高三物理復(fù)習(xí)第十二章波粒二象性原子結(jié)構(gòu)原子核第2講放射性元素的衰變核能省公開課一等獎(jiǎng)新名師獲獎(jiǎng)

第3講放射性元素衰變核能1/752/75【知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1原子核組成、放射性放射性同位素射線危害和防護(hù)1.天然放射現(xiàn)象:放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線現(xiàn)象,首先由貝克勒爾發(fā)覺。天然放射現(xiàn)象發(fā)覺,說明了_______含有復(fù)雜結(jié)構(gòu)。原子核3/752.三種射線比較:名稱項(xiàng)目α射線β射線γ射線組成高速氦核流____________光子流(高頻電磁波)帶電量2e-e0質(zhì)量4mp靜止質(zhì)量為零符號(hào)______

γ高速電子流4/75名稱項(xiàng)目α射線β射線γ射線速度可達(dá)0.1c可達(dá)0.99c__垂直進(jìn)入電場(chǎng)或磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)情況偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)_______貫通本事最弱較強(qiáng)_____對(duì)空氣電離作用很強(qiáng)較弱_____c不偏轉(zhuǎn)最強(qiáng)很弱5/753.原子核組成:(1)原子核由質(zhì)子和中子組成,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為_____。質(zhì)子帶正電,中子不帶電。(2)原子核中兩種數(shù)量關(guān)系:①核電荷數(shù)=_______(Z)=元素_________=核外電子數(shù)②質(zhì)量數(shù)(A)=_______=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)(3)X元素原子核符號(hào)為,其中A表示_______,Z表示_________。核子質(zhì)子數(shù)原子序數(shù)核子數(shù)質(zhì)量數(shù)核電荷數(shù)6/754.放射性同位素應(yīng)用與保護(hù):(1)同位素:含有相同_______和不一樣中子數(shù)原子核。(2)放射性同位素:有_____放射性同位素和_____放射性同位素兩類,放射性同位素化學(xué)性質(zhì)相同。(3)應(yīng)用:消除靜電、工業(yè)探傷、作_________等。(4)防護(hù):預(yù)防放射性對(duì)人體組織傷害。質(zhì)子數(shù)天然人工示蹤原子7/75知識(shí)點(diǎn)2原子核衰變、半衰期1.原子核衰變:(1)原子核放出_______________,變成另一個(gè)原子核改變稱為原子核衰變。α粒子或β粒子8/75(2)分類:α衰變:β衰變:γ輻射:當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時(shí),原子核中有發(fā)生α衰變,有發(fā)生β衰變,同時(shí)伴伴隨γ輻射。9/75(3)兩個(gè)經(jīng)典衰變方程。①α衰變:②β衰變:10/752.半衰期:(1)定義:放射性元素原子核有_____發(fā)生衰變所需時(shí)間。(2)影響原因:放射性元素衰變快慢是由核_____本身原因決定,跟原子所處化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒相關(guān)系。半數(shù)內(nèi)部11/75知識(shí)點(diǎn)3核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損1.核力:(1)定義:原子核內(nèi)部_____間特有相互作用力。(2)核力特點(diǎn):①是強(qiáng)相互作用一個(gè)表現(xiàn);②是_____力,作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi);③每個(gè)核子只能與_______________發(fā)生核力作用。核子短程與其相鄰核子12/752.結(jié)合能:核子結(jié)合為原子核時(shí)___________或原子核分解為核子時(shí)___________,叫作原子核結(jié)合能,也稱核能。釋放能量吸收能量13/753.比結(jié)合能:(1)定義:原子核結(jié)合能與_______之比,稱作比結(jié)合能,也叫平均結(jié)合能。(2)特點(diǎn):不一樣原子核比結(jié)合能不一樣,原子核比結(jié)合能越___,表示原子核中核子結(jié)合得越牢靠,原子核越穩(wěn)定。核子數(shù)大14/754.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損:愛因斯坦質(zhì)能方程_____,原子核質(zhì)量必定比組成它核子質(zhì)量和要小Δm,這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放核能_________。E=mc2ΔE=Δmc215/75知識(shí)點(diǎn)4裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆核反應(yīng)方程1.重核裂變:(1)定義:___________________受到高能粒子轟擊而分裂成幾個(gè)___________________過程。質(zhì)量數(shù)較大原子核質(zhì)量數(shù)較小原子核16/75(2)特點(diǎn):①裂變過程中釋放出___________;②裂變同時(shí)能夠釋放出2～3(或更多)個(gè)_____;③裂變產(chǎn)物不是唯一。對(duì)于鈾核裂變有二分裂、三分裂和四分裂形式,但三分裂和四分裂概率比較小。巨大能量中子17/75(3)經(jīng)典裂變反應(yīng)方程:

(4)鏈?zhǔn)椒磻?yīng):由重核裂變產(chǎn)生_____使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去過程。中子18/75(5)臨界體積和臨界質(zhì)量:裂變物質(zhì)能夠發(fā)生_________最小體積及其對(duì)應(yīng)質(zhì)量。(6)裂變應(yīng)用:_______、核反應(yīng)堆。(7)反應(yīng)堆結(jié)構(gòu):核燃料、減速劑、_____、防護(hù)層。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)原子彈鎘棒19/752.輕核聚變:(1)定義:兩輕核結(jié)合成_________核反應(yīng)過程。輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行,所以又叫_________。質(zhì)量較大熱核反應(yīng)20/75(2)特點(diǎn)。①聚變過程放出大量能量,平均每個(gè)核子放出能量,比裂變反應(yīng)中每個(gè)核子放出能量大3至4倍。②聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更猛烈。③對(duì)環(huán)境污染較少。④自然界中聚變反應(yīng)原料豐富。21/75(3)經(jīng)典聚變反應(yīng)方程:

3.人工轉(zhuǎn)變:(1)盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子:_________________。(2)查德威克發(fā)覺中子:________________。22/75【易錯(cuò)辨析】(1)α、β、γ三種射線,α射線電離作用最強(qiáng)。()(2)α、β、γ三種射線,γ射線穿透能力最強(qiáng)。()(3)玻爾發(fā)覺電子并提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型。()23/75(4)假如有18個(gè)某種放射性元素原子核,經(jīng)過一個(gè)半衰期,一定是有9個(gè)原子核發(fā)生了衰變。()(5)β衰變電子起源于原子核外電子。()(6)高溫、高壓情況下,原子核半衰期將會(huì)變短。()(7)愛因斯坦質(zhì)能方程反應(yīng)了物質(zhì)質(zhì)量就是能量,它們之間能夠相互轉(zhuǎn)化。()24/75提醒:(1)√。α、β、γ三種射線中α射線電離本事最強(qiáng)。(2)√。γ射線穿透能力最強(qiáng)。(3)×。盧瑟福做了α粒子散射試驗(yàn)并提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型,而玻爾提出了原子理論。(4)×。對(duì)于半衰期是含有統(tǒng)計(jì)規(guī)律,只有大量原子核才有意義。25/75(5)×。β衰變是原子核衰變,β衰變中電子起源于原子核中中子。(6)×。放射性元素衰變快慢是由核內(nèi)部本身原因決定,跟原子所處化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒相關(guān)系。(7)×。愛因斯坦質(zhì)能方程不能說明能量和質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化關(guān)系,只是說明一定質(zhì)量物體會(huì)有對(duì)應(yīng)數(shù)量能量,系統(tǒng)能量較少時(shí),其質(zhì)量也對(duì)應(yīng)較少。26/75考點(diǎn)1原子核衰變半衰期【關(guān)鍵要素精講】1.α衰變、β衰變比較:27/75衰變類型α衰變?chǔ)滤プ兯プ兎匠?/p>

衰變實(shí)質(zhì)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體射出1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子

28/75衰變類型α衰變?chǔ)滤プ儎驈?qiáng)磁場(chǎng)中軌跡形狀衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動(dòng)量守恒29/752.半衰期:(1)放射性元素原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需時(shí)間,叫作這種元素半衰期。(2)半衰期表示放射性元素衰變快慢,不一樣放射性元素其半衰期不一樣。(3)半衰期描述對(duì)象是大量原子核,不是單個(gè)原子核,這是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律。30/75(4)一個(gè)元素半衰期與這種元素是以單質(zhì)形式還是以化合物形式存在無關(guān),且加壓、增溫均不會(huì)改變。(5)要了解半衰期表示式中各物理量含義,在表示式m=(m0中,m是指剩下原子核質(zhì)量,而不是衰變質(zhì)量。31/75【高考命題探究】【典例1】以下相關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核認(rèn)識(shí),其中正確是世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)42722264()A.γ射線是高速運(yùn)動(dòng)電子流B.氫原子輻射光子后,其繞核運(yùn)動(dòng)電子動(dòng)能增大C.太陽輻射能量主要起源是太陽中發(fā)生重核裂變D.半衰期是5天,100克經(jīng)過10天后還剩下50克32/75【解析】選B。β射線是高速電子流,而γ射線是一個(gè)電磁波,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。氫原子輻射光子后,繞核運(yùn)動(dòng)電子距核更近,動(dòng)能增大,選項(xiàng)B正確。太陽輻射能量主要起源是太陽內(nèi)部氫核聚變,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。10天為兩個(gè)半衰期,剩下為100×g=100×()2g=25g,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。33/75【強(qiáng)化訓(xùn)練】1.(多項(xiàng)選擇)天然放射性元素(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變之后,變成(鉛)。以下論斷中正確是()A.鉛核比釷核少24個(gè)中子B.鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子C.衰變過程中共有4次α衰變和8次β衰變D.衰變過程中共有6次α衰變和4次β衰變34/75【解析】選B、D。鉛核核子數(shù)比釷核核子數(shù)少24個(gè),而不是中子數(shù)少24個(gè),A項(xiàng)錯(cuò)誤;鉛核質(zhì)子數(shù)為82,釷核質(zhì)子數(shù)為90,故鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子,B項(xiàng)正確;釷核衰變方程為:式中x、y分別為α和β衰變次數(shù)。由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,有4x+208=232,2x-y+82=90,聯(lián)立兩式得x=6,y=4,即衰變過程中共有6次α衰變和4次β衰變,C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。35/752.(多項(xiàng)選擇)關(guān)于放射性元素半衰期,以下說法正確有()A.是原子核質(zhì)量降低二分之一所需時(shí)間B.是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需時(shí)間C.把放射性元素放在密封容器中,能夠減小放射性元素半衰期D.能夠用于測(cè)定地質(zhì)年代、生物年代等36/75【解析】選B、D。原子核衰變后變成新核,新核與未衰變核在一起,故半衰期并不是原子核數(shù)量、質(zhì)量降低二分之一,故A錯(cuò)誤,B正確;衰變快慢由原子核內(nèi)部原因決定,與原子所處物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān),慣用其測(cè)定地質(zhì)年代、生物年代等,故C錯(cuò)誤,D正確。37/75【加固訓(xùn)練】已知鐳原子序數(shù)是88,原子核質(zhì)量數(shù)是226。試問:(1)鐳核中有幾個(gè)質(zhì)子?幾個(gè)中子?(2)鐳核所帶電荷量是多少?(3)若鐳原子呈中性,它核外有幾個(gè)電子?(4)是鐳一個(gè)同位素,讓以相同速度垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,它們運(yùn)動(dòng)軌道半徑之比是多少?38/75【解析】原子序數(shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)、中性原子核外電子數(shù)都是相等。原子核質(zhì)量數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和。由此可得:(1)鐳核中質(zhì)子數(shù)等于其原子序數(shù),故質(zhì)子數(shù)Z為88,中子數(shù)N等于原子核質(zhì)量數(shù)A與質(zhì)子數(shù)Z之差,即N=A-Z=226-88=138。

39/75(2)鐳核所帶電荷量為Q=Ze=88×1.6×10-19C=1.41×10-17C。(3)核外電子數(shù)等于核電荷數(shù),故核外電子數(shù)為88。(4)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力為洛倫茲力,故有qvB=,故r=兩種同位素含有相同核電荷數(shù),但質(zhì)量數(shù)不一樣,故40/75答案:(1)88138(2)1.41×10-17C(3)88(4)113∶11441/75考點(diǎn)2核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程【關(guān)鍵要素精講】1.核反應(yīng)四種類型:類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變?chǔ)了プ冏园l(fā)

β衰變自發(fā)

42/75類型可控性核反應(yīng)方程典例人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?/p>

(盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子)

(查德威克發(fā)覺中子)

(約里奧—居里夫婦發(fā)覺放射性同位素及正電子)

43/75類型可控性核反應(yīng)方程典例重核裂變比較輕易進(jìn)行人工控制

輕核聚變當(dāng)前無法控制

44/752.核反應(yīng)過程普通是不可逆,書寫核反應(yīng)方程不能用等號(hào),只能使用單向箭頭“→”連接,并表示反應(yīng)方向。3.核反應(yīng)過程遵照質(zhì)量數(shù)守恒,而不是質(zhì)量守恒,核反應(yīng)過程中伴伴隨能量巨大改變,反應(yīng)前后質(zhì)量會(huì)改變,普通質(zhì)量會(huì)虧損。4.核反應(yīng)過程中遵照電荷數(shù)守恒原理。45/75【高考命題探究】【典例2】(·全國(guó)卷Ⅱ)在以下描述核過程方程中,屬于α衰變是______,屬于β衰變是________,屬于裂變是________,屬于聚變是________。世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)4272226546/7547/75【解析】原子核發(fā)生α衰變會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新核和He,所以選項(xiàng)C是α衰變;原子核發(fā)生β衰變會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新核和e,所以A、B選項(xiàng)為β衰變;重核被轟擊后,發(fā)生裂變會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)質(zhì)量差不多新核,所以選項(xiàng)E為裂變;兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大核核反應(yīng),為核聚變,所以選項(xiàng)F為核聚變。答案:C

A、B

E

F48/75【遷移訓(xùn)練】49/75遷移1:人工核反應(yīng)用中子轟擊鋰核（Li)發(fā)生核反應(yīng),產(chǎn)生氚核和α粒子并放出4.8MeV能量,則該核反應(yīng)方程為__________,上述反應(yīng)中質(zhì)量虧損為_________kg。(保留兩位有效數(shù)字)50/75【解析】由題得核反應(yīng)方程為釋放能量E=4.8MeV,因E=Δmc2得Δm=≈8.5×10-30kg。答案:8.5×10-3051/75遷移2:重核裂變(多項(xiàng)選擇)一個(gè)原子核在中子轟擊下發(fā)生一個(gè)可能裂變反應(yīng),其裂變方程為則以下說法正確是()52/75A.X原子核中含有86個(gè)中子B.X原子核中含有141個(gè)核子C.因?yàn)榱炎冡尫拍芰?依據(jù)E=mc2,所以裂變后總質(zhì)量數(shù)增加D.因?yàn)榱炎冡尫拍芰?出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以裂變后總質(zhì)量降低53/75【解析】選A、D。設(shè)X原子核中含有x個(gè)質(zhì)子,質(zhì)量數(shù)為y,依據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒有:92=x+38,235+1=y+94+2,解得x=54,y=140,所以X中子數(shù)為:y-x=86,故A正確;依據(jù)A選項(xiàng)敘述可知X含有質(zhì)量數(shù)為140,即核子數(shù)為140,故B錯(cuò)誤;裂變反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒,質(zhì)量數(shù)不會(huì)增加,裂變過程存在質(zhì)量虧損,質(zhì)量不守恒,故C錯(cuò)誤;因?yàn)榱炎冡尫拍芰?出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以裂變后總質(zhì)量降低,故D正確。54/75遷移3:輕核聚變(多項(xiàng)選擇)(·太原模擬)月球土壤里大量存在著一個(gè)叫作“氦3()”化學(xué)元素,是核聚變主要原料之一。科學(xué)家初步預(yù)計(jì)月球上最少有100萬噸“氦3”,假如相關(guān)技術(shù)開發(fā)成功,將可為地球帶來取之不盡能源。關(guān)于“氦3”與“氘核()”聚變生成“氦4()”,以下說法中正確是()55/75A.該核反應(yīng)方程式為B.核反應(yīng)生成物質(zhì)量將大于參加反應(yīng)物質(zhì)量C.該核反應(yīng)出現(xiàn)質(zhì)量虧損,釋放能量D.因?yàn)椤昂?”比“氦4”比結(jié)合能小,所以“氦3”比“氦4”穩(wěn)定56/75【解析】選A、C。該核反應(yīng)方程為電荷數(shù)守恒,質(zhì)量數(shù)守恒,故A正確;關(guān)于“氦3（)”與“氘核（)”聚變生成“氦4()”和質(zhì)子,有大量能量放出,依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,知有質(zhì)量虧損,生成物質(zhì)量小于參加反應(yīng)物質(zhì)量,故B錯(cuò)誤,C正確;比結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定,故D錯(cuò)誤。57/75考點(diǎn)3核能【關(guān)鍵要素精講】1.取得核能路徑:(1)重核裂變:重核俘獲一個(gè)中子后分裂成為兩個(gè)中等質(zhì)量核反應(yīng)過程。重核裂變同時(shí)放出幾個(gè)中子,并釋放出大量核能。為了使鈾235裂變時(shí)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),鈾塊體積應(yīng)大于它臨界體積。58/75(2)輕核聚變:一些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大核反應(yīng)過程,同時(shí)釋放出大量核能,要想使氘核和氚核結(jié)合成氦核,必須到達(dá)幾百萬度以上高溫,所以聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)。59/752.核能計(jì)算方法:(1)依據(jù)ΔE=Δmc2計(jì)算核能,Δm單位是kg,c單位是m/s,ΔE單位是J。(2)依據(jù)ΔE=Δm×931.5MeV計(jì)算核能,Δm單位是u,u是原子質(zhì)量單位,其中1u相當(dāng)于931.5MeV能量,ΔE單位是MeV。60/75(3)依據(jù)平均結(jié)合能計(jì)算核能,原子核結(jié)合能=平均結(jié)合能×核子數(shù)。(4)能夠結(jié)合動(dòng)量守恒和能量守恒定律來計(jì)算核能,此時(shí)應(yīng)該注意動(dòng)量、動(dòng)能關(guān)系式p2=2mEk應(yīng)用。61/75【高考命題探究】【典例3】(多項(xiàng)選擇)關(guān)于近代物理學(xué)結(jié)論中,下面敘述中正確是世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)42722266()A.比結(jié)合能越小,表示原子核中核子結(jié)合得越牢靠B.β衰變所釋放電子是原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生62/75C.一個(gè)氘核(H)與一個(gè)氚核(H)聚變生成一個(gè)氦核(He)同時(shí),放出一個(gè)中子D.按照玻爾理論,氫原子核外電子從半徑較小軌道躍遷到半徑較大軌道時(shí),電子動(dòng)能減小,原子總能量也減小63/75【思索探究】(1)比結(jié)合能_____,表示原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定。(2)β衰變所釋放電子是原子核內(nèi)_____轉(zhuǎn)化成_____和_____所產(chǎn)生。(3)依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程判斷_____和_____結(jié)合成一個(gè)α粒子,釋放能量。越大中子質(zhì)子電子質(zhì)子中子64/75【解析】選B、C。比結(jié)合能越大,表示原子核中核子結(jié)合得越牢靠,原子核越穩(wěn)定,A錯(cuò)誤;β衰變所釋放電子是原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生,B正確;依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知:一個(gè)氘核(H)與一個(gè)氚核(H)聚變生成一個(gè)氦核(He)同時(shí),放出一個(gè)中子,C正確;按照玻爾理論,氫原子核外電子從半徑較小軌道躍遷到半徑較大軌道時(shí),電子動(dòng)能減小,原子總能量增大,D錯(cuò)誤。65/75【強(qiáng)化訓(xùn)練】1.(多項(xiàng)選擇)如圖所表示是原子核核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z關(guān)系圖象,以下說法中正確是()66