物理选修3-5复习课件

1、第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性1天然放射现象天然放射现象(1)天然放射现象：天然放射现象：发现天然放射现象揭开发现天然放射现象揭开了人类研究原子核结构的序幕通过对无数放射现象的研了人类研究原子核结构的序幕通过对无数放射现象的研究，人们发现：原子序数大于究，人们发现：原子序数大于83的所有天然存在的元素都有的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于放射性，原子序数小于83的天然存在的元素有些也有放射的天然存在的元素有些也有放射性，它们放射出来的射线共有性，它们放射出来的射线共有3种种贝

2、可勒尔贝可勒尔第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性(2)3种射线：种射线：射线：速度为光速射线：速度为光速1/10的的，贯，贯穿作用穿作用，电离作用，电离作用射线：速度约为光速射线：速度约为光速99%的的，贯穿作用，贯穿作用，电离作用，电离作用射线：速度为光速的射线：速度为光速的 (波长极短的电磁波长极短的电磁波波)，贯穿作用，贯穿作用，电离作用，电离作用氦核流氦核流弱弱很强很强电子流电子流很强很强较弱较弱光子流光子流最强最强很弱很弱第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性2原子核的人工转变原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生

3、另一种新核的反应过程，用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程，即：即：ZAXxZAYy.其中其中ZAX是靶核的符号，是靶核的符号，x为入射粒子，为入射粒子，ZAY是新核，是新核，y是放射出的粒子的符号是放射出的粒子的符号原子核的人工转变使人们推知原子核的组成：由质子原子核的人工转变使人们推知原子核的组成：由质子和中子组成核电荷数质子数，质量数质子数中子和中子组成核电荷数质子数，质量数质子数中子数原子核反应遵守数原子核反应遵守 和和守恒守恒质量数质量数电荷数电荷数第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性3原子核的衰变原子核的衰变(1)原子核自发地放出某种粒子而

4、转变为新核的变原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化有化有衰变、衰变、衰变和衰变和衰变衰变(2)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决的时间半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的定，跟原子所处的或或无关无关物理状态物理状态化学状态化学状态第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性4核能核能(1)核力：核力：核子之间的作用力核子之间的作用力(2)核能：核能：由于原子核中的核子间存在强大的核力，使得原子核由于原子核中的核子间存在强大的核力，使得原子核

5、成为一个坚固的集合体要把原子核中的核子拆散，就得克成为一个坚固的集合体要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功反之，要把核子集合成一个原子核，服核力而做巨大的功反之，要把核子集合成一个原子核，就要放出巨大的能量就要放出巨大的能量单个核子结合成原子核或原子核分裂成单个核子，放单个核子结合成原子核或原子核分裂成单个核子，放出或吸收的能量叫做原子核的出或吸收的能量叫做原子核的 相邻相邻结合能结合能第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性(3)质能方程：质能方程：质量亏损：组成原子核的核子的质量和与原子核的质量亏损：组成原子核的核子的质量和与原子核的质量之差叫质量

6、亏损质量之差叫质量亏损质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的能量和它的质量成正比，即的能量和它的质量成正比，即 .(4)核能的计算：根据核能的计算：根据1原子质量单位原子质量单位(u)相当于相当于 能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以质量单位数乘以931.5 MeV，即，即Em931.5 MeV.注意：注意：该式中该式中m的单位是的单位是u，E的单位是的单位是MeV.Emc2931.5 MeV第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性(5)核能的利用途径：核

7、能的利用途径：重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个(或多或多个个) 核的反应过程重核裂变的同时放出几个中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子，并释放出大量核能为了使铀235裂变时发生链式反裂变时发生链式反应，铀块的体积应大于它的临界体积，如应，铀块的体积应大于它的临界体积，如 9 22 3 5U01n3692Kr 56141Ba301n.轻核聚变：某些轻核结合成轻核聚变：某些轻核结合成的核，同时的核，同时释放出大量核能的反应过程要想使氘核和氘核结合成氦释放出大量核能的反应过程要想使氘核和氘核结合成氦核，必须达到几百万度以

8、上的高温因此，聚变反应又叫热核，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，如：核反应，如：12H13H24He01n.中等质量中等质量质量较大质量较大第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性考点一考点一核反应的核反应的4种类型种类型类型类型可控性可控性核反应方程典例核反应方程典例衰变衰变衰变衰变自发自发 92238U 90234Th24He衰变衰变自发自发 90234Th 91234Pa10e人工人工转变转变人工控制人工控制 714N24He 817O11H(卢瑟福发现质子卢瑟福发现质子)24He49Be 612C01n(查德威克发现中子查德威克发现中

9、子)1327Al24He1530P01n约里奥约里奥居里夫妇发现放射性居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子同位素，同时发现正电子1530P1430Si10e重核重核裂变裂变比较容易进比较容易进行人工控制行人工控制 92235U01n 56144Ba3689Kr301n 92235U01n 54136Xe3890Sr1001n轻核轻核聚变聚变除氢弹外无除氢弹外无法控制法控制12H13H24He01n第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性【技巧提示【技巧提示】书写原子核的衰变方程时应注意：书写原子核的衰变方程时应注意：(1)核反应过程一般都不是可逆的，所以核反应

10、方程只核反应过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，不能用等号连接能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损质量亏损)且释放出且释放出核能核能(4)核反应遵循电荷数守恒核反应遵循电荷数守恒(5)当放射性物质发生连续衰变时，原子核

11、中有的发生当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生衰变，有的不发生衰变，衰变，有的不发生衰变， 同时伴随着辐射同时伴随着辐射第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性【案例【案例1】(2011海南高考）海南高考）2011年年3月月11日，日本发生九日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故.在泄漏的污染物在泄漏的污染物中含有中含有131I和和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射对人体有危害的辐射.在下列四个式子中，有两个能分别反映在下列四个式子

12、中，有两个能分别反映131I和和137Cs的衰变过程，它们分别是的衰变过程，它们分别是_和和_（填入正确选项前的字母）（填入正确选项前的字母）.131I和和137Cs原原子核中的中子数分别是子核中的中子数分别是_和和_.13711560131025411370356113114541A.XBanB.XXeeC.XBaeD.XXep第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性【解析【解析】根据质量数守恒可判断，根据质量数守恒可判断，131I和和137Cs的衰变方的衰变方程分别为程分别为B和和C.再根据核电荷数守恒，再根据核电荷数守恒，131I和和137Cs的质子数分的质

13、子数分别为别为53和和55，则中子数分别为，则中子数分别为78和和82.【答案【答案】B C 78 82第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性【即时巩固【即时巩固1 1】(2010(2010广东理综广东理综) )关于核衰变和核反关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有应的类型，下列表述正确的有()A. 92238U 90234Th24He 是是衰变衰变B. 714N24He 817O11H 是是衰变衰变C12H13H24He01n 是轻核聚变是轻核聚变D3482Se3682Kr210e 是重核裂变是重核裂变【解析【解析】衰变是放射出氦核的天然放射现象，衰变是放

14、射出氦核的天然放射现象，A正正确；确；衰变是放射出电子的天然放射现象，而衰变是放射出电子的天然放射现象，而B项是发现质子项是发现质子的原子核人工转变，故的原子核人工转变，故B错；错；C项是轻核的聚变，项是轻核的聚变，D项是项是衰衰变现象，故变现象，故C对，对，D错错【答案【答案】A、C第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性考点二考点二半衰期半衰期确定衰变次数的方法：设放射性元素确定衰变次数的方法：设放射性元素ZAX经过经过n次次衰变衰变和和m次次衰变后，变成稳定的新元素衰变后，变成稳定的新元素ZAY，则表示该核反应的，则表示该核反应的方程为：方程为：ZAXZAY

15、n24Hem10e.根据电荷数守恒和质量守恒可列方程：根据电荷数守恒和质量守恒可列方程：AA4n，ZZ2nm.由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组程组第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性【技巧提示【技巧提示】(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测对个别或极少规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测对个别或极少数原子核，无半衰期可言数原子核，无半衰期可言(2)确定衰变次数，往往先由质量数的改变确定确定衰变次数，往往先由质量数的改变确定衰变的

16、衰变的次数，因为次数，因为衰变对质量数无影响，然后再根据衰变规律确衰变对质量数无影响，然后再根据衰变规律确定定衰变的次数这样做比较简捷衰变的次数这样做比较简捷第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性【案例【案例2】（】（2011天津理综）回旋加速器在核科学、核天津理综）回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展了现代科学技术的发展.当今医学影像诊断设备当今医学影像诊断设备PET/CT堪称堪称“现代医学高科技之冠现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射，

17、它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳正电子的同位素碳11作示踪原子作示踪原子.碳碳11是由小型回旋加速器输是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程核反应方程.若碳若碳11的半衰期的半衰期为为20 min，经，经2.0 h剩余碳剩余碳11的的质量占原来的百分之几？（结果取质量占原来的百分之几？（结果取2位有效数字）位有效数字）第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性【解析【解析】核反应方程为核反应方程为设碳设碳11原有质量为原有质量为m0，经过，经过t1=2.0 h

18、剩余的质量为剩余的质量为m1，根据半衰期定义有根据半衰期定义有1411147162NHCHe1/120/2010111.6%.22tmm（ ）（ ）第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性【误区警示【误区警示】(1)半衰期是原子核有半数发生衰变，半衰期是原子核有半数发生衰变，变成新核，并不是原子核的数量、质量减少一半变成新核，并不是原子核的数量、质量减少一半（2）要理解半衰期公式中各物理量的含义，在公式）要理解半衰期公式中各物理量的含义，在公式 中，中，m是指剩余的原子核的量，而不是衰变的是指剩余的原子核的量，而不是衰变的量量.1( )2tmM第十六章第十六章 原

19、子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性【即时巩固【即时巩固2】某放射性元素原为某放射性元素原为8 g，经，经6天时间已天时间已有有6 g发生了衰变，此后再衰变发生了衰变，此后再衰变1 g还需要几天？还需要几天？【解析【解析】 【答案【答案】3天天第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性考点三考点三核能核能1质能方程质能方程一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即的质量成正比，即Emc2.方程的含义是：物体具有的能量与它的质量存在简单方程的含义是：物体具有的能量与它的质量存在简单的正比关

20、系：物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减的正比关系：物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减小少，质量也减小(1)核子在结合成原子核时出现质量亏损核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其能量也，其能量也要相应减少，即要相应减少，即Emc2.(2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加量增加m，吸收的能量为，吸收的能量为Emc2.第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性2获得方式获得方式核能的重核裂变和轻核聚变核能的重核裂变和轻核聚变聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大聚变反应比裂变反应平

21、均每个核子放出的能量要大34倍倍第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波粒二象性波粒二象性【技巧提示【技巧提示】(1)核能的计算方法：核能的计算方法：根据根据Emc2计算，计算时计算，计算时m的单位是的单位是“kg”，c的的单位是单位是“m/s”，E的单位是的单位是“J”根据根据Em931.5 MeV计算计算根据平均结合能来计算核能根据平均结合能来计算核能原子核的结合能核子平均结合能原子核的结合能核子平均结合能核子数核子数(2)利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算进行计算第十六章第十六章 原子结构原子结构 原子核原子核 波

22、粒二象性波粒二象性【案例案例3】（】（2011江苏高考）有些核反应过程是吸收能江苏高考）有些核反应过程是吸收能量的量的.例如，在例如，在 中，核反应吸收的能量中，核反应吸收的能量Q=（mO+mH）-（mX+mN）c2.在该核反应方程中，在该核反应方程中，X表示什表示什么粒子？么粒子？X粒子以动能粒子以动能Ek轰击静止的轰击静止的147N核，若核，若Ek=Q，则该，则该核反应能否发生？请简要说明理由核反应能否发生？请简要说明理由.【解析【解析】根据核反应中的质量数守恒及电荷数守恒可根据核反应中的质量数守恒及电荷数守恒可知知X粒子为粒子为42He（粒子）粒子）.不能实现，因为不能同时满足能不能实现，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求量守恒和动量守恒的要求.【答案【答案】42He 不能实现，因为不能同时满足能量守恒不能实现，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求和动量守恒的要求.1417