第五章 原子核（复习课件）-2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

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第五章 原子核人教版（2019）选择性必修 第三册单元复习单元学习目标了解天然放射现象，理解三种射线（α、β、γ 射线）的本质、性质及其在磁场或电场中的偏转规律，知道原子核的组成。理解原子核的衰变规律（α 衰变、β 衰变），能根据衰变方程分析原子核的变化，掌握半衰期的概念及其统计意义，了解其应用。了解原子核的人工转变，知道质子、中子的发现过程，理解核反应方程的书写原则（电荷数守恒、质量数守恒）。理解原子核的结合能、比结合能的概念，知道质量亏损与结合能的关系，能应用爱因斯坦质能方程进行相关计算，了解比结合能曲线的物理意义。单元学习目标了解核裂变与核聚变的特点，知道链式反应的条件和可控核聚变的研究现状，了解核能的利用方式及相关应用。了解放射性同位素的应用（如示踪原子、医疗放疗等）与防护常识，认识核能开发的两面性，树立科学的能源观与安全意识。1. 本章思维导图2. 各节知识清单3. 题型剖析及针对训练4. 课堂巩固5. 课堂总结一、本章思维导图第五章 原子核本章思维导图第三章 热力学定律二、各节知识清单第五章 原子核第1节 原子核的组成一、天然放射现象1.1896年，物理学家 发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线。玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种能够发出更强射线的新元素，命名为 。2.物质发出 的性质称为放射性，具有 的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出 的现象，叫作天然放射现象。3.原子序数 83的元素，都能自发地发出射线，原子序数___________83的元素，有的也能发出射线。贝克勒尔钋(Po)和镭(Ra)射线放射性射线大于小于或等于第1节 原子核的组成二、射线的本质 粒子流氦2e 强较弱几厘米第1节 原子核的组成二、射线的本质 电子流-e较弱较强铝板3.γ射线(1)是能量很高的 ，波长很短，波长在10-10 m以下。(2)不带电，静止质量为0。(3)电离作用 ，穿透能力 ，甚至能穿透几厘米厚的 和几十厘米厚的混凝土。电磁波更弱更强铅板第1节 原子核的组成三、原子核的组成1.质子p(1)1919年，卢瑟福用 轰击氮原子核发现了质子。(2)质子带 电，电荷量与一个 电荷量相等，质子的质量为mp=1.672 621 898×10-27 kg。2.中子n(1)卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与 相同，但不带电的粒子，称为中子， 通过实验证实了中子的存在，中子是原子核的组成部分。(2)中子的质量为mn=1.674 927 471×10-27 kg。α粒子正电子质子查德威克第1节 原子核的组成三、原子核的组成 质子中子核子质子数中子数同一位置第2节 放射性元素的衰变一、原子核的衰变 α粒子β粒子减少4减少2 不变加1 电荷数质量数第2节 放射性元素的衰变二、半衰期1.定义：放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间。2.特点：(1)不同的放射性元素，半衰期 ，甚至差别非常大。(2)放射性元素衰变的快慢是由 决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。3.适用条件：半衰期描述的是 ，不适用于少数原子核的衰变。半数不同核内部自身的因素统计规律第2节 放射性元素的衰变三、核反应1.核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生 或者发生状态变化的过程。(1)条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。(2)实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变。新原子核第2节 放射性元素的衰变三、核反应     质量数电荷数第2节 放射性元素的衰变四、放射性同位素及其应用　辐射与安全1.放射性同位素(1)定义：具有 的同位素。(2)类型： 放射性同位素和 放射性同位素。(3)与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的资源 ，放射强度容易 ，半衰期比较 ，因此放射性废料容易 ，获得了广泛的应用。放射性天然人工丰富控制短处理第2节 放射性元素的衰变四、放射性同位素及其应用　辐射与安全2.应用：(1)射线测厚仪：工业部门使用放射性同位素发出的射线来测厚度。(2)放射治疗：利用放射性同位素发出的射线破坏癌细胞组织。(3)培优、保鲜：利用放射性同位素放出的射线照射种子培育优良品种等。(4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置。3.辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有 作用。要防止 对空气、水源、用具等的污染。破坏放射性物质第3节 核力与结合能一、核力与四种基本相互作用1.核力：原子核中的 之间存在一种很强的相互作用，即存在一种 。核力具有饱和性，每个核子只跟相邻核子发生核力作用，而不是与核内所有核子发生相互作用。2.强相互作用(1)强相互作用是 力，作用范围只有约 m。(2)距离增大时，强相互作用急剧 。超过10-15 m，强相互作用不存在。核子核力短程10-15减小第3节 核力与结合能一、核力与四种基本相互作用3.弱相互作用(1)弱相互作用是引起原子核 衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。(2)弱相互作用是 力，其力程只有 m。4.四种基本相互作用β短程10-18第3节 核力与结合能二、结合能1.结合能原子核是核子凭借 结合在一起构成的，要把它们分开，也需要 ，这就是原子核的结合能。2.比结合能原子核的结合能与 之比，叫作比结合能，也叫作 结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越 ，原子核越 。核力能量核子数平均牢固稳定第3节 核力与结合能三、质量亏损1.质量亏损：原子核的质量 组成它的核子的质量之和的现象，叫质量亏损。2.质能方程(1)爱因斯坦狭义相对论认为，质量亏损Δm与释放的核能ΔE之间的关系： 。(2)扩展：质量为m的物体，所蕴含的能量E= 。小于ΔE=Δmc2mc2第4节 核裂变与核聚变一、核裂变的发现 中子 第4节 核裂变与核聚变一、核裂变的发现3.链式反应中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫作核裂变的 反应。4.临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生 反应的 体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。5.核裂变的能量：重核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以 能量。链式链式最小放出第4节 核裂变与核聚变二、反应堆与核电站1.核电站：利用核能发电，它的核心设施是 ，它的主要组成部分：反应堆铀棒石墨重水镉棒水金属钠水泥第4节 核裂变与核聚变二、反应堆与核电站2.工作原理(1)核燃料发生 释放能量，使反应区温度升高。(2)能量输出：水或液态的金属钠等流体在反应堆内外 ，把反应堆内的 传输出去，用于 ，同时也使反应堆冷却。3.核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的 ，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的 ，需要装入特制的容器， 。核裂变循环流动热量发电水泥层放射性深埋地下第4节 核裂变与核聚变三、核聚变 轻核10-15温度聚变核原子弹原子弹第4节 核裂变与核聚变三、核聚变6.核聚变与核裂变的比较(1)优点：①轻核聚变产能 ；②地球上核聚变燃料氘储量 ，而氚可利用锂来制取，足以满足核聚变的需要；③轻核聚变更为安全、清洁。(2)缺点：核聚变需要的温度太 ，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。7.受控核反应现阶段有两种控制方法 和 。效率高丰富高磁约束惯性约束第5节 “基本”粒子1.“基本粒子”不基本在19世纪末，许多人认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，随着科学的进一步发展，科学家发现质子、中子也有着自己的复杂结构，于是“基本粒子”不再“基本”。2.发现新粒子(1)1932年发现正电子，1937年发现μ子，1947年发现K介子和π介子。之后又发现了质量比质子大很多的粒子，叫作超子。(2)实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作 。反粒子第5节 “基本”粒子3.粒子分类按照粒子与各种相互作用的关系，可以将粒子分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子。4.(1)夸克、夸克模型：1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作 。(2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。(3)意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。(4)粒子物理标准模型是一整套关于 的理论。其中， 、 、 和 是组成物质的几类最基本的粒子。夸克粒子夸克轻子规范玻色子希格斯玻色子三、题型剖析及针对训练第五章 原子核题型一：原子核的衰变及半衰期1.α衰变和β衰变的比较题型一：原子核的衰变及半衰期2.三种射线的比较题型一：原子核的衰变及半衰期 4.衰变次数的计算方法 先根据质量数守恒确定α衰变次数，再根据电荷数守恒确定β衰变次数。题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期 题型一：原子核的衰变及半衰期题型二：核反应及核能的计算角度1 核反应方程的书写1.核反应的四种类型题型二：核反应及核能的计算角度1 核反应方程的书写1.核反应的四种类型题型二：核反应及核能的计算角度1 核反应方程的书写 题型二：核反应及核能的计算角度2 核能的计算1.核能的计算方法(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算。因1原子质量单位(1 u)相当于931.5 MeV，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。(3)根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。题型二：核反应及核能的计算角度2 核能的计算2.对质能方程的理解(1)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。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算题型二：核反应及核能的计算 题型二：核反应及核能的计算四、课堂巩固第五章 原子核四、课堂巩固四、课堂巩固 四、课堂巩固四、课堂巩固 四、课堂巩固四、课堂巩固 四、课堂巩固四、课堂巩固 四、课堂巩固四、课堂巩固 五、课堂总结第五章 原子核五、课堂总结你是否理解原子核的组成与结构，能区分质子、中子的基本性质，并掌握原子序数、质量数与核电荷数、核子数的关系？你是否掌握原子核的衰变规律（α 衰变、β 衰变），能正确书写衰变方程，理解半衰期的物理意义，并能应用其解决实际问题？你是否理解核力的性质与结合能、比结合能的概念，能分析核反应中的质量亏损，并利用质能方程进行相关计算？你是否了解核裂变与核聚变的概念、发生条件及典型应用，能结合能量转化规律分析两类核反应的特点与区别？你是否了解放射性现象与放射性同位素的应用，理解射线的种类、特性及其在生产生活、医疗、科研中的作用？五、课堂总结你是否能区分原子核物理中的核反应类型（衰变、人工转变、裂变、聚变），理解核反应过程中的守恒定律（电荷数守恒、质量数守恒），并能分析相关问题？同学们 再见