2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí)-第22章-原子核課件-人教大綱版2

考綱要求三年考情熱點(diǎn)考向考點(diǎn)要求2007年2008年2009年α粒子散射實驗、原子的核式結(jié)構(gòu)Ⅰ廣東物理(T15·填空)江蘇物理(T2·選擇)上海物理(T6·選擇)北京理綜(T14·選擇)全國理綜Ⅰ(T18·選擇)全國理綜Ⅱ(T20·選擇)北京理綜(T14·選擇)重慶理綜(T14·選擇)重慶卷(T16·選擇)安徽卷(T14·選擇)浙江卷(T15·選擇)北京卷(T14·選擇)廣東卷(T2·選擇)天津卷(T6·選擇)多數(shù)以選擇題的形式出現(xiàn)，以下幾個方面是高考的熱點(diǎn)：1．能判斷各種核反應(yīng)的種類，并掌握其核反應(yīng)的書寫規(guī)律和核反應(yīng)過程中遵守的物理規(guī)律．2．應(yīng)用愛因斯坦質(zhì)能方程進(jìn)行核能的計算．3．衰變規(guī)律與電磁學(xué)綜合．4．隨著高考的不斷深入，以聯(lián)系生產(chǎn)、生活和高科技為背景的題目會越來越多.原子核的組成、天然放射現(xiàn)象、α射線、β射線，γ射線、衰變、半衰期Ⅰ原子核的人工轉(zhuǎn)變、核反應(yīng)方程、放射性同位素及其應(yīng)用Ⅰ放射性污染和保護(hù)Ⅰ核能、質(zhì)量虧損、愛因斯坦的質(zhì)能方程Ⅱ重核的裂變、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、核反應(yīng)堆Ⅰ輕核的聚變可控?zé)岷朔磻?yīng)Ⅰ人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識Ⅰ第十七章原子核第一頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第一頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分?？季V要求三年考情熱點(diǎn)考向考點(diǎn)要求2007一、原子的核式結(jié)構(gòu)模型1．1897年，

發(fā)現(xiàn)了電子．2．1909～1911年，英國物理學(xué)家

進(jìn)行了α粒子散射實驗，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型．湯姆生盧瑟福第二頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第二頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。一、原子的核式結(jié)構(gòu)模型湯姆生盧瑟福第二頁，編輯于星期一：十三3．α粒子散射實驗：(1)實驗裝置如圖17－1所示．

(2)實驗現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子沿原方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子發(fā)生

．4．核式結(jié)構(gòu)模型：原子中心有一個很小的核，原子的全部

和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外的空間運(yùn)動．較大偏轉(zhuǎn)正電荷第三頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第三頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。3．α粒子散射實驗：較大偏轉(zhuǎn)正電荷第三頁，編輯于星期一：十三二、原子核的組成1．原子核由

和

組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為

．2．原子核的核電荷數(shù)＝

數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)＝

＋

．3．同位素：具有相同的

和不同的

的同一類原子．質(zhì)子中子核子質(zhì)子質(zhì)子數(shù)中子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)第四頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第四頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。二、原子核的組成質(zhì)子中子核子質(zhì)子質(zhì)子數(shù)中子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)第四核式結(jié)構(gòu)模型對α粒子散射實驗的解釋1．因為原子核很小，原子的大部分空間是空的，大部分α粒子穿過金箔時離核很遠(yuǎn)，受到的庫侖力很小，運(yùn)動幾乎不受影響，因而，大部分α粒子穿過金箔后，運(yùn)動方向幾乎不改變．2．只有少數(shù)α粒子從原子核附近飛過，受到原子核的庫侖力較大，才發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)．第五頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第五頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。核式結(jié)構(gòu)模型對α粒子散射實驗的解釋第五頁，編輯于星期一：十三1．如圖17－2為盧瑟福和他的同事們做α粒子 散射實驗的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡 分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時， 下述對觀察到現(xiàn)象的說法中正確的是() A．放在A位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 B．放在B位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時稍少些 C．放在C、D位置時，屏上觀察不到閃光 D．放在D位置時，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少圖17－2第六頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第六頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。1．如圖17－2為盧瑟福和他的同事們做α粒子圖17－2第六頁解析：α粒子散射實驗的結(jié)果是，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但是有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)．因此，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，在相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)分別為絕大多數(shù)、少數(shù)、極少數(shù)，故A、D正確．答案：AD第七頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第七頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。解析：α粒子散射實驗的結(jié)果是，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上1．1896年，法國物理學(xué)家

發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象．2．三種射線： (1)α射線：高速α粒子流，α粒子實際上就是

，符號為

. (2)β射線：高速

，符號為

. (3)γ射線：不帶電、能量很高、波長很短的

．貝克勒爾氦原子核He電子流e電磁波第八頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第八頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。1．1896年，法國物理學(xué)家3．衰變和半衰期 (1)定義：原子核自發(fā)地放出

或

后，就變成新的原子核． (2)規(guī)律：原子核衰變時，

和

都守恒． (3)半衰期：放射性元素的原子核有

發(fā)生衰變所需的時間．由原子核內(nèi)部本身的因素決定，與原子所處的

狀態(tài)無關(guān)．α粒子β粒子電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)半數(shù)物理或化學(xué)第九頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第九頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。3．衰變和半衰期α粒子β粒子電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)半數(shù)物理或化學(xué)第九頁1．兩種衰變對照表衰變類型α衰變β衰變衰變方程衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒第十頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第十頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。1．兩種衰變對照表衰變類型α衰變β衰變衰變方程衰變實質(zhì)2個質(zhì)γ衰變是伴隨著α衰變和β衰變同時發(fā)生的，γ衰變不改變原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)．第十一頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第十一頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。γ衰變是伴隨著α衰變和β衰變同時發(fā)生的，γ衰變不改變原子核的2．三種射線的本質(zhì)和特性種類α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2e－e0質(zhì)量4mpmp＝1.67×10－27

kg靜止質(zhì)量為零速度0.1c0.99cc(光速)在電磁場中偏轉(zhuǎn)與α射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱，用紙能擋住較強(qiáng)，穿透幾毫米的鋁板最強(qiáng)，穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱在空氣中的徑跡粗、短、直細(xì)、較長、曲折最長通過膠片感光感光感光第十二頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第十二頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。2．三種射線的本質(zhì)和特性種類α射線β射線γ射線組成高速氦2．(2009·北京，14)下列現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的是()A．α粒子散射現(xiàn)象 B．天然放射現(xiàn)象 C．光電效應(yīng)現(xiàn)象 D．原子發(fā)光現(xiàn)象解析：只有天然放射現(xiàn)象是原子核發(fā)生了變化．所以正確選項為B.答案：B第十三頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第十三頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。2．(2009·北京，14)下列現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)3．下列說法正確的是()A．α射線與γ射線都是電磁波B．β射線為原子的核外電子電離后形成的電子流C．用加溫、加壓或改變其化學(xué)狀態(tài)的方法都不能改變原子核衰變的半衰期D．原子核經(jīng)過衰變生成新核，則新核的質(zhì)量總等于原核的質(zhì)量答案：C第十四頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第十四頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。3．下列說法正確的是()第十四頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)1．核反應(yīng)：原子核在

的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程．2．核能 (1)核能是

中放出的能量． (2)質(zhì)量虧損：組成原子核的

與

之差． (3)愛因斯坦質(zhì)能方程：E＝

，m是物質(zhì)的質(zhì)量，c是真空中的光速． (4)獲得核能的兩種途徑：重核

、輕核

．其他粒子原子核質(zhì)量核子質(zhì)量mc2裂變聚變第十五頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第十五頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。1．核反應(yīng)：原子核在一、核反應(yīng)方程的書寫1．熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)．如質(zhì)子

2．理解質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒定律，是正確書寫核反應(yīng)方程和判斷某個 核反應(yīng)方程正誤的依據(jù)．第十六頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第十六頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。一、核反應(yīng)方程的書寫第十六頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分3．熟悉核反應(yīng)的四種基本類型，可以幫助我們很快寫出正確的核反應(yīng)方程．第十七頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第十七頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。3．熟悉核反應(yīng)的四種基本類型，可以幫助我們很快寫出正確的核反核反應(yīng)方程一般都不是可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接．第十八頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第十八頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。核反應(yīng)方程一般都不是可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示二、核能的產(chǎn)生1．獲得核能的途徑(1)重核裂變：重核俘獲一個中子后分裂成為兩個中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程．重核裂變的同時放出幾個中子，并釋放出大量核能．為了使鈾235裂變時發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積應(yīng)大于它的臨界體積．(2)輕核聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程，同時釋放出大量的核能，要想使氘核和氚核合成氦核，必須達(dá)到幾百萬度以上的高溫，因此聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)．第十九頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第十九頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。二、核能的產(chǎn)生第十九頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第十2．愛因斯坦質(zhì)能方程的理解(1)物體具有的能量和它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系．物體的能量增大了，質(zhì)量也增大；能量減少了，質(zhì)量也減?。?2)質(zhì)量和能量是物體的兩種屬性，質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的不可分割性，建立了兩個屬性在數(shù)值上的關(guān)系，但決不能認(rèn)為質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化或質(zhì)量就是能量．第二十頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第二十頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。2．愛因斯坦質(zhì)能方程的理解第二十頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五4．(山東理綜)歷史上第一次利用加速器實現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速后動能為0.5MeV的質(zhì).(1MeV＝1.6×10－13J)①上述核反應(yīng)方程為________．②質(zhì)量虧損為________kg.答案：

②3.1×10－29第二十一頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第二十一頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。4．(山東理綜)歷史上第一次利用加速器實現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速【例1】放射性同位素釷232經(jīng)α、β衰變會生成氡，其衰變方程為

，其中() A．Z＝221，x＝3 B．Z＝221，x＝2 C．Z＝220，x＝2 D．Z＝220，x＝1 解析：β衰變不改變質(zhì)量數(shù)，氡核的質(zhì)量數(shù)Z＝232－3×4＝220；由電荷數(shù)守恒可確定出β衰變的次數(shù)，因α衰變導(dǎo)致電荷數(shù)減少3×2＝6，故發(fā)生β衰變的次數(shù)x＝86＋6－90＝2. 答案：C第二十二頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第二十二頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分?！纠?】放射性同位素釷232經(jīng)α、β衰變會生成氡，其衰變方衰變次數(shù)的確定設(shè)放射性元素經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后變?yōu)榉€(wěn)定的新元素，則核反應(yīng)的方程為：

根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可得方程：A＝A′＋4n ①Z＝Z′＋2n－m ②由以上①②式聯(lián)立方程求得m和n.第二十三頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第二十三頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。衰變次數(shù)的確定第二十三頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第1－1氡是一種惰性氣體，它廣泛存在于人類生活和工作環(huán)境中，是一種由天然放射性元素(鈾、鐳)衰變形成的放射性氣體，在自然界可通過巖石裂縫、土壤間隙、地下水源(包括溫泉)不斷向大氣中轉(zhuǎn)移和釋放．據(jù)測定，天然氣中的氡含量明顯高于煤制氣，所以對于使用天然氣的居民來說，如果沒有專用的排放廢氣的設(shè)備，氡對室內(nèi)的污染與危害不容忽視．一靜止的核衰變?yōu)楹藭r，放出一個α粒子．當(dāng)氡被吸入人體后，將繼續(xù)發(fā)生α衰變，放出射線形成“內(nèi)放射”．根據(jù)上述材料，你認(rèn)為下列說法正確的是()第二十四頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第二十四頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。1－1氡是一種惰性氣體，它廣泛存在于人類生活和工作環(huán)境中，第二十五頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第二十五頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。第二十五頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第二十五頁，編輯解析：根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒、核電荷數(shù)守恒，知A項錯誤；核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之差為136－86＝50，B項不正確，D項正確．半衰期是對大量原子核在衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，只適用于大量原子核的衰變，對少數(shù)原子核此規(guī)律不成立，C項錯誤．答案：D第二十六頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第二十六頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。解析：根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒、核電荷數(shù)守恒，知A項錯誤；核內(nèi)【例2】太陽的能量來自下面的反應(yīng)：四個質(zhì)子(氫核)聚變成一個α粒子，同時發(fā)射兩個正電子和兩個沒有靜止質(zhì)量的中微子．已知α粒子的質(zhì)量為mα，質(zhì)子的質(zhì)量為mp，電子的質(zhì)量為me，用NA表示阿佛加德羅常數(shù)，用c表示光速，則太陽上2kg的氫核聚變成α粒子時所放出的能量為() A．125(4mp－mα－2me)NAc2 B．250(4mp－mα－2me)NAc2 C．500(4mp－mα－2me)NAc2 D．1000(4mp－mα－2me)NAc2第二十七頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第二十七頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分?！纠?】太陽的能量來自下面的反應(yīng)：四個質(zhì)子(氫核)聚變成一個解析：四個質(zhì)子聚變成α粒子的核反應(yīng)方程為4H→He＋2e,2kg的氫核含有的氫核的摩爾數(shù)為2000mol，共有氫核的個數(shù)為2000NA，每4個氫核進(jìn)行一次聚變反應(yīng)，共虧損的質(zhì)量為(4mp－mα－2me)，因此2000NA氫核聚變共虧損的質(zhì)量為500NA(4mp－mα－2me)，根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程可求得釋放的能量為500NA(4mp－mα－2me)c2，C項正確．答案：C第二十八頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第二十八頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。解析：四個質(zhì)子聚變成α粒子的核反應(yīng)方程為4H→He＋2e,2核能的計算方法1．若Δm使用國際單位kg，則ΔE＝Δmc2.2．若Δm使用原子質(zhì)量單位u，則ΔE＝Δm×931.5MeV.3．根據(jù)能量守恒定律來計算核能．第二十九頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第二十九頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。核能的計算方法第二十九頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第2－12008年北京奧運(yùn)會場館設(shè)施采用很多太陽能技術(shù)．太陽的能量來源于氫核的聚變，每次聚變反應(yīng)可以看作是4個氫核結(jié)合成1個氦核，同時放出正電子．已知?dú)浜说馁|(zhì)量為mp，氦核的質(zhì)量為mα，正電子的質(zhì)量為me，真空中光速為c，下列關(guān)于氫核聚變的說法中正確的是()第三十頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第三十頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。2－12008年北京奧運(yùn)會場館設(shè)施采用很多太陽能技術(shù)．太陽A．核反應(yīng)方程為B．核反應(yīng)方程為C．每次核反應(yīng)釋放的能量為(4mp－mα－me)c2D．每次核反應(yīng)釋放的能量為(4mp－mα－2me)c2解析：核反應(yīng)過程中，質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)應(yīng)守恒，故A項正確，B項錯；每次釋放的核能與核反應(yīng)的質(zhì)量虧損成正比，故D項正確．答案：AD第三十一頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第三十一頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。A．核反應(yīng)方程為第三十一頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分【例3】一個靜止的氡核，放出一個α粒子后衰變?yōu)獒暫?假設(shè)放出的核能完全轉(zhuǎn)變?yōu)獒暫伺cα粒子的動能．已知M氡＝222.08663u、mα＝4.00387u、M釙＝218.0766u，1u對應(yīng)的能量為931.5MeV. (1)寫出上述核反應(yīng)方程． (2)求出發(fā)生上述核反應(yīng)放出的能量．

(3)確定釙核與α粒子的動能．第三十二頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第三十二頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分?！纠?】一個靜止的氡核，放出一個α粒子第三十三頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第三十三頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。第三十三頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第三十三頁，編輯(2)質(zhì)量虧損Δm＝222.08663u－4.00387u－218.0766u＝0.00616u.ΔE＝0.00616u×931.5MeV≈5.74MeV①(3)設(shè)α粒子、釙核的動能分別為Ekα、Ek釙，動量分別為pa、p釙，由能量守恒定律得：解析:第三十四頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第三十四頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。(2)質(zhì)量虧損Δm＝222.08663u－4.0038ΔE＝Ekα＋Ek釙②由動量守恒定律得：0＝pα＋p釙③又Ek＝④故Ekα∶Ek釙＝218∶4⑤聯(lián)立①②⑤解得Ek釙＝0.1MeV，Ekα＝5.64MeV.(2)5.74MeV(3)0.1MeV5.64MeV答案:第三十五頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第三十五頁，編輯于星期四：二十點(diǎn)三十二分。ΔE＝Ekα＋Ek釙②答案:第三十五頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)1．本題還可用能量守恒定律，動量守恒定律 0＝mαvα＋m釙v釙，代替上面的②③④⑤，解得2．核反應(yīng)和力學(xué)中的彈性碰撞模型相似，遵守動量守恒和能量守恒定律， 因此我們可以結(jié)合動量守恒和能量守恒定律來計算核能．第三十六頁，編輯于星期一：十三點(diǎn)五十四分。第三十六頁，編輯于