高中物理 第19章 阶段复习课课件 新人教版选修35.ppt

第十九章 阶段复习课一、原子核的组成一、原子核的组成1.1.概述概述: :原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电带电. .原子核内质子和中子的个数并不一定相同原子核内质子和中子的个数并不一定相同. .2.2.基本关系：核电荷数基本关系：核电荷数= =质子数质子数(Z)=(Z)=元素的原子序数元素的原子序数= =核外电子核外电子数数. .质量数质量数(A)=(A)=核子数核子数= =质子数质子数+ +中子数中子数. .二、原子核的衰变二、原子核的衰变三、半衰期三、半衰期1.1.半衰期的意义：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量半衰期的意义：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量. .2.2.半衰期公式半衰期公式式中式中N N原原、、m m0 0表示衰变前的原子数和质量，表示衰变前的原子数和质量，N N余余、、m m余余表示衰变后的表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，尚未发生衰变的原子数和质量，t t表示衰变时间，表示衰变时间，T T表示半衰期表示半衰期. .3.3.影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态的，跟原子所处的物理状态( (如温度、压强如温度、压强) )或化学状态或化学状态( (如单如单质、化合物质、化合物) )无关无关. .4.4.适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核因此，半衰期只适用于大量的原子核. .四、质量亏损四、质量亏损1.1.在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏损并在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量不是这部分质量消失或质量转变为能量. .物体的质量应包括静物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少，减少的静止止质量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量质量转化为和辐射能量相联系的运动质量. .2.2.质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的的. .五、质能方程五、质能方程爱因斯坦质能方程反映了质量亏损与释放能量间的数量关系爱因斯坦质能方程反映了质量亏损与释放能量间的数量关系ΔE=ΔmcΔE=Δmc2 2或物体的质量与其总能量的数量关系或物体的质量与其总能量的数量关系E=mcE=mc2 2，此方程揭，此方程揭示了质量和能量不可分割，一定质量的物体所具有的总能量是一示了质量和能量不可分割，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量的乘积，这里所说的总能量不是定的，等于光速的平方与其质量的乘积，这里所说的总能量不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量单指物体的动能、核能或其他哪一种能量, ,而是物体所具有的各而是物体所具有的各种能量之和，物体质量增加则总能量增加，质量减小，总能量随种能量之和，物体质量增加则总能量增加，质量减小，总能量随之减小，二者在数值上存在着简单的正比关系之减小，二者在数值上存在着简单的正比关系. .六、重核裂变与轻核聚变的区别六、重核裂变与轻核聚变的区别 反应方式反应方式 比较项目比较项目 重核裂变重核裂变 轻核聚变轻核聚变 放能原理放能原理 放能多少放能多少 重核分裂成两个或重核分裂成两个或多个中等质量的原多个中等质量的原子核放出核能子核放出核能 两个轻核结合成质两个轻核结合成质量较大的原子核放量较大的原子核放出核能出核能 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大能量大约要大3 3倍～倍～4 4倍倍  反应方式反应方式 比较项目比较项目 重核裂变重核裂变 轻核聚变轻核聚变 核废料处理难度核废料处理难度 原料的蕴藏量原料的蕴藏量 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多单得多 核裂变燃料铀在核裂变燃料铀在地球上储量有限地球上储量有限, ,尤其用于核裂变尤其用于核裂变的铀的铀235235在铀矿在铀矿石中只占石中只占0.7% 0.7% 主要原料是氘，氘主要原料是氘，氘在地球上的储量非在地球上的储量非常丰富常丰富.1 L.1 L海水中海水中大约有大约有0.03 g0.03 g氘氘, ,如如果用来进行热核反果用来进行热核反应放出的能量约与应放出的能量约与燃烧燃烧300 L300 L汽油相当汽油相当  反应方式反应方式 比较项目比较项目 重核裂变重核裂变 轻核聚变轻核聚变 可控性可控性 速度比较容易进速度比较容易进行人工控制行人工控制, ,现在现在的核电站都是用的核电站都是用裂变反应释放核裂变反应释放核能能 目前目前, ,除氢弹以外除氢弹以外, ,人们还不能控制它人们还不能控制它 七、四种基本相互作用七、四种基本相互作用原原子子核核 天然放射现象天然放射现象 原子核的组成原子核的组成 放射性的应用放射性的应用 一、核反应方程的书写原则及常见的核反应方程一、核反应方程的书写原则及常见的核反应方程1.1.规则：核反应遵循质量数和电荷数守恒规则：核反应遵循质量数和电荷数守恒. .2.2.常见的核反应方程及相关内容常见的核反应方程及相关内容核反应式核反应式 与其相关的重要内容与其相关的重要内容 2382389292U→U→2342349090Th+Th+4 42 2HeHe 2342349090Th→Th→2342349191Pa+Pa+0 0-1-1e e 14147 7N+N+4 42 2He→He→17178 8O+O+1 11 1H H 9 94 4Be+Be+4 42 2He→He→12126 6C+C+1 10 0n n 27271313Al+Al+4 42 2He He → → 30301515P+P+1 10 0n n αα衰变实质衰变实质2 21 11 1H+2H+21 10 0n→n→4 42 2HeHe ββ衰变实质衰变实质1 10 0n→n→1 11 1H+H+0 0-1-1e e 质子的发质子的发现现(1919(1919年年) ) 卢瑟福卢瑟福 中子的发中子的发现现(1932(1932年年) ) 查德威克查德威克 人工放射性同人工放射性同位素的发现位素的发现 约里奥约里奥——居里夫妇居里夫妇 核反应式核反应式 与其相关的重要内容与其相关的重要内容 30301515P→P→30301414Si+Si+0 01 1e e 2352359292U+U+1 10 0n n→→90903838SrSr+ +1361365454Xe+10Xe+101 10 0n n2352359292U+U+1 10 0n n→→1441445656BaBa+ +89893636Kr+3Kr+31 10 0n n 2 21 1H+H+3 31 1H→H→4 42 2He+He+1 10 0n n 正电子的发正电子的发现现(1934(1934年年) ) 约里奥约里奥——居里夫妇居里夫妇 重核的裂变重核的裂变 轻核的聚变轻核的聚变 【典例【典例1 1】】(2012(2012··朝阳区高二检测朝阳区高二检测) )北京奥组委接受专家建议，北京奥组委接受专家建议，为成功举办一届为成功举办一届““绿色奥运绿色奥运””，场馆周围，场馆周围80%80%～～90%90%的路灯将利的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会用太阳能发电技术，奥运会90%90%的洗浴热水将采用全玻璃真空的洗浴热水将采用全玻璃真空太阳能集热技术太阳能集热技术. .太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，其核反应主要是其核反应主要是( )( )A.A.3 31 1H+H+2 21 1H→H→4 42 2He+He+1 10 0n nB.B.14147 7N+N+4 42 2He→He→17178 8O+O+1 11 1H HC.C.2352359292U+U+1 10 0n→n→1361365454Xe+Xe+90903838Sr+10Sr+101 10 0n nD.D.2382389292U U→→2342349090Th+Th+4 42 2HeHe【规范解答【规范解答】】选选A.A.太阳内部核聚变是氢原子核的聚变，故太阳内部核聚变是氢原子核的聚变，故A A正正确；确；B B项中为实现原子核人工转变的反应项中为实现原子核人工转变的反应.C.C项中为重核裂变，项中为重核裂变，D D项中为项中为αα衰变，均不属聚变反应衰变，均不属聚变反应. .故故B B、、C C、、D D不正确不正确. .二、放射性元素半衰期的性质和应用二、放射性元素半衰期的性质和应用1.1.放射性元素的半衰期只由元素本身的性质决定，与外界条件放射性元素的半衰期只由元素本身的性质决定，与外界条件无关无关. .2.2.应用放射性元素半衰期可计算剩余核数，剩余质量和确定时应用放射性元素半衰期可计算剩余核数，剩余质量和确定时间间. .(1)(1)剩余核数：剩余核数：N=NN=N0 0 ; ;(2)(2)剩余质量：剩余质量：m=mm=m0 0 . .【典例【典例2 2】铀】铀238238的半衰期是的半衰期是4.54.5××10109 9年，假设一块矿石中含有年，假设一块矿石中含有2 kg2 kg铀铀238238，求：，求：(1)(1)经过经过4545亿年后还剩下多少铀亿年后还剩下多少铀238238；假设发；假设发生衰变的铀生衰变的铀238238均变成了铅均变成了铅206206，则此矿石中含有多少铅；，则此矿石中含有多少铅；(2)(2)若测出某块矿石中的铀、铅含量比为若测出某块矿石中的铀、铅含量比为119∶309119∶309，求此矿石的，求此矿石的年龄年龄. .【规范解答【规范解答】】(1)45(1)45亿年即亿年即4.54.5××10109 9年，由年，由m=mm=m0 0 知剩余的铀知剩余的铀238238质量为质量为m=2m=2×× =1 kg =1 kg；在此；在此4545亿年中将有亿年中将有1 kg1 kg铀铀238238发生衰发生衰变并获得了铅变并获得了铅206206，故有，故有m′= (mm′= (m0 0-m).-m).则则m′= kg=0.866 kgm′= kg=0.866 kg，即矿石中含有铅，即矿石中含有铅0.866 kg.0.866 kg.(2)(2)设此矿石原来的质量为设此矿石原来的质量为m m0 0，年龄为，年龄为t t，则现在剩余的铀，则现在剩余的铀238238为为m=mm=m0 0 ，那么在时间，那么在时间t t内发生了衰变的铀内发生了衰变的铀238238为为m m0 0-m=[1- ]m-m=[1- ]m0 0，，设铅设铅206206的质量为的质量为m mx x，则，则所以现在矿石中的铀、铅含量之比为所以现在矿石中的铀、铅含量之比为解之得解之得t=2T=90t=2T=90亿年亿年. .答案答案: :(1)1 kg 0.866 kg (2)90(1)1 kg 0.866 kg (2)90亿年亿年三、核能的计算三、核能的计算核反应过程中存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程核反应过程中存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程ΔE=ΔmcΔE=Δmc2 2，质量亏损必然引起能量的变化，两种核反应都会向外释放能，质量亏损必然引起能量的变化，两种核反应都会向外释放能量，计算核能的方法如下：量，计算核能的方法如下：1.1.质能方程质能方程ΔE=ΔmcΔE=Δmc2 2是计算释放核能多少的主要方法，其关键是计算释放核能多少的主要方法，其关键是质量亏损是质量亏损ΔmΔm的确定的确定. .若若ΔmΔm单位为单位为kg,kg,则则ΔE=ΔmcΔE=Δmc2 2若若ΔmΔm单位为单位为u,u,则则ΔE=ΔmΔE=Δm××931.5 MeV931.5 MeV2.2.如果在核反应中无光子辐射如果在核反应中无光子辐射, ,核反应释放的核能全部转化为核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能新核的动能和新粒子的动能. .在这种情况下计算核能的主要依在这种情况下计算核能的主要依据是据是: :(1)(1)核反应过程中只有内力作用核反应过程中只有内力作用, ,故动量守恒故动量守恒. .(2)(2)反应前后总能量守恒反应前后总能量守恒. .常见的反应类型常见的反应类型: :反应前总动能反应前总动能+ +反应过程中释放的核能反应过程中释放的核能= =反应反应后总动能后总动能. .【典例【典例3 3】】2392399494PuPu核发生核发生αα衰变，变成铀核，并放出能量为衰变，变成铀核，并放出能量为E Eγγ=0.09 MeV=0.09 MeV的的γγ光子光子. .试写出衰变方程，计算出试写出衰变方程，计算出αα粒子的能量粒子的能量. .设设αα粒子的速度方向为正方向粒子的速度方向为正方向.(.(已知已知m mPuPu=239.051 223 u, =239.051 223 u, m mU U=235.043 94 u,m=235.043 94 u,mαα=4.004 05 u)=4.004 05 u)【规范解答【规范解答】】根据质量数守恒与电荷数守恒，核反应方程为根据质量数守恒与电荷数守恒，核反应方程为2392399494Pu→Pu→2352359292U+U+4 42 2He+0.09 MeVHe+0.09 MeV. .衰变时，放出衰变时，放出α α 粒子，剩下的粒子，剩下的铀核反冲，这个过程中动量守恒，能量也守恒铀核反冲，这个过程中动量守恒，能量也守恒. .则由能量守恒则由能量守恒得铀核和得铀核和αα粒子的总动能粒子的总动能E EkUkU+E+Ekαkα=(m=(mPuPu-m-mU U-m-mαα)c)c2 2-E-Eγ γ ①①由动量守恒得由动量守恒得0=m0=mU Uv vU U+m+mααv vαα ②②由由①②①②可得可得E Ekαkα=2.86 MeV=2.86 MeV答案答案: :2392399494Pu→Pu→2352359292U+U+4 42 2He+0.09 MeV 2.86 MeVHe+0.09 MeV 2.86 MeV。