高考物理总复习 第15章 3讲 放射性元素的衰变 核能课件 新人教版.ppt

第三讲放射性元素的衰变核能 1 掌握原子核的组成 放射性 半衰期等 2 了解放射性同位素的应用 了解核力的特点 3 会书写核反应方程 能区分核反应的种类 能根据质能方程求解核能问题 4 了解裂变反应 聚变反应的应用 了解射线的危害和应用 一 原子核的组成1 原子核由和组成 2 具有相同的 不同的的原子互称为同位素 同位素具有的化学性质 3 物质发射射线的性质称为 放射性元素自发地放出射线的现象叫做 质子 中子 质子数 中子数 相同 放射性 天然放射现象 二 核反应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 自发 衰变 衰变和 衰变的比较 2 射线 射线是伴随着 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需要的时间 它表示放射性元素衰变的快慢 半衰期是由的性质决定的 与它所处的和无关 不同的放射性元素半衰期不同 物理状态 化学状态 元素 用n0 m0分别表示衰变前的原子核数目和质量 n m分别表示衰变后剩余原子核的数目和质量 为半衰期 t表示衰变过程所经历的时间 则n m 1 原子核发生 衰变时释放出电子 是否说明原子核内存在电子 提示 原子核发生 衰变时是一个中子转化为一个质子和电子 并不是原子核内存在电子而释放出来 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 3 居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为 链式反应 大于 2 重核的裂变能够自发进行吗 提示 不能 只能达到链式反应所需要的条件才会发生裂变 质量较大 热核反应 三 核能1 核力 核子间的作用力 其特点为短程强引力 作用范围在1 5 10 15m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 相邻 核子 结合 mc2 mc2 一 三种射线的比较1 三种射线的比较 2 用电场或磁场分离三种射线 1 用匀强电场分离时 射线偏离较小 射线偏离较大 射线不偏离 如图甲所示 2 用匀强磁场分离时 射线偏转半径较大 射线偏转半径较小 射线不偏转 如图乙所示 3 在电场中偏转轨迹是抛物线 在磁场中偏转轨迹是圆弧 友情提示 1 自然界中原子序数大于或等于83的所有元素 都能自发地放出射线 原子序数小于83的元素 个别的也具有放射性 2 天然放射现象说明原子核是有内部结构的 元素的放射性不受单质和化合物存在形式的影响 如图所示 x为未知放射源 它向右方发射放射线 p为一张厚度约为0 5mm左右的薄铝箔 铝箔右侧是一真空区域 内有较强磁场 q为荧光屏 h是观察装置 实验时 若将磁场撤去 每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化 然后将铝箔移开 则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加 则可知放射源x可能为a 和 的混合放射源b 和 的混合放射源c 和 的混合放射源d 和 的混合放射源 规范解答 将强磁场撤去 每分钟观察到荧光屏上的亮点数没有变化 说明磁场对此种射线粒子没有影响 知射到屏上的是不带电的 射线 以后将0 5mm左右的薄铝箔移开 则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加 说明除接收到 射线外 又收到了原来被铝箔p挡住的射线 而厚度为0 5mm左右的铝箔能挡住的只有 射线 所以此射线源应是 和 的混合放射源 答案 b 1 下列关于放射性元素衰变的描述 哪些是正确的 a 某核放出 粒子 粒子 粒子中的任何一种粒子 都变成一种新元素的原子核b 利用 射线的贯穿性可以为金属探伤 也能进行人体的透视c 半衰期表示放射性元素衰变的快慢 它和外界的温度 压强无关d 射线和阴极射线都是电子流 因此 射线就是阴极射线 解析 放出 粒子时原子核不变 射线对人体伤害大 不能用来进行人体透视 阴极射线是由金属原子核外层电子在电场力作用下逃离金属表面形成的 故正确答案为c 答案 c 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 友情提示 1 半衰期是大量原子核衰变时的统计规律 对个别或少数原子核 无半衰期可言 2 原子核衰变时质量数守恒 核反应过程前 后质量发生变化 质量亏损 而释放出核能 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 错源探究 对衰变及衰变规律的理解不准确而导致错误 错因分析 错解1 不明确射线的本质 误认为射线即电磁波 因而错选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原子而漏选d 答案 cd 状元笔记 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 解析 因衰变过程中原子核的质量数守恒 但是会出现质量亏损 则选项a错误 给钍加热 钍的半衰期不变 故选项c错误 答案bd 三 常见的核反应类型 规范解答 1 衰变是原子核自发地放出 或 粒子的核反应 衰变方程的特点是箭头的左边只有一个原子核 箭头的右边出现 或 粒子 聚变反应的特点是箭头的左边是两个轻核 箭头的右边是较大质量的原子核 裂变方程的特点是箭头的左边是重核与中子反应 箭头右边是中等质量的原子核 综上所述 a c正确 2 人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核 箭头的右边也是常见元素的原子核 d是查德威克发现中子的核反应方程 b是裂变反应 是研究原子弹的核反应方程 a是聚变反应 是研究氢弹的核反应方程 由电荷数守恒和质量数守恒可以判定 x质量数为144 电荷数为56 所以中子数为144 56 88 答案 1 ac 2 d b a 144 88 答案 bd 四 核能及核能的计算1 核能 1 质量亏损 组成原子核的核子总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e mc2 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 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 吸收的能量为 e mc2 2 核能的计算方法 1 根据爱因斯坦的质能方程 用核子结合成原子核时质量亏损计算 即 e mc2 2 根据1原子质量单位 u 相当于931 5兆电子伏 mev 能量 用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘以931 5mev 即注 e m 931 5mev 式中 m的单位是千克 kg e的单位是焦耳 j 式中 m的单位是指原子质量单位u 1u 1 660566 10 27kg e的单位是兆电子伏 mev 友情提示 核反应中释放的核能 在无光子辐射的情况下 将转化为生成的新核和新粒子的动能 因此在此情况下可应用动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能 方法归纳 1 在利用 e mc2求核能时 单位和计算容易出错 当 m的单位选取 u 时常用1uc2 931 5mev代入求解 2 在涉及动量问题时 亏损的质量可忽略不计 2012潍坊抽考 轨道电子俘获 也是放射性同位素衰变的一种形式 它是指原子核 称为母核 俘获一个核外电子 其内部一个质子变为中子 从而变成一个