高考物理一轮复习 第十二章 波粒二象性 原子结构 原子核 12.3 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 知识导图 相同 质子 电子数 质子数 重核 轻核 微点拨 1 对放射性的三点说明 1 贝克勒尔最早发现天然放射现象 2 原子序数大于或等于83的元素 都能自发地发出射线 原子序数小于83的元素 有的也能放出射线 3 弱相互作用是引起原子核 衰变的原因 2 核能与核反应的三点注意 1 中等大小的核的比结合能最大 平均每个核子的质量亏损最大 这些核最稳定 2 核反应堆中常用的慢化剂有石墨 重水和普通水 用镉棒控制链式反应的速度 3 与重核裂变相比 轻核聚变具有产能效率高 燃料丰富 安全 清洁的优点 慧眼纠错 1 放射性元素的放射性强度受温度 外界压强的影响 纠错 放射性元素的放射性强度不受温度 外界压强 的影响 与其所处的化学状态无关 2 三种射线中 射线的穿透能力最强 纠错 三种射线中 射线的穿透能力最 弱 电离能力最强 3 假如有1000个某种放射性元素的原子核 经过一个半衰期 有500个原子核发生了衰变 纠错 4 衰变产生的电子来自于核外电子 纠错 半衰期描述的是统计规律 只有对大量原子核才 有意义 衰变是原子核的衰变 中子向质子转变时产生 电子 5 高温 高压的情况下 放射性元素的半衰期将会变短 纠错 放射性元素衰变的快慢由原子核内部自身因素 决定 与原子所处的化学状态和外界条件无关 6 爱因斯坦的质能方程反映了物质的质量就是能量 二者可以相互转化 纠错 爱因斯坦的质能方程只是说明了质量与能量之 间存在数值关系 不能说明二者可以相互转化 考点1原子核的衰变半衰期 典题探究 典例1 2017 全国卷 一静止的铀核放出一个 粒子衰变成钍核 衰变方程为下列说法正确的是导学号04450264 a 衰变后钍核的动能等于 粒子的动能b 衰变后钍核的动量大小等于 粒子的动量大小c 铀核的半衰期等于其放出一个 粒子所经历的时间d 衰变后 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 解析 选b 根据动量守恒定律可知衰变后钍核的动量大小等于 粒子的动量大小 b正确 根据ek 可知衰变后钍核的动能小于 粒子的动能 a错误 半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间 c项错误 衰变后质量亏损 因此 粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量 d项错误 通关秘籍 1 衰变 衰变的比较 2 衰变次数的确定方法 1 确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律 设放射性元素x经过n次 衰变和m次 衰变后 变成稳定的新元素y 则表示该核反应的方程为根据质量数守恒和电荷数守恒可列 a a 4nz z 2n m由以上两式联立解得由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组 2 因为 衰变对质量数无影响 可先由质量数的改变确定 衰变的次数 然后根据衰变规律确定 衰变的次数 3 对半衰期的理解 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 考点冲关 1 多选 2018 济南模拟 核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少 我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设 核泄漏中的钚 pu 是一种具有放射性的超铀元素 它可破坏细胞基因 提高患癌症的风险 已知钚的一种同位素pu的半衰期为24100年 其衰变方程为下列有关说法正确的是 a x原子核中含有92质子b 100个pu经过24100年后一定还剩余50个c 由于衰变时释放巨大能量 根据e mc2 衰变过程总质量增加d 衰变发出的 射线是波长很短的光子 具有很强的穿透能力 解析 选a d 根据电荷数守恒 质量数守恒知 x的电荷数为92 质量数为235 则有92质子 故a项正确 半衰期具有统计规律 对大量的原子核适用 故b项错误 由于衰变时释放巨大能量 根据e mc2 衰变过程总质量减小 故c项错误 衰变发出的 射线是波长很短的光子 具有很强的穿透能力 故d项正确 2 2018 潍坊模拟 14c是碳元素的一种具有放射性的同位素 其半衰期约为5700年 在某次研究中 测得考古样品中14c的含量大约是鲜活生命体中14c含量的 则样品生活的年代约是 a 11400年前b 17100年前c 22800年前d 45600年前 解析 选b 设原来14c的质量为m0 衰变后剩余质量为m 则有 m m0 其中n为发生半衰期的次数 由题意可知剩余质量为原来的 故n 3 所以死亡时间为 3 5700 17100年 故a c d项错误 b项正确 加固训练 关于天然放射线性质的说法正确的是 a 射线就是中子流b 射线有较强的穿透性c 射线是高速电子流d 电离本领最强的是 射线 解析 选c 射线是高频率的电磁波 它是伴随 或 衰变放出的 故a项错误 三种射线中穿透能力最强的是 射线 射线穿透能力最弱 一张厚的黑纸就可以挡住 射线 电离能力最强的是 射线 射线电离能力最弱 故b d项错误 是原子核内的中子变为质子时放出的电子 是高速的电子流 故c项正确 考点2核反应类型与核反应方程 典题探究 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 导学号04450265 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 人工核反应下面列出的是一些核反应方程 其中 a x是正电子 y是质子b x是中子 y是正电子c x是中子 y是质子d x是质子 y是中子 解析 选c 根据质量数和电荷数守恒可得 x是中子y是质子h 故a b d项错误 c项正确 迁移2 重核裂变 2018 济宁模拟 铀核裂变的产物是多样的 一种典型的铀核裂变的核反应方程是则下列叙述正确的是 a x原子核中含有86个中子b x原子核中含有144个核子c 因为裂变时释放能量 出现质量亏损 所以裂变后的总质量数减少d 因为裂变时释放能量 出现质量亏损 所以裂变后的总质量数增加 解析 选b 根据质量数守恒 则x的质量数 m 235 1 89 3 144 可知x原子核中含有144个核子 根据核电荷数守恒 得 z 92 36 56 所以x中的中子数 n m z 144 56 88 可知x原子核中含有88个中子 故a项错误 b项正确 在核反应的过程中 质量数是守恒的 总质量数既不减小 也不增加 故c项错误 d项错误 迁移3 轻核聚变 2018 洛阳模拟 我国最新一代核聚变装置 east 在安徽合肥首次放电 显示了east装置具有良好的整体性能 使等离子体约束时间达1000s 温度超过1亿摄氏度 这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平 合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆 截面核聚变实验装置并能实际运行的地方 核聚变的主要原料是氘 在海水中含量极其丰富 已知氘核的质量为m1 中子的质量为m2 he的质量为m3 质子的质量为m4 则下列说法中正确的是 a 两个氘核聚变成一个he所产生的另一个粒子是质子b 两个氘核聚变成一个he所产生的另一个粒子是电子c 两个氘核聚变成一个he所释放的核能为 2m1 m3 m4 c2d 两个氘核聚变成一个he所释放的核能为 2m1 m3 m2 c2 解析 选d 根据核反应过程中质量数和电荷数守恒 可以写出该聚变反应方程式 则两个氘核聚变成一个he所产生的另一个粒子是中子 故a b项错误 根据核反应方程可知质量亏损 m 2m1 m3 m2 根据爱因斯坦质能方程e mc2 可得两个氘核聚变成一个he所释放的核能为 2m1 m3 m2 c2 故c项错误 d项正确 通关秘籍 1 核反应的四种类型 2 核反应方程式的书写规范 1 熟记常见基本粒子的符号 是正确书写核反应方程的基础 如质子 2 掌握核反应方程遵守的规律 是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据 由于核反应不可逆 所以书写核反应方程式时只能用 表示反应方向 3 核反应过程中质量数守恒 电荷数守恒 注意 质量数守恒不是质量守恒 核反应过程中伴随着能量的释放 反应前后质量会变化 一般质量会亏损 考点3核能及其计算 典题探究 典例3 2017 全国卷 大科学工程 人造太阳 主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电 氘核聚变反应方程是已知h的质量为2 0136u he的质量为3 0150u n的质量为1 0087u 1u 931mev c2 氘核聚变反应中释放的核能约为导学号04450266 a 3 7mevb 3 3mevc 2 7mevd 0 93mev 解析 选b 氘核聚变反应的质量亏损 m 2m氘 m氦 mn 0 0035u 则该反应释放的核能为 e m 931mev 3 2585mev 3 3mev 通关秘籍 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 m 931 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 考点冲关 1 2018 衡水模拟 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 导学号04450267 a 核反应方程是b 聚变反应中的质量亏损 m m3 m1 m2c 辐射出的 光子的能量e m3 m1 m2 cd 光子的波长 解析 选d 根据电荷数守恒 质量数守恒知 该核反应方程为 故a项错误 聚变反应中的质量亏损 m m1 m2 m3 根据爱因斯坦质能方程知 辐射的光子能量 e mc2 m1 m2 m3 c2 故b c项错误 根据 e h得 波长 故d项正确 2 2018 庆阳模拟 一个质子和两个中子聚变为一个氚核 已知质子质量mh 1 0073u 中子质量mn 1 0087u 氚核质量m 3 0180u 1 写出聚变方程 2 释放出的核能多大 3 平均每个核子释放的能量是多大 解析 1 根据电荷数守恒 质量数守恒可知 核反应方程式为 2 该核反应中质量亏损 m 1 0073u 2 1 0087u 3 0180u 0 0067u 则释放的核能 e mc2 0 0067 931mev 6 24mev 3 平均每个核子释放的能量 e 2 08mev 答案 1 见解析 2 6 24mev 3 2 08mev 加固训练 在某些恒星内部 3个 粒子可以结合成一个c核 已知c核的质量为m1 1 99302 10 26kg 粒子的质量为m2