原子结构、原子核 放射性元素的衰变,核能

第1页共65页第二讲放射性元素的衰变，核能第2页共65页走进高考第一关考点关第3页共65页考点精析一、天然放射现象1.天然放射现象贝克勒尔发现天然放射现象,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______的所有天然存在的元素都有放射性,原子序数小于______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.8383第4页共65页2.三种射线（1）α射线:速度为光速1/10的氦核流,______作用弱,______作用很强.不能穿透薄纸或薄铝箔（2）β射线:速度约为光速99%的电子流,______作用很强,______作用较弱.能穿透几毫米的铝板.（3）γ射线:速度为光速的光子流(波长极短的______),贯穿作用最强,电离作用很弱.能穿透几厘米的铅板贯穿电离贯穿电离电磁波第5页共65页二、原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核,产生另一种新核的反应过程,即:AAZZA'Z'XxyX,x,Y,yAZY其中是靶核的符号为入射粒子是新核是放射出粒子的符号1.1919年,卢瑟福发现质子的核反应方程为:衰变规律可用公式表示.式中的N0,m0表示元素在t=0时的原子核数、质量,τ为半衰期,N、m表示这种元素的原子核在经过时间t后尚未衰变的原子核数与质量.0022TTNmNm或第6页共65页2.1932年，查德威克发现中子的核反应方程为：3.1934年，约里奥·居里夫妇发现了放射性同位素核反应方程为：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______和______守恒.质量数电荷数第7页共65页三、原子核的衰变原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化.1.α衰变:α衰变的实质是其元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核),每发生一次α衰变,新元素与原元素比较,核电荷数减少______,质量数减少______,即24第8页共65页2.β衰变：β衰变的实质是其元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子.每发生一次β衰变,新元素与原元素比较,核电荷数增加______,质量数不变.3.γ衰变:γ衰变是伴随着α衰变和β衰变同时发生的,γ衰变不改变原子核的电荷数和质量数.4.半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定,跟原子所处在物理状态和化学状态无关.1第9页共65页四、核能1.核力:相邻核子之间的作用力(1)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.(2)核力是短程力,只在___________m的极短距离内有核力作用,超过这个距离,核力就迅速减小为零.由于质子和中子的半径约为_____________m,所以每个核子只能跟它的相邻的核子间才有力的作用.(3)核力是很强的力.2.0×10-150.8×10-15第10页共65页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.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________.结合能第11页共65页3.质能方程(1)质量亏损:组成原子核的核子质量与原子核的质量之差叫________.(2)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=________.核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其能量也要相应地减少,即ΔE=Δmc2.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ΔE=Δmc2.质量亏损mc2第12页共65页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ΔE=Δm×931.5MeV.注意该式中Δm单位是u,ΔE单位的是MeV.第13页共65页5.核能的利用途径(1)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________体积.如:．235192141192036560UnKrBa3ｎ临界第14页共65页(２)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,如:23411120HHHen.第15页共65页考题精练3030921015144154472231.:PSiX,BeHBY;HeHeLiZ,下面列出的是一些核反应方程其中（）A.X是质子,Y是中子,Z是正电子B.X是正电子,Y是质子,Z是中子C.X是中子,Y是正电子,Z是质子D.X是正电子,Y是中子,Z是质子解析:根据核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律,可知题中所涉及的各粒子为:→正电子，→中子，→质子，可知正确选项为D.01X10Y11Z答案:D第16页共65页23520792822.UPb从衰变为，要经过衰变和衰变的次数是（）A.14次α衰变和10次β衰变B.7次α衰变和4次β衰变C.10次α衰变和14次β衰变D.4次α衰变和7次β衰变答案:B第17页共65页3.（2010·新创题）近段时间，朝鲜的“核危机”引起了全球的瞩目，其焦点问题就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆，重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239()，这种可由铀239()经过n次β衰变而产生，则n为()A.2B.239C.145D.92答案：A23994Pu23994Pu23992U第18页共65页4.如图所示,在暗室的真空管装置中做如下实验:在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中,有一个能产生α、β、γ三种射线的射线源，从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图所示，在与射线源距离为H高处，水平放置两张叠放着且涂药面朝下的印相纸（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相纸显影.上面的印相纸有几个暗斑?各是什么射线的痕迹?第19页共65页解析：一张印相纸即可挡住α射线.故有2个暗斑,分别是β、γ射线的痕迹.答案：见解析第20页共65页解读高考第二关热点关第21页共65页典例剖析考点1衰变次数的确定例1放射性元素钚核经过多少次α、β衰变后将变成铅核?钚核比铅核多多少个质子和中子?此衰变的全过程中共损失了多少个中子?24494Pu20882Pb第22页共65页第23页共65页答案：9次α衰变6次β衰变多12个质子、24个中子6个中子第24页共65页23222090861(2008,14)232ThRnxy变式训练：重庆放射性同位素钍经、衰变会生成氡，其衰变方程为，其中（）A.x=1,y=3B.x=2,y=3C.x=3,y=1D.x=3,y=2答案:D第25页共65页考点2半衰期的理解应用例214C是一种半衰期为5730年的放射性同位素.若考古工作者探测到某古树中14C的含量为原来的,求古树的死亡时间.14答案：11460年前第26页共65页解析思路：考查半衰期的理解应用.假设古树死亡时的质量为m0,现在的质量为m,设死亡时间至今经历的时间为半衰期n倍,由题意可知,所以n=2,古树死亡的时间为5730×2年=11460年前.011()24nmm点评：正确理解半衰期的概念是解题关键.第27页共65页变式训练2：(2008·天津高考)一个氡核衰变成钋核并放出一个粒子，其半衰期为3.8天.1g氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及衰变成的过程放出的粒子是()A.0.25g，α粒子B.0.75g,α粒子C.0.25g，β粒子D.0.75g，β粒子22286Rn21884Po22286Rn21884Po第28页共65页答案:B第29页共65页考点3核反应方程例3现有三个核反应： 2424011121NaMge①2351941920380UnXSr2n②23411120HHHen③(1)求②中X的质量数和中子数.(2)判断以上三个核反应的反应类型.第30页共65页解析思路：（1）由电荷数守恒和质量数守恒可以判断X元素质量数(核子数)为140,电荷数为54,所以中子数为140-54=86.(2)衰变是原子核自发地放出粒子变成新核的反应,因此①是衰变;裂变是重核吸收中子后分裂成几个中等质量的核的反应.②是裂变;聚变是几个轻核结合成较大质量的核,③是聚变.答案:(1)14086(2)①是衰变②是裂变③是聚变第31页共65页变式训练3：(2008·广东高考)铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应:.下列判断正确的是()27411320AlHeXn283014151100A.nB.nC.XSiD.XP是质子是中子是是同位素是是同位素答案:BD第32页共65页考点4核能的计算例4裂变反应是目前核能利用中常用的反应.以原子核23592U为燃料的反应堆中,当23592U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式,其中一种可表示为反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位).已知1u的质量对应的能量为9.3×102MeV,此裂变反应释放出的能量是____________MeV.1.8×102第33页共65页解析思路：由题给核反应方程及其下面的数据可知:裂变之前的总质量235.0439+1.0087=236.0526u,裂变之后的总质量138.9178+93.9154+3×1.0087=235.8593u,质量亏损Δm=236.0526-235.8593=0.1933u.由质能方程得ΔE=Δmc2=0.1933uc2,因为1u对应的能量为9.3×102MeV所以ΔE=0.1933×9.3×102MeV=1.8×102MeV.第34页共65页变式训练4：(2009·山东理综，38(1))历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5MeV的质子轰击静止的，生成两个动能均为8.9MeV的.（1MeV=1.6×10-13J)（1）上述核反应方程式为___________________________________________.（2）质量亏损为________________________kg.11HAZX42He1744174413221322HXHeHeHLiHeHe或Δm=3.1×10-29kg第35页共65页笑对高考第三关技巧关第36页共65页考技精讲1.理解原子核的组成：（1）三个整数：核子数，质量数A，核电荷数Z.（2）两列等式：①核电荷数=质子数=元素的原子序数=核外电子数②质量数=核子数=质子数+中子数第37页共65页2.衰变的本质原子核里发射出α粒子、β粒子，实际上是原子核内的质子和中子结合或转化而成的.α粒子是原子核内的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的，β粒子是原子核内的中子转化为质子时产生并发射出来的.所以不能因为从原子核中发射出α粒子和β粒子就认为原子核也是由它们组成的.γ射线是伴随α衰变和β衰变同时产生的,其实质是放射性原子核在发生α衰变、β衰变时产生的某些新核由于处于激发态而辐射出光子.当放射性物质发生连续衰变时,原子核中有的发生α衰变,有的发生β衰变,同时伴随γ辐射,这时就同时有三种射线.第38页共65页3.核反应的类型第39页共65页4.核反应方程的书写应注意什么?某种元素的原子核变成另一种元素的原子核的过程叫做核反应.常见的核反应分为衰变、人工转变、裂变、聚变等几种类型,无论写哪种类型的核反应方程,都应注意以下几点:（1）必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律.有些核反应方程还要考虑到能量守恒规律(例如裂变和聚变方程常含能量项).第40页共65页（2）核反应方程中的箭头(→)