物理高考一輪復習課件84份選修3 5第十三章4課時

第4課時 原子核 核反應與核能導學目標 1.掌握原子核的組成、放射性、半衰期、放射性同位素的應用等基本問題.2.會書寫核反應方程，能區(qū)分核反應的種類和根據質能方程求解核能問題.3.了解裂變反應、聚變反應的特點與應用，射線的危害與應用．第4課時本講欄目開關一、天然放射現象、原子核的組成[基礎導引]1．用符號表示以下原子核：(1)鈾238；(2)有6個中子的碳原子核；(3)質量數為14的碳原子核；(4)電荷數為8、質量數為

17的氧原子核；(5)α粒子基礎再現·深度思考基礎再現·深度思考92

6

6

8

2答案

(1)238U

(2)12C

(3)14C

(4)17O

(5)4He2．說出以下原子核的質子數、中子數：(1)4019K；(2)6629Cu；86(3)222Rn.19答案

(1)40K的質子數為19，中子數為21.29(2)66Cu的質子數為29，中子數為37.86(3)222Rn的質子數為86，中子數為136第4課時本講欄目開關[知識梳理]

1．天然放射現象天然放射現象元素

自發(fā)

地放出射線的現象，首先由貝克勒爾發(fā)現．天然放射現象的發(fā)現，說明原子核還具有復雜的結構．放射性和放射性元素物質發(fā)射某種看不見的射線的性質叫

放射性．具有放射性的元素叫

放射性元素．第4課時基礎再現·深度思考本講欄目開關2．原子核(1)原子核的組成①原子核由中子和質子

組成，質子和中子統(tǒng)稱為

核子．②原子核的核電荷數＝質子數，原子核的質量數＝中子數＋質子數．Z③X

元素原子核的符號為AX，其中A

表示質量數

，Z

表示

核電荷數

．(2)同位素：具有相同質子數、不同中子數的原子，因為在元素周期表中的位置相同,同位素具有相同的化學性質．第4課時基礎再現·深度思考本講欄目開關二、核反應[基礎導引]901．寫出下列各放射性元素的α

衰變方程：(1)234Th(釷核)；29(2)66Cu(銅核)．832．寫出下列各放射性元素的β

衰變方程：(1)244Bi(鉍核)；(2)210Po(釙核)．83244

2448484答案

(1)

Bi→

Po0—1＋

e(2)210Po→210At＋84

85－10e答案

(1)234Th→230Ra＋4He90

88

2(2)66Cu→62Co＋4He29

27

2第4課時基礎再現·深度思考本講欄目開關3.238U(鈾核)衰變?yōu)?22Rn(氡核)要經過

次α衰變，

次β92

86衰變．答案

4

24．已知釷234的半衰期是24天，1

g釷經過120天后還剩多少？答案321

g5．完成下列核反應方程．(1)19F＋4He→1H＋(

)；9

2

1(2)11B＋(

)→1n＋14N；5

0

7(3)14N＋1n→(

)＋1H.102

67

0

1答案

(1)22Ne

(2)4He

(3)14C第4課時基礎再現·深度思考本講欄目開關[知識梳理]1．衰變原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ儯派湫栽厮プ儠r放出的射線共有三種：α

射線，β

射線和γ

射線．(1)按照衰變時放出粒子的不同又分為α衰變和β衰變．α衰變和β衰變的比較衰變類型α

衰變β

衰變衰變方程M

M－4

4HeZ

X→Z－2

Y＋

2M

M

－0eZ

X→Z+1Y＋

1衰變實質2個質子和2個中子結合成一個整體射出中子轉化為質子和電子21H＋21n→4He1

0

21n→1H＋－0e0

1

1衰變規(guī)律電荷數守恒、質量數守恒第4課時基礎再現·深度思考本講欄目開關(2)γ射線：γ射線經常是伴隨著α衰變或β衰變同時產生的．其實質是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中，產生的新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子．

(3)半衰期是放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變所需的時

間，它表示放射性元素衰變的快慢．第4課時基礎再現·深度思考本講欄目開關2．原子核的人工轉變用高能粒子轟擊靶核，產生另一種新核的反應過程．典型核反應：(1)盧瑟福發(fā)現質子的核反應方程為：查德威克發(fā)現中子的核反應方程為：9Be＋4He→12

C＋1n.4

2

6

0居里夫婦發(fā)現放射性同位素和正電子的核反應方程為：_13

2_

15

0

.30153014P→

Si＋0＋1e.

7

2

8

1

14

N＋4He→17

O＋1H

.27A1＋4He→30P＋1n第4課時基礎再現·深度思考本講欄目開關3

2

43．核裂變和核聚變

(1)重核裂變重核裂變：是重核分裂成中等質量的核的反應過程．如：235

U＋1n→144

Ba＋89Kr＋

3

1n.92

0

56

36

0由重核裂變產生的中子使裂變反應能持續(xù)地進行的過程稱為鏈式反應，發(fā)生鏈式反應的條件是：裂變物質的體積大1n于等于臨界體積．裂變的應用：原子彈、核反應堆．(2)輕核聚變聚變是兩個輕核結合成

質量較大的核的反應過程．如：1H＋1H→2He＋

0

＋17.6MeV使核發(fā)生聚變需要幾百萬度以上的高溫，因此聚變又叫熱核反應．4．核反應方程式遵循的規(guī)律(1)質量數守恒．(2)電荷數守恒．第4課時基礎再現·深度思考本講欄目開關三、核力與核能[基礎導引]已知226Ra，222Rn，4He

的原子質量分別是226.025

4

u，222.017

5

u，88

86

24.002

6

u．求出226Ra

在α

衰變226Ra→222Rn＋4He

中放出的能88

88

86

2量(以電子伏特為單位).解析衰變后的質量虧損為Δm＝(226.025

4－222.017

5－

4.002

6)u＝0.0053

u．因為1

u

相當于931.5

MeV，因此釋放的能量為ΔE＝0.005

3×931

.5

MeV≈4.937

0

MeV＝4.937

0×106

eV.答案4.937

0×106

eV第4課時基礎再現·深度思考本講欄目開關[知識梳理]核力：核子間的作用力．核力是短程強引力，作用范圍在1.5×10－15

m之內，只在相鄰的核子間發(fā)生作用．核能：

核子結合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結合能，亦稱核能．質能方程、質量虧損愛因斯坦質能方程E＝

mc2，原子核的質量必然比組成它的核子的質量和要小Δm，這就是質量虧損．由質量虧損可求出釋放的核能ΔE＝

Δmc2

.第4課時基礎再現·深度思考本講欄目開關課堂探究·突破考點考點一 原子核的衰變、半衰期考點解讀1．確定衰變次數的方法(1)設放射性元素AX

經過n

次α

衰變和m

次β

衰變后，變ZA′Z′成穩(wěn)定的新元素

Y，則表示該核反應的方程為A

A′Z′40Z

2

1X→

Y＋n

He＋m-

e根據電荷數守恒和質量數守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m(2)確定衰變次數，因為β

衰變對質量數無影響，先由質量數的改變確定α

衰變的次數，然后再根據衰變規(guī)律確定β衰變的次數．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關2．對半衰期的理解(1)根據半衰期的概念，可總結出公式余

余N

＝N

原(2)

＝m

原(2)1

t/τ，m

1

t/τ式中N

原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數和質量，

N

余、m

余表示衰變后剩余的放射性元素的原子數和質量，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部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強)或化學狀態(tài)(如單質、化合物)無關．特別提醒

近幾年高考中多次考到半衰期的理解與計算.第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關典例剖析例

1

(1)(2011·浙江理綜·15)關于天然放射現象，下列說法正確的是α

射線是由氦原子核衰變產生β

射線是由原子核外電子電離產生γ

射線是由原子核外的內層電子躍遷產生通過化學反應不能改變物質的放射性(

)(2)(2011·山東理綜·38(1))碘131核不穩(wěn)定，會發(fā)生β

衰變，其半衰期為8

天．13153①碘

131

核的衰變方程：

I→

(衰變后的元素用X

表示)．②經過

天有

75%的碘

131

核發(fā)生了衰變．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關解析(1)α

射線是氦核流，A

錯；β射線是原子核內的一個中子變成一個質子而放出的，B錯；γ射線是原子核受激發(fā)而產生的，C

錯；物質的放射性和半衰期與溫度以及化學狀態(tài)等無關，由核本身的性質決定，故D

項正確．(2)①根據質量數、電荷數守恒，

I131

1310—53

54

1→

X＋

e.②根據m

余＝1

t

1

tm

原(2)τ得：0.25m

原＝m原(2)8，解得t＝16

天．131054 -1答案

(1)D (2)①

X＋

e

②16第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關跟蹤訓練1

一個氡核222Rn衰變成釙核218Po并放出一個粒86

84子，其半衰期為3.8天.1

g氡經過7.6天衰變掉氡的質量，以86

84A．0.25

g，α粒子C．0.25

g，β粒子B．0.75g，α粒子D．0.75g，β粒子及222Rn衰變成218Po的過程放出的粒子是

(

B

)解析

氡核半衰期為

3.8

天，7.6

天為

2

個半衰期，所以1

1

11

g

氡7.6

天衰變掉的質量為1

g×2＋(1g×2)×2＝0.75

g．由222Rn→218Po＋4He

知222Rn

衰變成218Po

的過程中放出的粒86

84

2

86

842子是4He，即α

粒子，所以B

正確．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關考點二

核反應方程及反應類型考點解讀核反應的四種類型類型可控性核反應方程典例衰變α

衰變自發(fā)238

U→234Th＋4He92

90

2β

衰變自發(fā)234

Th→234

Pa＋

0e90

91

－114N＋4He→14O＋1H(盧瑟福發(fā)現質子)7

2

8

14He＋9Be→12C＋1n(查德威克發(fā)現中子)人工轉變人工控制2

4

6

027A1＋4He→30P＋1n13

2

15

0約里奧·居里夫婦發(fā)現放射性同位素，同時30P→30Si＋＋0e15

14

1發(fā)現正電子重核裂變比較容易進行人工控制235

U＋1n→144

Ba＋89Kr＋31n92

0

56

36

0235U＋1n→136Xe＋90Sr＋101n92

0

54

38

0輕核聚變除氫彈外無法控制2H＋3H→4He＋1n1

1

2

0第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關特別提醒

1.核反應過程一般都是不可逆的，所以核反應方程只能用單向箭頭表示反應方向，不能用等號連接．核反應的生成物一定要以實驗為基礎，不能憑空只依據兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應方程．核反應遵循質量數守恒而不是質量守恒；遵循電荷數守恒．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關典例剖析例

2

(2011·海南單科·19(1))2011

年

3

月

11

日，日本發(fā)生九級1A．X

―→13756大地震，造成福島核電站嚴重的核泄漏事故．在泄漏的污染物中含有

131I

和

137Cs

兩種放射性核素，它們通過一系列衰變產生對人體有危害的輻射．在下列四個式子中，有兩個能分別反映

131I

和

137Cs

的衰變過程，它們分別是

和

(填入正確選項前的字母).131I和

137Cs

原子核中的中子數分別是

和

．102Ba＋

n B．X

―→13754Xe＋－10e3C．X

―→13756Ba＋－10e4D．X

―→1375411Xe＋

p第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關解析根據核反應方程的質量數、電荷數守恒知，131I的衰變?yōu)檫x項B,137Cs

的衰變?yōu)檫x項C,131I

的中子數為131－53＝78,137Cs

的中子數為137－55＝82.答案B

C

78

82思維突破1．電荷數守恒和質量數守恒是正確書寫核反應方程式的關鍵．2．熟記幾種核反應類型的基本概念．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關跟蹤訓練

2

(2010·廣東理綜·18)關于核衰變和核反應的類型，下列表述正確的有(

AC)A.238

U→23492

90

2Th＋4HeB.14N＋4He→17O＋1H7

2

8

11

1

2

0C.2H＋3H→4He＋1nD.82Se→82Kr＋2-10

e是α

衰變

是β

衰變是輕核聚變是重核裂變34

36解析

A項表示α衰變，C項表示輕核聚變，D項不是重核裂變，選項A、C正確，D錯誤；B項中核反應為原子核的人工轉變，選項B錯誤．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關考點三 核力與核能的計算考點解讀核力含義：原子核里的核子間存在互相作用的核力，核力把核子緊緊束縛在核內，形成穩(wěn)定的原子核．特點：①核力是強相互作用的一種表現；②核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15

m之內．因此每個核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關2．核能(1)質量虧損：組成原子核的核子質量與原子核的質量之差．

(2)質能方程：一定的能量和一定的質量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質量成正比，即E＝mc2.方程的含義是：物體具有的能量與它的質量之間存在簡單的正比關系，物體的能量增大，質量也增大；物體的能量減

少，質量也減少．①核子在結合成原子核時出現質量虧損Δm，其能量也要相應減少，即ΔE＝Δmc2；②原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應的質量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2.第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關典例剖析例3

假設兩個氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應生成氦的同位素和中子，已知氘核的質量是

2.013

6

u，中子的質量是1.008

7

u，氦核同位素的質量是3.015

0

u.(1)聚變的核反應方程式是

，在聚變核反應中釋放出的能量為

MeV.(保留兩位有效數字)1(2)若氚核和氦核發(fā)生聚變生成鋰核，反應方程式為3H＋4He→7Li，已知各核子比結合能分別為

E

＝1.112

MeV、E2

3

H

He＝7.075

MeV、ELi＝5.603

MeV，試求此核反應過程中釋放的核能．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關解析

(1)根據題中條件，可知核反應方程式為1

1

2

02H＋2H→3He＋1n.核反應過程中的質量虧損Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2×2.013

6

u－(3.015

0＋1.008

7)

u＝3.5×10－3

u.由于1u

的質量與931.5MeV的能量相對應．所以氘核聚變時放出的能量ΔE＝3.5×10－3×931.5

MeV≈3.3

MeV(2)3H

和4He

分解成7

個核子所需的能量為1

2E1＝3×1.112

MeV＋4×7.075

MeV＝31.636

MeV7

個核子結合成7Li，釋放的能量為3E2＝7×5.603

MeV＝39.221

MeV所以此核反應過程中釋放的核能為ΔE＝E2－E1＝39.221

MeV－31.636

MeV＝7.585

MeV.答案

(1)2H＋2H→3He＋1n

3.3 (2)7.585

MeV1

1

2

0第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關思維突破

1.核能的計算方法根據

ΔE＝Δmc2

計算，計算時

Δm

的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE

的單位是“J”．根據ΔE＝Δm×931.5

MeV計算．因1

原子質量單位(u)相當于931

.5MeV

的能量，所以計算時Δm

的單位是“u”，ΔE

的單位是“MeV”．根據核子比結合能來計算核能原子核的結合能＝核子比結合能×核子數．2.利用質能方程計算核能時，不能用質量數代替質量進行計算．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關跟蹤訓練3

(2010·北京理綜·15)太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為J，根據愛因斯坦質能方程，太陽每秒鐘減少的質4×1026量最接近

A．1036

kgC．1013

kg(

D

)B．1018

kgD．109

kgΔE4×1026解析

由質能方程ΔE＝Δmc2得：Δm＝

c2

＝(3.0×10

)8

2Kg≈4×109

kg.D正確．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關考點四 核能與動量守恒的綜合性問題典例剖析2399423592例

4

钚的放射性同位素

Pu

靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)

U*23592*23592和

α

粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)

U

立即衰變?yōu)殁櫤?/p>

U，并放2399423592出能量為

0.097

MeV

的

γ

光子．已知：

Pu、

U

和

α

粒子的質量分別為mPu＝239.052

1

u、mU＝235.043

9

u

和mα＝4.002

6

u,1

u

的質量相當于931.5

MeV

的能量．寫出衰變方程；已知衰變放出的光子的動量可忽略，求α

粒子的動能．解析

(1)衰變方程為94

92

2239Pu→235U*＋4He92

92235U*→235U＋γ①②③或合起來有239Pu→235U＋4He＋γ94

92

2第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(2)上述衰變過程的質量虧損為Δm＝mPu－mU－mα放出的能量為ΔE＝c2·Δm第4課時④⑤92

U

α此能量是鈾核235U

的動能

E

、α

粒子的動能

E

和

γ

光子的能量Eγ之和即ΔE＝EU＋Eα＋Eγ由④⑤⑥式得EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ⑥⑦設衰變后的鈾核和

α粒子的速率分別為

vU和

vα，則由動量守恒有

mUvU＝mαvα

⑧2U

U

U1又由動能的定義知

E

＝1

v

2，E

＝

m

vm

α

2α

α2⑨由⑧⑨

EU＝mα式得Eα

mU⑩α由⑦⑩式得E

＝mUmU＋mαPu

U

α

γ[(m

－m

－m

)c2－E

]代入題給數據得Eα≈5.034

MeV235

23594

92*

42答案

(1)

Pu→

U

＋

He23592*235922399423592U

→

U＋γ(或

Pu→

U＋4He＋γ) (2)5.034

MeV2課堂探究·突破考點本講欄目開關思維突破先求質量虧損．用ΔE＝mc2計算釋放的核能．注意核衰變后，新核不只是能量守恒，動量也守恒．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關，可以判斷A．原子核發(fā)生β衰變

B．原子核發(fā)生α衰變(

AC

)C．大圓是釋放粒子的運動軌跡，小圓是新核的運動軌跡

D．大圓是新核的運動軌跡，小圓是釋放粒子的運動軌跡解析

釋放粒子和反沖核運動方向相反，且衰變后釋放粒子與反沖核動量大小相等，故發(fā)生的是β衰變．它們在磁場課堂探究·突破考點跟蹤訓練4如圖1所示，兩個相切的圓表示一個靜止的原子核發(fā)生某種衰變后，釋放出來的粒子和反沖核在磁場中運動的軌跡圖1中，由洛倫茲力提供向心力，則R＝

mv

，在同