2026高考物理复习课件 第十六章第3讲 原子核

第十六章近代物理初步第3讲原子核 目录123教材阅读指导考点一天然放射现象　原子核的组成考点二　原子核的衰变、半衰期考点三　核反应　核裂变和核聚变考点四　核能课时作业456 教材阅读指导(对应人教版选择性必修第三册相关内容及问题) 第五章第1节阅读“射线的本质”这一部分内容，为什么说射线来自于原子核？第五章第1节图5．16，记住原子核符号中的A、Z、X的物理意义。第五章第2节阅读“半衰期”这一部分内容。第五章第2节[练习与应用]T2。提示：放射性元素的放射性与它的化学状态无关，放射性的强度也不受温度、外界压强的影响。提示：4次α衰变，2次β衰变。 第五章第3节[练习与应用]T4；T6。第五章第4节，核裂变与核聚变为什么能释放核能？提示：T4：由E＝mc2及1eV＝1．6022×10－19C×1V＝1．6022×10－19J，代入数据计算、证明。T6：ΔE＝Δmc2，取真空中光速c＝2．9979×108m/s，释放的能量等于8．340×10－13J。提示：由图5．34可知，中等大小的核的比结合能最大，核裂变或核聚变后，原子核的比结合能都增大。 考点一天然放射现象　原子核的组成 1．天然放射现象(1)放射性与放射性元素：物质发出______的性质称为放射性，具有______的元素称为放射性元素。(2)放射性首先由___________发现。放射性的发现，说明_______内部是有结构的。放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线。射线放射性贝克勒尔原子核 (3)三种射线的比较高速电子流2e不偏转最强c最弱 2．原子核的组成(1)原子核由_____和_____组成，质子和中子统称为_____。质子带正电，中子不带电。(2)原子核常用符号X表示，X为元素符号，A表示核的______，Z表示核的_______。(3)原子核的电荷数＝核内的_____数＝元素的原子序数＝_________的核外电子数，原子核的质量数＝核内的核子数＝_______________，质子和中子都为一个单位质量。(4)同位素：核中________相同而_______不同的原子，在元素周期表中处于_____位置，因而互称同位素，具有相同的______性质。质子中子核子质量数电荷数质子中性原子质子数＋中子数质子数中子数同一化学 例1如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是()A．α射线和β射线的混合放射源B．纯α射线放射源C．纯γ射线放射源D．α射线和γ射线的混合放射源 解析在放射源和计数器之间加薄铝片L后，发现计数器的计数率大幅度减小，说明射线中含有穿透能力弱的α射线，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过L的射线不带电，即为γ射线，因此放射源x可能是α射线和γ射线的混合放射源，故A、B、C错误，D正确。 解析根据同位素的定义可知，同位素是位于元素周期表中同一位置的元素，原子序数相同，即电荷数A相同，质量数Z不同，所以C正确，A、B、D错误。 考点二原子核的衰变、半衰期 原子核电荷质量 2．α衰变、β衰变和γ辐射的实质(1)α衰变：原子核中的两个中子和两个质子结合起来形成______，并被释放出来。(2)β衰变：核内的一个______转化成一个______和一个电子，电子发射到核外。(3)γ辐射：原子核的能量不能连续变化，存在着能级。放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出______。因此，γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。α粒子中子质子γ光子 3．半衰期放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间。4．放射性的应用与防护(1)放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。有_______放射性同位素和_______放射性同位素两类。(2)应用：工业测厚，放射治疗，培优、保鲜，作为_________等。(3)防护：防止过量射线对人体组织的破坏。半数天然人工示踪原子 1．β射线中的电子来源于原子核外电子。()2．人工放射性同位素被广泛地应用。()×√ 考点三核反应　核裂变和核聚变 1．核反应(1)原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程，称为核反应。(2)核反应中遵循两个守恒规律，即____________和____________。2．重核裂变(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。质量数守恒电荷数守恒 (2)特点①核裂变过程中能够放出巨大的能量。②核裂变的同时能够放出2或3个中子。③核裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变，有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率非常小。(3)链式反应：由重核裂变产生的_____使裂变反应一代接一代继续下去的过程。(4)临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生__________的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。(5)核裂变的应用：______、核反应堆。(6)反应堆构造：核燃料、慢化剂(如重水、石墨)、______(也叫控制棒，它可以吸收中子，用于调节中子数目以控制反应速度)、防护层。中子链式反应原子弹镉棒 3．轻核聚变(1)定义：两个轻核结合成_________的核的核反应。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫________。(2)特点①核聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比核裂变反应中平均每个核子放出的能量大3～4倍。②核聚变反应比核裂变反应更剧烈。③核聚变反应比核裂变反应更安全、清洁。④自然界中核聚变反应原料丰富。质量较大热核反应 1．关于衰变及核反应需要注意的几点(1)衰变及核反应过程电荷数守恒。(2)衰变及核反应过程质量数守恒而不是质量守恒，衰变及核反应过程中总质量一般会发生变化。(3)衰变及核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写衰变及核反应方程。(4)衰变及核反应过程一般都是不可逆的，所以衰变及核反应方程只能用单向箭头“→”连接并表示反应方向，不能用等号连接。 考点四核能 1．核力(1)定义：原子核中的核子之间存在的一种很强的相互作用力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。(2)特点①核力是强相互作用的一种表现。②核力是短程力，作用范围只有约10－15m，即原子核的大小。2．结合能原子核是核子凭借_____结合在一起构成的，要把它们分开，也需要_____，这就是原子核的结合能。核力能量 3．比结合能(1)定义：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。(2)特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。4．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程为E＝_____。原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这就是质量亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的__________。mc2结合能 1．核力是弱相互作用力。()2．质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。()3．质量亏损说明在核反应过程中质量数不守恒。()××× 1．能量与质量的关系的理解(1)物体的能量与它的质量相联系，且E＝mc2。物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，且ΔE＝Δmc2。(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。 2．核能释放的两种途径中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定。由比结合能较小的核反应生成比结合能较大的核会释放能量。核能释放一般有两种途径：(1)使较重的核分裂成中等大小的核；(2)使较小的核结合成中等大小的核。3．计算核能的几种常用方法(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应过程中亏损的质量乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。 (2)根据1原子质量单位(u)相当于931．5MeV的能量，得ΔE＝Δm×931.5MeV/u，计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。(3)根据平均结合能来计算核能原子核的结合能＝平均结合能×核子数。反应前后原子核的结合能之差即释放(增加)的核能。(4)有时可结合动量守恒定律和能量守恒定律进行分析计算。总之，应根据题目的具体情况合理选择核能的求解方法，且计算时要注意各量的单位。 解析因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计。质量亏损Δm＝4mp－mα，由质能方程得ΔE＝Δmc2＝(4×1．0078－4．0026)×931MeV≈26．6MeV，C正确。 课时作业 解析：α衰变、β衰变方程的特点是方程左边只有一个原子核，方程右边除了新核，还有α粒子或β粒子。裂变、聚变方程的特点是裂变方程左边是一个轰击粒子和一个重核，方程右边是几个中等质量的核；聚变方程左边是两个轻核，方程右边有一个质量较大的核。分析可知，①②是β衰变方程；③是α衰变方程；④是原子核的人工转变方程；⑤是重核裂变方程；⑥是轻核聚变方程。故A正确，B、C、D错误。 解析：由核反应中质量数守恒，可得10＋1＝a＋4，由核反应中电荷数守恒，可得5＋0＝3＋b，解得a＝7，b＝2，故选B。 6．(2021·全国甲卷)如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为()A．6B．8C．10D．14 9．(人教版选择性必修第三册·第五章第3节[例题]改编)已知中子的质量是mn＝1．6749×10－27kg，质子的质量是mp＝1．6726×10－27kg，氦核的质量m＝6．6467×10－27kg，真空中光速c＝3．00×108m/s。(1)写出2个质子和2个中子结合成氦核的核反应方程；(2)求氦核的平均结合能。(结果保留三位有效数字) [B组　综合提升练]10．(2024·浙江省杭州市高三下二模)某无毒放射性元素的半衰期为2天，为估算某水库的库容，取该元素的5mL水溶液，测得溶液每分钟衰变3．2×107次。将水溶液倒入水库，8天后可视为溶液已均匀分布，在水库中取水样1m3，测得水样每分钟衰变20次。则该水库中水的体积约为()A．1×105m3B．4×105m3C．1×108m3D．2×1010m3