人教版高中物理选修3-5第十九章原子核(自主学习学案)

1、第十九章原子核n-s课前自主学习(学案)一、请学生自主学习教材第十九章原子核 P65 至 P90、结合复习的内容思考如下问题:1 人类打开认识原子核内部世界的大门是从发现什么现象开始的？请说出三种射线的性质。2 请说出居里夫人、卢瑟福、贝可勒尔、查德威克、爱因斯坦等科学家在核物理研究方面的主要成 果。3 放射性元素的衰变遵循什么规律？请就a衰变和 B 衰变各写出一个典型方程，这两种衰变的实质是什么？4 请说出爱因斯坦的质能方程，什么是质量亏损？原子核在变化时，如果有质量亏损，则必然释放 能量，是质量转化为能量吗？三、自主解答几道题目：1 三种射线的本质是：a 射线是_ , B 射线是_, Y射

2、线是_种射线中穿透本领由强到弱的顺序是 _。2 .现有五个核反应：A.lH4-?H-*X4-5Kr+3in氐瓏U4-4ir*X+gKr+3tnDiRaRn+lHe(1)_ 是发现中子的核反应方程， _是研究原子弹的基本核反应方程， _是研究氢弹的基本核反应方程.求 B 项中 X 的质量数和中子数.(3)判断以上五个核反应的反应类型.3 . (1)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的有()A 是原子核质量减少一半所需的时间B 是原子核有半数发生衰变所需的时间C 把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的半衰期D .可以用来测定地质年代、生物年代等4某核反应方程为；H34He X.已知；

3、H 的质量为 2.013 6 u,；H 的质量为 3.018 0 u ;4He的质量为 4.002 6 u, X 的质量为 1.008 7 u .则 X 是_ ，该反应_ (吸收或释放)能量.参考答案1 .氦核 电子 光子 丫、B、a2.( 1) E、B、A (2) B 项中 x 的质子数为 144,中子数为 88(3)聚变、裂变、B 衰变、a 衰变、人工转变3. BD4.设“X 的质量数为 a,核电荷数为 b,则由质量数守恒和电荷数守恒知：2+3=4+a ,1+1=2+ b，所以 a=1, b=0，故 X 为中子，核反应方程的质量亏损为 m=(2.013 6 u+3.0180 u)一件 00

4、26 u+1.008 7u)=0.0203 u，由此可知，该反应释放能量.答案：中子，释放课堂主体参与(教案)【学习目标】1认识原子核的组成，知道放射性和原子核的衰变，会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的 统计意义.2 了解放射性同位素的应用，知道射线的危害和防护.3 .知道核力的性质；认识原子核的结合能，知道裂变反应和聚变反应.4 知道链式反应的发生条件，了解裂变反应堆的工作原理.【重点难点】1 . a衰变和 B 衰变及其规律，半衰期的概念2 爱因斯坦的质能关系方程，质量亏损的概念。【学习内容】一、课前自主学习检查1 .天然放射现象：某些元素 _放射_的现象称为天然放射现象， 它是由法国科学

5、家 _最先发现，由此揭开了人类对原子核结构的认识历史，原子核是由质子和中子组成，它们统称为_ ,原子核的核电荷数=_ ,原子核的质量数=_。原子核的符号可表示为ZX，其中 X 代表_2.（ 1）放射性物质840Po 和20Co 的核衰变方程分别为方程中的 X1代表的是_ , X2代表的是_ 。如图所示，铅盒内装有能释放 a、B 和谢线的放射性物质，在靠 盒的顶部加上电场E 或磁场 B，在图、（b）中分别画出射线运动轨迹意图.（在所画轨迹上须标明是a、B、和丫中的哪种射线）3.92U衰变成86Rn共发生了 _ 次 a衰变和_ 次 B 衰变.4 .已知氮核质量 mN=14.007 53 u ,氧核

6、质量 m=17.004 54 u ,氦核质量 mHe=4.003 87 u ,质子质量 mH=1.00815u，试判断核反应：210 206 60 60、84PO 宀82Pb+X1,27CO 宀28Nl+X2,74N4He；O1H是吸能反应，还是放能反应，能量变化多少？参考答案：1 自发某些射线贝克勒尔 核子 质子数质子数和中子数之和元素符号质量数电荷数2：He；e3 根据衰变规律，Rn 的质量数比 U 的质量数减少了 238 222=16，而天然放射只有 a衰变才能使 质量数减少，且每次 a衰变减少质量数为 4,故发生了 16 4=4 次 a衰变.因每次 a衰变核的电荷数减 少 2,故由于

7、a 衰变核的电荷数应减少 4 X2=8，而 Rn 核的电荷数仅比 U 核少了 92 86=6，故说明 发生了 2 次 B衰变.二、构建知识框架，剖析典型概念1.三种射线(1) a射线：是氦核(；He)流，速度约为光速的十分之一，贯穿本领小，电离作用强.(2) B射线：是高速电子流，速度接近光速，贯穿本领较大，能穿透几毫米的铝板，电离作用较弱.(3) 丫射线：是高能光子流，贯穿本领大，能穿透几厘米的铅板，电离作用弱.2三种衰变(1) 定义：放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变.(2) 衰变规律：电荷数和质量数都守恒.1a 衰变：MXM4Y : He. a衰变的实质是某元素

8、的原子核放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核).空间有一匀强电场.进入电场后，射线变为a、b 两束，射线 a 沿原来方向行进，射线b 发生了偏2B衰变：MXT；+Yie. B衰变的实质是某元素的原子核内的一个中子变为一个质子时放射 出一个电子.3丫衰变：丫衰变是伴随 a衰变或 B 衰变同时发生的.丫衰变不改变原子核的电荷数和质量数，其实质是放射性原子核在发生a 衰变或 B衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子.3 半衰期(1) 定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，叫做这种元素的半衰期.(2) 半衰期是由放射性元素的原子核内部本身的因素决定的，跟

9、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.(3) 半衰期只对大量原子核衰变才有意义，因为放射性元素的衰变规律是统计规律，对少数原子 核衰变不再起作用.4 核能的计算(1) 质能方程：爱因斯坦的相对论指出，物体的质量和能量存在着密切联系，即E=mc2.质能方程告诉我们，质量和能量之间存在着简单的正比关系物体的能量增大，质量也增大；能量减小，质量也减小.且核反应中释放的能量与质量亏损成正比厶E= mc2.(2) 核能：核反应中放出的能量称为核能.(3) 核能的计算E= Amc2. (Am 为核子结合成原子核时的质量亏损)因原子质量单位(u)相当于 931.5 MeV 能

10、量，故 E= Am X931.5MeV .三、自主研究例题例 1 .一置于铅盒中的放射源发射a、B和 Y 射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的本领很强，能穿透几厘米的铅板，且Y射线是光子流，在电场中无偏转。例 3 .238U经过一系列 a 衰变和滾变后变成806Pb，试确定经过了几次 a 衰变、应方程.例 4.用中子轰击锂核(；Li)发生核反应，生成氚核和a 粒子，并放出 4.8MeV 的能量.(1)写出核反应方程;(2)设放出的能量全部由质量亏损获得，试求质量亏损为多少千克？若放出的核能全部转化为a 粒子和氚核的动能，且它们的动量等值反向，求a 粒子的动能为多少MeV?答案:转

11、，如图所示则图中的射线 a 为_射线，射线 b 为射线.例 2 . (1)约里奥居里夫妇因发现人工放射性同位素而获得了1935 年的诺贝尔化学奖.他们发现的几次滾变？写出核反训史极摄聊线u底片是ffl/mg放射性元素30P衰变成；Si的同时放出另一种粒子，这种粒子本领很强，能穿透几厘米的铅板，且Y射线是光子流，在电场中无偏转。例 1 . Y 3因为 a 射线穿透本领很弱，B射线穿透本领较大，能穿透几毫米的铝板，而丫射线穿透例 2.0e对应的衰变方程是30P昇4s0e由图可知，30P的半衰期为 14 天，4mg15P衰变后还剩 0.25mg，质量变为原来的 1/16，说明经过 了 4 个半衰期，

12、所以经过了14 X4=56 天。次卩衰变，则其核反应方程为匕例 3.瓏UPb + niHe+m_?e根据电荷数守恒和质量数守恒列出方程：92=82+2n-m238=206+4n解得：n=8 , m=6核反应方程为：瞻U 喀Pb+ g；He+ 6 _? e.（DjLi+Jn一（即根据吐E= 5芒、得7/1 = 8+53X1010kg由动守恒定律需Q =式中的 m1、m2、V1、V2分别为氯核和氚核的质量和速度，由上式得它们的动能之比为2 2(gw) (mi2V2)c ,m2：g =3:42m12m2=- 4.8M ev=2.06M ev7四、小组质疑讨论 五、师生合作研讨例 1 关键应弄清三种射

13、线的性质和特点；例2 应注意理解半衰期的概念；例 3 涉及衰变次数的确定，除了答案中列方程组的方法而外，还可运用衰变规律求解，即质量数减少量:衰变次数=质量数减少量（同时电荷数减少，衰变次数 X 2）4B 衰变次数=电荷数增加量例 4 则要明确质量亏损的概念及求解方法，掌握爱因斯坦的质量方程，要特别提醒的是（1）根据 E=A me2计算核能时，质量亏损 m 是质量不是质量数，其单位是“ kg ” c 的单曰：E2位是“ m/s ” E 的单位是“ J”（2）根据 E= mX931.5 MeV 计算核能时.因 1 原子质量单位（u）相当于 931.5 MeV 的能量，所以计算时m 的单位是“ E

14、 的单位是“ MeV.”六、总结提升本章内容为 I 级要求，复习时应注意三点：一是细读教材，做到应知应会，二是对与现代科技相联系的题目，应足够重视；三是复习重点应放在核反应方程的书写及质量亏损的计算上。从题型看主要以选择题和填空题的形式出现，如08 年江苏高考主要考查了半衰期，09 年主要考查了质能方程的应用。七、当堂训练1 放射性元素发生 滾变时，放出一个电子，该电子是（）A .核外电子从内层轨道上跃迁出来的B 核内电子受激发而射出来的C .核内的一个质子衰变成中子放出来的D .核内的一个中子衰变成质子放出来的2 .下面说法正确的是（）1B射线的粒子和电子是两种不同的粒子； 红外线的波长比

15、X 射线的波长长；F列说法正确的是a 射线不同于氦原子核;丫射线的贯穿本领比 a粒子强.A .B.C.D.3.钍核（9TTh）具有放射性，它放出一个电子衰变成镁核（2；4Pa）,伴随该过程会放出Y光子,A .因为衰变过程中原子核的质量数守恒，所以不会出现质量亏损B . 丫光子是衰变过程中镁核（91Pa）放出的C .给钍加热，钍的半衰期将变短D 原子核的天然放射现象说明原子核是可分的4.以下表述中正确的是B.铀核裂变的核反应方程是C. 一个氘核和一个氚核聚变成一个氦核时放出一个中子和能量，已知氘核、氚核、氦核和中子的质量分别为 mi、m2、mamn，则反应过程放出的能量为（m 什 m2 ma-

16、mn）c2D 核反应前的总质量若大于反应后的总质量，则此反应必释放能量参考答案:3.BD4. ACD八、布置作业芽 Th 变成806Pb 要经过7 次 a衰变,6 次滾变1下列核反应或核衰变方程中，符号X”表示中子的是(A)：Be+：HeT+X(B)1N；He 1jO X(C)284Hg+0nT272Pt七；H +X(D)23992 U 23993Np X2.下列关于原子结构和原子核的说法正确的是（）A 卢瑟福在:-粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构B 天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒，其放射线在磁场中不偏转的是 射线C 据图 15.3-3 可知，原子核 A 裂变变成原子核

17、B 和 C 要放出核能3.当两个中子和两个质子结合成一个：粒子时，放出 28.30MeV 的能量，当7.26MeV 的能量，则当6 个中子和 6 个质子结合成一个碳核时，释放的能量约为（）A 21.04MeVB 35.56MeVC 77.64MeVD 92.16MeV4.在一定条件下，让质子获得足够大的速度，当两个质子应：P+iP+P+P+p 其中p是 P 反质子（反质子与质子质量相等,则以下关于该反应的说法正确的是A.反应前后系统总动量皆为0B. 反应过程系统能量守恒2C.根据爱因斯坦质能方程可知， 反应前每个质子的能量最小为2mpc :D.根据爱因斯坦质能方程可知，反应后单个质子的能量可能

18、小于mpc25 .用粒子轰击铍核（9Be），生成一个碳核（；C）和一个粒子，则该粒子（）（A）带正电，能在磁场中发生偏转（B）在任意方向的磁场中都不会发生偏转（C）电离本领特别强，是原子核的组成部分之一（D）用来轰击铀 235 可引起铀榱的裂变6.静止在匀强磁场中的238U 核，发生。衰变后生成Th 核，衰变后的。粒子速度方向垂直于磁场方向，则以下结论中正确的是（）1衰变方程可表示为：292U t290Th+2He2衰变后的 Th 核和：粒子的轨迹是两个内切圆，轨道半径之比为1:453Th 核和粒子的动能之比为 2:174若粒子转了 117 圈，则 Th 核转了 90 圈A . B .CD.7

19、.质子、中子和氘核的质量分别为 mim2m3,质子和中子结合成氘核时，发出丫射线，已知普朗克恒量为 h,真空中光速为 c,则 丫射线的频率 u = _.8.核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子了。若已知氘原子的质量为2.0141U ,氚原子的质量为3.0160u ,氦原子的质量为 4.0026U，中子的质量为-271.0087u , 1u=1.66 X 10 kg。p 以相等的速率对心

20、正碰，将发生下列反均为 mp,且带一个单位负电荷）,写出氘和氚聚合的反应方程。试计算这个核反应释放出来的能量。若建一座功率为 3.0 X 105kW 的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年 要消耗多少氘的质量？（一年按 3.2 X 107s 计算，光速c=3.00 X io8m/s，结果取二位有效数字）参考答案1.AC 2.ABC 3.D4. A 5.BCD 6. D7.质子和中子结合成氘核：1H +0n1H +丫这个核反应的质量亏损为：Am = mi+ m2m3根据爱因斯坦质能方程AE=Amc2此核反应放出的能量AE=（mi+ m2 m） c以丫射线形式放出，由 E= h

21、u_ （mb m2_ m3）c2u =-h8.略 2.8 X 10-12J 23kg【课后反思】课后自我检测（学案）1.下列现象中，与原子核内部变化有关的是A.粒子散射现象B原子发光现象C.光电效应现象D天然放射现象2放射性元素衰变时放出三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是 A 射线，一：射线，：射线B. 射线，1 射线，射线，C 射线，：射线，射线 D.谢线，：射线，射线33.科学家发现在月球上含有丰富的2He（氦 3）。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为；He+；HeT 2；H +；He。关于；He聚变下列表述正确的是A .聚变反应不会释放能量B.聚变反应产生了新的原子核C 聚变反应没有质量亏损D.目前核电站都采用；He聚变反应发电4. 原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源。当氖等离子体被加热到适当高温时，氖核个光子的能量约为J 。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是参与的几种聚变反应可能发生，放出能量。这几种反应的总效果可以表示为24116JHTk2He+djH +20n+43.15MeV，由平衡条件可知A. k=1, d=4 B. k=2