（全國(guó)通用版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu) 原子核 12.3 放射性元素的衰變 核能課件.ppt

第3講 放射性元素的衰變核能,【知識(shí)導(dǎo)圖】,相同,質(zhì)子,電子數(shù),質(zhì)子數(shù),重核,輕核,【微點(diǎn)撥】 1.對(duì)放射性的三點(diǎn)說(shuō)明: (1)貝克勒爾最早發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象。 (2)原子序數(shù)大于或等于83的元素,都能自發(fā)地發(fā)出射線,原子序數(shù)小于83的元素,有的也能放出射線。 (3)弱相互作用是引起原子核衰變的原因。,2.核能與核反應(yīng)的三點(diǎn)注意: (1)中等大小的核的比結(jié)合能最大(平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最大),這些核最穩(wěn)定。 (2)核反應(yīng)堆中常用的慢化劑有石墨、重水和普通水;用鎘棒控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度。 (3)與重核裂變相比,輕核聚變具有產(chǎn)能效率高、燃料豐富、安全、清潔的優(yōu)點(diǎn)。,【慧眼糾錯(cuò)】 (1)放射性元素的放射性強(qiáng)度受溫度、外界壓強(qiáng)的影 響。 糾錯(cuò):_ _。,放射性元素的放射性強(qiáng)度不受溫度、外界壓強(qiáng),的影響,與其所處的化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān),(2)、三種射線中,射線的穿透能力最強(qiáng)。 糾錯(cuò):_ _。,、三種射線中,射線的穿透能力最,弱,電離能力最強(qiáng),(3)假如有1 000個(gè)某種放射性元素的原子核,經(jīng)過(guò)一 個(gè)半衰期,有500個(gè)原子核發(fā)生了衰變。 糾錯(cuò):_ _。 (4)衰變產(chǎn)生的電子來(lái)自于核外電子。 糾錯(cuò):_ _。,半衰期描述的是統(tǒng)計(jì)規(guī)律,只有對(duì)大量原子核才,有意義,衰變是原子核的衰變,中子向質(zhì)子轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生,電子,(5)高溫、高壓的情況下,放射性元素的半衰期將會(huì) 變短。 糾錯(cuò):_ _。,放射性元素衰變的快慢由原子核內(nèi)部自身因素,決定,與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外界條件無(wú)關(guān),(6)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程反映了物質(zhì)的質(zhì)量就是能量, 二者可以相互轉(zhuǎn)化。 糾錯(cuò):_ _。,愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程只是說(shuō)明了質(zhì)量與能量之,間存在數(shù)值關(guān)系,不能說(shuō)明二者可以相互轉(zhuǎn)化,考點(diǎn)1原子核的衰變半衰期 【典題探究】 【典例1】(2017全國(guó)卷)一靜止的鈾核放出一個(gè) 粒子衰變成釷核,衰變方程為 下列說(shuō) 法正確的是導(dǎo)學(xué)號(hào)04450264(),A.衰變后釷核的動(dòng)能等于粒子的動(dòng)能 B.衰變后釷核的動(dòng)量大小等于粒子的動(dòng)量大小 C.鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)粒子所經(jīng)歷的時(shí)間 D.衰變后粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量,【解析】選B。根據(jù)動(dòng)量守恒定律可知衰變后釷核的動(dòng) 量大小等于粒子的動(dòng)量大小,B正確;根據(jù)Ek= 可 知衰變后釷核的動(dòng)能小于粒子的動(dòng)能,A錯(cuò)誤;半衰期 是指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需時(shí)間,C 項(xiàng)錯(cuò)誤,衰變后質(zhì)量虧損,因此粒子與釷核的質(zhì)量之 和小于衰變前鈾核的質(zhì)量,D項(xiàng)錯(cuò)誤。,【通關(guān)秘籍】 1.衰變、衰變的比較:,2.衰變次數(shù)的確定方法: (1)確定衰變次數(shù)的方法是依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律,設(shè)放射 性元素 X經(jīng)過(guò)n次衰變和m次衰變后,變成穩(wěn)定的 新元素 Y,則表示該核反應(yīng)的方程為 根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可列:,A=A+4n Z=Z+2n-m 由以上兩式聯(lián)立解得 由此可見(jiàn)確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為求解一個(gè)二元一次方程組。,(2)因?yàn)樗プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無(wú)影響,可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定衰變的次數(shù),然后根據(jù)衰變規(guī)律確定衰變的次數(shù)。,3.對(duì)半衰期的理解: (1)放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間,叫作這種元素的半衰期。 (2)半衰期表示放射性元素衰變的快慢,不同的放射性元素其半衰期不同。 (3)半衰期描述的對(duì)象是大量的原子核,不是單個(gè)原子核,這是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律。,(4)一種元素的半衰期與這種元素是以單質(zhì)形式還是以 化合物形式存在無(wú)關(guān),且加壓、增溫均不會(huì)改變。 (5)要理解半衰期表達(dá)式中各物理量的含義,在表達(dá)式 m= m0中,m是指剩余的原子核的質(zhì)量,而不是衰變的 質(zhì)量。,【考點(diǎn)沖關(guān)】 1.(多選)(2018濟(jì)南模擬)核能作為一種新能源在現(xiàn) 代社會(huì)中已不可缺少,我國(guó)在完善核電安全基礎(chǔ)上將加 大核電站建設(shè)。核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性 的超鈾元素,它可破壞細(xì)胞基因,提高患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。,已知钚的一種同位素 Pu的半衰期為24 100年,其 衰變方程為 下列有關(guān)說(shuō)法正確的 是(),A.X原子核中含有92質(zhì)子 B.100個(gè) Pu經(jīng)過(guò)24 100年后一定還剩余50個(gè) C.由于衰變時(shí)釋放巨大能量,根據(jù)E=mc2,衰變過(guò)程總質(zhì)量增加 D.衰變發(fā)出的射線是波長(zhǎng)很短的光子,具有很強(qiáng)的穿透能力,【解析】選A、D。根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知,X的電荷數(shù)為92,質(zhì)量數(shù)為235,則有92質(zhì)子,故A項(xiàng)正確;半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)大量的原子核適用,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;由于衰變時(shí)釋放巨大能量,根據(jù)E=mc2,衰變過(guò)程總質(zhì)量減小,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;衰變發(fā)出的射線是波長(zhǎng)很短的光子,具有很強(qiáng)的穿透能力,故D項(xiàng)正確。,2.(2018濰坊模擬)14C是碳元素的一種具有放射性的 同位素,其半衰期約為5 700年。在某次研究中,測(cè)得考 古樣品中14C的含量大約是鮮活生命體中14C含量的 , 則樣品生活的年代約是() A.11 400年前B.17 100年前 C.22 800年前D.45 600年前,【解析】選B。設(shè)原來(lái)14C的質(zhì)量為M0,衰變后剩余質(zhì)量 為M,則有:M=M0 ,其中n為發(fā)生半衰期的次數(shù),由題 意可知剩余質(zhì)量為原來(lái)的 ,故n=3,所以死亡時(shí)間 為:35 700=17 100年,故A、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確。,【加固訓(xùn)練】 關(guān)于天然放射線性質(zhì)的說(shuō)法正確的是 () A.射線就是中子流 B.射線有較強(qiáng)的穿透性 C.射線是高速電子流 D.電離本領(lǐng)最強(qiáng)的是射線,【解析】選C。射線是高頻率的電磁波,它是伴隨或衰變放出的,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;、三種射線中穿透能力最強(qiáng)的是射線,射線穿透能力最弱,一張厚的黑紙就可以擋住射線。電離能力最強(qiáng)的是射線,射線電離能力最弱,故B、D項(xiàng)錯(cuò)誤;是原子核內(nèi)的中子變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)放出的電子,是高速的電子流,故C項(xiàng)正確。,考點(diǎn)2核反應(yīng)類(lèi)型與核反應(yīng)方程 【典題探究】 【典例2】(2016全國(guó)卷)在下列描述的核過(guò)程的方程中,屬于衰變的是_,屬于衰變的是_,屬于裂變的是_,屬于聚變的是_。導(dǎo)學(xué)號(hào)04450265,【解析】原子核發(fā)生衰變會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新核和 He,所 以選項(xiàng)C是衰變;原子核發(fā)生衰變會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新核 和 e,所以A、B選項(xiàng)為衰變;重核被轟擊后,發(fā)生裂 變會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)質(zhì)量差不多的新核,所以選項(xiàng)E為裂變;兩 個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng),為核聚變,所以 選項(xiàng)F為核聚變。 答案:CA、BEF,【遷移訓(xùn)練】,遷移1:人工核反應(yīng) 下面列出的是一些核反應(yīng)方程: 其中() A.X是正電子,Y是質(zhì)子 B.X是中子,Y是正電子 C.X是中子,Y是質(zhì)子 D.X是質(zhì)子,Y是中子,【解析】選C。根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得: ,X是中子 Y是質(zhì)子 H,故A、 B、D項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確。,遷移2:重核裂變 (2018濟(jì)寧模擬)鈾核裂變的產(chǎn)物是多樣的,一種典型 的鈾核裂變的核反應(yīng)方程是 則 下列敘述正確的是(),A.X原子核中含有86個(gè)中子 B.X原子核中含有144個(gè)核子 C.因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)減少 D.因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加,【解析】選B。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒,則X的質(zhì)量數(shù):m=235+ 1-89-3=144,可知X原子核中含有144個(gè)核子;根據(jù)核電 荷數(shù)守恒,得:z=92-36=56,所以X中的中子數(shù):n=m- z=144-56=88,可知X原子核中含有88個(gè)中子,故A項(xiàng)錯(cuò) 誤,B項(xiàng)正確;在核反應(yīng)的過(guò)程中,質(zhì)量數(shù)是守恒的。總 質(zhì)量數(shù)既不減小,也不增加,故C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)錯(cuò)誤。,遷移3:輕核聚變 (2018洛陽(yáng)模擬)我國(guó)最新一代核聚變裝置“EAST” 在安徽合肥首次放電,顯示了EAST裝置具有良好的整體 性能,使等離子體約束時(shí)間達(dá)1 000 s,溫度超過(guò)1億攝 氏度,這標(biāo)志著我國(guó)磁約束核聚變研究進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水 平。合肥也成為世界上第一個(gè)建成此類(lèi)全超導(dǎo)非圓,截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置并能實(shí)際運(yùn)行的地方。核聚變的 主要原料是氘,在海水中含量極其豐富。已知氘核的質(zhì) 量為m1,中子的質(zhì)量為m2， He的質(zhì)量為m3,質(zhì)子的質(zhì)量為 m4,則下列說(shuō)法中正確的是(),A.兩個(gè)氘核聚變成一個(gè) He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是質(zhì) 子 B.兩個(gè)氘核聚變成一個(gè) He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是電 子 C.兩個(gè)氘核聚變成一個(gè) He所釋放的核能為(2m1-m3- m4)c2 D.兩個(gè)氘核聚變成一個(gè) He所釋放的核能為(2m1-m3- m2)c2,【解析】選D。根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒, 可以寫(xiě)出該聚變反應(yīng)方程式: 則兩個(gè) 氘核聚變成一個(gè) He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是中子,故 A、B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)核反應(yīng)方程可知質(zhì)量虧損m=2m1- m3-m2;根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,可得兩個(gè)氘核聚 變成一個(gè) He所釋放的核能為(2m1-m3-m2)c2,故C項(xiàng)錯(cuò) 誤,D項(xiàng)正確。,【通關(guān)秘籍】 1.核反應(yīng)的四種類(lèi)型:,2.核反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)規(guī)范: (1)熟記常見(jiàn)基本粒子的符號(hào),是正確書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方 程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子,(2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律,是正確書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)。由于核反應(yīng)不可逆,所以書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“”表示反應(yīng)方向。,(3)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒。注意:質(zhì)量數(shù)守恒不是質(zhì)量守恒,核反應(yīng)過(guò)程中伴隨著能量的釋放,反應(yīng)前后質(zhì)量會(huì)變化,一般質(zhì)量會(huì)虧損。,考點(diǎn)3核能及其計(jì)算 【典題探究】 【典例3】(2017全國(guó)卷)大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)” 主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來(lái)發(fā)電,氘核聚變 反應(yīng)方程是 已知 H的質(zhì)量為 2.013 6 u， He的質(zhì)量為3.015 0 u， n的質(zhì)量為 1.008 7 u,1 u =931 MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放 的核能約為導(dǎo)學(xué)號(hào)04450266(),A.3.7 MeV B. 3.3 MeV C. 2.7 MeV D.0.93 MeV 【解析】選B。氘核聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損m=2m氘-m氦-mn=0.003 5 u,則該反應(yīng)釋放的核能為E=m 931 MeV=3.258 5 MeV3.3 MeV。,【通關(guān)秘籍】 1.獲得核能的途徑: (1)重核裂變:重核俘獲一個(gè)中子后分裂成為兩個(gè)中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過(guò)程。重核裂變的同時(shí)放出幾個(gè)中子,并釋放出大量核能。為了使鈾235裂變時(shí)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),鈾塊的體積應(yīng)大于它的臨界體積。,(2)輕核聚變:某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過(guò)程,同時(shí)釋放出大量的核能,要想使氘核和氚核結(jié)合成氦核,必須達(dá)到幾百萬(wàn)度以上的高溫,因此聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)。,2.核能的計(jì)算方法: (1)根據(jù)E=mc2計(jì)算核能,m的單位是kg,c的單位是m/s,E的單位是J。 (2)根據(jù)E=m931.5 MeV計(jì)算核能,m的單位是u,u是原子質(zhì)量單位,其中1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量,E的單位是MeV。,(3)根據(jù)平均結(jié)合能計(jì)算核能,原子核的結(jié)合能=平均結(jié)合能核子數(shù)。 (4)可以結(jié)合動(dòng)量守恒和能量守恒定律來(lái)計(jì)算核能,此時(shí)應(yīng)該注意動(dòng)量、動(dòng)能關(guān)系式p2=2mEk的應(yīng)用。,【考點(diǎn)沖關(guān)】 1.(2018衡水模擬)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核,同時(shí)輻射一個(gè)光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c。下列說(shuō)法正確的是() 導(dǎo)學(xué)號(hào)04450267,A.核反應(yīng)方程是 B.聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損m=m3-m1-m2 C.輻射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)c D.光子的波長(zhǎng)=,【解析】選D。根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知,該核 反應(yīng)方程為： ,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;聚變反應(yīng)中的 質(zhì)量虧損m=m1+m2-m3,根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程知,輻射 的光子能量E=mc2=(m1+m2-m3)c2,故B、C項(xiàng)錯(cuò)誤;根 據(jù)E=h 得,波長(zhǎng)= 故D項(xiàng)正確。,2.(2018慶陽(yáng)模擬)一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子聚變?yōu)橐?個(gè)氚核,已知質(zhì)子質(zhì)量mH=1.007 3 u,中子質(zhì)量mn= 1.008 7 u,氚核質(zhì)量m=3.018 0 u。 (1)寫(xiě)出聚變方程。 (2)釋放出的核能多大? (3)平均每個(gè)核子釋放的能量是多大?,【解析】(1)根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒可知,核反 應(yīng)方程式為： (2)該核反應(yīng)中質(zhì)量虧損:m=1.007 3 u+2 1.008 7 u-3.018 0 u=0.006 7 u,則釋放的核能: E=mc2=0.006 7931 MeV=6.24 MeV。,(3)平均每個(gè)核子釋放的能量: E= =2.08 MeV。 答案:(1)見(jiàn)解析(2)6.24 MeV(3)2.08 MeV,【加固訓(xùn)練】 在某些恒星內(nèi)部,3個(gè)粒子可以結(jié)合成一個(gè) C核,已 知 C核的質(zhì)量為m1=1.993 0210-26 kg,粒子的質(zhì) 量為m2=6.646 7210-27 kg,真空中光速c=3108 m/s, 求:,(1)寫(xiě)出這個(gè)核反應(yīng)方程。 (2)這個(gè)核反應(yīng)中釋放的核能(保留一位有效數(shù)字)。試 比較粒子的比結(jié)合能與 C的比結(jié)合能哪個(gè)大?,【解析】(1)3個(gè)粒子可以結(jié)合成一個(gè) C核,這個(gè)核 反應(yīng)方程是 (2)由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,有:E=mc2= (36.646 7210-27-1.993 0210-26) (3108)2J=910-13 J 結(jié)合能與核子數(shù)的比值即為比結(jié)合能,因此可知,粒 子的比結(jié)合能小于 C的比結(jié)合能。,答案:(1) (2)910-13 J C的比結(jié)合能大,