【创新设计】2011届高考物理一轮复习 第17章 原子核课件 人教大纲版.ppt

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1、考考 纲纲 要要 求求三三 年年 考考 情情热热 点点 考考 向向考点考点要求要求2007年年2008年年2009年年粒子散射实验、原子粒子散射实验、原子的核式结构的核式结构广东物广东物理理(T15填填空空)江苏物江苏物理理(T2选选择择)上海物上海物理理(T6选选择择)北京理北京理综综(T14选选择择)全国理全国理综综(T18选选择择)全国理全国理综综(T20选选择择)北京理北京理综综(T14选选择择)重庆理重庆理综综(T14选选择择)重庆卷重庆卷(T16选择选择)安徽卷安徽卷(T14选择选择)浙江卷浙江卷(T15选择选择)北京卷北京卷(T14选择选择)广东卷广东卷(T2选择选择)天津卷天津

2、卷(T6选择选择)多数以选择题的形式出多数以选择题的形式出现，以下几个方面是高现，以下几个方面是高考的热点：考的热点：1能判断各种核反应能判断各种核反应的种类，并掌握其核反的种类，并掌握其核反应的书写规律和核反应应的书写规律和核反应过程中遵守的物理规律过程中遵守的物理规律2应用爱因斯坦质能应用爱因斯坦质能方程进行核能的计算方程进行核能的计算3衰变规律与电磁学衰变规律与电磁学综合综合4随着高考的不断深随着高考的不断深入，以联系生产、生活入，以联系生产、生活和高科技为背景的题目和高科技为背景的题目会越来越多会越来越多.原子核的组成、天然放原子核的组成、天然放射现象、射现象、射线、射线、射线，射线，

3、射线、衰变、半衰期射线、衰变、半衰期原子核的人工转变、核原子核的人工转变、核反应方程、放射性同位反应方程、放射性同位素及其应用素及其应用放射性污染和保护放射性污染和保护核能、质量亏损、爱因核能、质量亏损、爱因斯坦的质能方程斯坦的质能方程重核的裂变、链式反应、重核的裂变、链式反应、核反应堆核反应堆轻核的聚变可控热核轻核的聚变可控热核反应反应人类对物质结构的认识人类对物质结构的认识第十七章第十七章 原子核原子核一、原子的核式结构模型一、原子的核式结构模型11897年年， 发现了电子发现了电子219091911年，英国物理学家年，英国物理学家 进行了进行了粒子散射实验，提出了原子的粒子散射实验，提出

4、了原子的核式结构模型核式结构模型汤姆生汤姆生卢瑟福卢瑟福3粒子散射实验：粒子散射实验： (1)实验装置如图实验装置如图171所示所示 (2)实验现象：绝大多数实验现象：绝大多数粒子沿原方向前进，少数粒子沿原方向前进，少数粒子发生粒子发生 4核式结构模型：原子中心有一个很小的核式结构模型：原子中心有一个很小的核核，原子的全部，原子的全部 和几乎全部质量和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的都集中在原子核里，带负电的电子电子在核外的空间运动在核外的空间运动较大偏转较大偏转正电荷正电荷二、原子核的组成二、原子核的组成1原原子核由子核由 和和 组成，质子和中子统称为组成，质子和中子统称为 2原子核的

5、核电荷数原子核的核电荷数 数，原子核的质量数数，原子核的质量数 3同位素：具有相同的同位素：具有相同的 和不同的和不同的 的同一类原子的同一类原子质子质子中子中子核子核子质子质子质子数质子数中子数中子数质子数质子数中子数中子数核式结构模型对核式结构模型对粒子散射实验的解释粒子散射实验的解释1因因为原子核很小，原子的大部分空间是空的，大部分为原子核很小，原子的大部分空间是空的，大部分粒子穿过金箔时离核粒子穿过金箔时离核很远，受到的库仑力很小，运动几乎不受影响，因而，大部分很远，受到的库仑力很小，运动几乎不受影响，因而，大部分粒子穿过金粒子穿过金箔后，运动方向几乎不改变箔后，运动方向几乎不改变2只

6、有少数只有少数粒子从原子核附近飞过，受到原子核的库仑力较大，才发生较大粒子从原子核附近飞过，受到原子核的库仑力较大，才发生较大角度的偏转角度的偏转1如图如图172为卢瑟福和他的同事们做为卢瑟福和他的同事们做粒子粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜分别放在图中的分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，四个位置时，下述对观察到现象的说法中正确的是下述对观察到现象的说法中正确的是()A放在放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B放在放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比位置时，相同时间内观察到屏上的

7、闪光次数只比A位置时稍少些位置时稍少些C放在放在C、D位置时，屏上观察不到闪光位置时，屏上观察不到闪光D放在放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少图图172解析：解析：粒子散射实验的结果是，绝大多数粒子散射实验的结果是，绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数来的方向前进，但是有少数粒子发生了较大的偏转因此，荧光屏和显粒子发生了较大的偏转因此，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，在相同时间内观察到四个位置时，在相同时间内观察到屏上的闪光次数分别为绝大多数、

8、少数、极少数，故屏上的闪光次数分别为绝大多数、少数、极少数，故A、D正确正确答案：答案：AD11896年，法国物理学家年，法国物理学家 发现天然放射现象发现天然放射现象2三种射线：三种射线：(1)射线：高速射线：高速粒子流，粒子流，粒子实际上就是粒子实际上就是 ，符号为，符号为 .(2)射线：高速射线：高速 ，符号为，符号为 .(3)射线：不带电、能量很高、波长很短的射线：不带电、能量很高、波长很短的 贝克勒尔贝克勒尔氦原子核氦原子核He电子流电子流e电磁波电磁波3衰变和半衰期衰变和半衰期(1)定义：原子核自发地放出定义：原子核自发地放出 或或 后，就变成新的原子核后，就变成新的原子核(2)规

9、律：原子核衰变时，规律：原子核衰变时， 和和 都守恒都守恒(3)半衰期：放射性元素的原子核有半衰期：放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间由原子核内部发生衰变所需的时间由原子核内部本身的因素决定，与原子所处的本身的因素决定，与原子所处的 状态无关状态无关粒子粒子粒子粒子电荷数电荷数质量数质量数半数半数物理或化学物理或化学1两种衰变对照表两种衰变对照表衰变类型衰变类型衰变衰变衰变衰变衰变方程衰变方程衰变实质衰变实质2个质子和个质子和2个中子结合个中子结合成一个整体射出成一个整体射出中子转化为质子和电子中子转化为质子和电子衰变规律衰变规律电荷数守恒、质量数守恒电荷数守恒、质量数守恒衰变是伴随着衰

10、变是伴随着衰变和衰变和衰变同时发生的，衰变同时发生的，衰变不改变原子核的电荷数衰变不改变原子核的电荷数和质量数和质量数2三种射线的本质和特性三种射线的本质和特性种类种类射线射线射线射线射线射线组成组成高速氦核流高速氦核流高速电子流高速电子流光子流光子流(高频电磁高频电磁波波)带电荷量带电荷量2ee0质量质量4mp mp1.671027 k kg静止质量为零静止质量为零速度速度0.1c0.99cc(光速光速)在电磁场中在电磁场中偏转偏转与与射线射线反向偏转反向偏转不偏转不偏转贯穿本领贯穿本领最弱，用纸最弱，用纸能挡住能挡住较强，穿透较强，穿透几毫米的铝板几毫米的铝板最强，穿透最强，穿透几厘米的铅

11、板几厘米的铅板对空气的对空气的电离作用电离作用很强很强较弱较弱很弱很弱在空气中的径迹在空气中的径迹粗、短、直粗、短、直细、较长、曲折细、较长、曲折最长最长通过胶片通过胶片感光感光感光感光感光感光2(2009北京，北京，14)下列现象中，与原子核内部变化有关的是下列现象中，与原子核内部变化有关的是() A粒子散射现象粒子散射现象 B天然放射现象天然放射现象 C光电效应现象光电效应现象 D原子发光现象原子发光现象 解析：解析：只有天然放射现象是原子核发生了变化所以正确选项为只有天然放射现象是原子核发生了变化所以正确选项为B. 答案：答案：B3下列说法正确的是下列说法正确的是() A射线与射线与射线

12、都是电磁波射线都是电磁波 B射线为原子的核外电子电离后形成的电子流射线为原子的核外电子电离后形成的电子流 C用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期 D原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量 答案：答案：C1核反应：核反应：原子原子核在核在 的轰击下产生新原子核的过程的轰击下产生新原子核的过程2核能核能(1)核核能是能是 中放出的能量中放出的能量(2)质量亏损：组成原子核的质量亏损：组成原子核的 与与 之差之差(3)爱因斯坦质能方程：爱因斯坦质能

13、方程：E ，m是物质的质量，是物质的质量，c是真空中的光速是真空中的光速(4)获得核能的两种途径：重核获得核能的两种途径：重核 、轻核、轻核 其他粒子其他粒子原子核原子核质量质量核子质量核子质量mc2裂变裂变聚变聚变一、核反应方程的书写一、核反应方程的书写1熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础如质子熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础如质子 2 2理解质量数守恒和电荷数守恒定律，是正确书写核反应方程和判断某个理解质量数守恒和电荷数守恒定律，是正确书写核反应方程和判断某个核反应方程正误的依据核反应方程正误的依据3熟悉核反应的四种基本类型，可以帮助我们很快写出正确的核反

14、应方程熟悉核反应的四种基本类型，可以帮助我们很快写出正确的核反应方程核反应方程一般都不是可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示核反应方程一般都不是可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接反应方向，不能用等号连接二、核能的产生二、核能的产生1获得核能的途径获得核能的途径 (1)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，并释放出大量核能为了使铀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235裂变时裂变时发生链式反应，铀块的体积应大于它的临界体积发生链式反

15、应，铀块的体积应大于它的临界体积 (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，必须达到几百万度以上的高温，因此聚核能，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变反应又叫热核反应2爱因斯坦质能方程的理解爱因斯坦质能方程的理解 (1)物体具有的能量和它的质量之间存在简单的正比关系物体的能量增大了，物体具有的能量和它的质量之间存在简单的正比关系物体的能量增大了，质量也增大；能量减少了，质量也减小质量也增大；能量减少了，质量也减小 (2)质量和

16、能量是物体的两种属性，质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，质量和能量是物体的两种属性，质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，建立了两个属性在数值上的关系，但决不能认为质量和能量可以相互转化或建立了两个属性在数值上的关系，但决不能认为质量和能量可以相互转化或质量就是能量质量就是能量4(山东理综山东理综)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV的质的质 .(1 MeV1.61013 J) 上述核反应方程为上述核反应方程为_ 质量亏损为质量亏损为_k kg. 答案：答案： 3.11029【例【例1】 放射性同位素钍放射性

17、同位素钍232经经、衰变会生成氡，其衰变方程为衰变会生成氡，其衰变方程为 ，其中其中( ()AZ221，x3 BZ221，x2 CZ220，x2 DZ220，x1解析：解析：衰变不改变质量数，氡核的质量数衰变不改变质量数，氡核的质量数Z23234220；由电荷数守；由电荷数守恒可确定出恒可确定出衰变的次数，因衰变的次数，因衰变导致电荷数减少衰变导致电荷数减少326，故发生，故发生衰变的衰变的次数次数x866902.答案：答案：C衰变次数的确定衰变次数的确定设放射性元素设放射性元素 经过经过n次次衰变和衰变和m次次衰变后变为稳定的新元素衰变后变为稳定的新元素 ，则核反，则核反应的方程为：应的方程

18、为： 根据电荷数守恒和质量数守恒可得方程：根据电荷数守恒和质量数守恒可得方程：AA4nZZ2nm由以上由以上式联立方程求得式联立方程求得m和和n.11氡是一种惰性气体，它广泛存在于人类生活和工作环境中，是一种由天氡是一种惰性气体，它广泛存在于人类生活和工作环境中，是一种由天然放射性元素然放射性元素(铀、镭铀、镭)衰变形成的放射性气体，在自然界可通过岩石裂缝、衰变形成的放射性气体，在自然界可通过岩石裂缝、土壤间隙、地下水源土壤间隙、地下水源(包括温泉包括温泉)不断向大气中转移和释放据测定，天然气不断向大气中转移和释放据测定，天然气中的氡含量明显高于煤制气，所以对于使用天然气的居民来说，如果没有专

19、中的氡含量明显高于煤制气，所以对于使用天然气的居民来说，如果没有专用的排放废气的设备，氡对室内的污染与危害不容忽视一静止的用的排放废气的设备，氡对室内的污染与危害不容忽视一静止的 核核衰变为衰变为 核时，放出一个核时，放出一个粒子当氡被吸入人体后，将继续发生粒子当氡被吸入人体后，将继续发生衰变，衰变，放出射线形成放出射线形成“内放射内放射”根据上述材料，你认为下列说法正确的是根据上述材料，你认为下列说法正确的是()解析：解析：根据核反应中质量数守恒、核电荷数守恒，知根据核反应中质量数守恒、核电荷数守恒，知A项错误；核内质子项错误；核内质子数与中子数之差为数与中子数之差为1368650，B项不正

20、确，项不正确，D项正确半衰期是对大量项正确半衰期是对大量原子核在衰变时的统计规律，只适用于大量原子核的衰变，对少数原子原子核在衰变时的统计规律，只适用于大量原子核的衰变，对少数原子核此规律不成立，核此规律不成立，C项错误项错误答案：答案：D【例【例2】太阳的能量来自下面的反应：四个质子太阳的能量来自下面的反应：四个质子( (氢核氢核) )聚变成一个聚变成一个粒子，同时发粒子，同时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子已知射两个正电子和两个没有静止质量的中微子已知粒子的质量为粒子的质量为m，质子质子的质量为的质量为mp，电子的质量为电子的质量为me，用用NA表示阿佛加德罗常数，用表示阿佛加德罗

21、常数，用c表示光速，表示光速，则太阳上则太阳上2 k kg的氢核聚变成的氢核聚变成粒子时所放出的能量为粒子时所放出的能量为()A125(4mpm2me)NAc2 B250(4mpm2me)NAc2C500(4mpm2me)NAc2 D1 000(4mpm2me)NAc2解析：解析：四个质子聚变成四个质子聚变成粒子的核反应方程为粒子的核反应方程为4HHe2e,2 k kg的氢核含有的的氢核含有的氢核的摩尔数为氢核的摩尔数为2 000 mol，共有氢核的个数为，共有氢核的个数为2 000 NA，每，每4个氢核进行一次个氢核进行一次聚变反应，共亏损的质量为聚变反应，共亏损的质量为(4mpm2me)，

22、因此，因此2 000 NA氢核聚变共亏损的氢核聚变共亏损的质量为质量为500 NA(4mpm2me)，根据爱因斯坦的质能方程可求得释放的能量，根据爱因斯坦的质能方程可求得释放的能量为为500 NA(4mpm2me)c2，C项正确项正确答案：答案：C核能的计算方法核能的计算方法1若若m使用国际单位使用国际单位k kg，则，则Emc2.2若若m使用原子质量单位使用原子质量单位u，则，则Em931.5MeV.3根据能量守恒定律来计算核能根据能量守恒定律来计算核能212008年北京奥运会场馆设施采用很多太阳能技术太阳的能量来源于氢核年北京奥运会场馆设施采用很多太阳能技术太阳的能量来源于氢核的聚变，每次

23、聚变反应可以看作是的聚变，每次聚变反应可以看作是4个氢核结合成个氢核结合成1个氦核，同时放出正电个氦核，同时放出正电子已知氢核的质量为子已知氢核的质量为mp，氦核的质量为，氦核的质量为m，正电子的质量为，正电子的质量为me，真空中光，真空中光速为速为c，下列关于氢核聚变的说法中正确的是，下列关于氢核聚变的说法中正确的是()A核反应方程为核反应方程为 B核反应方程为核反应方程为 C每次核反应释放的能量为每次核反应释放的能量为(4mpmme)c2D每次核反应释放的能量为每次核反应释放的能量为(4mpm2me)c2解析解析：核反核反应过程中，质量数和核电荷数应守恒，故应过程中，质量数和核电荷数应守恒

24、，故A项正确，项正确，B项错；每次释项错；每次释放的核能与核反应的质量亏损成正比，故放的核能与核反应的质量亏损成正比，故D项正确项正确答案答案：AD【例【例3】 一个静止的氡核一个静止的氡核 ，放出一个，放出一个粒子后衰变为钋核粒子后衰变为钋核 . .假设放出假设放出的的核能完全转变为钋核与核能完全转变为钋核与粒子的动能已知粒子的动能已知M氡氡222.086 63 u、m4.003 87 u、M钋钋218.076 6 u，1 u对应的能量为对应的能量为931.5 MeV. (1)写出上述核反应方程写出上述核反应方程(2)求出发生上述核反应放出的能量求出发生上述核反应放出的能量(3)确定钋核与确

25、定钋核与粒子的动能粒子的动能(2)质质量亏损量亏损m222.086 63 u4.003 87 u218.076 6 u0.006 16 u.E0.006 16 u931.5 MeV5.74 MeV(3)设设粒子、钋核的动能分别为粒子、钋核的动能分别为Ek k、Ek k钋钋，动量分别为，动量分别为pa、p钋钋，由能量守恒定，由能量守恒定律得：律得：解析解析: :EEk kEk k钋钋由动量守恒定律得：由动量守恒定律得：0pp钋钋又又Ek k故故Ek k Ek k钋钋218 4联立联立解得解得Ek k钋钋0.1 MeV，Ek k5.64 MeV.(2)5.74 MeV(3)0.1 MeV5.64

26、MeV答案答案: :1本题还可用能量守恒定律本题还可用能量守恒定律 ，动量守恒定律，动量守恒定律0mvm钋钋v钋钋，代替上面的，代替上面的，解得，解得2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，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定律来计算核能因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能31在在衰变中常伴有一种称为衰变中常伴有一种称为“中微子中微子”的粒子放出中微子的性质十分特的粒子放出中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探年，莱尼斯和

27、柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的核反应，间接地证实了中微子的存在的存在(1)中微子与水中的中微子与水中的 发生核反应，产生中子发生核反应，产生中子 和正电子和正电子 ，即中微子，即中微子 可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是_(填写选项前的字母填写选项前的字母)A0和和0 B0和和1 C1和和0 D1和和1（2）上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光

28、子后，可以转变为两个光子已知正电子和电子的质量都为已知正电子和电子的质量都为9.11031 k kg，反应中产生的每个光子的能量约为，反应中产生的每个光子的能量约为_J正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是_(3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小 解析：解析：(1)根据方程的质量数与电荷数守恒，判断出质量数与电荷数均为零根据方程的质量数与电荷数守恒，判断出质量数与电荷数均为零(2)利用质能方程可得出每个光子的能量，正电子与电子相遇遵循动量守恒不可能只利用质能方程可得出每个光子的能量，正电子与电子相遇遵循动量守恒不可能只转化为一个光子转化为一个光子答案：答案：(1)A(2)8.21014遵循动量守恒遵循动量守恒(3)粒子的动量粒子的动量p ，物质，物质波的波长波的波长 由由mnme，知，知pnpe，则，则ne点击此处进入点击此处进入 作业手册作业手册