高三物理一轮复习第十二章波粒二象性原子结构原子核第2讲放射性元素的衰变核能课件.ppt

第3讲放射性元素的衰变核能,【知识梳理】知识点1原子核的组成、放射性放射性同位素射线的危害和防护1.天然放射现象:放射性元素自发地发出射线的现象,首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现,说明了_具有复杂的结构。,原子核,2.三种射线的比较:,高速,电子流,c,不偏转,最强,很弱,3.原子核的组成:(1)原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为_。质子带正电,中子不带电。(2)原子核中的两种数量关系:核电荷数=_(Z)=元素的_=核外电子数质量数(A)=_=质子数+中子数(3)X元素的原子核的符号为,其中A表示_,Z表示_。,核子,质子数,原子序数,核子数,质量数,核电荷数,4.放射性同位素的应用与保护:(1)同位素:具有相同_和不同中子数的原子核。(2)放射性同位素:有_放射性同位素和_放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同。(3)应用:消除静电、工业探伤、作_等。(4)防护:防止放射性对人体组织的伤害。,质子数,天然,人工,示踪原子,知识点2原子核的衰变、半衰期1.原子核的衰变:(1)原子核放出_,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。,粒子或粒子,(2)分类:衰变:衰变:辐射:当放射性物质连续发生衰变时,原子核中有的发生衰变,有的发生衰变,同时伴随着辐射。,(3)两个典型的衰变方程。衰变:衰变:,2.半衰期:(1)定义:放射性元素的原子核有_发生衰变所需的时间。(2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由核_自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。,半数,内部,知识点3核力、结合能、质量亏损1.核力:(1)定义:原子核内部_间特有的相互作用力。(2)核力的特点:是强相互作用的一种表现;是_力,作用范围在1.510-15m之内;每个核子只能与_发生核力作用。,核子,短程,与其相邻的核子,2.结合能:核子结合为原子核时_或原子核分解为核子时_,叫作原子核的结合能,也称核能。,释放的能量,吸收的能量,3.比结合能:(1)定义:原子核的结合能与_之比,称作比结合能,也叫平均结合能。(2)特点:不同原子核的比结合能不同,原子核的比结合能越_,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。,核子数,大,4.质能方程、质量亏损:爱因斯坦质能方程_,原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小m,这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能_。,E=mc2,E=mc2,知识点4裂变反应和聚变反应、裂变反应堆核反应方程1.重核裂变:(1)定义:_受到高能粒子的轰击而分裂成几个_的过程。,质量数较大的原子核,质量数较小的原子核,(2)特点:裂变过程中释放出_;裂变的同时能够释放出23(或更多)个_;裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式,但三分裂和四分裂概率比较小。,巨大的能量,中子,(3)典型的裂变反应方程:(4)链式反应:由重核裂变产生的_使裂变反应一代接一代继续下去的过程。,中子,(5)临界体积和临界质量:裂变物质能够发生_的最小体积及其相应的质量。(6)裂变的应用:_、核反应堆。(7)反应堆构造:核燃料、减速剂、_、防护层。,链式反应,原子弹,镉棒,2.轻核聚变:(1)定义:两轻核结合成_的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行,因此又叫_。,质量较大,热核反应,(2)特点。聚变过程放出大量的能量,平均每个核子放出的能量,比裂变反应中每个核子放出的能量大3至4倍。聚变反应比裂变反应更剧烈。对环境污染较少。自然界中聚变反应原料丰富。,(3)典型的聚变反应方程:3.人工转变:(1)卢瑟福发现质子:_。(2)查德威克发现中子:_。,【易错辨析】(1)、三种射线,射线的电离作用最强。()(2)、三种射线,射线的穿透能力最强。()(3)玻尔发现电子并提出了原子的核式结构模型。(),(4)假如有18个某种放射性元素的原子核,经过一个半衰期,一定是有9个原子核发生了衰变。()(5)衰变的电子来源于原子核外的电子。()(6)高温、高压的情况下,原子核的半衰期将会变短。()(7)爱因斯坦的质能方程反映了物质的质量就是能量,它们之间可以相互转化。(),提示:(1)。、三种射线中射线的电离本领最强。(2)。射线的穿透能力最强。(3)。卢瑟福做了粒子散射实验并提出了原子的核式结构模型,而玻尔提出了原子理论。(4)。对于半衰期是具有统计规律的,只有大量原子核才有意义。,(5)。衰变是原子核的衰变,衰变中的电子来源于原子核中的中子。(6)。放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。(7)。爱因斯坦的质能方程不能说明能量和质量之间存在相互转化的关系,只是说明一定质量的物体会有相应数量的能量,系统能量较少时,其质量也相应较少。,考点1原子核的衰变半衰期【核心要素精讲】1.衰变、衰变的比较:,2.半衰期:(1)放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,叫作这种元素的半衰期。(2)半衰期表示放射性元素衰变的快慢,不同的放射性元素其半衰期不同。(3)半衰期描述的对象是大量的原子核,不是单个原子核,这是一个统计规律。,(4)一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在无关,且加压、增温均不会改变。(5)要理解半衰期表达式中各物理量的含义,在表达式m=(m0中,m是指剩余的原子核的质量,而不是衰变的质量。,【高考命题探究】【典例1】下列有关原子结构和原子核的认识,其中正确的是世纪金榜导学号42722264()A.射线是高速运动的电子流B.氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子动能增大C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.的半衰期是5天,100克经过10天后还剩下50克,【解析】选B。射线是高速电子流,而射线是一种电磁波,选项A错误。氢原子辐射光子后,绕核运动的电子距核更近,动能增大,选项B正确。太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变,选项C错误。10天为两个半衰期,剩余的为100g=100()2g=25g,选项D错误。,【强化训练】1.(多选)天然放射性元素(钍)经过一系列衰变和衰变之后,变成(铅)。下列论断中正确的是()A.铅核比钍核少24个中子B.铅核比钍核少8个质子C.衰变过程中共有4次衰变和8次衰变D.衰变过程中共有6次衰变和4次衰变,【解析】选B、D。铅核核子数比钍核核子数少24个,而不是中子数少24个,A项错误;铅核质子数为82,钍核质子数为90,故铅核比钍核少8个质子,B项正确;钍核的衰变方程为:式中x、y分别为和的衰变次数。由质量数守恒和电荷数守恒,有4x+208=232,2x-y+82=90,联立两式得x=6,y=4,即衰变过程中共有6次衰变和4次衰变,C项错误,D项正确。,2.(多选)关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的有()A.是原子核质量减少一半所需的时间B.是原子核有半数发生衰变所需的时间C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减小放射性元素的半衰期D.可以用于测定地质年代、生物年代等,【解析】选B、D。原子核衰变后变成新核,新核与未衰变的核在一起,故半衰期并不是原子核的数量、质量减少一半,故A错误,B正确;衰变快慢由原子核内部因素决定,与原子所处的物理状态或化学状态无关,常用其测定地质年代、生物年代等,故C错误,D正确。,【加固训练】已知镭的原子序数是88,原子核质量数是226。试问:(1)镭核中有几个质子?几个中子?(2)镭核所带的电荷量是多少?(3)若镭原子呈中性,它核外有几个电子?(4)是镭的一种同位素,让以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中,它们运动的轨道半径之比是多少?,【解析】原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的。原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和。由此可得:(1)镭核中的质子数等于其原子序数,故质子数Z为88,中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差,即N=A-Z=226-88=138。,(2)镭核所带电荷量为Q=Ze=881.610-19C=1.4110-17C。(3)核外电子数等于核电荷数,故核外电子数为88。(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力,故有qvB=,故r=两种同位素具有相同的核电荷数,但质量数不同,故,答案:(1)88138(2)1.4110-17C(3)88(4)113114,考点2核反应类型与核反应方程【核心要素精讲】1.核反应的四种类型:,2.核反应过程一般是不可逆的,书写核反应方程不能用等号,只能使用单向箭头“”连接,并表示反应方向。3.核反应过程遵循质量数守恒,而不是质量守恒,核反应过程中伴随着能量的巨大变化,反应前后质量会变化,一般质量会亏损。4.核反应过程中遵循电荷数守恒原理。,【高考命题探究】【典例2】(2016全国卷)在下列描述的核过程的方程中,属于衰变的是_,属于衰变的是_,属于裂变的是_,属于聚变的是_。世纪金榜导学号42722265,【解析】原子核发生衰变会产生一个新核和He,所以选项C是衰变;原子核发生衰变会产生一个新核和e,所以A、B选项为衰变;重核被轰击后,发生裂变会产生几个质量差不多的新核,所以选项E为裂变;两个轻核结合成质量较大的核的核反应,为核聚变,所以选项F为核聚变。答案:CA、BEF,【迁移训练】,迁移1:人工核反应用中子轰击锂核（Li)发生核反应,产生氚核和粒子并放出4.8MeV的能量,则该核反应方程为_,上述反应中的质量亏损为_kg。(保留两位有效数字),【解析】由题得核反应方程为释放的能量E=4.8MeV,因E=mc2得m=8.510-30kg。答案:8.510-30,迁移2:重核裂变(多选)一个原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应,其裂变方程为则下列说法正确的是(),A.X的原子核中含有86个中子B.X的原子核中含有141个核子C.因为裂变释放能量,根据E=mc2,所以裂变后的总质量数增加D.因为裂变释放能量,出现质量亏损,所以裂变后的总质量减少,【解析】选A、D。设X的原子核中含有x个质子,质量数为y,根据电荷数和质量数守恒有:92=x+38,235+1=y+94+2,解得x=54,y=140,所以X的中子数为:y-x=86,故A正确;根据A选项的论述可知X含有质量数为140,即核子数为140,故B错误;裂变反应过程中质量数守恒,质量数不会增加,裂变过程存在质量亏损,质量不守恒,故C错误;因为裂变释放能量,出现质量亏损,所以裂变后的总质量减少,故D正确。,迁移3:轻核聚变(多选)(2017太原模拟)月球土壤里大量存在着一种叫作“氦3()”的化学元素,是核聚变的重要原料之一。科学家初步估计月球上至少有100万吨“氦3”,如果相关技术开发成功,将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦3”与“氘核()”聚变生成“氦4()”,下列说法中正确的是(),A.该核反应方程式为B.核反应生成物的质量将大于参加的反应物的质量C.该核反应出现质量亏损,释放能量D.因为“氦3”比“氦4”的比结合能小,所以“氦3”比“氦4”稳定,【解析】选A、C。该核反应方程为电荷数守恒,质量数守恒,故A正确;关于“氦3（)”与“氘核（)”聚变生成“氦4()”和质子,有大量的能量放出,根据爱因斯坦质能方程,知有质量亏损,生成物的质量小于参加的反应物的质量,故B错误,C正确;比结合能越大,原子核越稳定,故D错误。,考点3核能【核心要素精讲】1.获得核能的途径:(1)重核裂变:重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程。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临界体积。,(2)轻核聚变:某些轻核结合成质量较大的核的反应过程,同时释放出大量的核能,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。,2.核能的计算方法:(1)根据E=mc2计算核能,m的单位是kg,c的单位是m/s,E的单位是J。(2)根据E=m931.5MeV计算核能,m的单位是u,u是原子质量单位,其中1u相当于931.5MeV的能量,E的单位是MeV。,(3)根据平均结合能计算核能,原子核的结合能=平均结合能核子数。(4)可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能,此时应该注意动量、动能关系式p2=2mEk的应用。,【高考命题探究】【典例3】(多选)关于近代物理学的结论中,下面叙述中正确的是世纪金榜导学号42722266()A.比结合能越小,表示原子核中的核子结合得越牢固B.衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的,C.一个氘核(H)与一个氚核(H)聚变生成一个氦核(He)的同时,放出一个中子D.按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子总能量也减小,【思考探究】(1)比结合能_,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。(2)衰变所释放的电子是原子核内的_转化成_和_所产生。(3)根据爱因斯坦质能方程判断_和_结合成一个粒子,释放的能量。,越大,中子,质子,电子,质子,中子,【解析】选B、C。比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,A错误;衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生,B正确;根据质量数守恒和电荷数守恒知:一个氘核(H)与一个氚核(H)聚变生成一个氦核(He)的同时,放出一个中子,C正确;按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子总能量增大,D错误。,【强化训练】1.(多选)如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象,下列说法中正确的是(),A.若原子核D和E结合成F,结合过程