福建省高中物理第一轮总复习 第15章第2课时 原子核与放射性 核能 波与粒子课件.ppt

原子核与放射性核能波与粒子 第十五章 一 天然放射现象1 天然放射现象 某些元素放射某些射线的现象称为天然放射现象 这些元素称 2 三种射线的本质 射线是 射线是 射线是 自发地 放射性元素 氦核流 电子流 光子流 二 原子核的衰变1 定义 原子核自发地放出某种粒子而转变为的变化叫原子核的 2 分类 1 衰变 同时放出 射线 2 衰变 同时放出 射线 新核 衰变 3 半衰期 1 定义 放射性元素的原子核有发生衰变需要的时间 2 半衰期的大小由放射性元素的原子核内部本身的因素决定 跟原子所处的 如压强 温度等 或 如单质或化合物 无关 4 放射性同位素有些原子的原子核电荷数 但质量数 这样一些具有相同核电荷数和不同中子数的原子互称为同位素 半数 物理状态 化学状态 相同 不同 三 核能1 核力 间的相互作用力叫做核力 它是短程力 2 质量亏损 原子核在核反应前后的 3 质能方程 1 方程 2 物理意义 物体的质量和能量间有一定联系 即物体具有的能量与其质量成正比 当物体的能量增加或减小 e 它的质量也会相应地减少或增加 m e与 m的关系是 e mc2 核子 质量之差 e mc2 4 获得核能的方式 1 重核裂变 重核俘获一个中子后分裂成两个 或多个 中等质量核的反应过程 重核裂变的同时放出几个中子 并释放出大量核能 如 应用 原子弹 原子核反应堆 2 轻核聚变 某些轻核结合成质量较大的核的反应过程 同时释放出大量的核能 要想使氘核和氚核结合成氦核 必须达到几百万度以上的高温 因此裂变反应又叫反应 如 应用 氢弹 热核 四 光电效应1 金属在光 包括不可见光 的照射下 发射出的现象叫光电效应 发射出来的电子叫光电子 2 光电效应规律 1 任何一种金属都有一个极限频率 0 只有入射光的频率 0时 才能产生光电效应 电子 大于 2 光电子的最大初动能与入射光的强度 只随着入射光的频率增大而 3 入射光照到金属上时 光电子的发射几乎是瞬时的 一般不超过10 9s 4 在发生光电效应时 光电流的强度与入射光的强度成正比 无关 增大 五 康普顿效应x射线散射时 部分散射光的波长变长 波长改变的多少与散射角有关 这种现象称为康普顿效应 六 波粒二象性光具有波粒二象性 光子既有粒子的特征 又有波的特征 实物粒子 原子 质子 中子 电子等 也具有波粒二象性 粒子能量e h 粒子动量p 应用质量数和电荷数守恒 进行核反应方程和核反应类型的判断在原子核的核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒 在很多情况下 可以作为判断反应方程是否正确的依据 在匀强磁场中有一个原来静止的放射性同位素 它所放射的粒子与反冲核的径迹在磁场中是两个内切圆 圆的半径之比是7 1 如图15 2 1所示 那么的衰变方程是 a b c d 图15 2 1 原来静止的放射性同位素 发生放射性衰变时所放射出的粒子与反冲核的径迹在磁场中是两个内切圆 说明放射出的粒子与反冲核是异性的带电粒子 由此可以判断所发生的衰变是放出负粒子的衰变 轨道圆的半径为r 而静止的原子核衰变的过程中两个粒子的动量大小相等 半径与带电量成反比 由此可以确定 本题的正确答案为c 本题中根据两个内切圆来判断粒子的种类 要用到动量守恒定律和判断洛伦兹力方向的左手定则 所以 在核反应中 有时也要综合利用其他部分的物理知识进行求解 变式训练1 原子序数大于83的所有元素 都能自发地放出射线 这些射线共有三种 射线 射线和 射线 下列说法中正确的是 a 原子核每放出一个 粒子 原子序数减少4b 原子核每放出一个 粒子 原子序数增加4c 原子核每放出一个 粒子 原子序数减少1d 原子核每放出一个 粒子 原子序数增加1 解析 由于a粒子是氦的原子核 内部有2个质子和2个中子 原子序数为2 核子数为4 而b粒子是电子 质子数和中子数为0 原子序数为0 所以 原子核每放出一个a粒子 被a粒子带走2个质子 原子序数减少2 而原子核每放出一个b粒子 原子核内将有一个中子转化为一个质子并产生一个电子 产生的电子放出了 但原子核内增加了一个质子 原子序数增加1 正确答案为d 近年来科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展 科学家们在观察某两个重离子结合成超重元素的反应时 发现所生成的超重元素的核经过6次 衰变后成为 由此可以判定该超重元素的原子序数和质量数依次是 a 124 259b 124 265c 112 265d 112 277 直接利用核衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒来进行计算 核衰变方程为z 100 12 112 a 253 24 277 答案d正确 这是一个多次衰变的问题 反应物只能根据最后的产物和两个守恒定律来确定 注意 多次衰变问题可以在一个核反应方程中体现出来 变式训练2 2010 全国卷 原子核经放射性衰变 变为原子核 继而经放射性衰变 变为原子核 再经放射性衰变 变为原子核 放射性衰变 和 依次为 a a衰变 b衰变和b衰变b b衰变 b衰变和a衰变c b衰变 a衰变和b衰变d a衰变 b衰变和a衰变 答案 a 利用质能方程和质量亏损 计算核反应过程中释放核能的大小 根据不同的题设条件和不同的核反应特征 归纳几种计算方法 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 m 的千克数乘以真空中光速的平方 c 3 108m s 即 e mc2 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 3 能的转化和守恒定律 已知氘核质量为2 0136u 中子质量为1 0087u 核的质量为3 0150u 1 写出两氘核聚变成的核反应方程 2 计算上述核反应中释放的核能 3 若两氘核以相等的动能0 35mev做对心碰撞即可发生上述核反应 且释放的核能全部转化为机械能 则反应中生成的核和中子的动能各是多少 1 应用质量数守恒和电荷数守恒不难写出核反应方程为 2 由题给条件可求出质量亏损为 m 2 0136u 2 3 0150 1 0087 u 0 0035u所以释放的核能为 e 931 5 0 0035mev 3 26mev 3 因为该反应中释放的核能全部转化为机械能 即转化为核和中子的动能 若设核和中子的质量分别为m1 m2 速度分别为v1 v2 则由动量守恒及能的转化和守恒定律 得m1v1 m2v2 0 ek1 ek2 2ek0 e 解方程组 得ek1 2ek0 e 2 0 35 3 26 mev 0 99mevek2 2ek0 e 2 0 35 3 26 mev 2 97mev 变式训练3 一个铀核衰变为钍核时释放出一个 粒子 已知铀核的质量为3 853131 10 25kg 钍核的质量为3 786567 10 25kg 粒子的质量为6 64672 10 27kg 在这个衰变过程中释放的能量等于j 保留两位有效数字 解析 质量亏损 m mu mth m 根据爱因斯坦质能方程 e mc2 mu mth m c2 3 853131 3 786567 0 0664672 10 25 3 108 2j 8 7 10 13j 基础训练 1 如图15 2 2所示 使某放射性元素发出的射线垂直进入匀强电场 按图中标号判断 a 1的穿透本领最强b 3的速度最大c 3的电离本领最大d 1是由原子放出的 2 3不是 图15 2 2 基础训练 解析 由图可知 射线3带正电 是a射线 其电离作用大而穿透能力弱 速度小 射线1带负电 是b射线 是接近光速的电子流 射线2不带电 是 射线 其穿透本领最强 而电离作用最弱 速度为光速 答案 c 基础训练 2 放射性元素的原子核x经a衰变得到新核y 新核y经b衰变得到另一个核z 则这三个原子核的有关说法中正确的是 a 原子核z的中子数比核x少2b 原子核z的质子数比核x少1c 原子核z的中子数比核y多1d 原子核z的质子数比核y少1 b 基础训练 3 关于放射性元素的半衰期 下列说法中正确的是 a 放射性元素的半衰期越短 表明有半数原子核发生衰变所需要的时间越短 衰变速度越大b 放射性元素的样品不断衰变 随着剩下的未衰变的原子核的减少 元素的半衰期也变短c 把放射性元素放在密封的容器中 可以减慢放射性元素衰变的速度d 降低或增大压强 让该元素与其他物质形成化合物 均可以减小衰变速度 基础训练 解析 放射性元素的半衰期能反映元素衰变的速度 半衰期越短 表明有半数原子核发生衰变所需要的时间越短 衰变速度越大 选项a正确 半衰期由元素原子核的结构决定 与外界因素无关 因此 选项b c d均错 答案 a 基础训练 4 1999年12月30日 我国等离子物理研究所承担的 九五 重大科学工程ht 7超导托卡马克实验 获得稳定的准稳态等离子体 等离子体放电时间已超过10s 这是我国可控核聚变研究的重大进展 标志着我国磁约束核聚变研究已达到国际先进水平 下列属于核聚变的有 基础训练 解析 a属于b衰变 b属于重核的裂变 d是人工核反应 答案 c 基础训练 5 下面说法中正确的是 a 用a粒子轰击铍核be 铍核转变为碳核c 同时放出b射线b b射线是由原子核外电子受到激发而产生的c 射线是波长很短的电磁波 它的贯穿能力很强d 利用 射线的电离作用 可检查金属内部有无沙眼和裂纹 基础训练 解析 b射线是原子核中一个中子转化为一个质子时放出的 检查金属内部的裂纹是利用 射线的穿透能力 答案 c 基础训练 6 2010 福建卷 14c测年法是利用14c衰变规律对古生物进行年代测定的方法 若以横坐标t表示时间 纵坐标m表示任意时刻14c的质量 m0为t 0时14c的质量 下面四幅图中能正确反映14c衰变规律的是 基础训练 答案 c 基础训练 7 用某种单色光照射某种金属表面 发生光电效应 现将该单色光的光强减弱 则 a 光电子的最大初动能增大b 光电子的最大初动能减少c 单位时间内产生的光电子数减少d 可能不发生光电效应 基础训练 解析 由光电效应方程ek h w知光电子的最大初动能由入射光的频率决定 与入射光的强度无关 a b错 由光子说知 当光强减弱时单位时间内入射到金属表面的光子减少 因而激发出的光电子也减少 c对 答案 c 基础训练 8 中子n 质子p 氘核d的质量分别为mn mp md 现用光子能量为e的 射线照射静止氘核使之分解 反应方程为 d p n 若分解后的中子 质子的动能可视为相等 则中子的动能是 a md mp mn c2 e b mp mn md c2 e c md mp mn c2 e d mp mn md c2 e 基础训练 解析 此题关键在于根据能量守恒及质能方程进行分析 由于该核反应是受光照射 因此实物粒子质量和增加而不是亏损 即dm mp mn md 根据该反应能量守恒得 e de 2ek 选项c正确 答案 c 基础训练 9 u衰变为rn需经过m次a衰变和n次b衰变 则m n分别为 a 2 4b 4 2c 4 6d 16 6解析 由质量数和核电荷数守恒得238 222 4m 92 86 2m n 联立解得m 4 n 2 b 提升训练 10 本题中用大写字母代表原子核 e经a衰变成为f 再经b衰变成为g 再经a衰