物理高考一轮复习课件84份选修3 5第十三章4课时

第4课时 原子核 核反应与核能导学目标 1.掌握原子核的组成、放射性、半衰期、放射性同位素的应用等基本问题.2.会书写核反应方程，能区分核反应的种类和根据质能方程求解核能问题.3.了解裂变反应、聚变反应的特点与应用，射线的危害与应用．第4课时本讲栏目开关一、天然放射现象、原子核的组成[基础导引]1．用符号表示以下原子核：(1)铀238；(2)有6个中子的碳原子核；(3)质量数为14的碳原子核；(4)电荷数为8、质量数为

17的氧原子核；(5)α粒子基础再现·深度思考基础再现·深度思考92

6

6

8

2答案

(1)238U

(2)12C

(3)14C

(4)17O

(5)4He2．说出以下原子核的质子数、中子数：(1)4019K；(2)6629Cu；86(3)222Rn.19答案

(1)40K的质子数为19，中子数为21.29(2)66Cu的质子数为29，中子数为37.86(3)222Rn的质子数为86，中子数为136第4课时本讲栏目开关[知识梳理]

1．天然放射现象天然放射现象元素

自发

地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核还具有复杂的结构．放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫

放射性．具有放射性的元素叫

放射性元素．第4课时基础再现·深度思考本讲栏目开关2．原子核(1)原子核的组成①原子核由中子和质子

组成，质子和中子统称为

核子．②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝中子数＋质子数．Z③X

元素原子核的符号为AX，其中A

表示质量数

，Z

表示

核电荷数

．(2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，因为在元素周期表中的位置相同,同位素具有相同的化学性质．第4课时基础再现·深度思考本讲栏目开关二、核反应[基础导引]901．写出下列各放射性元素的α

衰变方程：(1)234Th(钍核)；29(2)66Cu(铜核)．832．写出下列各放射性元素的β

衰变方程：(1)244Bi(铋核)；(2)210Po(钋核)．83244

2448484答案

(1)

Bi→

Po0—1＋

e(2)210Po→210At＋84

85－10e答案

(1)234Th→230Ra＋4He90

88

2(2)66Cu→62Co＋4He29

27

2第4课时基础再现·深度思考本讲栏目开关3.238U(铀核)衰变为222Rn(氡核)要经过

次α衰变，

次β92

86衰变．答案

4

24．已知钍234的半衰期是24天，1

g钍经过120天后还剩多少？答案321

g5．完成下列核反应方程．(1)19F＋4He→1H＋(

)；9

2

1(2)11B＋(

)→1n＋14N；5

0

7(3)14N＋1n→(

)＋1H.102

67

0

1答案

(1)22Ne

(2)4He

(3)14C第4课时基础再现·深度思考本讲栏目开关[知识梳理]1．衰变原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变．放射性元素衰变时放出的射线共有三种：α

射线，β

射线和γ

射线．(1)按照衰变时放出粒子的不同又分为α衰变和β衰变．α衰变和β衰变的比较衰变类型α

衰变β

衰变衰变方程M

M－4

4HeZ

X→Z－2

Y＋

2M

M

－0eZ

X→Z+1Y＋

1衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子21H＋21n→4He1

0

21n→1H＋－0e0

1

1衰变规律电荷数守恒、质量数守恒第4课时基础再现·深度思考本讲栏目开关(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，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所需的时

间，它表示放射性元素衰变的快慢．第4课时基础再现·深度思考本讲栏目开关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：查德威克发现中子的核反应方程为：9Be＋4He→12

C＋1n.4

2

6

0居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：_13

2_

15

0

.30153014P→

Si＋0＋1e.

7

2

8

1

14

N＋4He→17

O＋1H

.27A1＋4He→30P＋1n第4课时基础再现·深度思考本讲栏目开关3

2

43．核裂变和核聚变

(1)重核裂变重核裂变：是重核分裂成中等质量的核的反应过程．如：235

U＋1n→144

Ba＋89Kr＋

3

1n.92

0

56

36

0由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应，发生链式反应的条件是：裂变物质的体积大1n于等于临界体积．裂变的应用：原子弹、核反应堆．(2)轻核聚变聚变是两个轻核结合成

质量较大的核的反应过程．如：1H＋1H→2He＋

0

＋17.6MeV使核发生聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫热核反应．4．核反应方程式遵循的规律(1)质量数守恒．(2)电荷数守恒．第4课时基础再现·深度思考本讲栏目开关三、核力与核能[基础导引]已知226Ra，222Rn，4He

的原子质量分别是226.025

4

u，222.017

5

u，88

86

24.002

6

u．求出226Ra

在α

衰变226Ra→222Rn＋4He

中放出的能88

88

86

2量(以电子伏特为单位).解析衰变后的质量亏损为Δm＝(226.025

4－222.017

5－

4.002

6)u＝0.0053

u．因为1

u

相当于931.5

MeV，因此释放的能量为ΔE＝0.005

3×931

.5

MeV≈4.937

0

MeV＝4.937

0×106

eV.答案4.937

0×106

eV第4课时基础再现·深度思考本讲栏目开关[知识梳理]核力：核子间的作用力．核力是短程强引力，作用范围在1.5×10－15

m之内，只在相邻的核子间发生作用．核能：

核子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，叫做原子核的结合能，亦称核能．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝

mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝

Δmc2

.第4课时基础再现·深度思考本讲栏目开关课堂探究·突破考点考点一 原子核的衰变、半衰期考点解读1．确定衰变次数的方法(1)设放射性元素AX

经过n

次α

衰变和m

次β

衰变后，变ZA′Z′成稳定的新元素

Y，则表示该核反应的方程为A

A′Z′40Z

2

1X→

Y＋n

He＋m-

e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m(2)确定衰变次数，因为β

衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α

衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关2．对半衰期的理解(1)根据半衰期的概念，可总结出公式余

余N

＝N

原(2)

＝m

原(2)1

t/τ，m

1

t/τ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

余表示衰变后剩余的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ

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．特别提醒

近几年高考中多次考到半衰期的理解与计算.第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关典例剖析例

1

(1)(2011·浙江理综·15)关于天然放射现象，下列说法正确的是α

射线是由氦原子核衰变产生β

射线是由原子核外电子电离产生γ

射线是由原子核外的内层电子跃迁产生通过化学反应不能改变物质的放射性(

)(2)(2011·山东理综·38(1))碘131核不稳定，会发生β

衰变，其半衰期为8

天．13153①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．第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关解析(1)α

射线是氦核流，A

错；β射线是原子核内的一个中子变成一个质子而放出的，B错；γ射线是原子核受激发而产生的，C

错；物质的放射性和半衰期与温度以及化学状态等无关，由核本身的性质决定，故D

项正确．(2)①根据质量数、电荷数守恒，

I131

1310—53

54

1→

X＋

e.②根据m

余＝1

t

1

tm

原(2)τ得：0.25m

原＝m原(2)8，解得t＝16

天．131054 -1答案

(1)D (2)①

X＋

e

②16第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关跟踪训练1

一个氡核222Rn衰变成钋核218Po并放出一个粒86

84子，其半衰期为3.8天.1

g氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以86

84A．0.25

g，α粒子C．0.25

g，β粒子B．0.75g，α粒子D．0.75g，β粒子及222Rn衰变成218Po的过程放出的粒子是

(

B

)解析

氡核半衰期为

3.8

天，7.6

天为

2

个半衰期，所以1

1

11

g

氡7.6

天衰变掉的质量为1

g×2＋(1g×2)×2＝0.75

g．由222Rn→218Po＋4He

知222Rn

衰变成218Po

的过程中放出的粒86

84

2

86

842子是4He，即α

粒子，所以B

正确．第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关考点二

核反应方程及反应类型考点解读核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α

衰变自发238

U→234Th＋4He92

90

2β

衰变自发234

Th→234

Pa＋

0e90

91

－114N＋4He→14O＋1H(卢瑟福发现质子)7

2

8

14He＋9Be→12C＋1n(查德威克发现中子)人工转变人工控制2

4

6

027A1＋4He→30P＋1n13

2

15

0约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时30P→30Si＋＋0e15

14

1发现正电子重核裂变比较容易进行人工控制235

U＋1n→144

Ba＋89Kr＋31n92

0

56

36

0235U＋1n→136Xe＋90Sr＋101n92

0

54

38

0轻核聚变除氢弹外无法控制2H＋3H→4He＋1n1

1

2

0第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关特别提醒

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．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．核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关典例剖析例

2

(2011·海南单科·19(1))2011

年

3

月

11

日，日本发生九级1A．X

―→13756大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故．在泄漏的污染物中含有

131I

和

137Cs

两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映

131I

和

137Cs

的衰变过程，它们分别是

和

(填入正确选项前的字母).131I和

137Cs

原子核中的中子数分别是

和

．102Ba＋

n B．X

―→13754Xe＋－10e3C．X

―→13756Ba＋－10e4D．X

―→1375411Xe＋

p第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关解析根据核反应方程的质量数、电荷数守恒知，131I的衰变为选项B,137Cs

的衰变为选项C,131I

的中子数为131－53＝78,137Cs

的中子数为137－55＝82.答案B

C

78

82思维突破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．第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关跟踪训练

2

(2010·广东理综·18)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有(

AC)A.238

U→23492

90

2Th＋4HeB.14N＋4He→17O＋1H7

2

8

11

1

2

0C.2H＋3H→4He＋1nD.82Se→82Kr＋2-10

e是α

衰变

是β

衰变是轻核聚变是重核裂变34

36解析

A项表示α衰变，C项表示轻核聚变，D项不是重核裂变，选项A、C正确，D错误；B项中核反应为原子核的人工转变，选项B错误．第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关考点三 核力与核能的计算考点解读核力含义：原子核里的核子间存在互相作用的核力，核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核．特点：①核力是强相互作用的一种表现；②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15

m之内．因此每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用．第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关2．核能(1)质量亏损：组成原子核的核子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．①核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2；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Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2.第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关典例剖析例3

假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是

2.013

6

u，中子的质量是1.008

7

u，氦核同位素的质量是3.015

0

u.(1)聚变的核反应方程式是

，在聚变核反应中释放出的能量为

MeV.(保留两位有效数字)1(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为3H＋4He→7Li，已知各核子比结合能分别为

E

＝1.112

MeV、E2

3

H

He＝7.075

MeV、ELi＝5.603

MeV，试求此核反应过程中释放的核能．第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关解析

(1)根据题中条件，可知核反应方程式为1

1

2

02H＋2H→3He＋1n.核反应过程中的质量亏损Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2×2.013

6

u－(3.015

0＋1.008

7)

u＝3.5×10－3

u.由于1u

的质量与931.5MeV的能量相对应．所以氘核聚变时放出的能量ΔE＝3.5×10－3×931.5

MeV≈3.3

MeV(2)3H

和4He

分解成7

个核子所需的能量为1

2E1＝3×1.112

MeV＋4×7.075

MeV＝31.636

MeV7

个核子结合成7Li，释放的能量为3E2＝7×5.603

MeV＝39.221

MeV所以此核反应过程中释放的核能为ΔE＝E2－E1＝39.221

MeV－31.636

MeV＝7.585

MeV.答案

(1)2H＋2H→3He＋1n

3.3 (2)7.585

MeV1

1

2

0第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关思维突破

1.核能的计算方法根据

ΔE＝Δmc2

计算，计算时

Δm

的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE

的单位是“J”．根据ΔE＝Δm×931.5

MeV计算．因1

原子质量单位(u)相当于931

.5MeV

的能量，所以计算时Δm

的单位是“u”，ΔE

的单位是“MeV”．根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能＝核子比结合能×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．第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关跟踪训练3

(2010·北京理综·15)太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质4×1026量最接近

A．1036

kgC．1013

kg(

D

)B．1018

kgD．109

kgΔE4×1026解析

由质能方程ΔE＝Δmc2得：Δm＝

c2

＝(3.0×10

)8

2Kg≈4×109

kg.D正确．第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关考点四 核能与动量守恒的综合性问题典例剖析2399423592例

4

钚的放射性同位素

Pu

静止时衰变为铀核激发态

U*23592*23592和

α

粒子，而铀核激发态

U

立即衰变为铀核

U，并放2399423592出能量为

0.097

MeV

的

γ

光子．已知：

Pu、

U

和

α

粒子的质量分别为mPu＝239.052

1

u、mU＝235.043

9

u

和mα＝4.002

6

u,1

u

的质量相当于931.5

MeV

的能量．写出衰变方程；已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α

粒子的动能．解析

(1)衰变方程为94

92

2239Pu→235U*＋4He92

92235U*→235U＋γ①②③或合起来有239Pu→235U＋4He＋γ94

92

2第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα放出的能量为ΔE＝c2·Δm第4课时④⑤92

U

α此能量是铀核235U

的动能

E

、α

粒子的动能

E

和

γ

光子的能量Eγ之和即ΔE＝EU＋Eα＋Eγ由④⑤⑥式得EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ⑥⑦设衰变后的铀核和

α粒子的速率分别为

vU和

vα，则由动量守恒有

mUvU＝mαvα

⑧2U

U

U1又由动能的定义知

E

＝1

v

2，E

＝

m

vm

α

2α

α2⑨由⑧⑨

EU＝mα式得Eα

mU⑩α由⑦⑩式得E

＝mUmU＋mαPu

U

α

γ[(m

－m

－m

)c2－E

]代入题给数据得Eα≈5.034

MeV235

23594

92*

42答案

(1)

Pu→

U

＋

He23592*235922399423592U

→

U＋γ(或

Pu→

U＋4He＋γ) (2)5.034

MeV2课堂探究·突破考点本讲栏目开关思维突破先求质量亏损．用ΔE＝mc2计算释放的核能．注意核衰变后，新核不只是能量守恒，动量也守恒．第4课时课堂探究·突破考点本讲栏目开关，可以判断A．原子核发生β衰变

B．原子核发生α衰变(

AC

)C．大圆是释放粒子的运动轨迹，小圆是新核的运动轨迹

D．大圆是新核的运动轨迹，小圆是释放粒子的运动轨迹解析

释放粒子和反冲核运动方向相反，且衰变后释放粒子与反冲核动量大小相等，故发生的是β衰变．它们在磁场课堂探究·突破考点跟踪训练4如图1所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核发生某种衰变后，释放出来的粒子和反冲核在磁场中运动的轨迹图1中，由洛伦兹力提供向心力，则R＝

mv

，在同