高三物理一轮复习课件：15.3《放射性元素的衰败 核能》新人教版.ppt

第3课时放射性元素的衰变核能考点自清一 天然放射现象1 放射性元素发出射线的现象 叫做天然放射现象 1896年由法国物理学家发现 2 放射性说明原子核内部是有结构的 1 1919年 卢瑟福用 粒子轰击氮原子核 发现了 并猜想原子核内还存在 1932年 他的学生查德威克通过实验证实了的存在 2 原子核是由质子和中子组成的 常用符号x表示 x为元素符号 a表示核的 z表示核的 自发地 贝克勒尔 质子 中子 中子 质量数 电荷数 二 原子核的衰变1 原子核放出 粒子或 粒子 变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变 2 分类 衰变 衰变 3 半衰期 放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间 半衰期由的因素决定 跟原子所处的无关 半数 核内部本身 物理或化学状态 三 放射性同位素及应用1 同位素具有相同而不同的原子核 在元素周期表中处于同一位置 互称 有些同位素具有放射性 叫做放射性同位素 天然放射性同位素不过四十多种 而人工制造的放射性同位素已达1000多种 2 放射性同位素的应用 1 放射性同位素放出的射线应用于工业 探伤 农业 医疗等 2 作示踪原子 质子数 中子数 同位素 四 核力与核能1 核力 组成原子核的核子之间有很强的相互作用力 使核子能克服库仑力而紧密地结合在一起 这种力称为核力 其特点为 1 核力是强相互作用的一种表现 在原子核的尺度内 核力比库仑力大得多 2 核力是短程力 作用范围在1 5 10 15m之内 3 每个核子只跟相邻的核子发生核力作用 这种性质称为核力的饱和性 2 原子核是核子结合在一起构成的 要把它们分开 需要能量 这就是原子核的 3 质量亏损 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和 这个现象叫做质量亏损 4 爱因斯坦质能方程为 若核反应中的质量亏损为 m 释放的核能 e 结合能 e mc2 mc2 特别提示 1 根据 e mc2计算核能时 质量亏损 m是质量不是质量数 其单位是 kg c的单位是 m s e的单位是 j 2 根据 e m 931 5mev计算核能时 因一原子质量单位 u 相当于931 5mev的能量 所以计算时 m的单位是 u e的单位是 mev 五 重核的裂变与轻核的聚变1 裂变 重核分裂成质量较小的核的反应 如 2 聚变 轻核结合成质量较大的核的反应 如 3 重核裂变和轻核聚变过程中都释放出 核能 热点聚焦热点一三种射线的比较 特别提示 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 有的也具有放射性 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 热点二 衰变和 衰变的实质放射性物质放射出来的 射线和 射线是原子核内的质子和中子结合转化而成的 射线是原子核内的两个质子和两个中子结合在一起发射出来的 射线是原子核内的中子转化为质子时发射出来的 在原子核衰变的过程中处于激发态的原子核向低能级跃迁时 以 光子的形式放出能量 形成 射线 当放射性物质连续发生衰变时 原子核中有的发生 衰变 有的发生 衰变 同时就会伴随着 辐射 这时 放射性物质发出的射线中就会同时具有 和 三种射线 热点三对半衰期的理解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余表示衰变后尚未发生衰变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 特别提示 1 半衰期是大量原子核衰变时的统计规律 个别原子核经多长时间衰变无法预测 对个别或极少数原子核 无半衰期可言 2 原子核衰变时质量数守恒 但并非质量守恒 核反应过程前 后质量发生变化 质量亏损 而释放出核能 质量与能量相联系 热点四核反应的四种类型 卢瑟福发现质子 查德威克发现质子 特别提示 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 题型探究题型1核反应方程及反应类型 例1 现有五个核反应 a b c d e 1 是发现中子的核反应方程 是研究两弹的基本核反应方程式 2 求b项中x的质量数和中子数 3 判断以上五个核反应的反应类型 思路点拨根据核反应方程式遵循的基本规律 正确书写方程式 还要注意衰变 人工转变 裂变 聚变的区别 解析 1 e是查德威克发现中子的核反应方程 a是氢弹 b是原子核的核反应方程 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 eab 2 14086 3 a 聚变b 裂变c 衰变d 衰变e 人工转变 方法归纳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 变式练习1下面列出的是一些核反应方程其中 a x是质子 y是中子 z是正电子b x是正电子 y是质子 z是中子c x是中子 y是正电子 z是质子d x是正电子 y是中子 z是质子 解析根据核反应前后的电荷数守恒和质量数守恒可知x为 正电子 y为n 中子 z为h 质子 解题时由第一式得出x为正电子 可立即将选项a c排除 由y为中子 可判断选项d对 b错 由z为质子 可进一步确定选项d正确 本题采用排除法可迅速获得正确结果 答案d 题型2半衰期的理解与计算 例2 关于放射性元素的半衰期 下列说法正确的有 a 是原子核质量减少一半所需的时间b 是原子核有半数发生衰变所需的时间c 把放射性元素放在密封的容器中 可以减慢放射性元素的半衰期d 可以用于测定地质年代 生物年代等 思路点拨 解析原子核衰变后变成新核 新核与未衰变的核在一起 故半衰期并不是原子核的数量 质量减少一半 a错b对 衰变快慢由原子核内部因素决定 与原子所处的物理状态或化学状态无关 常用其测定地质年代 生物年代等 故c错d对 答案bd 变式练习2约里奥 居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖 他们发现的放射性元素p衰变成si的同时放出另一种粒子 这种粒子是 解析衰变方程为p si e 这种粒子是正电子 由图象可以看出p的半衰期为14天左右 则4 0 25 得t 56天 答案正电子56天 题型3核能的计算 例3 某些建筑材料可产生放射性气体氡 氡可以发生 或 衰变 如果人长期生活在氡浓度过高的环境中 那么 氡经过人的呼吸道沉积在肺部 并放出大量射线 从而危害人体健康 静止质量为m的氡核 rn 发生一次 衰变生成新核钋 po 已知衰变后所得 粒子的质量为m 电荷量为q 速度为v 并假高衰变过程中释放的核能全部转化为 粒子和新核钋的动能 注 涉及动量问题时 亏损的质量可忽略不计 1 写出衰变方程 2 求出衰变过程中的质量亏损 解析 1 衰变方程为 2 设新核钋的速度为v 由动量守恒定律得mv m m v 解得v 衰变过程中释放的核能为 e 由爱因斯坦质能方程得 e mc2解得 m 答案 1 2 方法归纳写核反应方程注意电荷数守恒和质量数守恒 求解质量亏损应先求出核反应放出的能量 核反应放出的能量等于 粒子和新核的动能之和 然后根据质能方程求出质量亏损 变式练习3静止的锂核 li 俘获一个速度为7 7 106m s的中子 发生核反应后若只产生了两个新粒子 其中一个粒子为氦核 he 它的速度大小是8 106m s 方向与反应前中子的速度方向相同 1 写出此核反应的方程式 2 求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向 3 通过计算说明此反应过程中是否发生了质量亏损 解析 1 核反应的方程式为 2 用m1 m2和m3分别表示中子 n 氦核 he 和氚核 h 的质量 用v1 v2和v3分别表示中子 氦核和氚核的速度 由动量守恒定律得m1v1 m2v2 m3v3代入数值解得v3 8 1 106m s即反应后生成的氚核的速度大小为8 1 106m s 方向与反应前中子的速度方向相反 3 反应前的总动能为e1 m1v12反应后的总动能为e2 m2v22 m3v32经计算可得e2 e1故可知反应中发生了质量亏损 答案 1 2 8 1 106m s 方向与反应前中子的速度方向相反 3 发生了质量亏损 素能提升1 下列说法正确的是 a 质子和中子的质量不等 但质量数相等b 质子和中子构成原子核 原子核的质量数等于质子和中子的质量总和c 同一种元素的原子核有相同的质量数 但中子数可以不同d 中子不带电 所以原子核的总电量等于质子和电子的总电量之和 解析原子和中子的质量不同 但质量数相同 a对 质子和中子构成原子核 原子核的质量数等于质子和中子的质量数之和 b错 同一种元素的原子核有相同的质子数 但中子数可以不同 c错 中子不带电 所以原子核的总电量等于质子的总电量之和 d错 答案a 2 下列关于放射性现象的说法中 正确的是 a 原子核发生 衰变时 生成核与原来的原子核相比 中子数减少了4b 原子核发生 衰变时 生成核与 粒子的总质量等于原来的原子核的质量c 原子核发生 衰变时 生成核的质量数比原来的原子核的质量数多1d 单质的铀238与化合物中的铀238的半衰期是相同的 解析原子核发生 衰变时 生成核与原来的原子核相比 中子数减少了2 a错误 生成核与 粒子的总质量小于原来的原子核的质量 b错误 原子核发生 衰变时 生成核的质量数与原来的原子核的质量数相同 c错误 放射性元素的半衰期由原子核的内部因素决定 跟元素的化学状态无关 所以单质的铀238与化合物中的铀238的半衰期是相同的 d正确 答案d 3 原子核e经 衰变成为f 再经 衰变成为g 再经 衰变成为h 上述系列衰变可记为下式 另一系列衰变如下 已知p是f的同位素 则 a q是g的同位素 r是h的同位素b r是e的同位素 s是f的同位素c r是g的同位素 s是h的同位素d q是e的同位素 r是f的同位素 解析同位素是具有相同的质子数和不同的中子数 由核反应方程式中各原子核的上下标可得到r是e的同位素 s是f的同位素 所以b选项正确 答案b 4 利用氦3 he 和氘进行的聚变反应完全无污染 容易控制 月球上有大量的氦3 每个航天大国都将获取氦3作为开发月球的重要目标之一 嫦娥一号 探月卫星执行的一项重要任务就是评估月壤中氦3的分布和储量 已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子的核反应方程是 he n 3 26mev 若有2g氘全部发生聚变 则释放的能量是 na是阿伏加德罗常数 a 0 5 3 26mevb 3 26mevc 0 5na 3 26mevd na 3 26mev 解析2g氘含有的原子核数为na 两个氘核聚变放出的能量为3 26mev 则2g氘全部发生聚变释放的能量为 na 3 26 2mev 0 5na 3 26mev c正确 答案c 5 氘核 氚核 氦核和中子的质量分别为m1 m2 m3和m4 当氘核与氚核结合为氦核并同时放出中子时 下列说法中正确的是 已知c为光在真空中的速度 a 这是轻核聚变 放出的能量为 m1 m2 m3 m4 c2b 这是轻核聚变 放出的能量为m4c2c 这是轻核聚变 吸收的能量为 m1 m2 m3 c2d 这是轻核裂变 吸收的能量为 m3 m4 c2解析核反应的质量亏损为 m m1 m2 m3 m4 放出的能量为 e mc2 m1 m2 m3 m4 c2 a正确 a 6 太阳能来源于轻核的聚变 太阳中存在的主要元素是氢 氢核的聚变反应可以看作是4个氢核 h 结合成1个氦核 he 下表中列出了部分粒子的质量以下说法中正确的是 a 核反应方程为b 核反应方程为c 4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0 0266ud 聚变反应过程中释放的能量约为24 8mev 解析根据电荷数守恒和质量数守恒可得聚变的核反应方程为 h he e b错误 a正确 质量亏损为 m 4mh mhe me 4 1 0073u 4 0015u 2 0 00055u 0 0266u c正确 核反应释放的能量为 e mc2 0 0266 931 5mev 24 8mev d正确 答案acd 7 1 放射性物质po和co的核衰变方程分别为 方程中的x1代表的是 x2代表的是 2