2019-2020学年高中物理 第3章 原子核与放射性本章优化总结课件 鲁科版选修3-5

本章优化总结第3章原子核与放射性核反应与核反应方程在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程称为核反应．常见的核反应有以下四类：衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是原子核自发转变为另一种核并辐射α或β粒子，不受外界因素的影响；人工转变常用α粒子(也可用中子等)轰击原子核，该核捕获α粒子(或中子等)后产生新核，并放出一个或几个粒子；裂变与聚变将在以后的章节学习．1.核反应类型及重要的核反应方程核反应方程式与其相关的重要内容衰变(α、β)23892U―→23490Th＋42Heα衰变实质211H＋210n―→42He23490Th―→23491Pa＋0－1eβ衰变实质10n―→11H＋0－1e人工转变147N＋42He―→178O＋11H质子的发现(1919年)卢瑟福94Be＋42He―→126C＋10n中子的发现(1932年)查德威克核反应方程式与其相关的重要内容人工转变2713Al＋42He―→3015P＋10n人工放射性同位素的发现约里奥·居里夫妇3015P―→3014Si＋11e正电子的发现(1934年)约里奥·居里夫妇2.核反应遵循的两个重要规律：质量数守恒和核电荷数守恒．3.核变化方程用“―→”表示核反应的方向，不能用等号；要熟记常用粒子的符号，如：42He11H10n0－1e01e21H31H23592U4.确定衰变次数的方法AZX―→A′Z′Y＋n42He＋m0－1e.根据质量数、核电荷数守恒得：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m，两式联立求解得α衰变次数n，β衰变次数m.2006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过4820Ca(钙48)轰击24998Cf(锎249)发生核反应，成功合成了第118号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素．实验表明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子x，再连续经过3次α衰变后，变成质量数为282的第112号元素的原子核，则上述过程中的粒子x是()A．中子B．质子C．电子D．α粒子[思路点拨]根据核反应前后质量数守恒和核电荷数守恒求解．[解析]第118号元素衰变成第112号元素，核电荷数减少6个，而根据α衰变规律可知，经过3次α衰变核电荷数减少6个，故先放出的3个相同的粒子不带电．故正确答案为A.[答案]A原子核的衰变及半衰期1.原子核的衰变：指原子核放出α粒子或β粒子后变成新的原子核，但这并不表明原子核内有α粒子和电子．2.衰变的分类：根据原子核衰变放出粒子的种类，将衰变分为α衰变和β衰变．两种衰变都伴随γ射线放出；不论哪种衰变，衰变前后的核电荷数和质量数都守恒．这也是书写衰变方程及核反应方程的原则．3.半衰期：不同元素的半衰期是不一样的，其差别可以很大．例如，有的半衰期可以达到几千年甚至上万年，也有的半衰期不到1秒．在一个半衰期T1/2内，将有一半的原子核发生衰变，经过时间t后，则剩余没有衰变的原子核的个数N′＝N012t/T1/2，或没有衰变的原子核的质量m＝M12tT1/2，公式适用于大量的原子核，该规律是宏观统计规律，对个别原子核无意义．若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比为()A．30∶31B．31∶30C．1∶2D．2∶1[思路点拨]应用半衰期的公式m＝m012tT1/2求解．[解析]根据衰变规律20天对于元素A是5个半衰期，对于元素B是4个半衰期，因为原来A和B的质量相同，设原来的质量都为m0，由m＝m012tT1/2得剩下的A和B的质量之比为1∶2.C正确．[答案]C衰变与轨迹放射性元素发生α衰变或β衰变时，若原来的原子核是静止的，则α粒子(或β粒子)与反冲核的运动方向相反，且动量守恒．当它们在垂直于磁场的平面内运动时，其轨道是内切或外切的两个圆．1.α衰变和β衰变的规律以及它们在磁场中运动的轨迹特点如下表：α衰变AZX―→A－4Z－2Y＋42He匀强磁场中的轨迹β衰变AZX―→AZ＋1Y＋0－1e匀强磁场中的轨迹2.处理方法(1)依据左手定则判断轨迹的弯曲方向．由于运动电荷做匀速圆周运动，可根据qvB＝mv2R确定半径大小，或者由几何知识求得半径R的大小，再确定其他物理量的关系．(2)注意动量守恒和能量守恒知识在该部分的应用．①由于半径公式R＝mvBq中含有动量表达式，故可由衰变过程中的动量守恒表达式确定粒子间的半径关系．②注意动量与动能关系的应用，即Ek＝p22m.原来静止的铀238和钍234同时在同一匀强磁场中，由于衰变而开始做匀速圆周运动．铀238发生了一次α衰变，钍234发生了一次β衰变．(1)试画出铀238发生一次α衰变时所产生的新核及α粒子在磁场中的运动轨迹的示意图．(2)试画出钍234发生一次β衰变时所产生的新核及β粒子在磁场中的运动轨迹的示意图．[思路点拨]求解本题应把握以下三点：(1)衰变过程系统动量守恒．(2)根据左手定则判断粒子受洛伦兹力方向．(3)由R＝mvqB确定轨迹半径．[解析](1)铀238发生衰变时，由于放出α粒子而产生了新核，设α粒子的质量为m1，速度为v1，带电量为q1；新核的质量为m2，速度为v2，带电量为q2.根据动量守恒定律，它们的总动量为零，即：m1v1＋m2v2＝0因为它们都带正电，衰变时的速度正好相反，所以，受到的洛伦兹力方向也相反，因而决定了它们做圆周运动的轨迹圆是外切的．它们做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，所以R＝mvBq.又因为m1v1＝m2v2，所以R1R2＝q2q1，由于q1＝2，q2＝92－2＝90，因而R1R2＝451.如图所示，其中轨道a为α粒子的径迹，轨道半径为R1，轨道b为新核的径迹，其轨道半径为R2.(2)同理，钍234发生一次β衰变时放出的β粒子与产生的新核的动量大小相等，方向相反，即总动量为零．可是，β粒子带负电，新核带正电，它们衰变时的速度方向相反，但受的洛伦兹力方向相同，所以，它们的两个轨迹圆是内切的，且β粒子的轨道半径大于新核的轨道半径，它们的轨迹示意图如图所示，其中，c为β粒子的径迹，d为新核的径迹．[答案]见解析钍核23090Th发生衰变生成镭核22688Ra并放出一个粒子．设该粒子的质量为m、电荷量为q，它进入电势差为U的带窄缝的平行平板电极S1和S2之间的电场时，其速度为v0，经电场加速后，沿Ox方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场，Ox垂直平板电极S2，当粒子从P点离开磁场时，其速度方向与Ox方向的夹角θ＝60°，如图所示，整个装置处于真空中．(1)写出钍核衰变方程；(2)求粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径R；(3)求粒子在磁场中运动所用时间t.解析：(1)衰变方程为23090Th―→42He＋22688Ra.①(2)设粒子离开电场时速度为v，对加速过程有qU＝12mv2－12mv20②粒子在磁场中有qvB＝mv2R③由②③得R＝mqB2qUm＋v20.④(3)粒子做圆周运动的回旋周期T＝2πRv＝2πmqB⑤粒子在磁场中运动时间t＝16T⑥由⑤⑥两式可以解得t＝πm3qB.答案：(1)23090Th―→42He＋22688Ra(2)mqB2qUm＋v20(3)πm3qB本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放