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1、 1 天然放射现象发现天然放射现象 揭开了人类研究原子核结构的序幕 通过对无数放射现象的研究 人们发现了原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性 原子序数小于83的天然存在的元素有些也有放射性 它们放射出来的射线共有三种 1 天然放射现象 贝克勒尔 2 三种射线 射线 速度为光速1 10的 贯穿作用 电离作用 射线 速度约为光速十分之几的 贯穿作用 电离作用 射线 速度为光速的 波长极短的电磁波 贯穿作用 电离作用 氦核流 弱 很强 电子流 很强 较弱 光子流 最强 很弱 用高能粒子轰击靶核 产生另一种新核的反应过程 即 1 1919年 发现质子的核反应方程为 2 原子核的人工转变 卢瑟
2、福 2 1932年 发现中子的核反应方程为 3 1934年 夫妇发现了放射性同位素的核反应方程为 原子核的人工转变使人们推知原子核的组成 由质子和中子组成 核电荷数 质子数 质量数 质子数 中子数 原子核反应遵守质量数和电荷数守恒 查德威克 约里奥 居里 1 衰变 原子核由于放出某种粒子而转变为的变化叫做原子核的衰变 常见的衰变有两种 放出 粒子的衰变叫 衰变 放出 粒子的衰变叫 衰变 射线是随着 射线或 射线的放出而产生的 2 规律 原子核衰变时都守恒 3 原子核的衰变 新核 质量数和电荷数 3 半衰期 意义 放射性元素的原子核有发生衰变需要的时间叫半衰期 半衰期与放射性元素的物理化学状态
3、只由核的内部因素决定 不同的元素有不同的半衰期 衰变规律 m m0 式中m0表示放射性元素衰变前的质量 m为经过t时间后剩余的放射性元素的质量 半数 无关 4 原子核的人工转变 3 原子核的组成 原子核由质子和中子组成 其中质子数等于原子的原子序数 中子数等于原子核的质量数减去质子数 核子 统称为核子 核力 把各种核子紧紧地结合在一起的力叫核力 特点 作用距离短 只在2 0 10 15m的短距离起作用 相邻核子间才有核力作用 力强 远大于库仑力 质子和中子 1 同位素 具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素 具有放射性的同位素叫放射性同位素 2 约里奥 居里夫妇使人类首次得到放射性同位
4、素 3 放射性同位素的应用 一是利用它的 二是作为原子 5 放射性同位素 射线 示踪 1 核力 相邻核子之间的作用力 核力与核子是否带电无关 质子与质子之间 质子与中子之间 中子与中子之间都可以有核力作用 核力是短程力 只在2 0 10 15m的极短距离内有核力作用 超过这个距离 核力就迅速减小到零 由于质子和中子的半径约为0 8 10 15m 所以每个核子只能跟它的相邻的核子间才有力的作用 核力是很强的力 6 核能 2 核能由于原子核中的核子间存在强大的核力 使得原子核成为一个坚固的集合体 要把原子核中的核子拆散 就得克服核力而做巨大的功 反之 要把核子集合成一个原子核 就要放出巨大的能量
5、单个核子结合成原子核或原子核分裂成单个核子 放出或吸收的能量叫原子核的结合能 3 质能方程 质量亏损 组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫质量亏损 质能方程 一定的能量和一定的质量相联系 物体的总能量和它的质量成正比 即E mc2 核子在结合成原子核时出现质量亏损 m 其能量也要相应地减少 即 E mc2 原子核分解成核子时要吸收一定的能量 相应的质量增加 m 吸收的能量 E mc2 4 核能的计算根据1原子质量单位 u 相当于931 5MeV能量 用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931 5MeV 即 E m 931 5MeV 注意该式中 m的单位是u E的单位是MeV
6、5 核能的利用途径 重核裂变 重核俘获一个中子后分裂成为两个 或多个 中等质量核的反应过程 重核裂变的同时放出几个中子 并释放出大量核能 为了使铀235裂变时发生链式反应 铀块的体积应大于它的临界体积 轻核聚变 某些轻核结合成质量较大的核 同时释放出大量核能的反应过程 要想使氘核和氚核结合成氦核 必须达到几百万度以上的高温 因此聚变反应又叫热核反应 A 1次 衰变 6次 衰变B 4次 衰变C 2次 衰变D 2次 衰变 2次 衰变 1 衰变次数的确定 解析 原子核每经过一次 衰变 质量数减4 核电荷数减2 每经一次 衰变 电荷数加1 质量数不变 设经过x次 衰变y次 衰变 可列方程组 答案 B
7、衰变次数的确定首先要明确两种衰变规律 衰变的规律是 每经过一次 衰变 核的质量数减少4 电荷数减少2 衰变的规律是 每经过一次 衰变 核的电荷数增加1 而质量数不变 先确定 衰变次数后 再确定 衰变的次数 钍232经过6次 衰变和4次 衰变后变成一种稳定的元素 这种元素是什么 它的原子量是多少 它的原子序数是多少 解析 6次 衰变和4次 衰变总的效果使原子量和原子序数变化为原子量 232 6 4 208原子序数 90 2 6 4 1 82由查表知这是Pb 答案 见解析 2 半衰期的应用 解此类问题要抓住两个要点 一是理解半衰期公式中m m0的物理意义 m0为原来放射性元素的总质量 m为经过几个
8、半衰期后还没有衰变的放射性元素的总质量 相应地 m0 m 表示的是已经衰变了的放射性元素的总质量 二是衰变掉的原子核与产生的新核之间的比例关系 每衰变掉一个原子核 就会产生一个新核 它们之间的质量之比与各自原子核的质量数成正比 抓住这两点 问题就会迎刃而解 2008 江苏单科 约里奥 居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖 他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子 这种粒子是 P是P的同位素 被广泛应用于生物示踪技术 1mgP随时间衰变的关系如图16 3 1所示 请估算4mg的P经多少天的衰变后还剩0 25mg 答案 正电子t 56天 50 58天都算对 在暗室的
9、真空装置中做如下实验 在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中 有一个能产生 射线的三种射线源 从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场 如图16 3 2所示 在与射线源距离为H高处 水平放置两张叠放着的 涂药面朝下的印像纸 比一般纸厚且坚韧的涂有感光药的纸 经射线照射一段时间后把两张印像纸显影 3 原子核的综合问题 1 上面的印像纸有几个暗斑 各是什么射线的痕迹 2 下面的印像纸显出一串三个暗斑 试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比 3 若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场 一次使 射线不偏转 一次使 射线不偏转 则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少 答案 1 2个暗斑 分别是 射线痕
10、迹 因这两种射线穿透性强 2 5 84 3 10 1 由于电量 质量 能量涉及物理学领域的各个方面 同时还关联到其他自然学科的领域 所以三者构成了原子物理和物理学以及自然学科的其他方面规律之间的综合 常见的主要是与守恒定律相关的力学 光学 电磁学问题 答案 BC 用于火灾报警的离子烟雾传感器如图16 3 4所示 在网罩 内有电极 和 a b端接电源 是一小块放射性同位素镅214 它能放射出一种很容易使气体电离的粒子 平时 镅放射出的粒子使两个电极间的空气电离 在a b间形成较强的电流 发生火灾时 烟雾进入网罩内 烟尘颗粒吸收空气中的离子和镅发出的粒子 导致电流发生变化 电路检测到这种变化而发生
11、警报 下列有关这种报警器的说法正确的是 A 镅241发出的是 粒子 有烟雾时电流增强B 镅241发出的是 粒子 有烟雾时电流减弱C 镅241发出的是 粒子 有烟雾时电流增强D 镅241发出的是 粒子 有烟雾时电流减弱 解析 三种射线中 射线的电离本领最强 当有烟尘时 由于烟尘吸收空气中的离子和 粒子 所以电流会减弱 答案 B 众所周知 地球围绕着太阳做椭圆运动 阳光普照大地 万物生长 根据你学过的知识 试论述随着岁月的流逝 地球公转的周期 日 地的平均距离及地球的表面温度变化的趋势 不考虑流星及外星球与地球发生碰撞的可能性 解析 太阳内部进行着激烈的热核反应 辐射大量光子 根据质能方程 E m c2 可知太阳的质量M在不断减小 由万有引力定律F GmM r2知 太阳对地球的万有引力也在不断减小 根据牛顿第二定律F mv2 r知 日 地距离r将不断增大 由v 知 地球环绕太阳运动的速度将减小 或地球克服引力做功 动能减小 所以地球运行周期T 2 r v将增大 由于太阳质量不断减小 辐射光子的功率不断减小 而r日地增大 所以辐射到地球表面热功率也不断减小 这样 地球表面温度也将逐渐降低 答案 见解析
