射静止氘核使之分解 反应的方程为若分解后中子 质子的动能可视为相等 则中子的动能是 c 例6 铀核的裂变的核反应方程 裂变后 反应过程中质量减少 m 0 2153u 反应中释放的能量 例7 一个铀衰变为钍核时释放出一个 粒子 已知铀核的质量为千克 钍核的质量为千克 粒子的质量为千克 在这个衰变过种中释放出的能量等于 j 取2位有效数字 写出此衰变方程 分析 原子核发生变化时如果质量减小 减小的质量称为质量亏损 m 根据爱因斯坦质能方程 可以算出核变释放的能量 e 说明 本题没给出铀核的质量数 所以用m表示铀核的质量数 这样钍核的质量数为m 4 另外 衰变释放的能表现为 粒子的动能e 和钍核反冲运动的动能eth 由于衰变过程动量守恒 则 答 衰变过程中释放出的能量等于这个 衰变的方程为 这里的m是衰变前核的质量数 因为m 4 所以e 接质 e 由于能量守恒 则解这两个方程可得 粒子的动能 如果整个装置放在匀强磁场中呢 例8 已知氘核的质量为2 0136u 中子质量为1 0087u 氦3的质量为3 0150u 1 写出两个氘核聚变生成氦3的反应方程 2 求上述聚变释放出的核能 3 若两个氘核以相同的动能ek 0 36mev正碰 求碰后生成物的动能 2 3 26mev 答案 例9 如图所示 某一足够大的真空中 虚线ph右侧是磁感应强度为b 方向垂直于纸面向里的匀强磁场 左侧是一场强为 方向水平向左的匀强电场 静止于虚线 上的一点 处的镭核 226ra 放出一个 粒子而衰变成氡核 222rn 已知 粒子是如图所示的方向水平进入磁场 设 粒子与氡核分离后它们之间的作用可忽略不计 涉及动量问题时亏损的质量不计 重力不计 写出镭核衰变的核反应方程 若经过一段时间 粒子刚好到达虚线 上的 点 求此时氡核沿场强方向的速率 设 粒子的比荷为k 例10 用质子轰击锂核 li 生成两个a粒子 已知质子质量mp 1 0078u锂核质量为mli 7 0160u a粒子的核质量为ma 4 0026u质子的初动能是e1 0 6mev 求 1 写出核反应方程式 2 核反应前后发生的质量亏损 3 核反应过程中释放的能量 e 4 核反应释放的能量全部用来增加两个a粒子的动能 则核反应后两个a粒子具有总能量是多少 1 2 3 4 3 天然放射性现象中发生衰变后变成 已知 和 粒子的质量分别是m1 m2和m3 它们之间应满足 答案 b 4 太阳辐射能量主要来自太阳内部的a 化学反应b 放射性衰变c 裂变反应d 热核反应 答案 d 7 关于原子核的能 下面说法正确的是a 只指原子核分解为核子时放出的能量b 只指核子结合为原子核时需要供给的能量c 核子结合成原子核时吸收的能量或原子核分解为核子时放出的能量d 核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量 答案