《物理第十二章 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》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理第十二章 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（62頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第3講放射性元素的衰變核能【知識導圖】相同質(zhì)子電子數(shù)質(zhì)子數(shù)重核輕核t01N ( )2t01m ( )2【微點撥】1.對放射性的三點說明:(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.核能與核反應的三點注意:(1)中等大小的核的比結(jié)合能最大(平均每個核子的質(zhì)量虧損最大),這些核最穩(wěn)定。(2)核反應堆中常用的慢化劑有石墨、重水和普通水;用鎘棒控制鏈式反應的速度。(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?！净垩奂m錯】(1)放射性元素的放射

2、性強度受溫度、外界壓強的影響。糾錯:_。 放射性元素的放射性強度不受溫度、外界壓強的影響,與其所處的化學狀態(tài)無關(guān)(2)、三種射線中,射線的穿透能力最強。糾錯:_。、三種射線中,射線的穿透能力最弱,電離能力最強(3)假如有1 000個某種放射性元素的原子核,經(jīng)過一個半衰期,有500個原子核發(fā)生了衰變。糾錯:_。(4)衰變產(chǎn)生的電子來自于核外電子。糾錯:_。 半衰期描述的是統(tǒng)計規(guī)律,只有對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變短。糾錯:_。放射性元素衰變的快慢由原子核內(nèi)部自身因素決定,與原子所處的化學狀態(tài)和外界條件無關(guān)(6)

3、愛因斯坦的質(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:_。愛因斯坦的質(zhì)能方程只是說明了質(zhì)量與能量之間存在數(shù)值關(guān)系,不能說明二者可以相互轉(zhuǎn)化考點1原子核的衰變半衰期【典題探究】 【典例1】(2017全國卷)一靜止的鈾核放出一個粒子衰變成釷核,衰變方程為 下列說法正確的是導學號04450264()2382344 92 902UThHe，A.衰變后釷核的動能等于粒子的動能B.衰變后釷核的動量大小等于粒子的動量大小C.鈾核的半衰期等于其放出一個粒子所經(jīng)歷的時間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)動量守恒定律可知衰變后釷核的動量大小等于粒子的動量大小,B正確

4、;根據(jù)Ek= 可知衰變后釷核的動能小于粒子的動能,A錯誤;半衰期是指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需時間,C項錯誤,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項錯誤。2p2m【通關(guān)秘籍】 1.衰變、衰變的比較:衰變類型衰變類型衰變衰變衰變衰變衰變方程衰變方程衰變實質(zhì)衰變實質(zhì)2 2個質(zhì)子和個質(zhì)子和2 2個中個中子結(jié)合成一個整子結(jié)合成一個整體射出體射出1 1個中子轉(zhuǎn)化為個中子轉(zhuǎn)化為1 1個個質(zhì)子和質(zhì)子和1 1個電子個電子AA 44ZZ 22XYHeAA0ZZ 11XYe1141022 H 2 nHe110011nHe衰變類型衰變類型衰變衰變衰變衰變勻強磁場勻強磁場中軌跡形

5、中軌跡形狀狀 衰變規(guī)律衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒守恒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)兩個守恒規(guī)律,設放射性元素 X經(jīng)過n次衰變和m次衰變后,變成穩(wěn)定的新元素 Y,則表示該核反應的方程為 根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可列:AZAZAA40ZZ21XY n He m e。A=A+4n Z=Z+2n-m由以上兩式聯(lián)立解得 由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為求解一個二元一次方程組。A AA AnmZZ42 ，(2)因為衰變對質(zhì)量數(shù)無影響,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.對半衰期的理解:(1)放射性元素的原子核

6、有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間,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)半衰期描述的對象是大量的原子核,不是單個原子核,這是一個統(tǒng)計規(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關(guān),且加壓、增溫均不會改變。(5)要理解半衰期表達式中各物理量的含義,在表達式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。 t1( )2【考點沖關(guān)】 1.(多選)(2018濟南模擬)核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不可缺少,我國在完善核電安全基礎上將加大核電站建設。核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素,它可破壞細胞基因,

7、提高患癌癥的風險。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)說法正確的是()239 942394 942Pu XHe，A.X原子核中含有92質(zhì)子B.100個 Pu經(jīng)過24 100年后一定還剩余50個C.由于衰變時釋放巨大能量,根據(jù)E=mc2,衰變過程總質(zhì)量增加D.衰變發(fā)出的射線是波長很短的光子,具有很強的穿透能力239 94【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項正確;半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律,對大量的原子核適用,故B項錯誤;由于衰變時釋放巨大能量,根據(jù)E=mc2,衰變過程總質(zhì)量減小,故C項錯誤;衰變發(fā)出的射

8、線是波長很短的光子,具有很強的穿透能力,故D項正確。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18【解析】選B。設原來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)量為原來的 ,故n=3,所以死亡時間為:35 700=17 100年,故A、C、D項錯誤,B項正確。n1( )218【加固訓練】關(guān)于天然放射線性質(zhì)的說法正確

9、的是 ()A.射線就是中子流B.射線有較強的穿透性C.射線是高速電子流D.電離本領(lǐng)最強的是射線【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項錯誤;、三種射線中穿透能力最強的是射線,射線穿透能力最弱,一張厚的黑紙就可以擋住射線。電離能力最強的是射線,射線電離能力最弱,故B、D項錯誤;是原子核內(nèi)的中子變?yōu)橘|(zhì)子時放出的電子,是高速的電子流,故C項正確?？键c2核反應類型與核反應方程 【典題探究】 【典例2】(2016全國卷)在下列描述的核過程的方程中,屬于衰變的是_,屬于衰變的是_,屬于裂變的是_,屬于聚變的是_。導學號04450265 【解析】原子核發(fā)生衰變會產(chǎn)生一個新核和 He,

10、所以選項C是衰變;原子核發(fā)生衰變會產(chǎn)生一個新核和 e,所以A、B選項為衰變;重核被轟擊后,發(fā)生裂變會產(chǎn)生幾個質(zhì)量差不多的新核,所以選項E為裂變;兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應,為核聚變,所以選項F為核聚變。答案:CA、BEF4201【遷移訓練】 遷移1:人工核反應下面列出的是一些核反應方程: 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9442BeHe12191646982C X F YOHe，【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項錯誤,C項正確。9442BeHe126C X11916

11、40982n F YOHe，11遷移2:重核裂變(2018濟寧模擬)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方程是 則下列敘述正確的是()2351891920360UnXKr 3n ，A.X原子核中含有86個中子B.X原子核中含有144個核子C.因為裂變時釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)減少D.因為裂變時釋放能量,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

12、88個中子,故A項錯誤,B項正確;在核反應的過程中,質(zhì)量數(shù)是守恒的?？傎|(zhì)量數(shù)既不減小,也不增加,故C項錯誤,D項錯誤。遷移3:輕核聚變(2018洛陽模擬)我國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,使等離子體約束時間達1 000 s,溫度超過1億攝氏度,這標志著我國磁約束核聚變研究進入國際先進水平。合肥也成為世界上第一個建成此類全超導非圓截面核聚變實驗裝置并能實際運行的地方。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,則下列說法中正確的是 ()32A.兩個氘核聚變成一個

13、 He所產(chǎn)生的另一個粒子是質(zhì)子B.兩個氘核聚變成一個 He所產(chǎn)生的另一個粒子是電子C.兩個氘核聚變成一個 He所釋放的核能為(2m1-m3-m4)c2D.兩個氘核聚變成一個 He所釋放的核能為(2m1-m3-m2)c232323232【解析】選D。根據(jù)核反應過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,可以寫出該聚變反應方程式: 則兩個氘核聚變成一個 He所產(chǎn)生的另一個粒子是中子,故A、B項錯誤;根據(jù)核反應方程可知質(zhì)量虧損m=2m1-m3-m2;根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,可得兩個氘核聚變成一個 He所釋放的核能為(2m1-m3-m2)c2,故C項錯誤,D項正確。22311120HHHen，3232【通關(guān)秘籍

14、】 1.核反應的四種類型:2.核反應方程式的書寫規(guī)范:(1)熟記常見基本粒子的符號,是正確書寫核反應方程的基礎。如質(zhì)子 114102HnHe、中子、 粒子、 0023-1111eeHH粒子、正電子、氘核、氚核等。(2)掌握核反應方程遵守的規(guī)律,是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據(jù)。由于核反應不可逆,所以書寫核反應方程式時只能用“”表示反應方向。(3)核反應過程中質(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,核反應過程中伴隨著能量的釋放,反應前后質(zhì)量會變化,一般質(zhì)量會虧損。 考點3核能及其計算 【典題探究】 【典例3】(2017全國卷)大科學工程“人造太陽”主要是將氘核

15、聚變反應釋放的能量用來發(fā)電,氘核聚變反應方程是 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。氘核聚變反應中釋放的核能約為導學號04450266()22311120HHHen，213210A.3.7 MeV B. 3.3 MeVC. 2.7 MeV D.0.93 MeV 【解析】選B。氘核聚變反應的質(zhì)量虧損m=2m氘-m氦-mn=0.003 5 u,則該反應釋放的核能為E=m931 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:重核俘獲一個中子后分裂成為兩個

16、中等質(zhì)量的核的反應過程。重核裂變的同時放出幾個中子,并釋放出大量核能。為了使鈾235裂變時發(fā)生鏈式反應,鈾塊的體積應大于它的臨界體積。(2)輕核聚變:某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應過程,同時釋放出大量的核能,要想使氘核和氚核結(jié)合成氦核,必須達到幾百萬度以上的高溫,因此聚變反應又叫熱核反應。2.核能的計算方法:(1)根據(jù)E=mc2計算核能,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計算核能,m的單位是u,u是原子質(zhì)量單位,其中1 u相當于931.5 MeV的能量,E的單位是MeV。(3)根據(jù)平均結(jié)合能計算核能,原子核的結(jié)合能=平均結(jié)合能核子數(shù)。(4)可以

17、結(jié)合動量守恒和能量守恒定律來計算核能,此時應該注意動量、動能關(guān)系式p2=2mEk的應用。 【考點沖關(guān)】 1.(2018衡水模擬)一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氘核,同時輻射一個光子。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。下列說法正確的是()導學號04450267A.核反應方程是 B.聚變反應中的質(zhì)量虧損m=m3-m1-m2C.輻射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)cD.光子的波長= 113101HnH123hmmm c【解析】選D。根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知,該核反應方程為： ,故A項錯誤;聚變反應中的質(zhì)量虧損m=m1+m2-m3,根據(jù)愛因

18、斯坦質(zhì)能方程知,輻射的光子能量E=mc2=(m1+m2-m3)c2,故B、C項錯誤;根據(jù)E=h 得,波長= 故D項正確。112101HnHc2123hchcEmmm c123hmmm c，2.(2018慶陽模擬)一個質(zhì)子和兩個中子聚變?yōu)橐粋€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)寫出聚變方程。(2)釋放出的核能多大?(3)平均每個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,核反應方程式為：(2)該核反應中質(zhì)量虧損:m=1.007 3 u+21.008 7 u-3.018 0 u=0.006 7

19、 u,則釋放的核能:E=mc2=0.006 7931 MeV=6.24 MeV。113101H 2 nH。(3)平均每個核子釋放的能量:E= =2.08 MeV。答案:(1)見解析(2)6.24 MeV(3)2.08 MeV E6.24 MeV33【加固訓練】在某些恒星內(nèi)部,3個粒子可以結(jié)合成一個 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:126126(1)寫出這個核反應方程。(2)這個核反應中釋放的核能(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)合能哪個大?126【解析】(1)3個粒子可以結(jié)合成一個 C核,這個核反應方程是 (2)由愛因斯坦質(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。126412263 HeC。126126答案:(1)(2)910-13 J C的比結(jié)合能大412263HeC126