高考物理大一輪總復(fù)習(xí) 第三章 第2講 放射性元素的衰變 核能 新人教版選修35

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1、第第2講講 放射性元素的衰變放射性元素的衰變 核能核能01主干回顧固基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)1原子核的組成、放射性、放射性同位素、射線的危害和防護(hù) 一、原子核1原子核的組成(1)原子核由_和_組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為_(kāi)(2)原子核的核電荷數(shù)_數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)_ _，質(zhì)子和中子都為一個(gè)單位質(zhì)量質(zhì)子質(zhì)子中子中子核子核子質(zhì)子質(zhì)子質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)中子數(shù)2同位素：具有相同_、不同_的原子因?yàn)樵谠刂芷诒碇械腳相同，同位素具有相同的_性質(zhì)具有放射性的同位素叫放射性同位素質(zhì)子質(zhì)子中子中子位置位置化學(xué)化學(xué)二、天然放射現(xiàn)象1天然放射現(xiàn)象元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由_發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明_還具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)貝克勒爾

2、貝克勒爾原子核原子核2放射性和放射性元素物質(zhì)發(fā)射某種看不見(jiàn)的射線的性質(zhì)叫_具有放射性的元素叫_(1)自然界中原子序數(shù)大于或等于83的所有元素，都能自發(fā)地放出射線；原子序數(shù)小于83的元素，有的也能放出射線(2)天然放射現(xiàn)象說(shuō)明原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的元素的放射性不會(huì)因單質(zhì)和化合物存在形式而受到影響放射性放射性放射性元素放射性元素三、原子核的衰變1衰變的三種射線原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變成新核的變化，可分為衰變、衰變，并伴隨著射線放出2三種射線的比較3.三種射線的來(lái)源(1)射線：核內(nèi)兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合得比較緊密，作為一個(gè)整體從較大的原子核內(nèi)拋射出來(lái)(2)射線：核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子，同時(shí)

3、放出一個(gè)電子(3)射線：放射性原子核在發(fā)生衰變、衰變后產(chǎn)生的新核往往處于高能級(jí)，當(dāng)它向低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射光子四、放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)1. 放射性同位素：有_放射性同位素和_放射性同位素兩類，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同2. 應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、作_等3. 防護(hù)：防止放射性對(duì)人體組織的傷害為了防止有害放射線對(duì)人類和自然的破壞，人們采取了有效的防護(hù)措施天然天然人工人工示蹤原子示蹤原子 密封防護(hù)：把放射源密封在特殊的包殼里，或用特殊方法覆蓋，以防止射線泄漏 距離防護(hù)：距放射源越遠(yuǎn)，人體吸收的劑量就越少，受到的傷害就越輕 時(shí)間防護(hù)：盡量減少受輻射的時(shí)間 屏蔽防護(hù)：在放射源與人體之間加屏蔽物能起

4、到防護(hù)作用，鉛的屏蔽作用最好.知識(shí)點(diǎn)2原子核的衰變、半衰期 1. 原子核的衰變(1)原子核放出粒子或粒子，變成另一種_的變化稱為原子核的衰變(2)分類：原子核原子核2. 半衰期(1)定義：放射性元素的原子核有_發(fā)生衰變所需的時(shí)間(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無(wú)關(guān)半數(shù)半數(shù)3. 衰變和衰變的比較知識(shí)點(diǎn)3核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損 1. 核力(1)定義：原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力(2)特點(diǎn)：核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；核力是短程力，作用范圍在1.51015 m之內(nèi)；每個(gè)核子只跟它的相鄰核子間才有核力

5、作用2. 結(jié)合能核子結(jié)合為原子核時(shí)_的能量或原子核分解為核子時(shí)_的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能3. 比結(jié)合能(1)定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能(2)特點(diǎn)：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定釋放釋放吸收吸收4. 質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E_，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小m，這就是質(zhì)量虧損由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能E_.mc2mc2知識(shí)點(diǎn)4裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆核反應(yīng)方程 1. 重核裂變(1)定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過(guò)程(

6、2)特點(diǎn)裂變過(guò)程中能夠放出巨大的能量；裂變的同時(shí)能夠放出23(或更多)個(gè)中子；裂變的產(chǎn)物不是唯一的對(duì)于鈾核裂變有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比較小 (4)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的_使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過(guò)程 (5)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生_的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量 (6)裂變的應(yīng)用：_、核反應(yīng)堆 (7)反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、_、防護(hù)層中子中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)原子彈原子彈鎘棒鎘棒2. 輕核聚變(1)定義：兩輕核結(jié)合成_的核的反應(yīng)過(guò)程輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫_(2)特點(diǎn)：聚變過(guò)程放出大量的能量，平均每個(gè)核子放出的能量，比裂變反應(yīng)中每個(gè)核

7、子放出的能量大3至4倍質(zhì)量較大質(zhì)量較大熱核反應(yīng)熱核反應(yīng) 聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更劇烈 對(duì)環(huán)境污染較少 自然界中聚變反應(yīng)原料豐富 (3)典型的聚變反應(yīng)方程：3. 核反應(yīng)(1)核反應(yīng)：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過(guò)程，稱為核反應(yīng)(2)核反應(yīng)的幾點(diǎn)說(shuō)明核反應(yīng)中應(yīng)遵循兩個(gè)守恒規(guī)律，即_和_核反應(yīng)通常不可逆，書(shū)寫核反應(yīng)方程時(shí)，“”不能寫成“”核反應(yīng)類型分為：衰變，人工轉(zhuǎn)變，裂變，聚變質(zhì)量數(shù)守恒質(zhì)量數(shù)守恒電荷數(shù)守恒電荷數(shù)守恒4. 核反應(yīng)的四種類型比較D. 氫核、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，當(dāng)氫核與中子結(jié)合為氘核時(shí)，放出的能量為(m1m2m3)c2解析：半衰期是由原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，與化

8、學(xué)、物理性質(zhì)無(wú)關(guān)，故A項(xiàng)錯(cuò)；衰變是核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子被釋放出來(lái)，故C項(xiàng)錯(cuò)；氫核和中子結(jié)合成氘核放出的能量為(m1m2m3)c2是正確的，故D項(xiàng)正確；放射性使人們認(rèn)識(shí)到原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，B錯(cuò)答案：D2. 三種射線的考查2011上海高考天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示，由此可推知A. 來(lái)自于原子核外的電子B. 的電離作用最強(qiáng)，是一種電磁波C. 的電離作用較強(qiáng)，是一種電磁波D. 的電離作用最弱，屬于原子核內(nèi)釋放的光子解析：根據(jù)圖知：是射線，它穿透能力最弱，用紙就能擋住但對(duì)空氣的電離能力很強(qiáng)；是射線，它能穿透幾毫米的鋁板，且電離能力較弱；是射線穿透能力最

9、強(qiáng)，能穿透幾厘米的鉛板，但對(duì)空氣的電離能力最弱答案：D3. 三種射線的考查2014北京朝陽(yáng)區(qū)高三月考放射性元素衰變時(shí)放出的三種射線，按穿透能力由強(qiáng)到弱的排列順序是()A. 射線、射線、射線B. 射線、射線、射線C. 射線、射線、射線D. 射線、射線、射線解析：射線穿透能力最強(qiáng)，射線穿透能力居中，射線穿透能力最弱，A正確答案：A解析：衰變后的質(zhì)量虧損為m(226.0254222.01754.0026) u0.0053 u.因?yàn)? u相當(dāng)于931.5 MeV，因此釋放的能量為E0.0053931.5 MeV4.9370 MeV4.9370106 eV.答案：4.9370106 eV解析：裂變反應(yīng)的

10、質(zhì)量虧損為m(235.04391.0087140.913991.897331.0087) u0.2153 u.一個(gè)鈾235原子核裂變后釋放的能量為Emc20.2153931.5 MeV200.6 MeV.答案：200.6 MeV1核能：核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能2質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程Emc2，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小m，這就是質(zhì)量虧損由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能Emc2.02典例突破知規(guī)律知能拓展(1)半衰期是大量原子核衰變時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)個(gè)別或少數(shù)原子核，無(wú)半衰期可言(2)原子核衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)守恒，核反

11、應(yīng)過(guò)程前、后質(zhì)量發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)而釋放出核能解題探究(1)衰變滿足的兩個(gè)守恒規(guī)律：_._.提示：電荷數(shù)守恒質(zhì)量數(shù)守恒(2)剩余質(zhì)量的計(jì)算公式m余_.知道原子核的組成及其質(zhì)量數(shù)、核電荷數(shù)與核子數(shù)(質(zhì)子、中子)間的關(guān)系是分析該類題目的基礎(chǔ)，而靈活運(yùn)用衰變規(guī)律正確判定或衰變次數(shù)是求解該類題目的關(guān)鍵解析：設(shè)E的核電荷數(shù)為Z，則F的核電荷數(shù)為(Z2)，G的核電荷數(shù)為(Z1)，H的核電荷數(shù)為(Z3)；又P是F的同位素，故P與F的核電荷數(shù)相同，即P的核電荷數(shù)為(Z2)，則Q的核電荷數(shù)為(Z1)，R的核電荷數(shù)為Z，S的核電荷數(shù)為(Z2)所以Q和G是同位素，R和E是同位素，S、F和P是同位素選項(xiàng)B正確答案：

12、B考點(diǎn)2核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程深化 考點(diǎn)解讀：1. 核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程(1)核反應(yīng)的四種類型：衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變(2)核反應(yīng)過(guò)程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭連接并表示反應(yīng)方向，不能用等號(hào)連接 (3)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律杜撰出生成物來(lái)寫核反應(yīng)方程 (4)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變化 (5)核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒2. 有關(guān)核反應(yīng)方程的題型主要有(1)判斷核反應(yīng)的生成物(2)判斷反應(yīng)類型(3)判斷反應(yīng)是否成立(1) _是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，_是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程，_是研究氫

13、彈的基本核反應(yīng)方程(2)求B中X的質(zhì)量數(shù)和中子數(shù)(3)判斷以上五個(gè)核反應(yīng)的反應(yīng)類型解題探究(1)核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律是什么？提示：質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒(2)質(zhì)量數(shù)、中子數(shù)與電荷數(shù)的關(guān)系？提示：質(zhì)量數(shù)中子數(shù)電荷數(shù)嘗試解答(1)EBA(2)14488(3)見(jiàn)解析(1)E是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，A是氫彈、B是原子彈的核反應(yīng)方程(2)由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可以判定X的質(zhì)量數(shù)為144，電荷數(shù)為56，所以中子數(shù)為1445688.(3)衰變是原子核自發(fā)地放出粒子或粒子的反應(yīng)，C是衰變，D是衰變，E是人工控制的原子核的變化，屬人工轉(zhuǎn)變，裂變是重核吸收中子后分裂成幾個(gè)中等質(zhì)量核的反應(yīng)，B是裂變，聚變

14、是幾個(gè)輕核結(jié)合成較大質(zhì)量核的反應(yīng)，A是聚變解析：(1)為典型的裂變方程，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤(2)為聚變反應(yīng)，故B項(xiàng)正確根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒定律可得k10，d1，故C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤答案：B考點(diǎn)3核能深化 考點(diǎn)解讀：1. 質(zhì)能方程的理解(1)一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比，即Emc2.方程的含義是：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡(jiǎn)單的正比關(guān)系，物體的能量增大，質(zhì)量也增大；物體的能量減少，質(zhì)量也減少 (2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損m，其能量也要相應(yīng)減少，即Emc2. (3)原子核分解成核子時(shí)要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加m，吸收的能量為Emc2. (2)原子核衰

15、變過(guò)程中，粒子、粒子和新生原子核在磁場(chǎng)中的軌跡 衰變中，粒子和新生原子核在磁場(chǎng)中的軌跡外切，如圖(甲)所示 衰變中，粒子和新生原子核在磁場(chǎng)中的軌跡內(nèi)切，如圖(乙)所示解題探究(1)計(jì)算核能的步驟是什么？提示：先計(jì)算質(zhì)量虧損m，再由Emc2求核能(2)分析此衰變過(guò)程滿足的兩個(gè)規(guī)律能量：_.動(dòng)量：_.提示：能量守恒動(dòng)量守恒計(jì)算核能的幾種方法(1)根據(jù)Emc2計(jì)算，計(jì)算時(shí)m的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，E的單位是“J”(2)根據(jù)Em931.5 MeV計(jì)算因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，所以計(jì)算時(shí)m的單位是“u”，E的單位是“MeV” (3)根據(jù)平均結(jié)合能來(lái)計(jì)算核能原子核的結(jié)合能平均結(jié)合能核子數(shù)(4)有時(shí)可結(jié)合動(dòng)量守恒和能量守恒進(jìn)行分析計(jì)算，此時(shí)應(yīng)注意動(dòng)量、動(dòng)能關(guān)系式p22mEk的應(yīng)用總之，關(guān)于結(jié)合能(核能)的計(jì)算，應(yīng)根據(jù)題目的具體情況合理選擇核能的求解方法，且計(jì)算時(shí)要注意各量的單位答案：見(jiàn)解析