2020版高考物理总复习 12 第2讲 原子核和核能课件 新人教版

必考部分第十二章近代物理初步第2讲原子核和核能基础·全面落实考点·深度研析素能·专项突破真题·实战演练基础·全面落实教材回扣基础自测一、天然放射现象1．天然放射现象：某些元素放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称为。2．三种射线的本质：α射线是，β射线是，γ射线是。二、原子核的衰变1．定义原子核自发地放出某种粒子而转变为的变化叫原子核的。自发地放射性元素氦核流电子流电磁波新核衰变2．分类(1)α衰变：AZX―→A－4Z－2Y＋42He，同时放出γ射线。(2)β衰变：AZX―→AZ＋1Y＋0－1e，同时放出γ射线。3．半衰期(1)定义：放射性元素的原子核发生衰变需要的时间。(2)半衰期的大小由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的(如压强、温度等)或(如单质或化合物)无关。有半数物理状态化学状态三、放射性同位素及应用1．同位素有些原子的核电荷数，但质量数，这样一些具有相同核电荷数和不同质量数的原子互称为同位素。2．放射性同位素的应用(1)放射性同位素放出的射线应用于工业探伤、农业、医疗等。(2)做示踪原子。相同不同四、核反应用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程。典型核反应：(1)卢瑟福发现质子的核反应方程。。(2)查德威克发现中子的核反应方程。。(3)约里奥－居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程。。常见的核反应有：和。147N＋42He―→178O＋11H94Be＋42He―→126C＋10n2713Al＋42He―→3015P＋10n,3015P―→3014Si＋01e衰变、人工转变、裂变聚变五、核能1．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。2．质能方程(1)质能方程：，m是物体的质量，c是真空中的光速。上述表明：物体的质量和能量间有一定联系，即物体具有的能量与其质量成正比，当物体的能量增加或减小ΔE，它的质量也会相应地增加或减少Δm，ΔE与Δm的关系是。(2)质量亏损：核子结合成原子核时要释放能量，按上述关系，原子核的质量要组成原子核的核子总质量，这个质量差也叫质量亏损。E＝mc2ΔE＝Δm·c2小于3．获得核能的途径(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，并释放出大量核能。铀235裂变时发生链式反应。(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能，要想使氘和氚核合成氦核，必须达到几百万摄氏度以上的高温，因此聚变反应又叫。中子热核反应1．原子核是由质子和中子组成的。()2．β射线中的电子是原子核外的电子。()3．半衰期是一个统计规律，对少数原子核不适用。()4．核力是弱相互作用。()5．质能方程表明在一定条件下，质量可以转变为能量。()6．所有的核反应都是释放能量的反应。()×√√×××1．(三种射线的性质)放射性元素衰变时放出的三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是()A．α射线，β射线，γ射线B．γ射线，β射线，α射线C．γ射线，α射线，β射线D．β射线，α射线，γ射线解析贯穿能力最强的是γ射线，β射线次之，α射线最弱，故B项正确。答案B2．(核反应方程)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①②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衰变解析本题考查核反应特点、α衰变和β衰变特点，意在考查考生理解和识记α衰变和β衰变特点的能力，以及分析判断能力。根据核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒特点，23892U核与23490Th核比较可知，核反应的另一产物为42He，所以衰变①为α衰变，B、C两项排除；23490Th与23491Pa，23491Pa核与23492U核比较可知，核反应的另一产物为0－1e，所以衰变②③为β衰变，A项正确。答案A3．(核能的计算)以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋73Li→2yy＋147N→x＋178Oy＋94Be→z＋126Cx、y和z是3种不同的粒子，其中z是()A．α粒子B．质子C．中子D．电子解析根据质量数和电荷数守恒，三个核反应方程为11H＋73Li→242He，42He＋147N→11H＋178O，42He＋94Be→10n＋126C，z为中子，C项正确。答案C考点·深度研析核心考点分层突破考点1原子核的衰变半衰期考|点|速|通1．衰变规律及实质(1)α衰变和β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程AZX→A－4Z－2Y＋42HeAZX→AZ＋1Y＋0－1e2个质子和2个中子结合成一个整体射出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(2)γ射线：γ射线经常是伴随α衰变或β衰变产生的。2．半衰期半衰期的计算：根据半衰期的概念，可总结出公式。N余＝N原12tτ，m余＝m原12tτ，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。3．确定α、β衰变次数的方法典|例|微|探【例1】(多选)目前，在居家装修中，经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有铀、钍的花岗岩等岩石都会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是()A．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的B．β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力C．已知氡的半衰期为3.8天，若取1g氡放在天平左盘上，砝码放于右盘，左右两边恰好平衡，则7.6天后，需取走0.75砝码天平才能再次平衡D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2解析β衰变是原子核内的中子转化成质子同时释放一个电子，A项正确，B项错误；半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是原子核的质量减少一半，且质量基本不变，故C项错误；α粒子为氦原子核，根据质量数守恒和电荷数守恒可知，发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2，D项正确。答案AD题|组|冲|关1．(2019·湖南师大附中摸底考试)某放射性元素经过11.4天有1516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．3.8天D．2.85天解析原子有1516发生衰变，经过4个半衰期，所以T＝11.44天＝2.85天，D项正确。答案D2．(多选)放射性同位素电池是一种新型电池，它是利用放射性同位素衰变放出的高速带电粒子(α射线、β射线)与物质相互作用，射线的动能被吸收后转变为热能，再通过换能器转化为电能的一种装置。其构造大致是最外层是由合金制成的保护层，次外层是防止射线泄漏的辐射屏蔽层，第三层是把热能转化成电能的换能器，最里层是放射性同位素。电池使用的三种放射性同位素的半衰期和发出的射线如下表：同位素90Sr210Po238Pu射线βαα半衰期28年138天89.6年若选择上述某一种同位素作为放射源，使用相同材料制成的辐射屏蔽层，制造用于执行长期航天任务的核电池，则下列论述正确的是()A．90Sr的半衰期较长，使用寿命较长，放出的β射线比α射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄B．210Po的半衰期最短，使用寿命最长，放出的α射线比β射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄C．238Pu的半衰期最长，使用寿命最长，放出的α射线比β射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄D．放射性同位素在发生衰变时，出现质量亏损，但衰变前后的总质量数不变解析原子核衰变时，释放出高速运动的射线，这些射线的能量来自原子核的质量亏损，即质量减小，但质量数不变，D项正确；从表格中显示Sr的半衰期为28年、Po的半衰期为138天、Pu的半衰期为89.6年，故Pu的半衰期最长，其使用寿命也最长，α射线的穿透能力没有β射线强，故较薄的屏蔽材料即可挡住α射线的泄漏，C项正确。答案CD考点2核反应类型核反应方程考|点|速|通1．核反应的四种类型：衰变、人工转变、裂变和聚变。2．核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接。3．核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程。4．核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化。5．核反应遵循电荷数守恒。典|例|微|探【例2】(多选)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21H＋31H→42He＋10n是核聚变反应，而不是β衰变，A项正确，B项错误；23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应，C项正确；D项中是核裂变反应，D项错误。答案AC题|组|冲|关1.(2017·天津高考)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列反应方程中属于聚变反应的是()A．21H＋31H→42He＋10nB．147N＋42He→178O＋11HC．42He＋2713Al→3015P＋10nD．23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n解析A项属于轻核聚变方程；B、C项属于发现质子、中子的人工转变方程；D项属于重核裂变方程，综上所述A项正确。答案A2．铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：23592U＋10n→a＋b＋210n，则a＋b可能是()A．14054Xe＋9336KrB．14156Ba＋9236KrC．14156Ba＋9338SrD．14054Xe＋9438Sr解析根据核反应质量数、核电荷数守恒，则a＋b两种元素的质量数之和为(235＋1－2)＝234，电荷数之和为92，D项中两元素的质量数为(140＋94)＝234，电荷数为(54＋38)＝92，故D项正确。答案D考点3核能的计算考|点|速|通1．核能产生的两种方式(1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂为两个中等质量的核，同时释放出几个中子，并伴随释放巨大的能量。(2)轻核聚变：某些轻核在一定条件下结合成质量较大的核，同时释放大量的能量，这个条件是几百万度以上的高温。所以轻核聚变也称为热核反应。2．核能的计算(1)利用爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，只要能计算出质量亏损Δm，就能计算出核能。(质量亏损Δm的单位一般用u,1u＝1.66×10－27kg，相当于931.5MeV的能量)(2)核反应过程同样遵循能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能。典|例|微|探【例3】假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是2.0136u，中子的质量是1.0087u，氦核同位素的质量是3.0150u。(1)聚变的核反应方程式是______________________，在聚变核反应中释放出的能量为__________MeV。(保留两位有效数字)(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为31H＋42He―→73Li，已知各核子的比结合能分别为EH＝1.112MeV、EHe＝7.075MeV、ELi＝5.603MeV，试求此核反应过程中释放的核能。21H＋21H―→32He＋10n3.3解析(1)根据题中条件，