高考物理总复习 第15章 第3讲 放射性元素的衰变 核能课件 新人教版

第十五章波粒二象性原子结构与原子核第三讲放射性元素的衰变核能1考纲展示1.放射性、原子核的衰变、半衰期(Ⅰ)2.放射性同位素(Ⅰ)3.核力、核反应方程(Ⅰ)4.结合能、质量亏损(Ⅰ)5.裂变反应和聚变反应、裂变反应堆(Ⅰ)6.射线的危害和防护(Ⅰ)复习目标1.掌握原子核的组成、放射性、半衰期等．2.了解放射性同位素的应用，了解核力的特点．3.会书写核反应方程，能区分核反应的种类，能根据质能方程求解核能问题．4.了解裂变反应、聚变反应的应用，了解射线的危害和应用.知识点一三种射线、两种衰变1．天然放射现象(1)天然放射现象元素地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫．具有放射性的元素叫元素．自发原子核放射性放射性(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是、、．(4)放射性同位素的应用与防护①放射性同位素：有放射性同位素和放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．②应用：消除静电、工业探伤、作等．③防护：防止放射性对人体组织的伤害．α射线β射线γ射线天然人工示踪原子2．原子核的衰变(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种的变化称为的衰变．(2)分类α衰变：AZX―→A－4Z－2Y＋β衰变：AZX―→AZ＋1Y＋(3)半衰期：放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间．半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的————————————————————无关．原子核原子核42He0－1e半数物理、化学状态1．三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电量2e－e0质量4mpmp1840静止质量为零符号42He0－1eγ种类α射线β射线γ射线速度0.1c0.99cc在电磁场中偏转偏转不偏转贯穿本领最弱较强最强贯穿实例用纸能挡住穿透几毫米的铝板穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、长、曲折最长能使胶片感光感光感光产生机制核内两个中子和两个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从原子核抛射出来核内的一个中子可以转化为一个质子和一个电子，产生的电子从核中发射出来放射性原子核在发生α衰变、β衰变后产生的新核如果处于高能级，当它向低能级跃迁时，辐射γ光子2.α衰变和β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程MZX→M－4Z－2Y＋42HeMZX→MZ＋1Y＋0－1e2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为质子和电子衰变实质211H＋210n→42He10n→11H＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒3.对半衰期的两点说明(1)根据半衰期的概念，可总结出公式N余＝N原12t/τ，m余＝m原12t/τ式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．1．由原子核的衰变规律可知()A．放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线B．放射性元素发生β衰变时，新核的化学性质不变C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制D．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1解析：一次衰变不可能同时产生α射线和β射线，只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线；原子核发生衰变后，新核的核电荷数发生了变化，故新核(新的物质)的化学性质理应发生改变；发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数减少1.答案：C知识点二核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例α衰变自发23892U→23490Th＋衰变β衰变自发23490Th→23491Pa＋42He0－1e类型可控性核反应方程典例147N＋→178O＋11H(卢瑟福发现质子)——————＋94Be→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋→3015P＋10n人工转变人工控制3015P→＋01e(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素)42He42He42He3014Si类型可控性核反应方程典例重核裂变比较容易进行人工控制轻核聚变除氢弹外无法控制—————＋——————→42He＋10n21H31H1．核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．2．核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程．2．关于下列核反应或核衰变方程，说法正确的是()A.94Be＋42He―→126C＋X，符号“X”表示中子B.147N＋42He―→178O＋X，符号“X”表示中子C.2411Na―→2412Mg＋0－1e是裂变D.23592U＋10n―→14054Xe＋9438Sr＋210n是聚变解析：由核反应中质量数守恒、电荷数守恒可知A对，B错；C中反应是衰变，D中反应是裂变，C、D均错．答案：A知识点三核子、核力与结合能1．核子：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为．2．核力(1)定义：原子核里的间存在的一种相互作用力．(2)特点：①核力是强相互作用的一种表现；②核力是，作用范围在1.5×10－15m之内，因此每个核子只跟邻近的核子间才有核力作用．核子核子短程力3．结合能(1)定义：结合成原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量．(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的的质量之和，这个现象叫质量亏损．(3)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＝.核子核子mc2①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＝；②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＝.Δmc2Δmc2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的的单位是“J”．(2)根据ΔE＝Δm×931.5MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量，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．质量数与质量是两个不同的概念．核反应中质量数、电荷数守恒，但反应中依然有质量亏损，因此，计算核能时，不可用质量数代替质量进行计算．3．铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋310n.试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量．(23592U、14156Ba、9236Kr、10n的质量分别为235.0439u、140.9139u、91.8973u、1.0087u．)解析：裂变反应的质量亏损为Δm＝(235.0439＋1.0087－140.9139－91.8973－3×1.0087)u＝0.2153u.一个铀235原子核裂变后释放的能量为ΔE＝Δmc2＝0.2153×931.5MeV＝200.6MeV.答案：200.6MeV(2011·重庆高考)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射线是高速运动的电子流，不是氦原子核，A错误；γ射线的频率大于可见光的频率，根据E＝hν可知，γ射线光子能量大于可见光光子的能量，B错误；半衰期越短，衰变越快，C错误；铯133和铯137都是铯元素，是质子数相同而中子数不同的同位素，所以D正确．答案：D【变式训练】1.(2012·上海高考)在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图所示，该装置中探测器接收到的是()A．X射线B．α射线C．β射线D．γ射线解析：在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，该装置中探测器接收到的是γ射线，选项D正确．答案：D(2012·广东高考)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有A.31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应B.31H＋21H→42He＋10n是β衰变C.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应D.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n是α衰变解析：轻核结合为质量较大的核称为核聚变，A正确．原子核自发的放出粒子或粒子生成新核的反应称为原子核的衰变，由此可知B、D错误．重核俘获中子后分裂为中等质量核的反应称为核裂变，所以C正确．答案：AC【变式训练】2.(2012·大纲全国高考)23592U经过m次α衰变和n次β衰变，变成20782Pb，则()A．m＝7，n＝3B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9D．m＝14，n＝18答案：B解析：每发生一次α衰变，新元素与原元素比较，核电荷数减少2，质量数减少4；每发生一次β衰变，新元素与原元素比较，核电荷数增加1，质量数不变，根据题意知核反应方程为：23592U→20782Pb＋m42He＋n0－1e，根据电荷数守恒和质量数守恒可得方程：235＝207＋4m①92＝82＋2m－n②由①②式联立解得：m＝7，n＝4.(2012·海南高考)一静止的23892U核经α衰变成为23490Th核，释放出的总动能为4.27MeV.问此衰变后23490Th核的动能为多少MeV(保留1位有效数字)?解析：根据题意知，此23892U发生α衰变的衰变方程为23892U→23490Th＋42He.根据动量守恒定律得，mαvα＝mThvTh，式中，mα和mTh分别为α粒子和23490Th核的质量，vα和vTh分别为α粒子和23490Th核的速度的大小．由题设条件知，答案：0.07MeV12mαv2α＋12mThv2Th＝Ek，mαmTh＝4234式中Ek＝4.27MeV，是α粒子和23490Th核的总动能．联立解得：12mThv2Th＝mαmα＋mThEk.代入数据得，衰变后23490Th核的动能为12mThv2Th＝0.07MeV.【变式训练】3.(2012·新课标全国高考)氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：21H＋31H→42He＋x，式中x是某种粒子．已知：21H、31H、42He和粒子x的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，c是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子x是______，该反应释放出的能量为______MeV(结果保留3位有效数字)．解析：由核反应满足的质量数守恒和电荷数守恒可知，粒子x是中子．由质能方程可得ΔE＝Δmc2＝Δm×931.5MeV/c2＝17.6MeV.答案：n(或中子)17.6