第十六章第二讲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183的所有天然存在的元素都有放射性,原子序数小于283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.,2.三种射线(1)射线:速度为光速1/10的氦核流,3贯穿作用弱,4电离作用很强.不能穿透薄纸或薄铝箔(2)射线:速度约为光速99%的电子流,5贯穿作用很强,6电离作用较弱.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7电磁波),贯穿作用最强,电离作用很弱.能穿透
2、几厘米的铅板,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:AZX+xAZY+y其中AZX是靶核的符号,x为入射粒子,AZY是新核,y是放射出粒子的符号.1.1919年,卢瑟福发现质子的核反应方程为:147N+42He178O+11H,衰变规律可用公式 或 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:94Be+42He126C+10n3.1934年,约里奥居里夫妇发现了放射性同位素核反应方程为:2713Al+42He3015P+10
3、n3015P3014Si+01e,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8质量数和9电荷数守恒.,三、原子核的衰变原子核自发地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102,质量数减少114,即AZXA-4Z-2Y+42He2.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121,质量数不变.即AZX AZ+1Y+0-1e,
4、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.,四、核能1.核力:相邻核子之间的作用力(1)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132.010-15m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140.810-15m,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.核能由于原子核中的核
5、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15结合能.,3.质能方程(1)质量亏损:组成原子核的核子质量与原子核的质量之差叫16质量亏损.(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=17mc2.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.,4.核能的计算根据1原子质量单位(u
6、)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18临界体积.如:23592U+10n9236Kr+14156Ba+310n.(2)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
7、,如:21H+31H42He+10n.,考题精练1.下面列出的是一些核反应方程:3015P3014Si+X,94Be+21H10 5B+Y;42He+42He73Li+Z,其中()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:01X正电子,10Y中子,11Z质子,可知正确选项为D.答案:D,2.从23592U衰变为20782Pb,要经过衰变和衰变的次数是()A.14次衰变和10次衰变B.7次衰变和4次衰变C.10次衰变和1
8、4次衰变D.4次衰变和7次衰变答案:B,解析:设衰变和衰变的次数分别为x和y,则,解得x=7,y=4,故选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(23994Pu),这种23994Pu可由铀239(23992U)经过n次衰变而产生,则n为()A.2 B.239C.145 D.92答案:A,4.(2010上海高考)现已建成的核电站发电的能量来自于()A.天然放射性元素衰变放出的能量B.人工放射性同位素放出的能量C.重核裂变放出的能量D.化学反应放出的能量解析:
9、现在核电站所用原料主要是铀,利用铀裂变放出的核能发电,故C项正确.答案:C,5.(2010天津高考理综)下列关于原子和原子核的说法正确的是()A.衰变现象说明电子是原子核的组成部分B.玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化C.放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D.比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固,解析:原子核是由质子和中子组成的,衰变是核内中子转变成为质子同时生成电子,即粒子,故A错.半衰期由原子核本身决定,与外界环境因素无关,C错.比结合能越大表示原子核中核子结合得越牢固,D错.玻尔提出的氢原子能级不连续就是原子能量量子化,B对.答案:B,解读高考第二关 热点关典例剖析,考点1衰变
10、次数的确定【例1】放射性元素钚核24494Pu经过多少次、衰变后将变成铅核20882Pb?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?,解析 设此过程中发生了x次衰变,y次衰变,则衰变方程可以写成如下式24494PuFYx42He+y0-1e+20882Pb根据衰变中的电荷数守恒与质量数守恒建立下面方程:,故此过程经历了9次衰变与6次衰变.钚核24494Pu的质子数为94、中子数为150,铅核20882Pb的质子数为82、中子数为126,故它们的质子数相差12、中子数相差24.此核反应的全过程中各部分的中子数如下式24494Pux42He+y 0-1e+20882Pb中子
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