高三物理一輪復(fù)習(xí)：15.3《放射性元素的衰敗 核能》新人教

第3課時放射性元素的衰變核能考點(diǎn)自清一、天然放射現(xiàn)象1.放射性元素

發(fā)出射線的現(xiàn)象,叫做天然放射現(xiàn)象,1896年由法國物理學(xué)家

發(fā)現(xiàn).2.放射性說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的

(1)1919年,盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核,發(fā)現(xiàn)了

,并猜想原子核內(nèi)還存在

,1932年,

他的學(xué)生查德威克通過實驗證實了

的存在.(2)原子核是由質(zhì)子和中子組成的.常用符號X

表示,X為元素符號,A表示核的

,Z表示核的

.自發(fā)地貝克勒爾質(zhì)子中子中子質(zhì)量數(shù)電荷數(shù).二、原子核的衰變1.原子核放出α粒子或β粒子,變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變.2.分類

α衰變:β衰變:3.半衰期:放射性元素的原子核有

發(fā)生衰變所需的時間.半衰期由

的因素決定,

跟原子所處的

無關(guān).半數(shù)核內(nèi)部本身物理或化學(xué)狀態(tài).三、放射性同位素及應(yīng)用

1.同位素具有相同

而

不同的原子核,在元素周期表中處于同一位置,互稱

.

有些同位素具有放射性,叫做放射性同位素.天然放射性同位素不過四十多種,而人工制造的放射性同位素已達(dá)1000多種.2.放射性同位素的應(yīng)用

(1)放射性同位素放出的射線應(yīng)用于工業(yè)、探傷、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等.(2)作示蹤原子.質(zhì)子數(shù)中子數(shù)同位素.四、核力與核能1.核力:組成原子核的核子之間有很強(qiáng)的相互作用力,使核子能克服庫侖力而緊密地結(jié)合在一起,

這種力稱為核力.其特點(diǎn)為:(1)核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn),在原子核的尺度內(nèi),核力比庫侖力大得多.(2)核力是短程力,作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi).(3)每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用,這種性質(zhì)稱為核力的飽和性..2.原子核是核子結(jié)合在一起構(gòu)成的,要把它們分開,

需要能量,這就是原子核的

.3.質(zhì)量虧損:原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和,這個現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損.4.愛因斯坦質(zhì)能方程為

,若核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm,釋放的核能ΔE=

.結(jié)合能E=mc2Δmc2.

特別提示

(1)根據(jù)ΔE=Δmc2計算核能時,質(zhì)量虧損Δm是質(zhì)量不是質(zhì)量數(shù),其單位是“kg”,c的單位是“m/s”,ΔE的單位是“J”.(2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5MeV計算核能時.因一原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量,所以計算時Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”..五、重核的裂變與輕核的聚變1.裂變:重核分裂成質(zhì)量較小的核的反應(yīng).如:2.聚變:輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng).如:3.重核裂變和輕核聚變過程中都釋放出

.核能.熱點(diǎn)聚焦熱點(diǎn)一三種射線的比較種類α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電量2e-e0質(zhì)量4mp靜止質(zhì)量為零符號γ速度0.1c0.99cc.在電磁場中偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱較強(qiáng)最強(qiáng)貫穿實例用紙能擋住穿透幾毫米的鋁板穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱在空氣中的徑跡粗、短、直細(xì)、長、曲折最長.能使膠片感光感光感光產(chǎn)生機(jī)制核內(nèi)兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合得比較緊密,有時會作為一個整體從原子核拋射出來核內(nèi)的中子可以轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子,產(chǎn)生的電子從核中發(fā)射出來放射性原子核在發(fā)生α衰變、β衰變后產(chǎn)生的新核如果處于高能級,當(dāng)它向低能級躍遷時,輻射γ光子.

特別提示

(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,

有的也具有放射性.(2)天然放射現(xiàn)象說明原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的.

元素的放射性不受單質(zhì)和化合物存在形式的影響..熱點(diǎn)二α衰變和β衰變的實質(zhì)放射性物質(zhì)放射出來的α射線和β射線是原子核內(nèi)的質(zhì)子和中子結(jié)合轉(zhuǎn)化而成的.α射線是原子核內(nèi)的兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合在一起發(fā)射出來的;β射線是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時發(fā)射出來的.

在原子核衰變的過程中處于激發(fā)態(tài)的原子核向低能級躍遷時,以γ光子的形式放出能量,形成

γ射線.當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時,原子核中有的發(fā)生α衰變,有的發(fā)生β衰變,同時就會伴隨著γ輻射.這時,放射性物質(zhì)發(fā)出的射線中就會同時具有α、β和γ三種射線..熱點(diǎn)三對半衰期的理解1.根據(jù)半衰期的概念,可總結(jié)出公式

N余=N原()t/τ,m余=m原()t/τ

式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量,N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量,t表示衰變時間,τ表示半衰期.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)無關(guān)..

特別提示

(1)半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律,個別原子核經(jīng)多長時間衰變無法預(yù)測;對個別或極少數(shù)原子核,無半衰期可言.(2)原子核衰變時質(zhì)量數(shù)守恒,但并非質(zhì)量守恒;

核反應(yīng)過程前、后質(zhì)量發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)而釋放出核能,質(zhì)量與能量相聯(lián)系..熱點(diǎn)四核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)β衰變自發(fā)人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂萍s里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)(查德威克發(fā)現(xiàn)質(zhì)子).重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制輕核聚變除氫彈外無法控制.特別提示

(1)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的,所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向,不能用等號連接.(2)核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ),不能憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程.(3)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒;遵循電荷數(shù)守恒..題型探究題型1核反應(yīng)方程及反應(yīng)類型【例1】現(xiàn)有五個核反應(yīng):A.B.C.D.E..

(1)

是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程,

是研究兩彈的基本核反應(yīng)方程式.(2)求B項中X的質(zhì)量數(shù)和中子數(shù).(3)判斷以上五個核反應(yīng)的反應(yīng)類型.

思路點(diǎn)撥根據(jù)核反應(yīng)方程式遵循的基本規(guī)律,正確書寫方程式,還要注意衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變、聚變的區(qū)別..

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是原子核的核反應(yīng)方程.(2)由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可以判定X質(zhì)量數(shù)為140,電荷數(shù)為54,所以中子數(shù)為:140-54=86.(3)衰變是原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子的反應(yīng),C是β衰變,D是α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中等質(zhì)量的核的反應(yīng),B是裂變,聚變是幾個輕核結(jié)合成較大質(zhì)量的核的反應(yīng),A是聚變.

答案

(1)EAB(2)14086(3)A.聚變

B.裂變C.β衰變D.α衰變E.人工轉(zhuǎn)變.方法歸納1.電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒是正確書寫核反應(yīng)方程式的關(guān)鍵.2.熟記幾種核反應(yīng)類型的基本概念..變式練習(xí)1下面列出的是一些核反應(yīng)方程其中 ()A.X是質(zhì)子,Y是中子,Z是正電子

B.X是正電子,Y是質(zhì)子,Z是中子

C.X是中子,Y是正電子,Z是質(zhì)子

D.X是正電子,Y是中子,Z是質(zhì)子.

解析

根據(jù)核反應(yīng)前后的電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知X為(正電子),Y為n(中子),Z為

H(質(zhì)子).解題時由第一式得出X為正電子,可立即將選項A、C排除;由Y為中子,可判斷選項D

對,B錯;由Z為質(zhì)子,可進(jìn)一步確定選項D正確.

本題采用排除法可迅速獲得正確結(jié)果.

答案

D.題型2半衰期的理解與計算【例2】關(guān)于放射性元素的半衰期,下列說法正確的有 ()A.是原子核質(zhì)量減少一半所需的時間

B.是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間

C.把放射性元素放在密封的容器中,可以減慢放射性元素的半衰期

D.可以用于測定地質(zhì)年代、生物年代等

.思路點(diǎn)撥半衰期定義決定因素剩余質(zhì)量計算公式:m=m0.

解析

原子核衰變后變成新核,新核與未衰變的核在一起,故半衰期并不是原子核的數(shù)量、質(zhì)量減少一半,A錯B對;衰變快慢由原子核內(nèi)部因素決定,與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān),常用其測定地質(zhì)年代、生物年代等,故C錯D對.

答案

BD.變式練習(xí)2

約里奧·居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎,他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素P衰變成Si的同時放出另一種粒子,

這種粒子是

.解析

衰變方程為P→Si+e,這種粒子是正電子.由圖象可以看出P的半衰期為14天左右,則4×=0.25,得t=56天.

答案

正電子56天.題型3核能的計算【例3】某些建筑材料可產(chǎn)生放射性氣體氡,氡可以發(fā)生α或β衰變.如果人長期生活在氡濃度過高的環(huán)境中,那么，氡經(jīng)過人的呼吸道沉積在肺部,并放出大量射線,從而危害人體健康.靜止質(zhì)量為M的氡核(Rn)發(fā)生一次α衰變生成新核釙(Po).已知衰變后所得α粒子的質(zhì)量為m、電荷量為q、速度為v,并假高衰變過程中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為α粒子和新核釙的動能.(注:涉及動量問題時,虧損的質(zhì)量可忽略不計)(1)寫出衰變方程.

(2)求出衰變過程中的質(zhì)量虧損..

解析

(1)衰變方程為:(2)設(shè)新核釙的速度為v′,由動量守恒定律得

mv=(M-m)v′

解得v′=

衰變過程中釋放的核能為ΔE=

由愛因斯坦質(zhì)能方程得ΔE=Δmc2

解得Δm=

答案

(1)(2).方法歸納寫核反應(yīng)方程注意電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒.求解質(zhì)量虧損應(yīng)先求出核反應(yīng)放出的能量,核反應(yīng)放出的能量等于α粒子和新核的動能之和,然后根據(jù)質(zhì)能方程求出質(zhì)量虧損..變式練習(xí)3

靜止的鋰核(Li)俘獲一個速度為

7.7×106m/s的中子,發(fā)生核反應(yīng)后若只產(chǎn)生了兩個新粒子,其中一個粒子為氦核(He),它的速度大小是8×106m/s,方向與反應(yīng)前中子的速度方向相同.(1)寫出此核反應(yīng)的方程式.(2)求反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個粒子的速度大小及方向.(3)通過計算說明此反應(yīng)過程中是否發(fā)生了質(zhì)量虧損..

解析

(1)核反應(yīng)的方程式為:(2)用m1、m2和m3分別表示中子(n)、氦核(He)

和氚核(H)的質(zhì)量,用v1、v2和v3分別表示中子、

氦核和氚核的速度,由動量守恒定律得

m1v1=m2v2+m3v3

代入數(shù)值解得v3=-8.1×106m/s

即反應(yīng)后生成的氚核的速度大小為8.1×106m/s,

方向與反應(yīng)前中子的速度方向相反..

(3)反應(yīng)前的總動能為E1=m1v12

反應(yīng)后的總動能為E2=m2v22+m3v32

經(jīng)計算可得E2>E1

故可知反應(yīng)中發(fā)生了質(zhì)量虧損.

答案

(1)(2)8.1×106m/s,方向與反應(yīng)前中子的速度方向相反

(3)發(fā)生了質(zhì)量虧損.素能提升1.下列說法正確的是()A.質(zhì)子和中子的質(zhì)量不等,但質(zhì)量數(shù)相等

B.質(zhì)子和中子構(gòu)成原子核,原子核的質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量總和

C.同一種元素的原子核有相同的質(zhì)量數(shù),但中子數(shù)可以不同

D.中子不帶電,所以原子核的總電量等于質(zhì)子和電子的總電量之和.

解析

原子和中子的質(zhì)量不同,但質(zhì)量數(shù)相同,A對.質(zhì)子和中子構(gòu)成原子核,原子核的質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量數(shù)之和,B錯.同一種元素的原子核有相同的質(zhì)子數(shù),但中子數(shù)可以不同,C錯.

中子不帶電,所以原子核的總電量等于質(zhì)子的總電量之和,D錯.

答案

A.2.下列關(guān)于放射性現(xiàn)象的說法中,正確的是()A.原子核發(fā)生α衰變時,生成核與原來的原子核相比,中子數(shù)減少了4B.原子核發(fā)生α衰變時,生成核與α粒子的總質(zhì)量等于原來的原子核的質(zhì)量

C.原子核發(fā)生β衰變時,生成核的質(zhì)量數(shù)比原來的原子核的質(zhì)量數(shù)多1D.單質(zhì)的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的.

解析

原子核發(fā)生α衰變時,生成核與原來的原子核相比,中子數(shù)減少了2,A錯誤;生成核與α粒子的總質(zhì)量小于原來的原子核的質(zhì)量,B錯誤;原子核發(fā)生β衰變時,生成核的質(zhì)量數(shù)與原來的原子核的質(zhì)量數(shù)相同,C錯誤;放射性元素的半衰期由原子核的內(nèi)部因素決定,跟元素的化學(xué)狀態(tài)無關(guān),所以單質(zhì)的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的,D正確.

答案

D.3.原子核E經(jīng)α衰變成為F,再經(jīng)β衰變成為G,再經(jīng)

α衰變成為H.上述系列衰變可記為下式:

另一系列衰變?nèi)缦?

已知P是F的同位素,則()A.Q是G的同位素,R是H的同位素

B.R是E的同位素,S是F的同位素

C.R是G的同位素,S是H的同位素

D.Q是E的同位素,R是F的同位素.

解析

同位素是具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù),由核反應(yīng)方程式中各原子核的上下標(biāo)可得到R是E

的同位素,S是F的同位素,所以B選項正確.

答案

B.4.利用氦3(He)和氘進(jìn)行的聚變反應(yīng)完全無污染,

容易控制.月球上有大量的氦3,每個航天大國都將獲取氦3作為開發(fā)月球的重要目標(biāo)之一.“嫦娥一號”探月衛(wèi)星執(zhí)行的一項重要任務(wù)就是評估月壤中氦3的分布和儲量.已知兩個氘核聚變生成一個氦3和一個中子的核反應(yīng)方程是:→He+n+3.26MeV,若有2g氘全部發(fā)生聚變,

則釋放的能量是(NA是阿伏加德羅常數(shù))()A.0.5×3.26MeV B.3.26MeVC.0.5NA×3.26MeV D.NA×3.26MeV.

解析

2g氘含有的原子核數(shù)為NA,兩個氘核聚變放出的能量為3.26MeV,則2g氘全部發(fā)生聚變釋放的能量為:NA×3.26/2MeV=0.5NA×3.26MeV,C正確.

答案

C.5.氘核、氚核、氦核和中子的質(zhì)量分別為m1、m2、

m3和m4,當(dāng)氘核與氚核結(jié)合為氦核并同時放出中子時,下列說法中正確的是(已知c為光在真空中的速度)()A.這是輕核聚變,放出的能量為(m1+m2-m3-m4)c2B.這是輕核聚變,放出的能量為m4c2C.這是輕核聚變,吸收的能量為(m1+m2-m3)c2D.這是輕核裂變,吸收的能量為(m3+m4)c2

解析

核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為:Δm=(m1+m2-m3-m4),

放出的能量為ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2,A

正確.A.6.太陽能來源于輕核的聚變,太陽中存在的主要元素是氫,氫核的聚變反應(yīng)可以看作是4個氫核(H)結(jié)合成1個氦核(He).下表中列出了部分粒子的質(zhì)量

以下說法中正確的是()A.核反應(yīng)方程為

B.核反應(yīng)方程為

C.4個氫核結(jié)合成1個氦核時的質(zhì)量虧損約為

0.0266uD.聚變反應(yīng)過程中釋放的能量約為24.8MeV粒子名稱質(zhì)子pα粒子電子e中子n質(zhì)量/u1.00734.00150.000551.0087.

解析根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可得聚變的核反應(yīng)方程為:H→He+e,B錯誤,A正確;

質(zhì)量虧損為:Δm=4mH-mHe-me=4×1.0073u-4.0015u-2×0.00055u=0.0266u,C正確;

核反應(yīng)釋放的能量為ΔE=Δmc2=0.0266×931.5MeV=24.8MeV,D正確.

答案

ACD.7.(1)放射性物質(zhì)Po和Co的核衰變方程分別為:

方程中的X1代表的是

,X2代表的是

.(2)如圖1所示,鉛盒內(nèi)裝有能釋放α、β和γ射線的放射性物質(zhì),在靠近鉛盒的頂部加上電場E或磁場

B，在圖(a)、(b)中分別畫出射線運(yùn)動軌跡的示意圖.(在所畫軌跡上須標(biāo)明是α、β和γ中的哪種射線)圖1.

解析

(1)由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知,X1

代表的是He(或α粒子),X2代表的是e(或β

粒子)(2)α粒子帶正電,在(a)圖電場中右偏，在(b)圖磁場受到指向左側(cè)的洛倫茲力向左偏;β粒子帶負(fù)電,故在(a)圖中左偏而在(b)

圖中右偏,γ粒子不帶電故不發(fā)生偏轉(zhuǎn).

其軌跡如下圖所示(曲率半徑不作要求,每種射線可只畫一條軌跡)

答案

(1)He(或α粒子)(或β粒子)(2)見解析.反思總結(jié)返回..9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/1/102023/1/102023/1/101/10/20231:25:53PM11、以我獨(dú)沈久，愧君相見頻。。2023/1/102023/1/102023/1/10Jan-2310-Jan-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/1/102023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202313、乍見翻疑夢，相悲各問年。。2023/1/102023/1/102023/1/102023/1/101/10/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。。10一月20232023/1/102023/1/102023/1/1015、比不了得就不比，得不到的就不要。。。一月232023/1/102023/1/102023/1/101/10/202316、行動出成果，工作出財富。。2023/1/102023/1/1010January202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點(diǎn)的射線向前。。2023/1/102023/1/102023/1/102023/1/109、沒有失敗，只有暫時停止成功！。2023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/1/102023/1/102023/1/101/10/20231:25:53PM11、成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)小小努力的積累。。2023/1/102023/1/102023/1/10Jan-2310-Jan-2312、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/1/102023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202313、不知香積