原子结构、原子核-放射性元素的衰变-核能.ppt

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1、第二讲 放射性元素的衰变，核能,走进高考第一关 考点关,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.,83,83,2.三种射线（1）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）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）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

2、铅板,贯穿,电离,贯穿,电离,电磁波,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:,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,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.,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,三、原子核的衰变 原子核自发地

3、放出某种粒子而转变为新核的变化.1.衰变: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),每发生一次衰变,新元素与原元素比较,核电荷数减少_,质量数减少_,即,2,4,2.衰变：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.每发生一次衰变,新元素与原元素比较,核电荷数增加_,质量数不变.,3.衰变:衰变是伴随着衰变和衰变同时发生的,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.,1,四、核能1.核力:相邻核子之间的作用力(1

4、)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.,2.010-15,0.810-15,2.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,3.质能方程(1)质量

5、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m,其能量也要相应地减少,即E=mc2.原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加m,吸收的能量E=mc2.,质量亏损,mc2,4.核能的计算 根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV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931.5 MeV,即E=m931.5 MeV.注意该式中m 单位是u,E单位的是MeV.,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

6、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:,临界,()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:,考 题 精 练,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.,答案:D,A.14次衰变和10次衰

7、变B.7次衰变和4次衰变C.10次衰变和14次衰变D.4次衰变和7次衰变,答案:B,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次衰变而产生，则n为()A.2 B.239C.145D.92答案：A,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、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

8、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?,解析：一张印相纸即可挡住射线.故有2个暗斑,分别是、射线的痕迹.答案：见解析,解读高考第二关 热点关,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、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?,答案：9次衰变 6次衰变 多12个质子、24个中子 6个中子,A.x=1,y=3B.x=2,y=3C.x=3,y=1D.x=3,y=2,答案:D,考点2 半衰期的理解应用例2 14C是一种半衰期为5730年的放射性同位素.若考古

9、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.,答案：11460年前,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57302年=11460年前.,点评：正确理解半衰期的概念是解题关键.,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.1 g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.0.25 g，粒子B.0.75 g,粒子C.0.25 g，粒子D.0.75 g，粒子,答案:B,考点3 核反应方程例3现有三

10、个核反应：,(1)求中X的质量数和中子数.,(2)判断以上三个核反应的反应类型.,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.是裂变;聚变是几个轻核结合成较大质量的核,是聚变.答案:(1)140 86(2)是衰变 是裂变 是聚变,变式训练3：(2008广东高考)铝箔被粒子轰击后发生了以下核反应:.下列判断正确的是(),答案:BD,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23592

11、U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9.3102 MeV,此裂变反应释放出的能量是_MeV.,1.8102,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+31.0087=235.859 3u,质量亏损m=236.0526-235.8593=0.193 3u.由质能方程得E=mc2=0.193 3uc2,因为1u对应的能量

12、为9.3102 MeV 所以E=0.19339.3102 MeV=1.8102 MeV.,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0.5 MeV的质子 轰击静止的，生成两个动能均为8.9 MeV的.（1 MeV=1.610-13J)（1）上述核反应方程式为_.（2）质量亏损为_kg.,m=3.110-29 kg,笑对高考第三关 技巧关,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：核电荷数=质子数=元素的原子序数=核外电子数 质量数=核子数=质子数+中子数,2.衰变的本质 原子核里发射出

13、粒子、粒子，实际上是原子核内的质子和中子结合或转化而成的.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，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粒子和粒子就认为原子核也是由它们组成的.射线是伴随衰变和衰变同时产生的,其实质是放射性原子核在发生衰变、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,原子核中有的发生衰变,有的发生衰变,同时伴随辐射,这时就同时有三种射线.,3.核反应的类型,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

14、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).,（2）核反应方程中的箭头()表示核反应进行的方向.不能把箭头写成等号.（3）在写核反应方程时,应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上;然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子)的电荷数和质量数;最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子),并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号.,5.对半衰期两种错误的认识(1)N0个某种放射性元素的核,经过一个半衰

15、期T,衰变一半,再经过一个半衰期T,全部衰变了;(2)8个某种放射性元素的核,经过一个半衰期T,衰变了4个,再经过一个半衰期T,又衰变了2个.事实上,N0(大量)个某种放射性原子核,衰变时间t后剩下的这种核的个数为N=N0()t/T,而对于少量的核,无法确定其衰变所需的时间.,考 向 精 测 考向 核反应方程、质量亏损及核能的综合考查 一个钚的同位素 的原子核静止在匀强磁场中.某时刻该原子核垂直于磁场方向放射出一个粒子，变成铀的同位素，同时辐射能量为E=0.09 MeV的光子，已知钚原子核的质量M0=238.999655 u,粒子的质量m=4.001509 u，反冲核的质量M=234.9934

16、70 u.取1 u c2=931 MeV.（1）写出衰变的核反应方程.（2）粒子和反冲核的动能各是多少？（3）画出粒子和反冲核在垂直纸面向里的匀强磁场中运动轨迹的示意图.,（3）如图所示.,(2)4.19 MeV 0.07 MeV,(3)见解析图,第二讲 放射性元素的衰变，核能,基础巩固1.（2009天津理综，6）下列说法正确的是（）,解析：原子核放出粒子是衰变，A项不是衰变，C项是衰变，A、C两项都错误.本题B、D两项正确.,答案：BD,2.下列说法正确的是()A.射线与射线都是电磁波B.射线为原子的核外电子电离后形成的电子流C.用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期

17、D.原子核经过衰变生成新核,则新核的质量总等于原核的质量答案:C,3.当前核能的和平利用问题为世界各国所关注,在该问题上除了以核动力的形式被广泛应用于现代能源和舰艇船的动力外,还可利用放射性核本身所发射的各种射线的能量.虽然其能量和核裂变能相比是比较小的,但由于核科学技术的蓬勃发展,放射性在科学技术上还是获得了愈来愈广泛的使用.下列有关放射性知识的说法中正确的是(),A.某放射性元素原为8 g,如果在6天时间有6 g发生衰变,则该元素半衰期为3天B.衰变成 要经过6次衰变和8次衰变C.、三种射线中,贯穿本领最大的是射线,电离本领最大的是射线D.放射性元素发生衰变时所放出的粒子是原子核内的中子转

18、化为质子时产生的,答案:ABD,4.(2008全国高考)三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变成Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核（）.则下面说法正确的是()A.X核比Z核多一个质子B.X核比Z核少一个中子C.X核的质量数比Z核质量数大3D.X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍,答案:CD,5.(2008北京高考)一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子.已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是(),B.聚变反应中的质量亏损m=m1+m2-m3,C.辐射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)c,答案:

19、B,6.(2008全国高考)中子和质子结合成氘核时，质量亏损为m，相应的能量E=mc2=2.2 MeV是氘核的结合能.下列说法正确的()A.用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B.用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C.用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D.用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零,解析：用能量小于等于结合能的光子照射氘核时,氘核一定不能分解,所以A正确

20、,B错误.用能量大于结合能的光子照射氘核时,氘核可能分解,只要分解,分解出的质子和中子动能之和一定不为零(若动能之和为零就分不开了),所以C错误,D正确.答案:AD,能力提升7.（2009广东高考，2）科学家发现在月球上含有丰富的（氦3）.它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为.关于 聚变下列表述正确的是（）A.聚变反应不会释放能量B.聚变反应产生了新的原子核C.聚变反应没有质量亏损D.目前核电站都采用 聚变反应发电,解析：聚变反应是轻核变为中等质量核的反应，发生质量亏损，释放能量.目前核电站采用重核裂变反应.答案：B,8.（2010潍坊一模）太阳的能量来自氢核

21、聚变：即四个质子（氢核）聚变一个粒子，同时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子.如果太阳辐射能量的功率为P,质子、氦核、正电子 的质量分别为mH、mHe、me，真空的光速为c,则（1）写出上述该反应方程式；（2）计算每一次聚变所释放的能量E;（3）计算t时间内因聚变生成的粒子数n.,答案：见解析,9.（广东高考）(1)放射性物质 的核衰变方程分别为:,方程中的X1代表的是_,X2代表的是_.,(2)如图所示,铅盒内装有能释放、和射线的放射性物质,在靠近铅盒的顶部加上电场E或磁场B,在图(a)、(b)中分别画出射线运动轨迹的示意图.(在所画轨迹上须标明是、和中的哪种射线),解析：(1)由质量数守恒可知X1、X2的质量数分别为4、0,由电荷数守恒可知X1、X2的电荷数分别为2、-1.故X1是,X2是.,(2)粒子带正电,在(a)图电场中右偏,在(b)图磁场受到指向左侧的洛伦兹力向左偏,粒子带负电,故在(a)图中左偏而在(b)图中右偏,粒子不带电故不发生偏转.如图所示(曲率半径不作要求,每种射线可只画一条轨迹.),答案：见解析,10.（日照模拟）一静止的氡核（）发生衰变，放出一个速度为v0、质量为m的粒子和一个质量为M的反冲核钋（Po），若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为粒子和钋核的动能.（1）写出衰变方程；（2）求出反冲核的速度；（3）求出这一衰变过程中亏损的质量.,