高考物理人教第16章第2讲放射性元素的衰变核能①知识研习

1、1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：射线：速度为光速1/10的，贯穿作用，电离作用 射线：速度约为光速99%的，贯穿作用，电离作用 射线：速度为光速的 (波长极短的电磁波)，贯穿作用，电离作用,氦核流,弱,很强,电子流,很强,较弱,光子流,最强,很弱,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，即：ZAXxZAYy. 其中ZAX是靶核的符号，x

2、为入射粒子，ZAY是新核，y是放射出的粒子的符号 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,3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,4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

3、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 ,相邻,结合能,(3)质能方程： 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 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 . (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931.5 MeV，即Em931.5 MeV.注意：该式中m的单位是u，E的单位是MeV.,Emc2,931.5 MeV,(5)核能的利用途径： 重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个(或多个) 核的反应过程重核裂变的同时

4、放出几个中子，并释放出大量核能为了使铀235裂变时发生链式反应，铀块的体积应大于它的临界体积，如 92235U01n3692Kr 56141Ba301n. 轻核聚变：某些轻核结合成的核，同时释放出大量核能的反应过程要想使氘核和氘核结合成氦核，必须达到几百万度以上的高温因此，聚变反应又叫热核反应，如：12H13H24He01n.,中等质量,质量较大,(即时巩固解析为教师用书独有) 考点一核反应的4种类型,【技巧提示】书写原子核的衰变方程时应注意： (1)核反应过程一般都不是可逆的，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，不能只依据两个守恒

5、规律凭空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，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能 (4)核反应遵循电荷数守恒 (5)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生衰变，有的不发生衰变， 同时伴随着辐射,【案例1】现有5个核反应： A12H13H24He01n B. 92235U01nX3894Sr201n C1124Na1224Mg10e D. 88220Ra 86216Rn24He E24He1327Al1530P01n (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 (2)求B项反应中X的质量数和中子数 (3)判断

6、以上五个核反应的反应类型,【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：1405486. (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)EA、B(2)14086(3)见解析,【即时巩固1】(201

7、0广东理综)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有() A. 92238U 90234Th24He 是衰变 B. 714N24He 817O11H 是衰变 C12H13H24He01n 是轻核聚变 D3482Se3682Kr210e 是重核裂变 【解析】衰变是放射出氦核的天然放射现象，A正确；衰变是放射出电子的天然放射现象，而B项是发现质子的原子核人工转变，故B错；C项是轻核的聚变，D项是衰变现象，故C对，D错 【答案】A、C,考点二半衰期 确定衰变次数的方法：设放射性元素ZAX经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素ZAY，则表示该核反应的方程为： ZAXZAYn24Hem10e. 根

8、据电荷数守恒和质量守恒可列方程： AA4n，ZZ2nm. 由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组,【技巧提示】(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)确定衰变次数，往往先由质量数的改变确定衰变的次数，因为衰变对质量数无影响，然后再根据衰变规律确定衰变的次数这样做比较简捷,【案例2】(2010福建理综)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t0时14C的质量下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是_(填选项前的字母),【解析】本

9、题意在考查衰变规律、半衰期等知识点，意在考查学生的图象表达能力.14C衰变过程中每经过一个半衰期，质量减少为原来的一半，故其质量减少得越来越慢，且衰变是时刻都在发生的，故C项正确 【答案】C,【误区警示】(1)半衰期是原子核有半数发生衰变，变成新核，并不是原子核的数量、质量减少一半,【即时巩固2】某放射性元素原为8 g，经6天时间已有6 g发生了衰变，此后再衰变1 g还需要几天？ 【解析】 【答案】3天,考点三核能 1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

10、量减少，质量也减小 (1)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. (2)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.,2获得方式 核能的重核裂变和轻核聚变 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大34倍,【技巧提示】(1)核能的计算方法： 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” 根据Em931.5 MeV计算 根据平均结合能来计算核能 原子核的结合能核子平均结合能核子数 (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,【案例3】(2009海南高考)钚的放射性同位素 9423

11、9Pu静止时衰变为铀核激发态 92235U和粒子，而铀核激发态 92235U立即衰变为铀核 92235U，并放出能量为0.097 MeV的光子已知： 94239Pu、 92235U和粒子的质量分别为mPu239.052 l u、mu235.043 9 u和m4.002 6 u，l u931.5 MeV/c2. (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,【解析】(1)衰变方程为： 94239Pu 92235U， 92235U 92235U. 或合起来有 94239Pu 92235U. (2)上述衰变过程的质量亏损为mmPumUm. 放出的能量为Ec2m. 这能量是铀核 92235U的动能EU、粒子的动能E和光子的能量E之和，即 EEUEE.,由式得EUE(mPumUm)c2E. 设衰变后的铀核和粒子的速度分别为vU和v，则由动量守恒有mUvUmv.,【即时巩固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，并大量放出射线，从而危害人体