第十五章第三讲 天然放射现象核能优秀PPT.ppt

第十五章 第三讲 天然放射现象 核能第一页，本课件共有57页第二页，本课件共有57页一、原子核的组成一、原子核的组成1 1原子核由原子核由 和中子构成，质子和中子统称为核子和中子构成，质子和中子统称为核子2 2原子核的核电荷数等于原子核的核电荷数等于 ，原子核的质量数等，原子核的质量数等于于 加中子数加中子数3 3同位素：有些具有相同质子数而中子数不同的原子，同位素：有些具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，互称同位素在元素周期表中处于同一位置，互称同位素质子质子质子数质子数质子数质子数第三页，本课件共有57页二、天然放射现象二、天然放射现象1 1定义：定义：元素自发地辐射出元素自发地辐射出 的现象，由法国物理的现象，由法国物理学家学家 在在18961896年发现年发现2 2意义：意义：说明原子核还有复杂的结构说明原子核还有复杂的结构射线射线贝克勒尔贝克勒尔第四页，本课件共有57页最强最强较弱较弱最弱最弱0.990.99c c光速光速3 3三种射线三种射线第五页，本课件共有57页 特别提醒特别提醒 射线的区分方法是：射线的区分方法是：(1)(1)让射线穿过电场或磁场，根据射线的偏转方向确定让射线穿过电场或磁场，根据射线的偏转方向确定(2)(2)由穿透本领确定由穿透本领确定第六页，本课件共有57页三、原子核的衰变三、原子核的衰变1 1衰变：原子核放出某种粒子而转变成衰变：原子核放出某种粒子而转变成新核新核的变化可分的变化可分 为为 、，并伴随着，并伴随着 放出放出衰变衰变衰变衰变射线射线半数半数第七页，本课件共有57页3 3原子核的衰变规律原子核的衰变规律质量数质量数第八页，本课件共有57页 特别提醒特别提醒(1)(1)半衰期由原子内部本身的因素决定，与原子所处的物半衰期由原子内部本身的因素决定，与原子所处的物理状态、化学状态无关理状态、化学状态无关(2)(2)原子核放出原子核放出射线，不改变原子核的电荷数和质量数射线，不改变原子核的电荷数和质量数它是放射性原子核在发生它是放射性原子核在发生衰变或衰变或衰变的过程中，产生的衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量新核由于具有过多的能量(核处于激发态核处于激发态)而辐射出的光子而辐射出的光子第九页，本课件共有57页四、核反应及核能的释放四、核反应及核能的释放1 1核反应：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击核反应：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生下产生 的过程在核反应中，质量数的过程在核反应中，质量数 ，电，电荷数荷数 2 2原子核的人工转变：用原子核的人工转变：用 轰击靶核，产生轰击靶核，产生另一种另一种 的方法的方法新原子核新原子核守恒守恒守恒守恒高能粒子高能粒子原子核原子核第十页，本课件共有57页3 3核能核能(1)(1)质量亏损：组成原子核的核子质量与原子核的质量质量亏损：组成原子核的核子质量与原子核的质量之差之差(2)(2)质能方程：质能方程：E E 若原子核质量亏损若原子核质量亏损m m，对应释，对应释放的能量为：放的能量为：E E .4 4获得核能的途径获得核能的途径(1)(1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个中等重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程重核裂变的同时放出几个中子，质量的核的反应过程重核裂变的同时放出几个中子，并释放出大量核能为了使铀并释放出大量核能为了使铀235235裂变时发生链式反应，裂变时发生链式反应，铀块的体积应大于它的临界体积铀块的体积应大于它的临界体积mcmc2 2mcmc2 2第十一页，本课件共有57页(2)(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，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，要想使氘核和氚核合成氦核，必同时释放出大量的核能，要想使氘核和氚核合成氦核，必须达到几百万度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应须达到几百万度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应第十二页，本课件共有57页1.1.下列说法正确的是下列说法正确的是 ()A A质子和中子的质量不等，但质量数相等质子和中子的质量不等，但质量数相等B B质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中子的质量总和和中子的质量总和C C同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同以不同D D中子不带电，所以原子核的总电量等于质子和电子中子不带电，所以原子核的总电量等于质子和电子的总电量之和的总电量之和第十三页，本课件共有57页解析：解析：质子和中子的质量不同，但质量数相同，质子和中子的质量不同，但质量数相同，A A正确正确质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中子的质量数总和，子的质量数总和，B B错误同一种元素的原子核有相同的质错误同一种元素的原子核有相同的质子数，但中子数可以不同，子数，但中子数可以不同，C C错误中子不带电，所以原子错误中子不带电，所以原子核的总电量等于质子总电量之和，核的总电量等于质子总电量之和，D D错误错误答案：答案：A A第十四页，本课件共有57页2.2.如图如图15153 31 1所示，放射源放在铅块上的所示，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向细孔中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外已知放射源放出的射线垂直于纸面向外已知放射源放出的射线有有、三种，下列判断正确的是三种，下列判断正确的是 ()A A甲是甲是射线，乙是射线，乙是射线，丙是射线，丙是射线射线B B甲是甲是射线，乙是射线，乙是射线，丙是射线，丙是射线射线C.C.甲是甲是射线，乙是射线，乙是射线，丙是射线，丙是射线射线D D甲是甲是射线，乙是射线，乙是射线，丙是射线，丙是射线射线图图15153 31 1第十五页，本课件共有57页解析：解析：粒子垂直进入磁场中，若带电则必受洛伦兹力的作用粒子垂直进入磁场中，若带电则必受洛伦兹力的作用而做圆周运动，轨迹为圆弧，而乙为直线，可判定其为不带电而做圆周运动，轨迹为圆弧，而乙为直线，可判定其为不带电粒子，即乙是粒子，即乙是射线；再根据左手定则，即可判定甲为射线；再根据左手定则，即可判定甲为射线、丙为射线、丙为射线，故射线，故B B项正确项正确答案：答案：B B第十六页，本课件共有57页3 3(2010(2010葫芦岛模拟葫芦岛模拟)下列说法正确的是下列说法正确的是 ()A A用加温或加压的方法不能改变原子核衰变的半衰期用加温或加压的方法不能改变原子核衰变的半衰期B B某原子核经过一次某原子核经过一次衰变后，核内质子数减少衰变后，核内质子数减少4 4个个C C射线是原子的核外电子电离后形成的电子流射线是原子的核外电子电离后形成的电子流D D射线的贯穿作用很强，可用来进行工业探伤射线的贯穿作用很强，可用来进行工业探伤第十七页，本课件共有57页解析：解析：原子核的半衰期由核本身的性质决定，与外界物理或原子核的半衰期由核本身的性质决定，与外界物理或化学状态均无关，故化学状态均无关，故A A项正确；原子核经过一次项正确；原子核经过一次衰变后，衰变后，质子数少质子数少2 2个，中子数少个，中子数少2 2个，质量数少个，质量数少4 4，B B项错；项错；射线射线是原子核内中子转变为质子放出的电子流，不是来自核外的是原子核内中子转变为质子放出的电子流，不是来自核外的自由电子，自由电子，C C项错；三种射线中，穿透力最强的是项错；三种射线中，穿透力最强的是射线，射线，可用于工业探伤，可用于工业探伤，射线穿透力最弱，射线穿透力最弱，D D项错项错答案：答案：A A第十八页，本课件共有57页4 4关于爱因斯坦质能方程的下列说法中正确的是关于爱因斯坦质能方程的下列说法中正确的是()A AE Emcmc2 2中的中的E E是物体以光速是物体以光速c c运动的动能运动的动能B BE Emcmc2 2是物体各种形式能的总和是物体各种形式能的总和C C由由E Emcmc2 2知，在核反应中，亏损的质量知，在核反应中，亏损的质量m m转转化成能量化成能量E E放出放出D D由由E Emcmc2 2知，在核反应中亏损的静质量转化为知，在核反应中亏损的静质量转化为动质量，被放出的能量带走动质量，被放出的能量带走第十九页，本课件共有57页解析：解析：原子核的半衰期由核本身的性质决定，与外界物理或原子核的半衰期由核本身的性质决定，与外界物理或化学状态均无关，故化学状态均无关，故A A项正确；原子核经过一次项正确；原子核经过一次衰变后，质衰变后，质子数少子数少2 2个，中子数少个，中子数少2 2个，质量数少个，质量数少4 4，B B项错；项错；射线是原射线是原子核内中子转变为质子放出的电子流，不是来自核外的自由子核内中子转变为质子放出的电子流，不是来自核外的自由电子，电子，C C项错；三种射线中，穿透力最强的是项错；三种射线中，穿透力最强的是射线，可用射线，可用于工业探伤，于工业探伤，射线穿透力最弱，射线穿透力最弱，D D项错项错答案：答案：BDBD第二十页，本课件共有57页5 5铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是法中正确的是 ()A A反应堆中铀的质量是重要因素与体积无关反应堆中铀的质量是重要因素与体积无关B B为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子裂变时产生的中子C C若铀若铀235235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应才能够发生应才能够发生D D中子从铀块中通过时，一定发生链式反应中子从铀块中通过时，一定发生链式反应第二十一页，本课件共有57页解析：解析：使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积，但铀核的质量无论怎样，只要组成铀块的体积小于临界体积，积，但铀核的质量无论怎样，只要组成铀块的体积小于临界体积，则不会产生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快则不会产生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变链式反应是有条件的，即铀块的体中子不能直接引发新的裂变链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积，如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰积必须大于其临界体积，如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生不到原子核，则链式反应就不会发生ABDABD错，选错，选C.C.答案：答案：C C第二十二页，本课件共有57页第二十三页，本课件共有57页解析：解析：反应前的质量反应前的质量M M1 1m m1 1m m2 2，反应后的质量，反应后的质量M M2 2m m3 3m m4 4，质量亏损，质量亏损M MM M1 1M M2 2(m m1 1m m2 2)(m m3 3m m4 4)由质能方程得由质能方程得E EMcMc2 2(m m1 1m m2 2m m3 3m m4 4)c c2 2，故，故C C正确正确答案：答案：C C第二十四页，本课件共有57页第二十五页，本课件共有57页第二十六页，本课件共有57页第二十七页，本课件共有57页 答案答案 ABDABD第二十八页，本课件共有57页第二十九页，本课件共有57页第三十页，本课件共有57页答案：答案：C C第三十一页，本课件共有57页第三十二页，本课件共有57页答案：答案：C C第三十三页，本课件共有57页第三十四页，本课件共有57页 思路点拨思路点拨 由衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变的特点由衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变的特点及规律进行判断及规律进行判断 解析解析 A A项是项是衰变，正确，衰变，正确，B B项是卢瑟福发现质子的核项是卢瑟福发现质子的核反应方程，是人工转变，错误，反应方程，是人工转变，错误，C C项是轻核聚变，正确，项是轻核聚变，正确，D D项是项是衰变，错误衰变，错误 答案答案 ACAC第三十五页，本课件共有57页 归纳领悟归纳领悟 1 1核反应的四种类型核反应的四种类型第三十六页，本课件共有57页第三十七页，本课件共有57页第三十八页，本课件共有57页第三十九页，本课件共有57页 题组突破题组突破 1 1三个原子核三个原子核X X、Y Y、Z Z，X X核放出一个正电子后变为核放出一个正电子后变为Y Y核，核，Y Y核与质子发生核反应后生成核与质子发生核反应后生成Z Z核并放出一个氦核，则下核并放出一个氦核，则下面说法正确的是面说法正确的是 ()A AX X核比核比Z Z核多一个质子核多一个质子B BX X核比核比Z Z核少一个中子核少一个中子C CX X核与核与Z Z核的总电荷是核的总电荷是Y Y核电荷的核电荷的3 3倍倍D DX X核的质量数比核的质量数比Z Z核质量数大核质量数大3 3第四十页，本课件共有57页答案：答案：D D第四十一页，本课件共有57页第四十二页，本课件共有57页解析：解析：由电荷数守恒和质量数守恒规律可知，由电荷数守恒和质量数守恒规律可知，X X是正电子，是正电子，Y Y是中子，是中子，Z Z是质子，故是质子，故D D正确正确答案：答案：D D第四十三页，本课件共有57页 典例启迪典例启迪 例例33设太阳内部持续不断地发生着设太阳内部持续不断地发生着4 4个质子聚变为个质子聚变为1 1个氦核放出个氦核放出2 2个正电子的热核反应，这个核反应释放的大量能量就是太个正电子的热核反应，这个核反应释放的大量能量就是太阳的能源阳的能源已知已知m mp p1.007276 u1.007276 u，m mHeHe4.002603 u4.002603 u，m me e0.000548 u.0.000548 u.(1)(1)写出这个核反应方程；写出这个核反应方程；(2)(2)这一核反应释放出的能量有多少焦？这一核反应释放出的能量有多少焦？(3)(3)若太阳向空间辐射的总功率为若太阳向空间辐射的总功率为3.8103.8102626 W W，则太阳的质量每，则太阳的质量每秒将减少多少千克？秒将减少多少千克？第四十四页，本课件共有57页 思路点拨思路点拨 书写核反应方程，求出质量亏损，用爱因斯书写核反应方程，求出质量亏损，用爱因斯坦质能方程求释放的核能，然后由能量守恒求解太阳每秒坦质能方程求释放的核能，然后由能量守恒求解太阳每秒减少的质量减少的质量第四十五页，本课件共有57页第四十六页，本课件共有57页 归纳领悟归纳领悟 核能的计算方法：核能的计算方法：(1)(1)若若m m的单位为的单位为kgkg，“c c”代入代入3103108 8 m/s m/s，得到的，得到的E E的单位为的单位为“J”“J”(2)(2)若若m m以以“u”“u”为单位，则由为单位，则由1u1uc c2 2931.5 MeV931.5 MeV得得E Em m931.5 MeV.931.5 MeV.(3)(3)核反应和力学中的弹性碰撞模型相似，遵守动量守核反应和力学中的弹性碰撞模型相似，遵守动量守恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒和能量守恒恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能定律来计算核能第四十七页，本课件共有57页第四十八页，本课件共有57页A A0.82 MeV0.82 MeVB B0.31 MeV0.31 MeVC C1.33 MeV D1.33 MeV D0.51 MeV0.51 MeV解析：解析：根据根据1 1原子质量单位原子质量单位(u)(u)相当于相当于931931兆电子伏能量，则兆电子伏能量，则E E(36.956 91(36.956 910.000 550.000 5536.956 58)931 36.956 58)931 MeV0.82 MeVMeV0.82 MeV，A A正确正确答案：答案：A A第四十九页，本课件共有57页6 6在真空中，原来静止的原子核在真空中，原来静止的原子核X X在进行在进行衰变时，放衰变时，放出出粒子的动能为粒子的动能为E E0 0.假设衰变后产生的新核用假设衰变后产生的新核用Y Y表示，表示，衰变时产生的能量全部以动能形式释放出来，真空中的光衰变时产生的能量全部以动能形式释放出来，真空中的光速为速为c c，原子核的质量之比等于质量数之比，原子核的重，原子核的质量之比等于质量数之比，原子核的重力不计力不计(1)(1)写出衰变的核反应方程；写出衰变的核反应方程；(2)(2)求衰变过程中总的质量亏损求衰变过程中总的质量亏损第五十页，本课件共有57页第五十一页，本课件共有57页第五十二页，本课件共有57页核反应与电磁场的综合问题核反应与电磁场的综合问题 核反应不仅遵从质量数和电荷数守恒，而且还遵从动量守核反应不仅遵从质量数和电荷数守恒，而且还遵从动量守恒和能量守恒；若核反应是在电场、磁场或复合场中发生的，恒和能量守恒；若核反应是在电场、磁场或复合场中发生的，则核反应前后的粒子在静电力或磁场力作用下运动，从而与力则核反应前后的粒子在静电力或磁场力作用下运动，从而与力学知识联系，构成综合性强的题目学知识联系，构成综合性强的题目第五十三页，本课件共有57页 示例示例 一个静止的氮核一个静止的氮核 N N俘获一个速度为俘获一个速度为2.3102.3107 7 m/s m/s的的中子生成一个复核中子生成一个复核A A，A A又衰变成又衰变成B B、C C两个新核设两个新核设B B、C C的速的速度方向与中子速度方向相同，度方向与中子速度方向相同，B B的质量是中子的的质量是中子的1111倍，速度倍，速度是是10106 6 m/s m/s，B B、C C在同一匀强磁场中做圆周运动的半径比为在同一匀强磁场中做圆周运动的半径比为R RB BR RC C111130.30.求：求：(1)(1)C C核的速度大小；核的速度大小；(2)(2)根据计算判断根据计算判断C C核是什么核；核是什么核；(3)(3)写出核反应方程写出核反应方程第五十四页，本课件共有57页第五十五页，本课件共有57页第五十六页，本课件共有57页点击此图片进入点击此图片进入点击此图片进入点击此图片进入“创新演练创新演练创新演练创新演练大冲关大冲关大冲关大冲关”第五十七页，本课件共有57页