高考物理复习 高效学习方略 144 放射性元素的衰变 核能课件.ppt

一 天然放射现象1 天然放射现象 发现天然放射现象 揭开了人类研究原子核结构的序幕 通过对无数放射现象的研究 人们发现 原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性 原子序数小于83的天然存在的元素有些也有放射性 它们放射出来的射线共有3种 贝可勒尔 2 3种射线 1 射线 速度为光速1 10的 贯穿作用弱 电离作用 2 射线 速度约为光速99 的 贯穿作用 电离作用 3 射线 速度为光速的 波长极短的电磁波 贯穿作用 电离作用 很强 氦核流 电子流 很强 较弱 光子流 最强 很弱 原子核的人工转变使人们推知原子核的组成 由质子和中子组成 核电荷数 质子数 质量数 质子数 中子数 原子核反应遵守和守恒 质量数 电荷数 三 原子核的衰变1 原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化 有 衰变 衰变和 衰变 2 半衰期 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定 跟原子所处的或无关 物理状态 化学状态 四 核能1 核力 核子之间的作用力 2 核能 由于原子核中的核子间存在强大的核力 使得原子核成为一个坚固的集合体 要把原子核中的核子拆散 就得克服核力而做巨大的功 反之 要把核子集合成一个原子核 就要放出巨大的能量 单个核子结合成原子核或原子核分裂成单个核子 放出或吸收的能量叫做原子核的 结合能 相邻 3 质能方程 1 质量亏损 组成原子核的核子的质量和与原子核的质量之差叫质量亏损 2 质能方程 一定的能量和一定的质量相联系 物体的能量和它的质量成正比 即 e mc2 4 核能的计算 根据1原子质量单位 u 相当于能量 用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931 5mev 即 e m 931 5mev 注意 该式中 m的单位是u e的单位是mev 931 5mev 中等质量 质量较大 1 如图所示 x为未知的放射源 l为薄铝片 计数器对 粒子 粒子 光子均能计数 若在放射源和计数器之间加上l后 计数器的计数率大幅度减小 在l和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场 计数器的计数率不变 则x可能是 a 和 的混合放射源b 纯 放射源c 和 的放射源d 纯 放射源 解析c放射源和计数器之间加上铝片后 计数器的计数率大幅度减小 说明射线中有穿透力很弱的粒子 即 粒子 在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场 计数器的计数率不变 说明穿过铝片的粒子中无带电粒子 故只有 射线 因此放射源可能是 和 的放射源 2 关于放射性同位素应用的下列说法正确的是 a 放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电 因此达到了消除有害静电的目的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 用放射线照射作物种子能使其dna发生变异 其结果一定是成为更优秀的品种d 用 射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量 以免对人体正常组织造成太大的危害 解析d消除静电是利用了放射线的电离作用 a项错 射线贯穿本领很强 对人体细胞伤害太大不能用于透视 b项错 作物发生dna突变不一定都是优秀的 还需经过筛选才能培育优秀品种 c项错 用 射线治疗肿瘤对人体有副作用 一定要严格控制剂量 d项正确 解析aca项中反应前 后电荷数和质量数分别满足6 6 0 9 4 12 1 即x的电荷数为0 质量数为1 即为中子 a正确 同理 c正确 4 为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程e mc2 科学家用中子轰击硫原子 分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的能量 然后进行比较 精确验证了质能方程的正确性 设捕获中子前的原子质量为m1 捕获中子后的原子质量为m2 被捕获的中子质量为m3 核反应过程放出的能量为 e 则这一实验需验证的关系式是 a e m1 m2 m3 c2b e m1 m3 m2 c2c e m2 m1 m3 c2d e m2 m1 m3 c2 解析b反应前的质量总和为m1 m3 质量亏损 m m1 m3 m2 核反应释放的能量 e m1 m3 m2 c2 选项b正确 要点一天然放射现象 原子核的衰变1 天然放射现象 三种射线 1 天然放射现象 放射性元素自发地发出射线的现象 首先由贝可勒尔发现 天然放射现象的发现 说明原子核具有复杂的结构 2 三种射线的比较 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 有的也能放出射线 2 天然放射现象说明原子核是有内部结构的 元素的放射性不会因单质和化合物存在形式而受到影响 2 原子核的衰变 1 衰变 原子核自发地放出某种粒子而转变成新核的变化 可分为 衰变 衰变 并伴随着 射线的放出 2 衰变 衰变的比较 3 衰变 衰变是伴随着 衰变和 衰变同时发生的 其实质是放射性原子核在发生 衰变或 衰变时 产生的某些新核由于所处的能级过高 在向低能级跃迁的过程中放出 射线 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 方法二 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 然后再根据衰变规律确定 衰变的次数 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 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 例1 2011 山东理综 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 i 衰变后的元素用x表示 2 经过 天有75 的碘131核发生了衰变 2 2010 上海 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 a 11 4天b 6天c 5 7天d 3 8天 答案 1 a 2 d 要点二核反应的四种类型 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 是发现中子的核反应方程 是研究原子弹的基本核反应方程 是研究氢弹的基本核反应方程 求b中x的质量数和中子数 解析 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两项正确 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项是查德威克发现中子的核反应方程 b项是裂变反应 是研究原子弹的核反应方程 a项是聚变反应 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 dba 质量数144 中子数88 解析根据核反应方程遵循的基本规律 正确书写方程 还要注意衰变 人工转变 裂变 聚变的区别 1 e是查德威克发现中子的核反应方程 a是氢弹的核反应方程 b是原子弹的核反应方程 2 由电荷数守恒和质量数守恒 可以判定x质量数为140 电荷数为54 所以 中子数为 140 54 86 3 衰变是原子核自发地放出 粒子或 粒子的反应 c是 衰变 d是 衰变 e是人工控制的原子核的变化 属于人工转变 裂变是重核吸收中子后分裂成几个中等质量的核的反应 b是裂变 聚变是几个轻核结合成较大质量的核的反应 a是聚变 答案 1 ea b 2 14086 3 见解析 要点三核子 核力与核能1 核子 原子核由质子和中子组成 质子和中子统称为核子 2 核力 1 含义 原子核里的核子间存在互相作用的核力 核力把核子紧紧地束缚在核内 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 作用范围是1 5 10 15m之内 每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用 3 核能 1 结合能 把构成原子核的结合在一起的核子分开所需的能量 2 比结合能 定义 原子核的结合能与核子数之比称做比结合能 也叫平均结合能 特点 不同原子核的比结合能不同 原子核的比结合能越大 表示原子核中核子结合得越牢固 原子核越稳定 3 质量亏损 组成原子核的核子质量与原子核的质量之差 4 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 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 根据 e mc2计算核能时 若 m以千克为单位 c 代入3 108m s e的单位为 j 若 m以 u 为单位 则由1uc2 931 5mev得 e m 931 5mev 例 关于半衰期 以下说法正确的是 a 同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长b 升高温度可以使半衰期缩短c 氡的半衰期为3 8天 若有四个氡原子核 经过7 6天就只剩下一个d 氡的半衰期为3 8天 4克氡原子核 经过7 6天就只剩下1克 错因剖析 错解 每经过3 8天就有半数的氡核发生衰变 经过两个半衰期即7 6天后 只剩下四分之一的氡 故选c d 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间是一种统计规律 半衰期对某一个或某几个原子核来说 是无意义的 上述 解法忽视了这一事实 故错选了c 正确解答 考虑到放射性元素衰变的快慢是跟原子所处的物理状态或化学状态无关 又考虑到半衰期是一种统计规律 即给定的四个氡核是否马上衰变会受到各种偶然因素的支配 因此 正确答案只有d 答案 d 1 下列说法正确的是 a 核反应堆产生的能量来自于轻核聚变b 太阳能来源于轻核聚变c 射线是带负电的粒子流d 射线比 射线更容易穿透物体解析bd核反应堆产生的能量来自于重核裂变 a项错误 射线是不带电的光子流 c项错误 2 将 三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场 下图表示射线偏转情况中正确的是 解析ad已知 粒子带正电 粒子带负电 射线不带电 根据正 负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正 负电荷在电场中受电场力方向 可知a b c d四幅图中 粒子的偏转方向都是正确的 但偏转的程度需进一步判断 3 对核子结合成原子核的下列说法正确的是 a 原子核内的核子间均存在核力b 原子核内的质子间均存在核力和库仑力c 当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时 其间 势能 一定减小d 对质子数较多的原子核 其中的中子起到增加核力 维系原子核稳定的作用 解析cd由于核力为近程力 只会发生在相邻核子之间 由此知a b错误 当n个核子靠近到核力作用范围内 而距离大于0 8 10 15m时核力表现为引力 在此过程核力必做正