2012届高考物理一轮复习 第58讲 核反应、核能精品课件

第58讲核反应、核能编读互动第58讲│编读互动1．本讲的重点是原子核反应、核能的计算，衰变与动量守恒结合的综合问题是高考的热点问题．2．本讲要求学生能够写出核反应方程，会计算核反应中释放的核能，能分析求解核反应与动量结合的问题．(1)通过例1及变式题复习核反应遵循的规律．(2)通过例2及变式题复习原子核的衰变和放射线的特性．(3)通过例3及变式题复习质量亏损及核能的计算．(4)通过例4及变式题复习核反应、核能计算与动量守恒问题的综合．考点整合第58讲│考点整合一、三种射线1．α射线：α射线是高速粒子流，α粒子就是________________；α粒子的速度可以达到光速的十分之一；α射线穿透能力弱，电离能力________．2．β射线：β射线是高速________，速度可达光速的99%；它的电离作用________，穿透能力较强．3．γ射线：γ射线是能量很高的________，波长很短，在10－10m以下；它的电离作用更小，穿透能力________．氦原子核强电子流较弱电磁波更强第58讲│考点整合二、原子核的组成1．原子核是由________和________组成，质子和中子统称为核子；2．电荷数：原子核所带的电荷总是质子电荷的________，这个整数叫做原子核的电荷数；3．质量数：原子核的质量几乎等于单个核子质量的________，这个倍数叫做原子核的质量数．质子中子整数倍整数倍第58讲│考点整合三、放射性元素的衰变1．α衰变：原子核放出________的衰变称为α衰变，典型的衰变方程为：______________________.2．β衰变：原子核放出________的衰变称为β衰变，典型的衰变方程为：______________________.3．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____________________的因素决定，跟原子所处的物理、________状态无关．剩余的原子核数为：________________.4．应用：利用其射线作为________进行考古研究．α粒子23892U→23490Th＋42Heβ粒子23490Th→23491Pa＋0－1e核内部本身化学N余＝N原12tT示踪原子第58讲│考点整合四、核反应1．规律：质量数守恒和__________________．2．核反应类型：核反应有______________、衰变、______________、轻核的聚变．五、核能1．核能：核子结合成原子核需要放出能量，叫原子的________，称为核能．2．质量亏损：组成原子核的核子的质量与原子核的________(或者参加核反应的原子核总质量与生成新原子核的总质量之差)叫质量亏损．3．爱因斯坦质能方程：凡具有质量的物体都具有能量，物体的质量和能量间的关系为：________.若原子核质量亏损为Δm，对应释放的能量为______________．电荷数守恒人工转变重核的裂变结合能质量之差E＝mc2ΔE＝Δmc2要点探究►探究点一核反应方程第58讲│要点探究1．典型的核反应方程比较类型可控性核反应方程典例147N＋42He―→178O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be―→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He―→3015P＋10n人工转变人工控制3015P―→3014Si＋01e(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)第58讲│要点探究类型可控性核反应方程典例23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n―→13654Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变无法控制21H＋31H―→42He＋10n衰变人工无法控制α衰变23892U―→23490Th＋42Heβ衰变23490Th―→23491Pa＋0－1e第58讲│要点探究2.核反应方程式填写的方法(1)首先根据电荷数守恒确定要填写的原子核或粒子的电荷数，从而确定所需填写的原子核或粒子的符号；(2)根据质量数守恒确定要填写的原子核或粒子的质量数；(3)根据核反应方程确定核反应种类．第58讲│要点探究例1[2010·全国卷Ⅱ]原子核AZX与氘核21H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知()A．A＝2，Z＝1B．A＝2，Z＝2C．A＝3，Z＝3D．A＝3，Z＝2第58讲│要点探究例1D[解析]考查核反应方程．由题意可知核反应方程为AZX＋21H―→42He＋11H，反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，由此可判断A＝3，Z＝2，选项D正确．第58讲│要点探究[点评]解决核反应问题，首先写出核反应方程，根据核反应方程遵循的规律：电荷数守恒和质量数守恒，确定原子核的电荷数和质量数．变式题是核反应方程的填充问题．第58讲│要点探究[2009·安徽卷]原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量．这几种反应的总效果可以表示为621H→k42He＋d11H＋210n＋43.15MeV，由平衡条件可知()A．k＝1,d＝4B．k＝2,d＝2C．k＝1,d＝6D．k＝2,d＝3第58讲│要点探究变式题B[解析]由质量数守恒和电荷数守恒，分别有6×2＝4k＋d＋2,6×1＝2k＋d，解得k＝2，d＝2.正确选项为B.►探究点二对天然放射现象的理解第58讲│要点探究1．两种衰变α衰变AZX→A－4Z－2Y＋42He(新核的核电荷数少2，质量数少4)衰变规律β衰变AZX→AZ＋1Y＋0－1e(核电荷数加1，质量数不变，中子变质子)第58讲│要点探究2.三种放射线的比较种类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4mp(mp＝1.67×10－27kg)mp1836静止质量为零速度0.1c0.99cc在电磁场中偏转与α射线偏转方向相反不偏转穿透本领最弱较强最强对空气的电离作用很强较弱很弱第58讲│要点探究例2[2010·全国卷Ⅰ]原子核23892U经放射性衰变①变为原子核23490Th，继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再经放射性衰变③变为原子核23492U.放射性衰变①、②和③依次为()A．α衰变、β衰变和β衰变B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变D．α衰变、β衰变和α衰变第58讲│要点探究例2A[解析]23892U――→①23490Th，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变.23490Th――→②23491Pa，质子数加1，说明②为β衰变，中子转化成质子.23491Pa――→③23492U，质子数加1，说明③为β衰变，中子转化成质子．第58讲│要点探究[点评]原子核的衰变有两种，分别是α衰变和β衰变，经过一次α衰变电荷数减少2，质量数减少4；经过一次β衰变电荷数增加1，质量数不变．在判断是何种衰变时，可以根据电荷数和质量数的变化进行解决．变式题是有关放射线性质的问题．一置于铅盒中的放射源发射的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔右侧的空间有一匀强电场．射线进入电场后，变为a、b两束，射线a沿原来方向前进，射线b发生了偏转，如图60－1所示，则图中的()图60－1A．射线a为α射线，射线b为β射线B．射线a为β射线，射线b为α射线C．射线a为γ射线，射线b为α射线D．射线a为γ射线，射线b为β射线第58讲│要点探究第58讲│要点探究变式题D[解析]能穿透铝箔的是β射线和γ射线，在电场中偏转的是β射线，故正确选项为D.►探究点三核能的计算第58讲│要点探究1．对质能方程的理解质能方程：E＝mc2，该方程给出了物体的能量和质量之间的关系，质量为m的物体具有的总能量为mc2，质量和能量不能互相转化．质能方程的另一个表达形式是：ΔE＝Δmc2.质能方程的应用主要体现在原子核反应中的质量亏损方面，由于某些核反应后的原子核的总质量m′比反应前原子核的总质量m要小，减小的质量Δm＝m－m′(质量亏损)对应的能量ΔE＝Δmc2就是该核反应释放的能量．第58讲│要点探究原子物理中，经常把原子量为12的碳原子质量的112取作质量的单位，称为碳单位(u)，1u＝1.66×10－25kg.如果质量亏损Δm＝1u，则ΔE＝Δmc2＝931.5MeV，即1u相当于931.5MeV能量．2．质量亏损和质量守恒是否矛盾质量亏损总是发生在系统向外辐射能量的情况下，系统的能量减少了，质量也减少了．由于系统向外辐射能量，有对应的质量辐射出去．所谓质量亏损是指系统内的质量减少了，而总质量是不变的．第58讲│要点探究例3[2010·北京卷]太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近()A．1036kgB．1018kgC．1013kgD．109kg第58讲│要点探究例3D[解析]本题考查质能方程的知识，中档题．根据ΔE＝Δmc2，代入数据Δm＝4.4×109kg，D正确．第58讲│要点探究[点评]太阳在放出能量的同时，质量不断减小．减小的质量与放出的能量之间的关系满足：ΔE＝Δmc2，根据此关系式可以求出减小的质量．变式题是有关核能的计算．第58讲│要点探究氘核、氚核、氦核和中子的质量分别为m1、m2、m3和m4，当氘核与氚核结合为氦核并同时放出中子时，下列说法正确的是(已知c为光在真空中的速度)()A．这是轻核聚变，放出的能量为(m1＋m2－m3－m4)c2B．这是轻核聚变，放出的能量为m4c2C．这是轻核聚变，吸收的能量为(m1＋m2－m3)c2D．这是轻核裂变，吸收的能量为(m3＋m4)c2第58讲│要点探究变式题A[解析]核反应的质量亏损为：Δm＝(m1＋m2－m3－m4)，放出的能量为：ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，选项A正确．►探究点四衰变与半衰期第58讲│要点探究1．两种衰变对照表第58讲│要点探究2.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．3．注重对半衰期的理解：(1)半衰期是一个统计学概念，只能针对大量的原子核才有效；(2)半衰期只和元素有关，与物体所处的环境和状态均无关；(3)剩余的原子核数可以表示为：N余＝N原12tT.第58讲│要点探究例4[2010·诏安一中]下列说法正确的是()①157N＋11H→126C＋42He是α衰变方程②42He＋2713Al→3015P＋10n是原子核的人工转变方程③23892U→23490Th＋42He是核裂变反应方程④11H＋21H→32He＋γ是核聚变反应方程A．①④B．②③C．①③D．②④第58讲│要点探究例4D[解析]157N＋11H→126C＋42He是原子核的人工转变方程；23892U→23490Th＋42He是α衰变方程．第58讲│要点探究变式题[2010·上海卷]某放射性元素经过11.4天有78的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为()A．11.4天B．7.6天C．5.7天D．3.8天第58讲│要点探究D[解析]根据12tτ＝18，tτ＝3，因为t＝11.4天，所以τ＝11.43天＝3.8天，选D.本题考查原子核半衰期的计算．