2019-2020学年高中物理 第4章 原子核 第1节 走进原子核 第2节 核衰变与核反应方程课件

第一节走进原子核第二节放射性元素的衰变1．大量氢原子从n＝5的激发态向低能级跃迁时，产生的光谱线条数是()A．4条B．6条C．8条D．10条【答案】D【解析】N＝nn－12＝5×5－12＝10条．2．一个氢原子处于第3能级时，外面射来一个波长为6.63×10－7m的光子，下列说法中正确的是()A．氢原子不吸收这个光子，光子穿过氢原子B．氢原子被电离，电离后的电子的动能约为0.36eVC．氢原子被电离，电离后电子的动能为零D．氢原子吸收光子，但不电离【答案】B【解析】如果外来光子能量大于氢原子的电离能量，则剩余能量转化为电子的动能．3．氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为λ1＝0.6328μm，λ2＝3.39μm，已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔为ΔE1＝1.96eV的两个能级之间跃迁产生的．用ΔE2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则ΔE2的近似值为()A．10.50eVB．0.98eVC．0.53eVD．0.36eV【答案】D【解析】本题考查玻尔的原子跃迁理论．根据ΔE＝hν，ν＝cλ，可知当ΔE1＝1.96eV，λ＝0.6328μm，当λ＝3.39μm时，联立可知ΔE2＝0.36eV，故选D.4．氢原子的核外电子从距核较近的轨道上跃迁到距核较远的轨道过程中()A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大B．原子要放出光子，电子的动能减少，原子的电势能减少，原子的能量也减少C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减少，原子的能量增大D．原子要吸收光子，电子的动能减少，原子的电势能增大，原子的能量增加【答案】D【解析】由库仑定律提供向心力，即ke2r2＝mv2r，Ek＝12mv2＝ke22r，由此可知电子离核越远r越大，则电子的动能越小，故A、C错误；因r增大过程中库仑力做负功，故电势能增加，B错；再结合玻尔理论和原子的能级公式可知，D正确．一、天然放射现象1．天然放射现象物质能__________________的现象叫天然放射现象．2．放射性物体放射出射线的性质称为________．3．放射性元素具有放射性的元素称为____________．原子序数________的所有元素，都能自发地发出射线，原子序数小于等于83的元素，有的也能放出射线．自发地放出射线放射性放射性元素大于83二、原子核的组成1．质子的发现：________用α粒子轰击__________获得了质子．2．中子的发现：卢瑟福的学生______________通过实验证实了________的存在．3．原子核的组成：由________和________组成，因此它们统称为________．卢瑟福氮原子核查德威克中子质子中子核子4．原子核的电荷数：等于原子核的________即原子的__________．5．原子核的质量数：等于________和________的总和．6．原子核的符号：AZX其中X为________，A为原子核的________，Z为原子核的________．质子数原子序数质子数中子数元素符号质量数电荷数三、放射线的本质1．射线种类：放射性物质发出的射线有三种，分别为________、________、________.2．放射线的本质(1)α射线是高速运动的____________粒子流，符号为He，射出时的速度可达0.1c.(2)β射线是高速运动的________，符号为________，射出时速率可达0.9c.(3)γ射线是波长很短的________．α射线β射线γ射线氦原子核电子流0－1e电磁波四、原子核的衰变1．衰变放射性元素的原子核放出某种粒子后变成新的原子核的变化．2．衰变方程(1)α衰变的一般方程为X→____________，每发生一次α衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减2，质量数减4.(2)β衰变的一般方程为X→_______________，每发生一次β衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数加1，质量数不变．M－4Z－2Y＋42HeMZ＋1MY＋0－1e3．γ射线γ射线是伴随α衰变、β衰变________产生的，γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．同时五、核反应方程1．核反应：原子核在其他粒子的轰击下生成__________的过程．2．反应能：核反应过程中______________的能量．3．核反应方程(1)卢瑟福发现质子的核反应方程：147N＋42He―→178O＋11H(2)查德威克发现中子的核反应过程：94Be＋42He―→____________________.4．核反应规律：质量数和核电荷数________．新原子核放出或吸收126C＋10n守恒六、半衰期1．定义：放射性元素的原子核数目因衰变减少到原来的________所经过的时间．2．公式：m＝________，m0表示放射性元素衰变前的质量，m为经过时间t后剩余的放射性元素的质量．一半m012tτ某种放射性元素的半衰期为4小时，那么是否10个该元素的原子核经过4个小时后还剩5个呢？【答案】不对．半衰期是大量原子核发生衰变的统计规律，少数原子核并不一定符合此规律．原子核是由质子和中子组成的．质子和中子统称为核子，质子带一个单位的正电荷，中子不带电．质子和中子质量几乎相等，都等于一个质量单位．1．原子核中的两个整数(1)质量数A：等于质子数和中子数之和，即核子数．(2)电荷数Z：等于质子数．原子核的组成2．原子核中的两个等式(1)核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝核外电子数．(2)质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．3．原子核的符号(1)原子核符号的通式：AZX式中，X为元素符号，A为原子核的质量数，Z为原子核的核电荷数．如常见的碳原子核的质量数为12，质子数为6，则可表示为126C，还可表示为12C、碳－12、碳12等．(2)各粒子的符号①α粒子(即氦核)：42He；②质子(即氢核)：11H或11P；③中子：10n；④电子：0－1e.例1已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问：(1)镭核中有几个质子？几个中子？(2)镭核所带的电荷量是多少？(3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？(4)22888Ra是镭的一种同位素，让22688Ra核和22888Ra核以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？解析：原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的．原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和．由此可得：(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138.(2)镭核所带电荷量：Q＝Ze＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C．(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，故有qvB＝mv2r，则r＝mvqB，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故r226r228＝226228＝113114.答案：(1)质子数为88中子数为138(2)1.41×10－17C(3)88(4)113114【题后反思】核电荷数与原子核的电荷量是不同的，组成原子核的质子的电荷量都是相同的，所以原子核的电荷量一定是质子电荷量的整数倍，我们把核内的质子数叫核电荷数，而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量．【答案】C1．(2019年株洲名校期中)一个23491Pa原子核内的质子数、中子数、核子数分别为()A．91个，91个，234个B．143个，91个，234个C．91个，143个，234个D．234个，91个，143个【解析】原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子.23491Pa的原子序数为91，即质子数为91，核子数为234，中子数等于核子数减去质子数，即为234－91＝143，故C正确，A、B、D错误．1．用电场或磁场分离α、β、γ射线．用匀强电场分离时，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图甲所示；用匀强磁场分离时，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图乙所示．三种射线的比较甲乙2．α、β、γ射线性质、特征比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2e－e0质量4mpmp＝1.67×10－27kgmp1840静止质量为零速度0.1c0.90cc在电场或磁场中偏转与α射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板电离作用很强较弱很弱例2将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，下图表示射线偏转情况中正确的是()解析：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径为r＝mvBq，将其数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比为rαrβ＝mαmβ·vαvβ·qβqα＝411840×0.1c0.99c×12≈371.71.由此可见，A项正确，B项错误．带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有x＝v0t，y＝12·qEmt2，消去t可得y＝qEx22mv20.对某一确定的x值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比为yαyβ＝qαqβ·mβmα·v2βv2α＝21×118404×0.99c20.1c2＝137.5.由此可见，C项错误，D项正确．答案：AD【题后反思】明确α射线、β射线及γ射线的本质特征，并能准确判断它们在电场和磁场中的受力情况．2．(多选)目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些材料都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性元素的说法中，正确的是()A.β射线与γ射线一样都是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱B.氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核C.U衰变成Pb要经过8次α衰变和6次β衰变D.放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的【答案】CD【解析】β射线的实质是电子流，γ射线的实质是电磁波，γ射线的穿透本领比较强，故A错误；半衰期对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，故B错误；因为β衰变的质量数不变，所以α衰变的次数n＝238－2064＝8，在α衰变的过程中电荷数总共减少16，则β衰变的次数m＝16－101＝6，所以选项C正确；β衰变时，原子核中的一个中子，转变为一个质子和一个电子，电子以β射线的形式释放出来，所以选项D正确.核反应与核反应方程1．核反应的定义原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程叫做核反应．人类第一次实现的原子核的人工转变的核反应方程：147N＋42He→178O＋11H.2．人工转变与衰变的比较(1)原子核的人工转变，就是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理、化学状态的影响．(2)人工转变与衰变过程一样，在发生的过程中，质量数和电荷数都守恒；反应前后粒子总动量守恒．3．核反应方程用原子核的符号来表示核反应前后各原子核变化情况的式子称为核反应方程．一般用下列通式表示：i＋T→I＋R.i表示为入射粒子，T为靶原子核，R为生成的原子核，I为出射粒子．例3完成下列核反应方程：(1)147N＋10n―→146C＋________.(2)147N＋42He―→178O＋________.(3)105B＋10n―→________＋42He.(4)94Be＋42He―→________＋10n.(5)5626Fe＋21H―→5727Co＋________.解析：对于(1)，未知粒子的质量数：14＋1＝14＋x，x＝1.电荷数：7＋0＝6＋y，y＝1，可知未知粒子为11H.对于(2)，未知粒子的质量数为14＋4＝17＋x，x＝1.电荷数：7＋2＝8＋y，y＝1，可知未知粒子为11H.对于(3)，未知粒子的质量数为10＋1＝4＋x，x＝7.电荷数：5＋0＝2＋y，y＝3，可知未知粒子为73Li.同样的方法可分析(4)和(5)未知粒子分别为126C、10