高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十五章 天然放射現(xiàn)象 核反應(yīng) 核能

高考物理大一輪復(fù)習(xí)第十五章天然放射現(xiàn)象核反應(yīng)核能課件第一頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六一、原子核1.四個(gè)概念(1)放射性:物質(zhì)發(fā)射①射線(xiàn)

的性質(zhì)。知識(shí)梳理(2)放射性元素:具有②放射性

的元素。(3)同位素:具有相同③質(zhì)子

數(shù)和不同④中子

數(shù)的原子核。(4)放射性同位素:具有⑤放射性

的同位素。第二頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.原子核的組成(1)原子核:由⑥質(zhì)子

和⑦中子

組成,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱(chēng)為核子。(2)電荷數(shù)(Z):等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù),也等于核外電子數(shù),還等于元素周期中的

原子序數(shù)。(3)質(zhì)量數(shù)(A):等于核內(nèi)的核子數(shù),即質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和。第三頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六種類(lèi)α射線(xiàn)β射線(xiàn)γ射線(xiàn)組成高速①氦核

流高速②電子

流③光子

流帶電荷量2e-e0質(zhì)量4mpmp=1.67×10-27kg

me=9.11×10-31kg靜止質(zhì)量為零符號(hào)④

He

⑤

e

速度0.1c0.99cc(光速)在電磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)(與α射線(xiàn)反

向)不偏轉(zhuǎn)二、原子核的衰變1.三種射線(xiàn)的比較第四頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六貫穿本領(lǐng)最弱,用紙能擋住較強(qiáng),穿透幾毫米

的鋁板最強(qiáng),穿透幾厘米的鉛板

對(duì)空氣的電離作用⑥很強(qiáng)

較弱⑦很弱

第五頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.半衰期:(1)定義:放射性元素的原子核有⑧半數(shù)

發(fā)生衰變所需的時(shí)間。(2)衰變規(guī)律:N=N0(

)t/τ、m=m0(

)t/τ(3)影響因素:由⑨原子核內(nèi)部自身的因素

決定,跟原子所處的化學(xué)狀

態(tài)和外部條件都無(wú)關(guān)。三、核力與核能1.核力(1)含義:原子核里的①核子間

存在互相作用的核力,核力把核子緊緊

地束縛在核內(nèi),形成穩(wěn)定的原子核。第六頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六(2)特點(diǎn):a.核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)。b.核力是短程力,作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)。c.每個(gè)核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用。2.核能(1)結(jié)合能:把構(gòu)成原子核的結(jié)合在一起的核子分開(kāi)所需的能量。(2)質(zhì)能方程: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E=②

mc2

。核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm,其能量也要相應(yīng)減少,即③

Δ

E=Δmc2

。第七頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六(3)質(zhì)能方程的意義:質(zhì)量和能量是物質(zhì)的兩種屬性,質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量

和能量是不可分割的,它建立了兩種屬性在數(shù)值上的關(guān)系。3.獲得核能的途徑

重核裂變輕核聚變定義質(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)程某些輕核結(jié)合成質(zhì)量數(shù)較

大的原子核的過(guò)程第八頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六特點(diǎn)a.裂變過(guò)程中能夠放出巨

大的能量b.裂變的同時(shí)能夠放出2~

3(或更多)個(gè)中子c.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a.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

子放出的能量大3至4倍b.聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更

劇烈c.對(duì)環(huán)境污染較小d.自然界中聚變反應(yīng)原料

豐富典型的方程

U

n

Kr

Ba+

n

H

H

He

n第九頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六1.(1)β衰變中的電子來(lái)源于原子核外電子。

(

)(2)核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)守恒,方程兩邊的質(zhì)量也相等。

(

)(3)如某放射性元素的半衰期是5天,那么100個(gè)該元素的原子核經(jīng)過(guò)10天還

剩下25個(gè)。

(

)(4)目前核電站多數(shù)是采用核聚變反應(yīng)發(fā)電。

(

)(5)放射性元素的原子核內(nèi)的核子有半數(shù)發(fā)生變化所需的時(shí)間就是半衰

期。

(

)

答案

(1)?

(2)?

(3)?

(4)?

(5)?第十頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.下列關(guān)于放射現(xiàn)象的說(shuō)法中,正確的是

(

)A.原子核發(fā)生α衰變時(shí),生成核與原來(lái)的原子核相比,中子數(shù)減少了4B.原子核發(fā)生α衰變時(shí),生成核與α粒子的總質(zhì)量等于原來(lái)的原子核的質(zhì)量C.原子核發(fā)生β衰變時(shí),生成核的質(zhì)量數(shù)比原來(lái)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

答案

D原子核發(fā)生α衰變時(shí),生成核與原來(lái)的原子核相比,中子數(shù)減少了2,A錯(cuò)誤;原子核發(fā)生α衰變時(shí),生成核與α粒子的總質(zhì)量小于原來(lái)的原子

核的質(zhì)量,B錯(cuò)誤;原子核發(fā)生β衰變時(shí),生成核的質(zhì)量數(shù)與原來(lái)的原子核的

質(zhì)量數(shù)相同,C錯(cuò)誤;放射性元素的半衰期由原子核的內(nèi)部因素決定,跟原子

所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無(wú)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。第十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六3.(多選)以下說(shuō)法正確的是

(

)A.當(dāng)氫原子從n=4的狀態(tài)躍遷到n=2的狀態(tài)時(shí),發(fā)射出光子B.光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都揭示了光具有波動(dòng)性C.原子核的半衰期由核內(nèi)部自身因素決定,與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部

條件無(wú)關(guān)D.比結(jié)合能越大,原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子越穩(wěn)定

答案

ACD當(dāng)氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),要輻射一定能量的光子,A對(duì);光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都說(shuō)明光具有粒子性,B錯(cuò);由半衰期的特點(diǎn)

知,C對(duì);比結(jié)合能越大,說(shuō)明原子越穩(wěn)定,D對(duì)。故選A、C、D。第十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六4.(多選)一個(gè)?U原子核在中子的轟擊下的裂變方程為

U+

n→X+?Sr+?n,則下列說(shuō)法正確的是

(

)A.X原子核中含有86個(gè)中子B.X原子核中含有141個(gè)核子C.鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的,具有一定的偶然性D.為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易進(jìn)行,最好用純鈾235

答案

ACD在核反應(yīng)中,電荷數(shù)守恒,質(zhì)量數(shù)守恒,X的質(zhì)子數(shù)是92-38=54個(gè),核子數(shù)是235+1-94-2=140個(gè),中子數(shù)是140-54=86個(gè),A正確,B不正確。

鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的,具有一定的偶然性,C正確。裂變的鏈?zhǔn)椒?/p>

應(yīng)是否容易進(jìn)行,與鈾的純度、體積等有關(guān),D正確。第十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六5.(多選)目前,在居室裝修中經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝飾材料,這些巖

石都不同程度地含有放射性元素,比如,有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石會(huì)

釋放出放射性惰性氣體氡,而氡會(huì)發(fā)生放射性衰變,放射出α、β、γ射線(xiàn),這

些射線(xiàn)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病,根據(jù)有關(guān)放射性知識(shí)

可知,下列說(shuō)法正確的是

(

)A.氡的半衰期為3.8天,若取4個(gè)氡原子核,經(jīng)7.6天后就一定剩下一個(gè)原子核了B.β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的C.γ射線(xiàn)一般伴隨著α或β射線(xiàn)產(chǎn)生,在這三種射線(xiàn)中,γ射線(xiàn)的穿透能力最強(qiáng),

電離能力最弱D.發(fā)生α衰變時(shí),生成核與原來(lái)的原子核相比,中子數(shù)減少了4第十四頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

答案

BC放射性元素的半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)于少量的原子核衰變不適用,所以A錯(cuò);原子核內(nèi)的中子在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)子,同時(shí)放出

一個(gè)電子,這就是β衰變時(shí)放出的電子,B對(duì);發(fā)生α衰變、β衰變后往往產(chǎn)生

的新原子核處于高能級(jí),這時(shí)其要向低能級(jí)躍遷,放出γ光子,所以γ射線(xiàn)經(jīng)常

伴隨著α或β射線(xiàn)產(chǎn)生,從α射線(xiàn)到γ射線(xiàn),它們的電離能力逐漸減弱,穿透能

力逐漸增強(qiáng),C對(duì);由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知D錯(cuò)。第十五頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六1.α衰變和β衰變的比較衰變類(lèi)型α衰變?chǔ)滤プ兯プ兎匠?/p>

X

Y

He

X

Y

e衰變實(shí)質(zhì)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成

一個(gè)整體中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子

H+

n

He

n

H

e衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒重難原子核的衰變及半衰期的計(jì)算方法重難突破第十六頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.衰變次數(shù)的確定方法方法一:依據(jù)兩個(gè)守恒定律確定衰變次數(shù),設(shè)放射性元素?X經(jīng)過(guò)n次α衰變和m次β衰變后,變成穩(wěn)定的新元素

Y,則表示核反應(yīng)的方程為

X

Y+?He+

e。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可列方程A=A'+4n,Z=Z'+2n-m兩式聯(lián)立得n=

,m=

+Z'-Z由此可見(jiàn)確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個(gè)二元一次方程組。方法二:因?yàn)棣滤プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無(wú)影響,可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù),然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)。

注意

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。第十七頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六典例1

(1)原子核

U經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍?/p>

Th,繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍?/p>

Pa,再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍?U。放射性衰變①、②和③依次為

(

)A.α衰變、β衰變和β衰變B.β衰變、α衰變和β衰變C.β衰變、β衰變和α衰變D.α衰變、β衰變和α衰變第十八頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六(2)法國(guó)科學(xué)家貝可勒爾(H.A.Becquerel)在1896年發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象。

如圖反映的是放射性元素鈾核衰變的特性曲線(xiàn)。由圖可知,鈾的半衰期為

年;請(qǐng)?jiān)谙率降睦ㄌ?hào)中,填入鈾在衰變過(guò)程中原子核放出的粒子的

符號(hào)。

U

Th+(

)第十九頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六

解析

(1)衰變過(guò)程中電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒,由題意可得衰變方程分別為

U

Th

He

Th

Pa

e

Pa→

e,所以A對(duì)。(2)根據(jù)半衰期的定義,由題圖坐標(biāo)軸數(shù)據(jù)可知,鈾的半衰期為1620年;由核反應(yīng)所遵循的電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知,衰變過(guò)程中放出的粒子的電

荷數(shù)為Z=92-90=2,質(zhì)量數(shù)為A=238-234=4,符號(hào)為?He。

答案

(1)A

(2)1620?He第二十頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六1-1

14C測(cè)年法是利用14C衰變規(guī)律對(duì)古生物進(jìn)行年代測(cè)定的方法。若以橫

坐標(biāo)t表示時(shí)間,縱坐標(biāo)m表示任意時(shí)刻14C的質(zhì)量,m0為t=0時(shí)14C的質(zhì)量。下

面四幅圖中能正確反映14C衰變規(guī)律的是

(

)

答案

C

解析由于每經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期τ,14C的質(zhì)量減少一半,所以m=m0(

,選項(xiàng)C正確。第二十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六1-2

(多選)下面說(shuō)法中正確的是

(

)A

Th(釷)經(jīng)過(guò)一系列的α衰變和β衰變,成為

Pb(鉛),鉛核比釷核少12個(gè)中子B.β衰變的實(shí)質(zhì)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C.γ射線(xiàn)的貫穿能力很強(qiáng)D.利用γ射線(xiàn)的電離作用,可檢查金屬內(nèi)部有無(wú)砂眼或裂紋

答案

BC

解析釷核質(zhì)子數(shù)為90,質(zhì)量數(shù)為232,鉛核質(zhì)子數(shù)為82,質(zhì)量數(shù)為208,所以,衰變過(guò)程中,質(zhì)子數(shù)減少了8,質(zhì)量數(shù)減少了24,鉛核比釷核少了24-8=16

個(gè)中子,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;γ射線(xiàn)的電離作用最弱,利用γ射線(xiàn)檢查金屬內(nèi)部有無(wú)砂眼或裂紋是因?yàn)棣蒙渚€(xiàn)的貫穿能力很強(qiáng),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。第二十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期六放射性同位素的應(yīng)用技巧1.利用它的射線(xiàn)如利用鈷60放出的很強(qiáng)的γ射線(xiàn)來(lái)檢查金屬內(nèi)部有沒(méi)有砂眼和裂紋,這叫γ

射線(xiàn)探傷。利用放射線(xiàn)的貫穿本領(lǐng)了解物體的厚度和密度的關(guān)系,可以用

放射性同位素來(lái)檢查各種產(chǎn)品的厚度、密封容器中的液面高度,從而自動(dòng)思想方法控制生產(chǎn)過(guò)程。再如利用α射線(xiàn)的電離作用,可以消除機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)中因摩

擦而產(chǎn)生的有害靜電,利用射線(xiàn)殺死人體內(nèi)的癌細(xì)胞等。2.作為示蹤原子如