2019-2020学年高中物理 第十九章 本章整合课件 新人教版选修3-5

本章整合专题一专题二专题三专题一原子核的两种衰变和三种射线1.原子核的两种衰变。(1)原子核的衰变是指原子核放出α粒子或β粒子变成新的原子核。α衰变是原子核放出两个质子和两个中子的结合体,β衰变是原子核内的一个中子变成一个质子发生的,γ射线是在发生α衰变和β衰变时,产生的新核由较高能量状态向较低能量状态跃迁时发生的。(2)不论发生哪种衰变,衰变前后的电荷数和质量数都是守恒的。专题一专题二专题三2.三种射线。三种射线是指α射线、β射线和γ射线,三种射线的实质和特性如下表所示。种类α射线β射线γ射线符号24He-10eγ组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)电荷量2e-e0质量4mpmp=1.67×10-27kgm𝑝1836静止质量为零径迹粗、短、直细、长、曲折最长通过胶片感光感光感光专题一专题二专题三种类α射线β射线γ射线应用消除静电测量物体的厚度工业探伤、医疗上治疗肿瘤速度0.1c0.99cc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较强最强对空气的电离作用很强较弱很弱专题一专题二专题三【例题1】下列核反应方程中,属于α衰变的是()A.714N+24He→817O+11HB.92238U→90234Th+24HeC.12H+13H→24He+01nD.90234Th→91234Pa+-10e解析:A选项为卢瑟福发现质子的核反应,为人工转变;B选项为α衰变;C选项为轻核聚变;D选项为β衰变。答案:B专题一专题二专题三专题二核反应某种元素的原子核变为另一种元素的原子核的过程叫核反应,常见的核反应可分为衰变、人工转变、重核裂变和轻核聚变。不同的核反应过程中都伴随着核子(质子、中子)数目的变化和能量的变化,但具体说来又有很多不同。1.比较。项目衰变人工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,释放出能量的过程专题一专题二专题三项目衰变人工转变重核裂变轻核聚变典型反应方程92238U→90234Th+24He,90234Th→91234Pa+-10e714N+24He→817O+11H,49Be+24He→612C+01n92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n12H+13H→24He+01n条件原子序数大于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轰击和一定临界体积需要极高温度专题一专题二专题三2.识别。(1)衰变方程的左边只有一个原子核,右边出现α或β粒子,分别为α衰变及β衰变。(2)人工核转变方程的左边是氦原子核与常见原子核的反应,右边也是常见元素的原子核。(3)聚变方程的左边是两个轻核反应,右边是中等原子核。(4)裂变方程的左边是重核与中子反应,右边是中等原子核。专题一专题二专题三【例题2】完成下列核反应方程,并说明反应类型:(1)86222Rn→84218Po+_____________,属_____________。(2)13H+12H→_____________+01n,属_____________。(3)1327Al+01n→+11H,属_____________。(4)92235U+01n→54139Xe+3895Sr+___________,属_____________。解析:由核反应规律质量数、电荷数守恒和反应条件可以判断:(1)中的生成物为24He,发生的是α衰变;(2)中的生成物为24He,发生的反应是轻核聚变;(3)、(4)的生成物分别是1227Mg和201n,反应分别为人工转变和重核裂变。答案:(1)24Heα衰变(2)24He轻核聚变(3)1227Mg人工转变(4)201n重核裂变专题一专题二专题三专题三核能的计算重核的裂变和轻核的聚变,存在质量亏损,根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,可以判断两种核反应都会向外释放能量,计算核能的方法如下:(1)质能方程ΔE=Δmc2是计算释放核能多少的主要方法,质量亏损Δm的确定是计算核能的关键。(2)核反应中如无光子辐射,核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能。这种情况下的核能可由下列关系计算:反应前总动能+反应过程中释放的核能=反应后总动能。专题一专题二专题三【例题3】衰变和聚变发生的过程中都会释放核能。请根据相关知识解决下列问题:(1)已知氚核的质量是3.016050u,质子的质量是1.007277u,中子的质量是1.008665u,求核子结合成氘核时释放的核能(1u=1.66×10-27kg);(2)静止的原子核𝑍𝐴X发生衰变时,放出的能量都转变成了α粒子和新核的动能,若测得α粒子动能为𝐸,则新原子核的动能为多少?衰变中质量亏损是多少?点拨:(1)问中的核能用质能方程求解;(2)问中的问题可从能量守恒的角度处理。专题一专题二专题三解析:(1)核反应方程为11H+201n→13H。质量亏损为Δm=[(1.007277+2×1.008665)-3.016050]u=0.008557u又因1u=1.66×10-27kg,则ΔE=Δmc2=0.008557×1.66×10-27×(3.0×108)2J≈1.28×10-12J。(2)衰变方程为𝑍𝐴X→𝑍-2𝐴-4Y+24He,由𝐸=12𝑚𝑣12得α粒子的速度v1=2𝐸𝑚。由动量守恒定律得𝐴-44𝑚𝑣2=𝑚𝑣1v2=4𝐴-4𝑣1=4𝐴-42𝐸𝑚专题一专题二专题三新核的动能为E'=12𝐴-44𝑚𝑣22=12𝐴-44𝑚16(𝐴-4)2·2𝐸𝑚=4𝐸𝐴-4。原子核衰变放出的能量为ΔE=E+E'=𝐸+4𝐸𝐴-4=𝐴𝐴-4𝐸由质能方程ΔE=Δmc2得Δm=Δ𝐸𝑐2=𝐴𝐸(𝐴-4)𝑐2。答案:(1)1.28×10-12J(2)4𝐸𝐴-4𝐴𝐸(𝐴-4)𝑐2