（广西专用）高考物理一轮复习 15.2天然放射现象 衰变 核能课件 新人教版.ppt

第2讲天然放射现象衰变核能 考点1原子核的组成天然放射现象 射线衰变半衰期 1 原子核的组成 1 组成 原子核由和组成 质子和中子统称为 2 符号 常用符号是 z为 a为 3 关系 核电荷数 质量数 a 质子 中子 核子 质子数 质量数 质子数 z 元素的原子序数 核外电子数 核子数 质子数 中子数 2 天然放射现象 1 概念 放射性元素放出射线的现象 1896年 法国物理学家发现此现象 2 意义 该现象的发现说明原子核是有的 人们认识原子核的结构是从开始的 自发地 贝克勒尔 内部结构 天然放射性 3 原子核的衰变 1 概念 原子核自发释放出某种而转变为新核的变化 2 规律 守恒和守恒 3 衰变方程 衰变 衰变 4 半衰期 概念 放射性元素的原子核有所需的时间 特点 半衰期的大小由放射性元素的因素决定 跟原子所处的状态无关 粒子 质量数 电荷数 半数发生衰变 原子核自身 1 三种射线 2 衰变的实质 1 衰变 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 即 2 衰变 中子转化为质子和电子 即3 半衰期公式 t表示衰变时间 表示半衰期 1 原子核数目公式 2 原子核质量公式 4 确定 衰变次数的两个原则 1 衰变前后质量数守恒 2 衰变前后核电荷数守恒 2011 重庆高考 核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137 碘131的半衰期约为8天 会释放 射线 铯137是铯133的同位素 半衰期约为30年 发生衰变时会辐射 射线 下列说法正确的是 a 碘131释放的 射线由氦核组成b 铯137衰变时辐射出的 光子能量小于可见光光子能量c 与铯137相比 碘131衰变更慢d 铯133和铯137含有相同的质子数 解析 选d 射线是高速运动的电子流 不是氦原子核 a错误 射线的频率大于可见光的频率 根据e h 可知 射线光子能量大于可见光光子能量 故b错 半衰期越短 衰变越快 故c错 铯133和铯137都是铯元素 是质子数相同而中子数不同的同位素 所以d正确 考点2核反应方程原子核的人工转变重核的裂变轻核的聚变 1 核反应 原子核在其他粒子的轰击下产生的过程 常见的核反应分为 等几种类型 2 原子核的人工转变 1 用人工的方法使一种原子核变成的变化 新原子核 衰变 人工转变 重核裂变 轻核聚变 另一种原子核 2 人工转变三大发现 1919年卢瑟福发现质子的核反应方程 1932年查德威克发现中子的核反应方程 放射性同位素发现 1934年 约里奥 居里夫妇 的核反应方程 3 重核的裂变 分裂成 释放出的反应 典型的重核裂变是铀235的裂变 其核反应方程为 1 2 4 轻核的聚变 轻核结合成质量较大的核 释放出核能的反应 典型的轻核聚变是氘核和氚核的聚变 其核反应方程为 重核 质量较小的核 核能 1 质子和中子的相互转化 1 中子转化为质子的方程 2 质子转化为中子的方程 2 核反应的四种类型比较 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 自发 衰变 自发 人工转变 人工控制 卢瑟福发现质子 查德威克发现中子 约里奥 居里夫妇发现放射性同位素 衰变 类型 可控性 核反应方程典例 重核裂变 比较容易进行人工控制 轻核聚变 除氢弹外无法控制 2012 海淀模拟 一个原子核在中子的轰击下发生一种可能的核反应为则下列叙述中正确的是 a 该反应是核聚变反应b x原子核中含有140个质子c 该核反应是太阳中进行的主要核反应d 虽然该反应出现质量亏损 但反应前后的原子核总质量数不变 解析 选d 该反应是核裂变反应 故a错 由电荷守恒可知 x原子核中的质子数为z 92 38 54 故b错 在太阳中进行的核反应是聚变反应 故c错 核的裂变反应质量出现亏损 根据质量数守恒知 核裂变反应前后的原子核总质量数不变 故d正确 考点3核能质量亏损爱因斯坦的质能方程 1 核能 中释放出的能量 2 质量亏损 在核反应中 反应前的质量之和与反应后的质量之和的差 3 爱因斯坦质能方程 e m是物体的质量 c是真空中的光速 当物体的质量变化 m时 对应的能量变化为 e 核反应 所有核及粒子 新核及粒子 mc2 mc2 1 质能方程的本质 1 质能方程揭示了质量和能量的不可分割性 并建立了这两个属性在数值上的正比关系 这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒 质量和能量在量值上的关系绝不能理解为两者之间可以相互转化 2 质量亏损不是否定了质量守恒定律 核反应生成的 射线静质量为零 但动质量不为零 且亏损的质量都是以能量的形式辐射出去的 2 核能的计算方法 1 若采用国际单位制 根据 e mc2 m的单位是 kg c的单位是 m s 则 e的单位是 j 2 若 m的单位取原子质量单位 u 由1u 1 6606 10 27kg 可算得1u相当于931 5mev的能量 则核能 e m 931 5mev e的单位是 mev 1ev 1 60 10 19j 2012 太原模拟 下列说法中错误的是 a 卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程 b 原子核的质量大于组成它的核子的质量之和 这个现象叫做质量亏损c 质子 中子 粒子的质量分别为m1 m2 m3 质子和中子结合成一个 粒子 释放的能量是 2m1 2m2 m3 c2d 在原子核反应中 反应前后质子数 中子数 电子数都是守恒的 解析 选b d 卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为故a正确 质量亏损就是在核反应中 反应前所有核及粒子的质量之和与反应后新核及粒子的质量之和的差 故b错 质子和中子结合成一个 粒子的核反应方程为 因此 质量亏损为2m1 2m2 m3 释放的核能为 2m1 2m2 m3 c2 故c正确 由于核反应遵守质量数和核电荷数守恒 不涉及电子守恒问题 故d错 核反应方程式的书写 例证1 2011 北京高考 表示放射性元素碘衰变的方程是 a b c d 解题指南 解答本题时应把握以下两点 1 在原子核衰变过程中 质量数守恒 电荷数守恒 2 射线是原子核放出的高速电子流 自主解答 选b 碘原子核内一个中子放出一个电子 变成一个质子 质量数没有发生变化 核电荷数增加1 所以生成54号元素放出一个电子 故a c d错 b正确 总结提升 核反应方程式的书写 1 书写核反应方程的依据是质量数守恒和电荷数守恒 2 必须以核反应的事实为依据 不能仅仅根据两个守恒随意杜撰现实中不存在的核反应方程 3 核反应通常是不可逆的 方程中只能用箭头 连接并指示反应方向 而不能用 连接 变式训练 下列各核反应方程中 符号 x 表示中子的是 a b c d 解析 选a 根据核反应过程中质量数和电荷数守恒知 a选项中的x为a正确 b选项中的x为b错 c选项中的x为c错 d选项中的x为d错 半衰期的有关计算 例证2 2011 天津高考 8分 当今医学影像诊断设备pet ct堪称 现代医学高科技之冠 它在医疗诊断中 常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子 碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得 同时还产生另一粒子 试写出核反应方程 若碳11的半衰期 为20min 经2 0h剩余碳11的质量占原来的百分之几 结果取2位有效数字 解题指南 写核反应方程时应注意质量数守恒和核电荷数守恒 并注意理解半衰期的含义 规范解答 核反应方程为 4分 设碳11原有质量为m0 经过t1 2 0h剩余的质量为m 根据半衰期定义有 4分 答案 1 6 总结提升 涉及半衰期计算的规范求解1 一般解题步骤 1 确定放射性物质剩余量与原有量的关系 2 确定衰变时间与半衰期的倍数关系 3 根据半衰期公式建立方程 2 应注意的问题 1 半衰期公式中是剩余量与原有量的关系 不是衰变量与原有量的关系 2 计算时衰变时间与半衰期要统一单位 变式训练 2011 山东高考 碘131核不稳定 会发生 衰变 其半衰期为8天 1 碘131核的衰变方程 衰变后的元素用x表示 2 经过天75 的碘131核发生了衰变 解析 1 由质量数和电荷数守恒知 2 由放射性元素剩余量和原有量的关系可得 解得t 16天 答案 1 2 16 变式备选 2010 福建高考 14c测年法是利用14c衰变规律对古生物进行年代测定的方法 若以横坐标t表示时间 纵坐标m表示任意时刻14c的质量 m0为t 0时14c的质量 下面四幅图中能正确反映14c衰变规律的是 解析 选c 由公式m m0 t 并结合数学知识可知a b d错 c正确 核反应中释放核能的计算 例证3 2012 赣州模拟 随着我国综合国力的不断增强 相信在不远的将来 我国会拥有自己制造的航空母舰 假设航空母舰的动力来自核反应堆 其中主要的核反应方程式是 1 在括号内填写前的系数 2 用m1 m2 m3分别表示核的质量 m表示中子的质量 则上述反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能 e是多少 3 假设核反应堆的功率p 6 0 105kw 若一个铀235核裂变产生的能量为2 8 10 11j 则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少kg铀235 铀235的摩尔质量m 0 235kg mol 一个月约为t 2 6 106s 阿伏加德罗常数na 6 0 1023mol 1 计算结果保留两位有效数字 解题指南 解答本题时应把握以下三点 1 能正确地写出核反应方程式 2 能建立铀核的质量 摩尔质量及原子核个数的关系 3 注意能量的单位是j还是mev 自主解答 1 根据核反应方程中电荷数守恒和质量守恒 可知中子的系数为3 2 核反应前的质量为m1 m 反应后的质量为m2 m3 3m 质量亏损为 m m1 m m2 m3 3m m1 m2 m3 2m根据爱因斯坦质能方程得 e mc2 m1 m2 m3 2m c2 3 一个月内核反应产生的总能量为e pt 由于则解得 答案 1 3 2 m1 m2 m3 2m c2 3 22kg 总结提升 解答本题的关键有两个方面 一个是能根据质量数守恒和电荷数守恒 正确地写出核反应方程式 另一个是能根据铀核的质量求出铀核的原子个数 建立核反应堆功率与铀核释放能量的关系式 在解答本题时易犯错误具体分析如下 变式训练 我国自行研制了可控热核反应实验装置 超导托卡马克 英文名称 east 俗称 人造太阳 设可控热核实验反应前氘核 的质量为m1 氚核 的质量为m2 反应后氦核 的质量为m3 中子 的质量为m4 已知光速为c 下列说法中不正确的是 a 这种装置中发生的核反应方程式是b 由核反应过程质量守恒可知m1 m2 m3 m4 c 核反应放出的能量等于 m1 m2 m3 m4 c2d 这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同 解析 选b 由核反应中质量数和核电荷数守恒知 a中核反应正确 该反应为聚变反应 有质量亏损 故b错 又由 e mc2 得c对 我国大亚湾核电站中的核反应为重核裂变 d正确 题目要求选不正确的 故选b 例证 2012 崇明模拟 如图为查德威克实验示意图 由天然放射性元素钋 po 放出的 射线轰击铍时会产生粒子流a 用粒子流a轰击石蜡时会打出粒子流b 经研究知道 a a为中子 b为质子b a为质子 b为中子c a为 射线 b为中子d a为中子 b为 射线 规范解答 选a 查德威克发现中子的实验是用由po产生的 射线轰击铍 从铍中打出中子 中子再轰击石蜡 打出了质子 因此b c d错 a正确 1 2011 上海高考 天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示 由此可推知 a 来自于原子核外的电子b 的电离作用最强 是一种电磁波c 的电离作用较强 是一种电磁波d 的电离作用最弱 属于原子核内释放的光子 解析 选d 从穿透能力上看 能穿透铝板进入铅版 必然是 射线 射线是原子核内发出的高频光子 属于电磁波 电离作用弱 故c错 d正确 能穿透纸板进入铝板 必然是 射线 是原子核内发射出的电子流 故a错 纸板能够挡住 则 是 射线 它的电离作用最强 但它是氦的原子核 不是电磁波 故b错 2 2012 大连模拟 朝核危机 引起全球瞩目 其焦点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 这种钚239可由铀239 经过n次 衰变而产生 则n为 a 2b 239c 145d 92 解析 选a 经过1次 衰变核电荷数增加1 故n 2 则a正确 3 1938年哈恩用中子轰击铀核 发现产物中有原子核钡 ba 氪 kr 中子和一些 射线 下列关于这个实验的说法正确的是 a 这个实验的核反应方程是b 实验中产生 射线 其穿透能力极强 比x射线还强很多倍c 这个反应中释放出的能量可以用爱因斯坦的光电效应方程来计算d 这是一个核裂变过程 反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和 解析 选b 哈恩和他的助手发现的铀核裂变的核反应方程是 a选项没有配平 故a错 实验中产生 射线是高频电磁波 其穿透能力极强 比x射线强多了 故b正确 铀核裂变释放的能量可由爱因斯坦质能方程求出 故c错 这个裂变反应会出现质量亏损 故d错 4 2011 海南高考 2011年3月11日 日本发生九级大地震 造成福岛核电站的核泄漏事故 在泄漏的污染物中含有131i和137cs两种放射性元素 它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射 在下列四