一輪復習：選修放射性元素的衰變核能

考點1三種射線、兩種衰變1.天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象.元素_____地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明_______具有復雜的結(jié)構(gòu).自發(fā)原子核(2)放射性和放射性元素.物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫_______.具有放射性的元素叫_______元素.(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是_______、______、_______.(4)放射性同位素的應用與防護.①放射性同位素：有_____放射性同位素和_____放射性同位素兩類，放射性同位素的化學性質(zhì)相同.②應用：消除靜電、工業(yè)探傷、作_________等.③防護：防止放射性對人體組織的傷害.

放射性放射性α射線β射線γ射線天然人工示蹤原子2.原子核的衰變(1)原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種_______的變化稱為_______的衰變.(2)分類.α衰變：___β衰變：___(3)半衰期：放射性元素的原子核有_____發(fā)生衰變所需的時間.半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定，跟原子所處的_______________無關(guān).原子核原子核半數(shù)物理、化學狀態(tài)1.三種射線的比較射線名稱比較項目α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流（高頻電磁波）帶電量2e-e0質(zhì)量4mp

靜止質(zhì)量為零符號γ射線名稱比較項目α射線β射線γ射線速度可達0.1c可達0.99cc垂直進入電場或磁場的偏轉(zhuǎn)情況偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱較強最強對空氣的電離作用很強較弱很弱2.α衰變、β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變方程衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子勻強磁場中軌跡形狀衰變規(guī)律

電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒3.對半衰期的兩點說明(1)根據(jù)半衰期的概念,可總結(jié)出公式.式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，τ表示半衰期.(2)影響因素:放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部因素決定的,跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強)或化學狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān).考點2核反應的四種類型核反應的四種類型比較類型可控性核反應方程典例衰變α衰變自發(fā)β衰變自發(fā)人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂疲s里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素及正電子）重核裂變

比較容易進行人工控制輕核聚變除氫彈外無法控制類型可控性核反應方程典例關(guān)于核反應的三點說明(1)核反應過程一般都是不可逆的，所以核反應方程只能用單向箭頭表示反應方向，不能用等號連接.(2)核反應的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應方程.(3)核反應遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守恒.考點3核能1.核力核子間的作用力.核力是_____力，作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)，只在相鄰的核子間發(fā)生作用.2.核能核子結(jié)合為原子核時_____的能量或原子核分解為核子時_____的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能.短程釋放吸收3.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程E=____，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm,這就是質(zhì)量虧損.由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE=______.mc2Δmc21.對核力的三點說明(1)核力是強相互作用的一種表現(xiàn)；(2)核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)；(3)每個核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用.2.結(jié)合能與比結(jié)合能(1)結(jié)合能：把構(gòu)成原子核的結(jié)合在一起的核子分開所需的能量.(2)比結(jié)合能：①定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能.②特點：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定.3.獲得核能的兩種途徑(1)重核裂變.①定義:質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程.②特點.a.裂變過程中能夠放出巨大的能量;b.裂變的同時能夠放出2～3(或更多)個中子;c.裂變的產(chǎn)物不是惟一的.對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.③典型的分裂方程:(2)輕核聚變.①定義：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量數(shù)較大的原子核的反應過程.②特點:a.聚變過程放出大量的能量,平均每個核子放出的能量,比裂變反應中每個核子放出的能量大3至4倍.b.聚變反應比裂變反應更劇烈.c.對環(huán)境污染較少.d.自然界中聚變反應原料豐富.③典型的聚變方程:衰變與其射線【例證1】(2011·重慶高考)核電站核泄漏的污染物中含有碘131和銫137.碘131的半衰期約為8天，會釋放β射線；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時會輻射γ射線.下列說法正確的是()A.碘131釋放的β射線由氦核組成B.銫137衰變時輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量C.與銫137相比，碘131衰變更慢D.銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù)【解題指南】解答本題時要把握以下三點：(1)半衰期的長短代表了衰變的快慢.(2)光子能量大小由頻率高低決定.(3)同位素的核電荷數(shù)相同.【自主解答】選D.β射線是高速運動的電子流，不是氦原子核，A錯誤；γ射線的頻率大于可見光的頻率，根據(jù)E=hv可知，γ射線光子能量大于可見光光子能量，B錯誤；半衰期越短，衰變越快，C錯誤；銫133和銫137都是銫元素，是質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同位素，所以D正確.【總結(jié)提升】解答本題關(guān)鍵在于搞清三種射線的性質(zhì)，以及半衰期及同位素的概念.對易錯選項及錯誤原因具體分析如下：易錯角度錯誤原因易錯選A分不清α、β、γ射線的性質(zhì)，實際上α射線為高速氦核流，β射線為高速電子流，γ射線為光子流易錯選B誤認為γ射線的頻率小于可見光的頻率，而實際上γ射線的頻率大于可見光的頻率核反應類型與核反應方程【例證2】(2011·北京高考)表示放射性元素碘衰變的方程是()A.B.C.D.【解題指南】解答本題時要把握以下兩點：(1)在原子核衰變過程中，質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒.(2)β衰變是原子核放出高速電子流.

【自主解答】選B.碘的原子核內(nèi)一個中子放出一個電子，變成一個質(zhì)子，質(zhì)量數(shù)沒有發(fā)生變化，核電荷數(shù)增加1，所以生成54號元素放出一個電子.B選項正確.【總結(jié)提升】核反應方程的書寫方法(1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應方程的基礎(chǔ).如質(zhì)子中子α粒子β粒子正電子氘核氚核等.(2)掌握核反應方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據(jù)，所以要理解并應用好質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律.(3)熟悉核反應的四種基本類型，可以幫助我們理清思路，很快寫出正確的核反應方程.與核能相關(guān)的綜合問題【例證3】(12分)钚的放射性同位素靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)α粒子,而鈾核激發(fā)態(tài)立即衰變?yōu)殁櫤瞬⒎懦瞿芰繛?.097MeV的γ光子.已知:和α粒子的質(zhì)量分別為mPu=239.0521u、mU=235.0439u和mα=4.0026u,1u=931.5MeV/c2.(1)寫出衰變方程;(2)已知衰變放出的光子的動量可忽略,求α粒子的動能.【解題指南】解答本題時可按以下思路分析:計算質(zhì)量虧損

計算核能ΔE=Δmc2

由動量守恒、能量守恒求氦核動能【規(guī)范解答】(1)衰變方程為①(1分)②(1分)或合起來有③(2)上述衰變過程的質(zhì)量虧損為Δm=mPu-mU-mα④(1分)放出的能量為ΔE=Δm·c2⑤(1分)ΔE是鈾核的動能EU、α粒子的動能Eα和γ光子的能量Eγ之和，ΔE=EU+Eα+Eγ⑥(1分)可得EU+Eα=(mPu-mU-mα)c2-Eγ⑦(1分)設衰變后的鈾核和α粒子的速度分別為vU和vα,則由動量守恒有mUvU=mαvα⑧(1分)又由動能的定義知⑨(2分)由⑧⑨式得⑩(1分)由⑦⑩式得代入題給數(shù)據(jù)得Eα=5.034MeV(2分)【總結(jié)提升】計算核能的幾種方法(1)根據(jù)ΔE=Δmc2計算，計算時Δm的單位是“kg”,c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”.(2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5MeV計算.因1原子質(zhì)量單位(u)相當于931.5MeV的能量，所以計算時Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”.(3)根據(jù)平均結(jié)合能來計算核能原子核的結(jié)合能＝平均結(jié)合能×核子數(shù).(4)有時可結(jié)合動量守恒和能量守恒進行分析計算，此時應注意動量、動能關(guān)系式p2=2mEk的應用.1.(2011·浙江高考)關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A.α射線是由氦原子核衰變產(chǎn)生B.β射線是由原子核外電子電離產(chǎn)生C.γ射線是由原子核外的內(nèi)層電子躍遷產(chǎn)生D.通過化學反應不能改變物質(zhì)的放射性【解題指南】解答本題時應注意理解：(1)天然放射現(xiàn)象中三種射線的產(chǎn)生機理.(2)影響天然放射現(xiàn)象的因素.【解析】選D.α射線是在α衰變中產(chǎn)生的，本質(zhì)是氦核，A錯誤；β射線是在β衰變中產(chǎn)生的，本質(zhì)是高速電子束，B錯誤；γ射線是發(fā)生α衰變和β衰變時原子核發(fā)生能級躍遷而產(chǎn)生的電磁波，C錯誤；物質(zhì)的放射性由原子核內(nèi)部自身的因素決定，與原子所處的化學狀態(tài)和外部條件無關(guān),D正確.2.(2011·上海高考)天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實驗結(jié)果如圖所示，由此可推知()A.②來自于原子核外的電子B.①的電離作用最強，是一種電磁波C.③的電離作用較強，是一種電磁波D.③的電離作用最弱，屬于原子核內(nèi)釋放的光子【解析】選D.從穿透能力上看，③能穿透鋁板進入鉛板，③必然是γ射線，γ射線是原子核內(nèi)發(fā)出的高頻光子，屬于電磁波，電離作用弱，故D正確，C錯誤；②能穿透紙板進入鋁板，②必然是β射線，是原子核內(nèi)發(fā)射出的電子流，A錯誤；紙板能夠擋?、?，則①是α射線，它的電離作用最強，但它是氦原子核，不是電磁波，B錯誤.3.14C測年法是利用14C衰變規(guī)律對古生物進行年代測定的方法，若以橫坐標t表示時間，縱坐標m表示任意時刻14C的質(zhì)量，m0為t=0時14C的質(zhì)量.下面四幅圖中能正確反映14C衰變規(guī)律的是()【解析】選C.由公式并結(jié)合數(shù)學知識可知C正確.4.原子核與氘核反應生成一個α粒子和一個質(zhì)子.由此可知()A.A=2,Z=1B.A=2,Z=2C.A=3,Z=3D.A=3,Z=2【解析】選D.寫出核反應方程：由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，列方程：A+2=4+1,Z+1=2+1,解得:A=3,Z=2,故選項D正確.5.(2012·孝感模擬)(1)關(guān)于核衰變和核反應的類型，下列表述正確的有()A.是α衰變B.是β衰變C.是輕核聚變D.是重核裂變(2)中國第三代核電自主化依托項目——山東海陽核電站一期工程，已于2007年12月正式開工.在核電站中，核反應堆釋放的核能轉(zhuǎn)化為電能.核反應堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應，釋放出大量核能.核反應方程式是反應堆中發(fā)生的許多核反應中的一種，n為中子，X為待求粒子，a為X的個數(shù)，則X為_______，a=_______.以mU、mBa、mKr分別表示核的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為真空中的光速，則在上述核反應過程中放出的核能ΔE=________.【解析】(1)選A、C.衰變是原子核自發(fā)地放出α或β粒子的核反應，衰變方程的特點是箭頭的左邊只有一個原子核，箭頭的右邊出現(xiàn)α或β粒子；聚變反應的特點是箭頭的左邊是兩個輕核，箭頭的右邊是較大質(zhì)量的原子核；裂變方程的特點是箭頭的左邊是重核與中子反應，箭頭右邊是中等質(zhì)量的原子核.綜上所述，A、C正確.(2)根據(jù)核反應過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可以確定，X為中子，a=3.由愛因斯坦質(zhì)能方程可得，核反應過程中放出的核能ΔE=(mU-mBa-mKr-2mn)c2.答案：(1)A、C(2)中子3(mU-mBa-mKr-2mn)c26.(1)(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變,變成(鉛).以下說法正確的是()A.鉛核比釷核少8個質(zhì)子B.鉛核比釷核少16個中子C.共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變D.共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變(2)約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性元素衰變成的同時放出另一種粒子,這種粒子是______.是的同位素,被廣泛應用于生物示蹤技術(shù),1mg的隨時間衰變的關(guān)系如圖所示,請估算4mg的經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25mg【解析】(1)選A、B、D.設α衰變次數(shù)為x,β衰變次數(shù)為y,由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得232=208+4x，90=82+2x-y,解得x=6,y=4,C錯D對.鉛核、釷核的質(zhì)子數(shù)分別為82、90,故A對.鉛核、釷核的中子數(shù)分別為126、142,故B對.(2)寫出衰變方程為故這種粒子為(正電子)由m-t圖知的半衰期為14天,由得0.25mg=4mg×故t=56天.答案：(1)A、B、D(2)正電子56天【總結(jié)提升】衰變次數(shù)的確定方法方法一：確定衰變次數(shù)的方法是依據(jù)兩個守恒規(guī)律，設放射性元素經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素，則表示該核反應的方程為：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可列方程A=A′+4nZ=Z′+2n-m由以上兩式聯(lián)立解得由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為求解一個二元一次方程組.方法二：因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù).7.(2011·江蘇高考)(1)下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是()(2)按照玻爾原子理論，氫原子中的電子離原子核越遠，氫原子的能量______(選填“越大”或“越小”).已知氫原子的基態(tài)能量為E1(E1<0)，電子質(zhì)量為m，基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為v的光子被電離后，電子速度大小為______________(普朗克常量為h).(3)有些核反應過程是吸收能量的.例如，在中，核反應吸收的能量Q＝［(mO+mH)-(mX+mN)］c2.在該核反應方程中，X表示什么粒子？X粒子以動能Ek轟擊靜止的核，若Ek＝Q，則該核反應能否發(fā)生？請簡要說明理由.【解題指南】解答本題時注意理解以下三點：(1)黑體輻射強度隨溫度變化的特點；(2)玻爾理論內(nèi)容；(3)核反應的特點以及核能的計算.【解析】