最新原子和原子核PPT课件.ppt

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1、进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。记想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。记忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎么这么热怎么这么热”，于是三，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑五成群，聚在大树下，或站着

2、，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到“强子，别跑强子，别跑了，快来我给你扇扇了，快来我给你扇扇”。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你你看热的，跑什么？看热的，跑什么？”此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！蒲扇是中国传统工艺品，在我国

3、已有三千年多年的历史。取材的味道！蒲扇是中国传统工艺品，在我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过了我们的扇。蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过

4、了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧道，袅道，袅原子是质量均匀分布的球体 一、原子模型一、原子模型 粒子的散射实验粒子的散射实验 1.1.实验装置实验装置 2.2.实验原理：用实验原理：用粒子轰击金箔，通过观察金原子粒子轰击金箔，通过观察金原子 对对粒子产生的作用效果来推测原子内部的结构。粒子产生的作用效果来推测原子内部的结构。2、关于半衰期的几个问题、关于半衰期的几个问题（1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需 要的时间。要的时间。 Tt

5、NN210 （2）意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度。半衰期）意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度。半衰期短的元素衰变得快，放射性较强短的元素衰变得快，放射性较强（3）特征：半衰期只与元素本身有关）特征：半衰期只与元素本身有关,与所处的物理、与所处的物理、化学状态及周围环境、温度等都无关。化学状态及周围环境、温度等都无关。（4）两种错误认识：）两种错误认识：a. N0（大量）个放射性元素的核，经过一个半衰期（大量）个放射性元素的核，经过一个半衰期T，衰变了一半，再经过一个半衰期衰变了一半，再经过一个半衰期T，全部衰变完。，全部衰变完。b. 若有若有4个放射性元素的核个放射性元素的核,经一个半

6、衰期经一个半衰期, 将衰变将衰变2个。个。事实上，事实上，N0（大量）个某种放射性元素的核，经过时（大量）个某种放射性元素的核，经过时间间t后剩下的这种核的个数为后剩下的这种核的个数为 TtNN210 而对于少量的核（如而对于少量的核（如4个），是无法确定其衰变所需要个），是无法确定其衰变所需要的时间的。这实质上就是的时间的。这实质上就是“半衰期反映了核衰变过程的半衰期反映了核衰变过程的统计快慢程度统计快慢程度”的含义。的含义。四、原子核的人工转变和原子核的组成四、原子核的人工转变和原子核的组成用高速运动的粒子去轰击原子核，是揭开原子核内部用高速运动的粒子去轰击原子核，是揭开原子核内部奥秘的要

7、本方法。轰击结果产生了另一种新核，其核奥秘的要本方法。轰击结果产生了另一种新核，其核反应方程的一般形式为反应方程的一般形式为, yYxXAZAZ XAZYAZ其中其中 是靶核的符号，是靶核的符号，x为入射粒子的符号，为入射粒子的符号， 是新生核的符号，是新生核的符号，y是放射出的粒子的符号。是放射出的粒子的符号。1. 发现质子发现质子:1919年卢瑟福首先做了用年卢瑟福首先做了用a粒子轰击氮原子核的实验。粒子轰击氮原子核的实验。核反应方程式核反应方程式HOHeN11178142147 这是人类第一次发现质子的核反应方程。这是人类第一次发现质子的核反应方程。2.发现中子：发现中子：1930年查德

8、威克发现中子，年查德威克发现中子，核反应方程式核反应方程式nCHeBe101264294 值得指出的是，查德威克在对不可见粒子的判断中，值得指出的是，查德威克在对不可见粒子的判断中，运用了能量和动量守恒定律运用了能量和动量守恒定律, ,科学地分析了实验结果科学地分析了实验结果, ,排除了排除了 射线的可能性射线的可能性, ,确定了是一种粒子确定了是一种粒子中子中子. . 3、原子核的组成：、原子核的组成：质子质子 + 中子（质子和中子统称为核子）中子（质子和中子统称为核子）质子的质量质子的质量mp=1.672 623 110-27 kg=1.007227u中子的质量中子的质量mn=1.674

9、928 610-27 kg=1.008665u四、核反应四、核反应 所有核反应的反应前后都遵守：所有核反应的反应前后都遵守： 质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）1.核反应类型核反应类型衰变：衰变：衰变：衰变：eHThU422349023892 （核内）（核内）HenH42101122 衰变：衰变：ePaTh012349123490 eHn011110 （核内）（核内）+衰变：衰变：eSiP0130143015 enH011011 （核内）（核内）衰变：原子核处于较高能级衰变：原子核处于较高能级,辐射光子后跃迁到低能级辐射光子后跃迁到

10、低能级.人工转变：人工转变：HOHeN1117842147 （发现质子的核反应）（发现质子的核反应）nCHeBe101264294 （发现中子的核反应）（发现中子的核反应）nPHeAl103015422713 eSiP0130143015 （人工制造放射性同位素）（人工制造放射性同位素）重核的裂变：重核的裂变：MeV6200.n3KrBanU109236141561023592 在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。不断地进行下去，这就是链式反应。轻核的聚变：轻核的聚变：MeV617.nHeHH10423121

11、（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）2.放射性同位素的应用放射性同位素的应用利用其射线：利用其射线：射线电离性强，用于使空气电离，射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。将静电泄出，从而消除有害静电。射线贯穿性强，射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程发生突变，可用于生物工程，基因工程。作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功

12、能断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能进行考古研究。利用放射性同位素碳进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木，判定出土木质文物的产生年代。质文物的产生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强度容易控制）处理。可制成各种形状，强度容易控制） 五、核能五、核能1.核能核能: 核反应中放出的能叫核能。核反应中放出的能叫核能。2.质量亏损质量亏损核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成核子结合生成

13、原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。3.质能方程质能方程（1）爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之）爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是：间存在着密切的联系，它们的关系是：E = mc2，这就是爱因斯坦的质能方程。，这就是爱因斯坦的质能方程。（2）质能方程的另一个表达形式是：）质能方程的另一个表达形式是：E=mc2。以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。在非国际单位里，可以用在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。

14、它表示。它表示1原原子质量单位的质量跟子质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。的能量相对应。对质能方程的理解对质能方程的理解（3）一定的质量一定的质量m总是跟一定的能量总是跟一定的能量mc2对应。核子在对应。核子在结合成原子核时的总质量减少了结合成原子核时的总质量减少了,相应的总能量也相应的总能量也要减少要减少,根据能量守恒定律，减少的这部分能量不根据能量守恒定律，减少的这部分能量不会凭空消失，它要在核子结合过程中释放出去。会凭空消失，它要在核子结合过程中释放出去。反过来反过来,把原子核分裂成核子把原子核分裂成核子,总质量要增加，总能总质量要增加，总能量也要增加量也要增加,增加的这部分

15、能量也不会凭空产生增加的这部分能量也不会凭空产生,要要由外部来供给。能量总是守恒的由外部来供给。能量总是守恒的,在原子核反应伴在原子核反应伴随有巨大的放能和吸能现象。随有巨大的放能和吸能现象。物体的质量减少了，它的能量也减少；物体的质量物体的质量减少了，它的能量也减少；物体的质量增加了，它的能量也增加；不能错误地认为质量和增加了，它的能量也增加；不能错误地认为质量和能量发生了相互转化。能量发生了相互转化。4.释放核能的途径释放核能的途径凡是释放核能的核反应都有质量亏损。凡是释放核能的核反应都有质量亏损。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损

16、是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。铁原子核中核子的平均质量最小铁原子核中核子的平均质量最小,所以铁原子核最稳定所以铁原子核最稳定.凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的。反应都是释放核能的。 5.核反应堆核反应堆目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的。目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的。核反应堆的主要组成是：核反应堆的主要组成是：反应堆示意图反应堆示意图核燃料。用浓缩铀核燃料

17、。用浓缩铀(能吸收慢中子的铀能吸收慢中子的铀235占占3%4%)减速剂。用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速减速剂。用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速,以便被铀以便被铀235吸收）。吸收）。控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全）。去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全）。水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。例题一 近几年，我国北京、上海、山东、广州等地引进近几年，我国北

18、京、上海、山东、广州等地引进了十多台了十多台刀，治疗患者刀，治疗患者5000余例，效果极好，成余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器。令人感叹的是，用为治疗脑肿瘤的最佳仪器。令人感叹的是，用刀刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时可治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时可完成手术，无需住院，因而完成手术，无需住院，因而刀被誉为刀被誉为“神刀神刀”。据报道，我国自己研制的旋式据报道，我国自己研制的旋式刀性能更好，即将刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务。问：进入各大医院为患者服务。问：刀治疗脑肿瘤主刀治疗脑肿瘤主要是利用（要是利用（ ） A射线具有很强的贯穿本领射线具有很强的贯穿本领

19、B射线具有很强的电离作用射线具有很强的电离作用 C射线具有很高的能量射线具有很高的能量 D射线很容易绕过障碍物射线很容易绕过障碍物 射线在电磁波谱中的频频率最高射线在电磁波谱中的频频率最高光子能量最大光子能量最大。 穿透能力最强穿透能力最强AC例题二 如图所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核如图所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核发生某种核变化后，产生的两种运动粒子在匀强发生某种核变化后，产生的两种运动粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可能是（磁场中的运动轨迹，可能是（ ） A原子核发生了原子核发生了衰变衰变 B原子核发生了原子核发生了衰变衰变 C原子核放出了一个正电子原子核放出了一个正电子 D

20、原子核放出了一个中子原子核放出了一个中子 衰变过程动量守恒衰变过程动量守恒m1V1m2V2由图可知，两粒子均带正电。由图可知，两粒子均带正电。AC例题四 处于静止状态的原子核处于静止状态的原子核X，经历了一次，经历了一次衰变衰变后变成质量为后变成质量为M的的Y原子核，放出的原子核，放出的粒子垂粒子垂直射入磁感应强度为直射入磁感应强度为B的匀强磁场。测得其做的匀强磁场。测得其做圆周运动的半径为圆周运动的半径为r，已知，已知粒子的质量为粒子的质量为m，电量为电量为q，求此衰变过程亏损的质量。，求此衰变过程亏损的质量。 例题分析与解答 mV2=MV1 r=mV2/qB mC2 =,MmmVMVmV

21、1212121222122 2222MCmVmMm 例题五 氢原子核外电子在第一轨道上运动时，能量氢原子核外电子在第一轨道上运动时，能量E1=13.6eV，轨道半径，轨道半径r1=0.531010m。这时电子运动的动能是多少这时电子运动的动能是多少eV？电势能是多？电势能是多少少eV？ 121212rVmrKe eV.61310530210611092211019912211.e.rKemVEK EK1+EP1=E1=-13.6eV，EP1=-27.2eV.1、下列说法正确的是（下列说法正确的是（） A22688Ra衰变为衰变为22286Rn要经过要经过1次次衰变和衰变和1次次衰变衰变B238

22、92U衰变为衰变为23491Pa要经过要经过1次次哀变和哀变和1次次衰变衰变C23290Th衰变为衰变为20882Pb要经过要经过6次次衰变和衰变和4次次衰变衰变D23892U衰变为衰变为22286Rn要经过要经过4次次衰变和衰变和4次次衰变衰变 应该先根据质量数算应该先根据质量数算哀变的次数。知道为什么吗？哀变的次数。知道为什么吗？再根据电荷数计算再根据电荷数计算衰变的次数衰变的次数B C3、若元素若元素A的半衰期为的半衰期为4天天,元素元素B的半衰期为的半衰期为5天天,则相则相同质量的同质量的A和和B,经过经过20天后天后,剩下的质量之比剩下的质量之比mA:mB（ ）A30:31 B31:

23、30 C1:2 D2:154202121 mmmA45202121 mmmBC4、关于关于、三种射线，下列说法中正确的是（三种射线，下列说法中正确的是（ ）A射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强。射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强。B射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力。穿透能力。C射线一般伴随着射线一般伴随着或或射线产生，它的穿透能力最强。射线产生，它的穿透能力最强。D射线是电磁波，它的穿透能力最弱。射线是电磁波，它的穿透能力最弱。 三种射线中，三种射线中， 射线的穿透能力最强。射线的穿透能力最强。三种

24、射线中，三种射线中， 射线的电离能力最强。射线的电离能力最强。C5、图中图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，三束，以下判断正确的是（以下判断正确的是（）A为为射线、射线、b为为射线射线B为为射线、射线、b为为射线射线C为为射线、射线、C为为射线射线D为为射线、射线、C为为射线射线 B C6、目前普遍认为，质子和中子都是由被称为目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和夸克和d夸克的两类夸克组成。夸克的两类夸克组成。u夸克带电量为夸克带电量为2e/3，d夸克带电量夸克带电量-e/3，e为基

25、元电荷。下列论断可能正确为基元电荷。下列论断可能正确的是（的是（）A质子由质子由1个个u夸克和夸克和1个个d夸克组成，中子由夸克组成，中子由1个个u夸克和夸克和2个个d夸克组成夸克组成B质子由质子由2个个u夸克和夸克和1个个d夸克组成，中子由夸克组成，中子由1个个u夸克和夸克和2个个d夸克组成夸克组成C质子由质子由1个个u夸克和夸克和2个个d夸克组成，中子由夸克组成，中子由2个个u夸克和夸克和1个个d夸克组成夸克组成D质子由质子由2个个u夸克和夸克和1个个d夸克组成，中子由夸克组成，中子由1个个u夸克和夸克和1个个d夸克组成夸克组成 B质子带电量为质子带电量为e，中子不带电。，中子不带电。7、

26、氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中（轨道的过程中（ ）A原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大B原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小C原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小D原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大 rVmreK222reKmVEk22122 r增大则动能减小增大则动能减小克服

27、电场力做功则电势能增加克服电场力做功则电势能增加D8、一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子。设正、负电子对撞前的质量均为为一对光子。设正、负电子对撞前的质量均为m,动能均为动能均为Ek，光速为，光速为c，普朗克恒量为，普朗克恒量为h，则，则对撞过程中的质量亏损为对撞过程中的质量亏损为 ，转化成的光，转化成的光子在真空中的波长子在真空中的波长 。 2mChmCEk2222 2mCEhCk 为什么一定是生成两个光子？为什么一定是生成两个光子？9、云室处在磁感应强度为云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中，一静的匀强磁场中，一静止质量为止质量为M的原子核

28、在云室中发生一次的原子核在云室中发生一次衰变，衰变，粒子的质量为粒子的质量为m，电量为，电量为q，其运动轨迹在磁，其运动轨迹在磁场垂直的平面内。现测得场垂直的平面内。现测得粒子运动的轨道半径粒子运动的轨道半径为为R，试求在衰变过程中的质量亏损（注：涉及，试求在衰变过程中的质量亏损（注：涉及物理过程时，亏损的质量可忽略不计物理过程时，亏损的质量可忽略不计 ）qBmVR1 VmMmV 1 22122121VmMmVmCE 22222CmMmqBMRm 10、氘核在能量足够大的氘核在能量足够大的光子的照射下，会分裂为中光子的照射下，会分裂为中子和质子。已知氘核的质量子和质子。已知氘核的质量m1=3.

29、343510-27kg，质，质子的质量为子的质量为m2=1.672110-27kg，中子的质量为，中子的质量为m3=1.674410-27kg。今用波长。今用波长=4.810-13m的光子的光子照射静止的氘核，照射静止的氘核，（1）写出核反应方程；）写出核反应方程；（2）反应后生成物的总动能是多少？）反应后生成物的总动能是多少？ nHH101121 (1) （2）分裂一个氘核需要能量）分裂一个氘核需要能量E1= (m3+m2-m1)C2=2.7 1010-13-13J J入射光子的能量入射光子的能量E=hC/=4.14=4.141010-13-13J J生成物动能生成物动能Ek=E-E1=1.

30、44 1010-13-13 J J11、某一个用铀做核燃料的原子能电站，设计功率为某一个用铀做核燃料的原子能电站，设计功率为300万千瓦，所用浓缩铀含万千瓦，所用浓缩铀含U U2352359292的比例为的比例为7，U235核核裂变时每个核子释放的能量为裂变时每个核子释放的能量为0.5MeV ， 求该厂一年所需浓缩铀的质量。求该厂一年所需浓缩铀的质量。 核电站一年需要核能核电站一年需要核能E=3 10109 9 365 365 24 24 3600=9.5 3600=9.5 10101616 J J一个一个U235裂变释放多少能量？裂变释放多少能量？一个一个U235裂变释放的能量裂变释放的能量E1=0.5 10106 6 1.6 1.6 1010-19-19 235235= 1.88 = 1.88 1010-11-11 J J一年中需要裂变一年中需要裂变U235的个数的个数N=个个27110055 .EE这些这些U235的摩尔数的摩尔数n=8.42 10103 3mol纯纯U235的质量的质量M1=1980Kg一年需要铀矿质量一年需要铀矿质量M=.Kg.M3110328070 35 结束语结束语