原子结构、原子核-放射性元素的衰变-核能.ppt

第,*,页,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,N,0,m,0,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),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,.,2.0,10,-15,0.8,10,-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=mc,2,.,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=mc,2,.,质量亏损,mc,2,4.,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.239,C.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=3,B.x,=2,y=3,C.x,=3,y=1,D.x,=3,y=2,答案,:D,考点,2,半衰期的理解应用,例,2,14,C,是一种半衰期为,5730,年的放射性同位素,.,若考古工作者探测到某古树中,14,C,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,m,0,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,235,92,U,为燃料的反应堆中,当,235,92,U,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,9.310,2,MeV,此裂变反应释放出的能量是,_,MeV,.,1.8,10,2,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=mc,2,=0.193 3uc,2,因为,1u,对应的能量为,9.310,2,MeV,所以,E=0.1933,9.3,10,2,MeV,=1.8,10,2,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,-13,J),（,1,）上述核反应方程式为,_.,（,2,）质量亏损为,_,kg.,m,=3.1,10,-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,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)N,0,个某种放射性元素的核,经过一个半衰期,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,N,0,(,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=N,0,(),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,M,0,=238.999655,u,粒子的质量,m=4.001509 u,，反冲核的质量,M=234.993470 u.,取,1 u,c,2,=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,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,3,D.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,m,1,、,m,2,、,m,3,，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,=m,1,+m,2,-m,3,C.,辐射出的,光子的能量,E=(m,3,-m,1,-m,2,)c,答案,: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=mc,2,=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,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,m,H,、,m,He,、,m,e,，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,X,1,代表的是,_,X,2,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,X,1,、,X,2,的质量数分别为,4,、,0,由电荷数守恒可知,X,1,、,X,2,的电荷数分别为,2,、,-1.,故,X,1,是,X,2,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,v,0,、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,.,