2012高二物理课件：第十九章 章末整合 (人教版选修3-5)

专题一原子核四种转变的理解和应用原子核内部一般在四种情况下发生变化，即衰变、人工转变、裂变和聚变．在不同的变化过程中，核子的数目和能量都发生改变．变化前后都遵循质量数守恒和电荷数守恒．它们的区别和联系如下表所示：衰变人工核转变重核裂变轻核聚变概念原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的过程，也叫天然放射现象人工用高速粒子轰击原子核，产生另一种新核的过程重核分裂成质量较小的原子核，释放出核能的过程轻核结合成质量较大的原子核，释放出能量的过程发现者或重要贡献者贝克勒尔卢瑟福、查德威克、居里夫妇等————典型反应方程23892U―→23490Th＋42He，23490Th―→23491Pa＋0－1e147N＋42He―→178O＋11H，94Be＋42He―→126C＋10n23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋310n21H＋31H―→42He＋10n产生条件所有原子序数大于83的元素及个别小于83的元素自发进行需要人工用高速粒子进行诱发需要中子的轰击和一定的临界体积需要极高的温度，原子核才能获得足够的动能克服库仑斥力意义揭开了人类研究原子核结构的序幕通过原子核的人工转变发现了质子、中子、正电子等粒子和一些人工放射性同位素人类获得新能源的一种重要途径人类获得新能源的一种重要途径应用举例利用天然放射性元素的半衰期进行文物年代鉴定等得到人工放射性同位素核电站、核潜艇、原子弹等氢弹、热核反应B【例题】铀裂变的产物之一氪90(9036Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(9040Zr)，这些衰变是()A．1次α衰变，6次β衰变B．4次β衰变C．2次α衰变D．2次α衰变，2次β衰变解析：方法一：设经历了x次α衰变，y次β衰变．则：9036Kr→9040Zr＋x42He＋y0－1e因为90＝90＋4x36＝40＋2x＋(－y)所以x＝0，y＝4，故选B.方法二：衰变前后两种元素质量数没变，说明没有α衰变，原子数增加4，说明进行了4次β衰变，故选B.专题二微观粒子的运动1．微观粒子在电磁场中的运动微观粒子在电磁场中的运动与它们自身的带电量和质量有关，不同的粒子在电磁场中的运动轨迹不同．结合微观粒子的性质，可把问题转化为带电粒子在电磁场中的运动，应用带电粒子在电磁场中运动规律可求解．2．核反应前后微观粒子的运动微观粒子在核反应前后动量守恒，能量守恒，在计算动量时，粒子的亏损的质量可不计，计算能量的转化必须考虑核反应释放的能量．核反应释放的能量可由质能方程ΔE＝Δmc2求得．图19－1【例题】如图19－1所示，在xOy平面上，一个以原点O为中心、半径为R的圆形区域内存在着一匀强磁场，磁场的磁感应强度为B，方向垂直于xOy平面向内．在O处原来静止着一个具有放射性的原子核137N(氮)，某时刻该核发生衰变，放出一个正电子和一个反冲核．已知正电子从O点射出时沿x轴正方向，而反冲核刚好不会离开磁场区域，正电子电荷量为e，不计重力影响和粒子间的相互作用．图19－2(1)试写出137N的衰变方程；(2)求正电子离开磁场区域时的位置．解析：(1)137N―→136C＋01e(2)设正电子质量为m1，速度为v1，轨道半径为R1，反冲核质量为m2，速度为v2，轨道半径为R2.如图19－2所示，正电子电荷量为e，反冲核电荷量q＝6e.据动量守恒定律，有m1v1＝m2v2，答案：见解析正电子的轨道半径R1＝m1v1eB，反冲核的轨道半径R2＝m2v26eB，据题意可知R2＝R2，由以上各式得R1＝3R，设正电子离开磁场区域的位置坐标为(x，y)，由几何关系得x2＋y2＝R2，x2＋(3R－y)2＝(3R)2，解得x＝356R，y＝16R.1．(2011年重庆卷)核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线．下列说法正确的是()A．碘131释放的β射线由氦核组成B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量C．与铯137相比，碘131衰变更慢D．铯133和铯137含有相同的质子数解析：β射线实际是电子流，A错误；γ射线是高频电磁波，其光子能量大于可见光的能量，B错误；半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，碘131的半衰期为8天，铯137半衰期为30年，碘131衰变更快，C错误；同位素是具有相同的质子数和不同的中子数的元素，故铯133和铯137含有相同的质子数，D正确．答案：D2．(双选，2010年广东卷)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有()ACA.23892U→23490Th＋42He是α衰变B.147N＋42He→178O＋11H是β衰变C.21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变D.8234Se→8236Kr＋20－1e是重核裂变()BA．聚变反应不会释放能量B．聚变反应产生了新的原子核C．聚变反应没有质量亏损D．目前核电站都采用32He聚变反应发电解析：聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量．但目前核电站都采用铀核的裂变反应．3．(2009年广东卷)科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为32He＋32He→211H＋42He，关于32He聚变下列表述正确的是4．(2009年海南卷)钚的放射性同位素23994Pu静止时衰变为铀核激发态23592U*和α粒子，而铀核激发态23592U*立即衰变为铀核23592U，并放出能量为0.097MeV的γ光子．已知：23994Pu、23592U和α粒子的质量分别为mPu＝239.0521u、mU＝235.0439u和mα＝4.0026u，1u＝931.5MeV/c2.(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能．解：(1)衰变方程为23994Pu―→23592U*＋α23592U*―→23592U＋γ或合起来有23994Pu―→23592U＋α＋γ(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα①放出的能量为ΔE＝c2·Δm②这能量是轴核23592U的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和ΔE＝EU＋Eα＋Eγ③由①②③式得EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ④设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα，则由动量守恒有mUvU＝mαvα⑤又由动能的定义知EU＝12mUv2U，Eα＝12mαv2α⑥由⑤⑥式得EUEα＝mαmU⑦由④⑦式得Eα＝mUmU＋mα[(mPu－mU－mα)c2－Eγ]代入题给数据解得Eα≈5.034MeV.