【状元之路】2011高考物理一轮复习 15.2第十五章第二课时原子原子核精品课件 鲁科版 新课标

共104页 1 状元之路 新课标鲁科版2011高考一轮复习物理精品课件 共104页 2 第二课时原子原子核 共104页 3 第一关 基础关展望高考 共104页 4 基础知识 共104页 5 一 原子的核式结构模型 共104页 6 知识讲解 共104页 7 1 粒子散射实验1909 1911年卢瑟福和他的助手做 粒子轰击金箔的实验 获得了重要的发现 共104页 8 实验装置 如图所示 由放射源 金箔 荧光屏等组成 说明 a 整个实验过程在真空中进行 b 金箔很薄 粒子 42He核 很容易穿过 实验现象与结果绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进 但是有少数 粒子发生了较大角度的偏转 极少数 粒子偏转角超过90 有的几乎达到180 沿原路返回 共104页 9 2 原子的核式结构卢瑟福依据 粒子散射实验的结果 提出了原子的核式结构 在原子中心有一个很小的核 叫原子核 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核里 带负电的电子在核外空间绕核旋转 3 原子核的电荷与尺度 原子核的电荷 原子核的电荷数就是核中的质子数 等于核外电子数 接近于原子序数 原子核的尺度 对于一般的原子核 核半径的数量级为10 15m 而原子半径的数量级为10 10m 两者相差十万倍 可见原子内部是十分 空旷 的 共104页 10 活学活用 共104页 11 1 卢瑟福通过对 粒子散射实验结果的分析 提出 A 原子的核式结构模型B 原子核内有中子存在C 电子是原子的组成部分D 原子核是由质子和中子组成的解析 粒子散射实验的结果是大部分 粒子沿原来方向前进 少部分发生大角度偏转 极少数偏转角超过90 甚至达到180 说明原子的几乎全部质量与全部正电荷都集中在很小的核上 据此卢瑟福提出了原子的核式结构模型 答案 A 共104页 12 二 天然放射现象 共104页 13 知识讲解 共104页 14 1 元素自发地放出射线的现象叫做天然放射现象 首先由贝克勒尔发现 天然放射现象的发现 说明原子核还有复杂的结构 2 具有放射性的元素叫做放射性元素 一般原子序数大于83的所有天然元素都具有放射性 原子序数小于83的天然存在的元素有些也有放射性 它们放射出来的射线共有三种 共104页 15 3 三种射线的本质和特征 共104页 16 共104页 17 共104页 18 活学活用 共104页 19 2 如图所示 x为未知的放射源 L为薄铝片 若在放射源和计数器之间加上L后 计数器的计数率大幅度减小 在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场 计数器的计数率不变 则x可能是 共104页 20 A 和 的混合放射源B 纯 放射源C 和 的混合放射源D 纯 放射源答案 C 共104页 21 解析 此题考查运用三种射线的性质分析问题的能力 在放射源和计数器之间加上铝片后 计数器的计数率大幅度减小 说明射线中有穿透力很弱的粒子 即 粒子 在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场 计数器的计数率不变 说明穿过铝片的粒子中无带电粒子 故只有 射线 因此 放射源可能是 和 的混合放射源 共104页 22 三 原子核的组成 共104页 23 知识讲解 共104页 24 原子核是由质子 中子构成的 质子带正电 中子不带电 不同的原子核内质子和中子的个数并不相同 1 原子核中的三个整数 核子数 质子和中子质量差别非常微小 两者统称为核子 所以质子数和中子数之和叫核子数 电荷数 Z 原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍 通常用这个整数表示原子核的电荷量 叫做原子核的电荷数 质量数 A 原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和 而质子与中子质量几乎相等 所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍 这个整数叫做原子核的质量数 共104页 25 2 原子核中的两个等式 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 3 同位素 定义 具有相同质子数不同中子数的原子核 在元素周期表中处于同一位置 因而互称同位素 说明 原子核的质子数决定了核外电子的数目 也决定了电子在核外分布的情况 进而决定了这种元素的化学性质 同位素的化学性质相同 共104页 26 活学活用 共104页 27 3 目前普遍认为 质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成 u夸克带电荷量为夸克带电荷量为为元电荷 下列论断可能正确的是 A 质子由1个u夸克和1个d夸克组成 中子由1个u夸克和2个d夸克组成B 质子由2个u夸克和1个d夸克组成 中子由1个u夸克和2个d夸克组成C 质子由1个u夸克和2个d夸克组成 中子由2个u夸克和1个d夸克组成D 质子由2个u夸克和1个d夸克组成 中子由1个u夸克和1个d夸克组成 共104页 28 解析 因质子带电荷量为e 中子呈电中性 u夸克带电荷量为夸克带电荷量为 显然质子应由2个u夸克和1个d夸克组成 中子应由1个u夸克和2个d夸克组成 故选项B正确 答案 B 共104页 29 四 原子核的衰变 共104页 30 知识讲解 共104页 31 共104页 32 2 形成原因 原子核中2个质子和2个中子结合后一起射出 形成 衰变 原子核中的中子转化为质子和电子 形成 衰变 射线是伴随 衰变或 衰变而产生的 共104页 33 3 半衰期 意义 放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间 用希腊字母 表示 公式 N余 N原m余 m原式中N原 m原分别表示衰变前的放射性元素的原子数和质量 N余 m余分别表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量 t表示衰变时间 表示半衰期 半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定 跟原子所处的物理状态 如压强 温度等 或化学状态 如单质或化合物 无关 共104页 34 活学活用 共104页 35 4 从U衰变为Pb 要经过 衰变和 衰变的次数是 A 14次 衰变和10次 衰变B 7次 衰变和4次 衰变C 10次 衰变和14次 衰变D 4次 衰变和7次 衰变 共104页 36 解析 设 衰变和 衰变的次数分别为x和y 则解得x 7 y 4 故选B 答案 B 共104页 37 五 核能 共104页 38 知识讲解 共104页 39 1 核能核子结合成原子核需要放出能量 这叫原子的结合能 称为核能 2 质量亏损组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差 或者参加核反应的原子核总质量与生成新原子核的总质量之差 叫质量亏损 共104页 40 3 爱因斯坦质能方程凡具有质量的物体都具有能量 物质的质量和能量间的关系为 E mc2若原子核质量亏损 m 对应释放的能量为 E mc2 共104页 41 活学活用 共104页 42 5 一个铀238核发生 衰变而变成钍234核 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 试计算在这个衰变过程中要释放出多少能量 结果保留2位有效数字 解析 在铀核衰变过程中的质量亏损为 m 3 853131 10 25 3 786567 10 25 6 64672 10 27 kg 9 7 10 30kg释放的核能 E mc2 9 7 10 30 3 108 2J 8 7 10 13J 共104页 43 六 重核的裂变与轻核的聚变 共104页 44 知识讲解 共104页 45 1 重核的裂变 裂变 重核分裂成两个质量较小的原子核的核反应叫裂变 链式反应 裂变要在一定的条件下才能进行 比如铀235核受到中子轰击时会发生裂变 而裂变时又要放出一些中子 这些中子又可引起其他的铀235核裂变 而使裂变反应不断进行下去 这种反应叫做链式反应 共104页 46 2 轻核的聚变 聚变 轻核结合成质量较大原子核的核反应称为聚变 热核反应 聚变必须在轻核间的距离十分接近 即达到10 15m时才能进行 在极高温度下 原子核可以获得足够的动能克服库仑斥力而发生聚变 这种聚变反应叫做热核反应 共104页 47 活学活用 共104页 48 6 据新华社报道 由我国自行设计 研制的世界第一套全超导核聚变实验装置 又称 人造太阳 已完成了首次工程调试 下列关于 人造太阳 的说法中正确的是 C 根据公式 E mc2可知 核燃料的质量相同时 聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D 根据公式E mc2可知 核燃料的质量相同时 聚变反应释放的能量与裂变反应释放的能量相同 共104页 49 解析 人造太阳 是核聚变装置 故A正确 B错误 由于聚变的燃料是轻核 裂变燃料是重核 根据原子量知同等质量的聚变燃料比裂变燃料包含的原子核数目多 故能产生更多能量 C正确 选AC 答案 AC 共104页 50 第二关 技法关解读高考 共104页 51 解题技法 共104页 52 一 衰变规律的运用 共104页 53 技法讲解 共104页 54 运用衰变规律重点要掌握 退二进一 规律 即原子核发生 衰变后 新核在元素周期表上要退2位 质量数减4 而 衰变后 新核比旧核在元素周期表上的位置进1位 但质量数不变 另外在分析推理的过程中始终要牢记质量数和电荷数守恒 共104页 55 典例剖析 共104页 56 例1下列说法正确的是 共104页 57 共104页 58 238 234 4n 92 91 2n m 解得n 1 m 1 选项B正确 同理可知选项C正确 选项D错误 所以 正确答案为B C 答案 BC 共104页 59 二 核能的计算方法归纳 共104页 60 技法讲解 共104页 61 核能的计算是原子物理的重点知识和高考的热点问题 其基本方法是 1 根据质量亏损计算 步骤如下a 根据核反应方程 计算核反应前和核反应后的质量亏损 m b 根据爱因斯坦质能方程E mc2或 E mc2计算核能 c 计算过程中 m的单位是千克 E的单位是焦耳 共104页 62 2 利用原子质量单位u和电子伏特计算 明确原子质量单位u和电子伏特间的关系 由1u 1 6606 10 27kg 1eV 1 6 10 19J 得E mc2 931 5MeV 根据1原子质量单位 u 相当于931 5MeV能量 用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931 5MeV 即得 E m 931 5MeV 上式中 m的单位是u E的单位是MeV 共104页 63 3 利用平均结合能来计算核能原子核的结合能 核子的平均结合能 核子数 核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差 就是该次核反应所释放 或吸收 的核能 4 根据能量守恒和动量守恒来计算核能参与核反应的粒子所组成的系统 在核反应过程中的动量和能量是守恒的 因此 在题给的条件中没有涉及质量亏损 或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下 根据动量和能量的守恒可以计算出核能的变化 共104页 64 5 应用阿伏加德罗常数计算核能若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量 应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便 a 根据物体的质量m和摩尔质量M 由求出物质的量 并求出原子核的个数b 由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0 或直接从题目中找出E0 c 再根据E NE0求出总能量 共104页 65 典例剖析 共104页 66 例2一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出的能量等于 J 保留二位有效数字 8 7 10 13J 共104页 67 解析 衰变前的铀核可认为是静止的 衰变后的产物 粒子是运动的 这表明在衰变过程中系统的机械能增加了 根据能的转化和能量守恒定律 这部分机械能是由核能转化而来的 这部分核能可以根据核反应过程中的质量亏损 根据爱因斯坦质能方程计算出来 设核反应前的质量和能量分别为m1 E1 则 E1 m1c2设核反应后的质量和能量分别为m2 E2 则 E2 m2c2两式相减得 E mc2 mU mTh ma c2 3 853131 3 786567 0 0664672 10 25 3 108 2J 8 7 10 13J 共104页 68 例3氘核和氚核聚变时的核反应方程为已知H的平均结合能是2 78MeV H的平均结合能是1 09MeV He的平均结合能是7 03MeV 试计算核反应时释放的能量 共104页 69 解析 聚变反应前氘核和氚核的总结合能E1 1 09 2 2 78 3 MeV 10 52MeV反应后生成的氦核的结合能E2 7 03 4MeV 28 12MeV由于单个核子无结合能 所以聚变过程释放出的能量 E E2 E1 28 12 10 52 MeV 17 6MeV 共104页 70 第三关 训练关笑对高考 共104页 71 随堂训练 共104页 72 1 某原子核AZX的质量为m 若用mp和mn分别表示一个质子和一个中子的质量 那么核子组成一个这种原子核释放的核能是 A m Zmp A Z mn c2B Zmp A Z mn m c2C m Zmn A Z mp c2D Zmn A Z mp m c2解析 核子组成该种原子核后亏损的质量为Zmp A Z mn m 据质能方程可知释放的能量为 Zmp A Z mn m c2 故正确答案为B 答案 B 共104页 73 2 近段时间 朝鲜的 核危机 引起了全球的瞩目 其焦点问题就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆 重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239 Pu 这种Pu可由铀239 U 经过n次 衰变而产生 则n为 A 2B 239C 145D 92答案 A 共104页 74 3 放射性同位素Na的样品经过6小时还剩下1 8没有衰变 它的半衰期是 A 2小时B 1 5小时C 1 17小时D 0 75小时解析 本题考查考生对半衰期的理解 我们知道 放射性元素衰变一半所用时间是一个半衰期 剩下的元素再经一个半衰期只剩下1 4 再经一个半衰期这1 4又会衰变一半只剩1 8 所以题中所给的6小时为三个半衰期的时间 因而该放射性同位素的半衰期应是2小时 也可根据m余 m原T 2 小时 答案 A 共104页 75 4 在匀强磁场里有一个原来静止的放射性元素碳14 它所放射的粒子与反冲核的径迹在磁场中是两个相切的圆 圆的直径之比7 1 如图所示 那么 碳14的衰变方程是 答案 C 共104页 76 共104页 77 5 两个中子和两个质子结合成一个氦核 同时释放一定的核能 中子的质量为1 0087u 质子的质量为1 0073u 氦核的质量为4 0026u 试计算用中子和质子生成1kg的氦时 要释放出多少核能 答案 6 59 1014J 共104页 78 解析 先计算出一个氦核释放的能量 再根据1kg氦核的个数即可算出释放出总的核能 核反应方程生成一个氦核过程的质量亏损 m 1 0087u 1 0073u 2 4 0026u 0 0294u 释放的能量 E 0 0294 931 5MeV 27 3861MeV 生成1kg氦核释放的能量 共104页 79 课时作业四十七原子原子核 共104页 80 1 三个原子核X Y Z X核放出一个正电子后变为Y核 Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核 He 则下面说法正确的是 A X核比Z核多一个质子B X核与Z核少一个中子C X核的质量数比Z核质量数大3D X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍答案 CD 共104页 81 共104页 82 2 放射性同位素钍232经 衰变会生成氡 其衰变方程为 其中 A x 1 y 3B x 2 y 3C x 3 y 1D x 3 y 2解析 由质量数和电荷数守恒可得 解得 x 3 y 2 答案 D 共104页 83 3 一个氡核Rn衰变成钋核Po并放出一个粒子 其半衰期为3 8天 1g氡经过7 6天衰变掉氡的质量 以及Rn衰变成Po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 75g 粒子 共104页 84 共104页 85 4 印度第一艘自主研发的核潜艇于2009年7月26日正式下水 成为世界第六个拥有核潜艇的国家 核动力潜艇是潜艇中的一种类型 指以核反应堆为动力来源设计的潜艇 在核反应中有一种是一个U原子核在中子的轰击下发生的一种可能的裂变反应 其裂变方程为 则下列叙述正确的是 共104页 86 A X原子核中含有54个质子B X原子核中含有53个中子C 裂变时释放能量是因为亏损的质量变成了能量D 裂变时释放能量 出现质量亏损 质量数不守恒解析 由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知 X原子核中含有54个质子 78个中子 故A正确 BD错 释放能量不是质量变成了能量 而是亏损的质量以能量的形式释放 C错 答案 A 共104页 87 答案 BD 共104页 88 6 中子和质子结合成氘核时 质量亏损为 m 相应的能量 E mc2 2 2MeV是氘核的结合能 下列说法正确的是 A 用能量小于2 2MeV的光子照射静止氘核时 氘核不能分解为一个质子和一个中子B 用能量等于2 2MeV的光子照射静止氘核时 氘核可能分解为一个质子和一个中子 它们的动能之和为零C 用能量大于2 2MeV的光子照射静止氘核时 氘核可能分解为一个质子和一个中子 它们的动能之和为零 共104页 89 D 用能量大于2 2MeV的光子照射静止氘核时 氘核可能分解为一个质子和一个中子 它们的动能之和不为零解析 用能量小于等于结合能的光子照射氘核时 氘核一定不能分解 所以A正确 B错误 用能量大于结合能的光子照射氘核时 氘核可能分解 只要分解 分解出的质子和中子动能之和一定不为零 若动能之和为零就分不开了 所以C错误 D正确 答案 AD 共104页 90 7 一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核 同时辐射一个 光子 已知质子 中子 氘核的质量分别为m1 m2 m3 普朗克常量为h 真空中的光速为c 下列说法正确的是 A 核反应方程是B 聚变反应中的质量亏损 m m1 m2 m3C 辐射出的 光子的能量E m3 m1 m2 cD 光子的波长 共104页 91 答案 B 共104页 92 8 山东临沂一模 如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象 下列说法中正确的是 共104页 93 A 若D E能结合成F 结合过程一定要释放能量B 若D E能结合成F 结合过程一定要吸收能量C 若A能分裂成B C 分裂过程一定要释放能量D 若A能分裂成B C 分裂过程一定要吸收能量解析 核反应过程中 核子数守恒 反应后比反应前核子平均质量减小 则反应过程一定要放出能量 反之 反应后核子平均质量增大 则反应过程中一定要吸收能量 由图象易知A C正确 实际上在这里A项为轻核的聚变反应 C项为重核的裂变反应 答案 AC 共104页 94 9 放射性元素的原子核在 衰变或 衰变生成新原子核时 往往会同时伴随 辐射 已知A B两种放射性元素的半衰期分别为T1和T2 经过t T1 T2时间后测得这两种放射性元素的质量相等 那么它们原来的质量之比mA mB 2T2 2T1 共104页 95 共104页 96 10 一个运动的 粒子