【步步高】高考物理大一轮 第十三章 第4课时 原子核　核反应与核能 新人教版选修35.doc

第4课时原子核核反应与核能导学目标 1.掌握原子核的组成、放射性、半衰期、放射性同位素的应用等基本问题.2.会书写核反应方程，能区分核反应的种类和根据质能方程求解核能问题.3.了解裂变反应、聚变反应的特点与应用，射线的危害与应用一、天然放射现象、原子核的组成 基础导引1用符号表示以下原子核：(1)铀238；(2)有6个中子的碳原子核；(3)质量数为14的碳原子核；(4)电荷数为8、质量数为17的氧原子核；(5)粒子2说出以下原子核的质子数、中子数：(1)k；(2)cu；(3)rn.知识梳理1天然放射现象(1)天然放射现象元素_地放出射线的现象，首先由_发现天然放射现象的发现，说明_还具有复杂的结构(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫_具有放射性的元素叫_2原子核(1)原子核的组成原子核由_和_组成，质子和中子统称为_原子核的核电荷数_数，原子核的质量数_.x元素原子核的符号为x，其中a表示_，z表示_(2)同位素：具有相同_、不同_的原子，因为在元素周期表中的_相同，同位素具有相同的_性质二、核反应基础导引1写出下列各放射性元素的衰变方程：(1)th(钍核)；(2)cu(铜核)2写出下列各放射性元素的衰变方程：(1)bi(铋核)；(2)po(钋核)3.u(铀核)衰变为rn(氡核)要经过_次衰变，_次衰变4已知钍234的半衰期是24天，1 g钍经过120天后还剩多少？5完成下列核反应方程(1)fheh()；(2)b()nn；(3)nn()h.知识梳理1衰变原子核_地放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的_放射性元素衰变时放出的射线共有三种：_射线，_射线和_射线(1)按照衰变时放出粒子的不同又分为衰变和衰变衰变和衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变方程xy_x mz1y_衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子2h2nhe nhe衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(2)射线：射线经常是伴随着衰变或衰变同时产生的其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子(3)半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，它表示放射性元素衰变的快慢2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典型核反应：(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为：_.(2)查德威克发现中子的核反应方程为：behe6cn.(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：_.psie.3核裂变和核聚变(1)重核裂变重核裂变：是重核分裂成中等质量的核的反应过程如：92un56bakr_n.由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为_，发生链式反应的条件是：裂变物质的体积_临界体积裂变的应用：原子弹、核反应堆(2)轻核聚变聚变是两个轻核结合成_的核的反应过程如：hhhe_17.6 mev使核发生聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫_4核反应方程式遵循的规律(1)质量数守恒(2)电荷数守恒三、核力与核能基础导引已知ra，rn，he的原子质量分别是226.025 4 u，222.017 5 u，4.002 6 u求出ra在衰变rarnhe中放出的能量(以电子伏特为单位)知识梳理1核力：核子间的作用力核力是短程强引力，作用范围在1.51015 m之内，只在_的核子间发生作用2核能：_结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的_能，亦称核能3质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程e_，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_.考点一原子核的衰变、半衰期考点解读1确定衰变次数的方法(1)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xynhem01e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程aa4n，zz2nm(2)确定衰变次数，因为衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定衰变的次数，然后再根据衰变规律确定衰变的次数2对半衰期的理解(1)根据半衰期的概念，可总结出公式n余n原()t/，m余m原()t/式中n原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，n余、m余表示衰变后剩余的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，表示半衰期(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关特别提醒近几年高考中多次考到半衰期的理解与计算典例剖析例1(1)(2011浙江理综15)关于天然放射现象，下列说法正确的是 ()a射线是由氦原子核衰变产生b射线是由原子核外电子电离产生c射线是由原子核外的内层电子跃迁产生d通过化学反应不能改变物质的放射性(2)(2011山东理综38(1)碘131核不稳定，会发生衰变，其半衰期为8天碘131核的衰变方程：53i_(衰变后的元素用x表示)经过_天有75%的碘131核发生了衰变跟踪训练1一个氡核rn衰变成钋核po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rn衰变成po的过程放出的粒子是 ()a0.25 g，粒子 b0.75 g，粒子c0.25 g，粒子 d0.75 g，粒子考点二核反应方程及反应类型考点解读核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发92u90thhe衰变自发90th91pae人工转变人工控制7nhe8oh(卢瑟福发现质子)hebe6cn(查德威克发现中子)a1hepn约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子psie重核裂变比较容易进行人工控制92un56bakr3n92un54xesr10n轻核聚变除氢弹外无法控制hhhen特别提醒1.核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接2核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程3核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒典例剖析例2(2011海南单科19(1)2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故在泄漏的污染物中含有131i和137cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射在下列四个式子中，有两个能分别反映131i和137cs的衰变过程，它们分别是_和_(填入正确选项前的字母).131i和137cs原子核中的中子数分别是_和_ax1ban bx2xeecx3bae dx4xep思维突破1电荷数守恒和质量数守恒是正确书写核反应方程式的关键2熟记几种核反应类型的基本概念跟踪训练2(2010广东理综18)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有 ()a. u90thhe是衰变b. 7nhe8oh 是衰变c.hhhen 是轻核聚变d.sekr201e 是重核裂变考点三核力与核能的计算考点解读1核力(1)含义：原子核里的核子间存在互相作用的核力，核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核(2)特点：核力是强相互作用的一种表现；核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内因此每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用2核能(1)质量亏损：组成原子核的核子质量与原子核的质量之差(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emc2.方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其能量也要相应减少，即emc2；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，吸收的能量为emc2.典例剖析例3假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是2.013 6 u，中子的质量是1.008 7 u，氦核同位素的质量是3.015 0 u.(1)聚变的核反应方程式是_，在聚变核反应中释放出的能量为_ mev.(保留两位有效数字)(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为hheli，已知各核子比结合能分别为eh1.112 mev、ehe7.075 mev、eli5.603 mev，试求此核反应过程中释放的核能思维突破1.核能的计算方法(1)根据emc2计算，计算时m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，e的单位是“j”(2)根据em931.5 mev计算因1原子质量单位(u)相当于931.5 mev的能量，所以计算时m的单位是“u”，e的单位是“mev”(3)根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能核子比结合能核子数2利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算跟踪训练3(2010北京理综15)太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少太阳每秒钟辐射出的能量约为41026 j，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近 ()a1036 kg b1018 kg c1013 kg d109 kg考点四核能与动量守恒的综合性问题典例剖析例4钚的放射性同位素94pu静止时衰变为铀核激发态92u*和粒子，而铀核激发态92u*立即衰变为铀核92u，并放出能量为0.097 mev的光子已知：94pu、92u和粒子的质量分别为mpu239.052 1 u、mu235.043 9 u和m4.002 6 u,1 u的质量相当于931.5 mev的能量(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求粒子的动能思维突破1先求质量亏损2用emc2计算释放的核能3注意核衰变后，新核不只是能量守恒，动量也守恒跟踪训练4如图1所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核发生某种衰变后，释放出来的粒子和反冲核在磁场中运动的轨迹，可以判断 ()图1a原子核发生衰变b原子核发生衰变c大圆是释放粒子的运动轨迹，小圆是新核的运动轨迹d大圆是新核的运动轨迹，小圆是释放粒子的运动轨迹19.对衰变及衰变规律的理解不准确造成失误例5目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些材料都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性元素的说法中正确的是 ()a射线与射线一样都是电磁波，但穿透本领远比射线弱b氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核c.u衰变成pb要经过6次衰变和8次衰变d放射性元素发生衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的误区警示错解1：不明确射线的本质，误认为射线即电磁波，错选a.错解2：不理解半衰期是统计规律，只有对大量原子核才成立，因而错选b.错解3：不清楚衰变产生的本质原因，以为是原子核内本来就有电子而漏选d.正确解析射线是电子流，射线才是电磁波，选项a错；半衰期的意义只有对大量原子核才成立，选项b错；u衰变成pb，质量数减少了32，因此发生了32/48次衰变，衰变8次则核电荷数要减少16，实际核电荷数减少10，因此发生了16106次衰变，c正确；衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，d正确答案cd正本清源对于衰变，要记住以下三点：(1)三种射线的产生、本质和特性；(2)半衰期只对大量原子核才有意义；(3)衰变次数的计算顺序是先算衰变后算衰变.跟踪训练5(2010上海物理4)某放射性元素经过11.4天有7/8的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为 () a11.4天 b7.6天 c5.7天 d3.8天a组半衰期及三种射线1(2011上海单科7)在存放放射性元素时，若把放射性元素置于大量水中；密封于铅盒中；与轻核元素结合成化合物则 ()a措施可减缓放射性元素衰变b措施可减缓放射性元素衰变c措施可减缓放射性元素衰变d上述措施均无法减缓放射性元素衰变2目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出、射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是 ()a氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就剩下一个原子核了b衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的c射线一般伴随着或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱d发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4b组核反应方程3(2011北京理综13)表示放射性元素碘131(53i)衰变的方程是 ()a. isbhe b. ixeec. iin d. iteh4(2010全国卷14)原子核92u经放射性衰变变为原子核th，继而经放射性衰变变为原子核pa，再经放射性衰变变为原子核92u.放射性衰变、和依次为 ()a衰变、衰变和衰变 b衰变、衰变和衰变c衰变、衰变和衰变 d衰变、衰变和衰变c组核能5太阳内部持续不断地发生着4个质子(h)聚变为1个氦核(he)的热核反应，核反应方程是4hhe2x，这个核反应释放出大量核能已知质子、氦核、x的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是 ()a方程中的x表示中子(n)b方程中的x表示电子(e)c这个核反应中质量亏损m4m1m2d这个核反应中释放的核能e(4m1m22m3)c262010年上海世博会太阳能应用技术引领了世界太阳能屋顶、太阳能幕墙、太阳能汽车、太阳能动态景观科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部4个氢核(h)转化成一个氦核(he)和两个正电子(e)并放出能量已知质子质量mp1.007 3 u，粒子的质量m4.001 5 u，电子的质量me0.000 5 u，1 u的质量相当于931.5 mev的能量(1)写出该热核反应方程；(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少mev的能量？(结果保留四位有效数字)课时规范训练(限时：45分钟)一、选择题1关于天然放射现象，以下叙述正确的是 ()a若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小b衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产