第13章 第4课时（整理）

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1、学 海 无 涯 第 4 课时 原子核 核反应与核能 导学目标 1 掌握原子核的组成 放射性 半衰期 放射性同位素的应用等基本问题 2 会书 写核反应方程 能区分核反应的种类和根据质能方程求解核能问题 3 了解裂变反应 聚变反 应的特点与应用 射线的危害与应用 一 天然放射现象 原子核的组成 基础导引 1 用符号表示以下原子核 1 铀 238 2 有 6 个中子的碳原子核 3 质量数为 14 的碳原 子核 4 电荷数为 8 质量数为 17 的氧原子核 5 粒子 2 说出以下原子核的质子数 中子数 1 40 19K 2 6629Cu 3 222 86Rn 知识梳理 1 天然放射现象 1 天然放射现

2、象 元素 地放出射线的现象 首先由 发现 天然放射现象的发现 说 明 还具有复杂的结构 2 放射性和放射性元素 物质发射某种看不见的射线的性质叫 具有放射性的元素叫 2 原子核 1 原子核的组成 原子核由 和 组成 质子和中子统称为 原子核的核电荷数 数 原子核的质量数 X 元素原子核的符号为AZX 其中 A 表示 Z 表示 2 同位素 具有相同 不同 的原子 因为在元素周期表中的 相同 同位素具有相同的 性质 二 核反应 基础导引 1 写出下列各放射性元素的 衰变方程 1 234 90Th 钍核 2 6629Cu 铜核 2 写出下列各放射性元素的 衰变方程 1 244 83Bi 铋核 2 2

3、10 84Po 钋核 3 238 92U 铀核 衰变为222 86Rn 氡核 要经过 次 衰变 次 衰变 4 已知钍 234 的半衰期是 24 天 1 g 钍经过 120 天后还剩多少 5 完成下列核反应方程 1 19 9F 42He 11H 2 11 5B 10n 14 7N 3 14 7N 10n 11H 知识梳理 学 海 无 涯 1 衰变 原子核 地放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的 放射性元 素衰变时放出的射线共有三种 射线 射线和 射线 1 按照衰变时放出粒子的不同又分为 衰变和 衰变 衰变和 衰变的比较 衰变类型 衰变 衰变 衰变方程 M ZX M 4 Z 2Y M ZX

4、MZ 1Y 衰变实质 2 个质子和 2 个中子结合成 一个整体射出 中子转化为质子和电 子 211H 210n 42He 10 n 11H 0 1e 衰变规律 电荷数守恒 质量数守恒 2 射线 射线经常是伴随着 衰变或 衰变同时产生的 其实质是放射性原子核在 发生 衰变或 衰变的过程中 产生的新核由于具有过多的能量 核处于激发态 而辐射 出光子 3 半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 它表示放射性元素衰变的 快慢 2 原子核的人工转变 用高能粒子轰击靶核 产生另一种新核的反应过程 典型核反应 1 卢瑟福发现质子的核反应方程为 2 查德威克发现中子的核反应方程为 9 4Be 42

5、He 12 6C 10n 3 居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为 30 15P 3014Si 0 1e 3 核裂变和核聚变 1 重核裂变 重核裂变 是重核分裂成中等质量的核的反应过程 如 235 92U 10n 144 56Ba 8936Kr 10n 由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为 发生链式反 应的条件是 裂变物质的体积 临界体积 裂变的应用 原子弹 核反应堆 2 轻核聚变 聚变是两个轻核结合成 的核的反应过程 如 3 1H 21H 42He 17 6 MeV 使核发生聚变需要几百万度以上的高温 因此聚变又叫 4 核反应方程式遵循的规律 1 质量数守恒 2 电

6、荷数守恒 学 海 无 涯 三 核力与核能 基础导引 已知226 88Ra 222 86Rn 42He 的原子质量分别是 226 025 4 u 222 017 5 u 4 002 6 u 求出226 88Ra 在 衰变226 88Ra 222 86Rn 42He 中放出的能量 以电子伏特为单位 知识梳理 1 核力 核子间的作用力 核力是短程强引力 作用范围在 1 5 10 15 m 之内 只在 的核子间发生作用 2 核能 结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量 叫做原 子核的 能 亦称核能 3 质能方程 质量亏损 爱因斯坦质能方程 E 原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小

7、 m 这就是质量亏损 由质量亏损可求出释放的核能 E 考点一 原子核的衰变 半衰期 考点解读 1 确定衰变次数的方法 1 设放射性元素AZX 经过 n 次 衰变和 m 次 衰变后 变成稳定的新元素A Z Y 则表示该 核反应的方程为 A ZX A Z Y n42He m 0 1e 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A A 4n Z Z 2n m 2 确定衰变次数 因为 衰变对质量数无影响 先由质量数的改变确定 衰变的次数 然后再根据衰变规律确定 衰变的次数 2 对半衰期的理解 1 根据半衰期的概念 可总结出公式 N余 N原 1 2 t m 余 m原 1 2 t 式中 N原 m原表示衰变前的放

8、射性元素的原子数和质量 N余 m余表示衰变后剩余的 放射性元素的原子数和质量 t 表示衰变时间 表示半衰期 2 影响因素 放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的 跟原子所处的物理状 态 如温度 压强 或化学状态 如单质 化合物 无关 特别提醒 近几年高考中多次考到半衰期的理解与计算 典例剖析 例 1 1 2011 浙江理综 15 关于天然放射现象 下列说法正确的是 A 射线是由氦原子核衰变产生 B 射线是由原子核外电子电离产生 C 射线是由原子核外的内层电子跃迁产生 学 海 无 涯 D 通过化学反应不能改变物质的放射性 2 2011 山东理综 38 1 碘 131 核不稳定 会发生 衰变

9、 其半衰期为 8 天 碘 131 核的衰变方程 131 53I 衰变后的元素用 X 表示 经过 天有 75 的碘 131 核发生了衰变 跟踪训练 1 一个氡核222 86Rn 衰变成钋核218 84Po 并放出一个粒子 其半衰期为 3 8 天 1 g 氡经过 7 6 天衰变掉氡的质量 以及222 86Rn 衰变成218 84Po 的过程放出的粒子是 A 0 25 g 粒子 B 0 75 g 粒子 C 0 25 g 粒子 D 0 75 g 粒子 考点二 核反应方程及反应类型 考点解读 核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 衰变 自发 238 92U 234 90Th 42He 衰

10、变 自发 234 90Th 234 91Pa 0 1e 人工转变 人工控制 14 7N 42He 17 8O 11H 卢瑟福发现质子 4 2He 94Be 12 6C 10n 查德威克发现中子 27 13A1 42He 3015P 10n 约里奥 居里夫妇发现放 射性同位素 同时发现正 电子 30 15P 3014Si 0 1e 重核裂变 比较容易 进行人工 控制 235 92U 10n 144 56Ba 8936Kr 310n 235 92U 10n 136 54Xe 9038Sr 1010n 轻核聚变 除氢弹外无 法控制 2 1H 31H 42He 10n 特别提醒 1 核反应过程一般都是

11、不可逆的 所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方 向 不能用等号连接 2 核反应的生成物一定要以实验为基础 不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来 写核反应方程 3 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒 遵循电荷数守恒 典例剖析 例 2 2011 海南单科 19 1 2011 年 3 月 11 日 日本发生九级大地震 造成福岛核电站严重 的核泄漏事故 在泄漏的污染物中含有 131I 和137Cs 两种放射性核素 它们通过一系列衰 变产生对人体有危害的辐射 在下列四个式子中 有两个能分别反映 131I 和137Cs 的衰变 过程 它们分别是 和 填入正确选项前的字母 131I 和 137Cs 原

12、子核中的 中子数分别是 和 A X1 137 56Ba 10n B X2 131 54Xe 0 1e C X3 137 56Ba 0 1e D X4 131 54Xe 11p 思维突破 学 海 无 涯 1 电荷数守恒和质量数守恒是正确书写核反应方程式的关键 2 熟记几种核反应类型的基本概念 跟踪训练 2 2010 广东理综 18 关于核衰变和核反应的类型 下列表述正确的有 A 238 92U 234 90Th 42He 是 衰变 B 14 7 14 7N 42He 17 8O 11H 是 衰变 C 21H 31H 42He 10n 是轻核聚变 D 82 34Se 8236Kr 2 0 1e 是

13、重核裂变 考点三 核力与核能的计算 考点解读 1 核力 1 含义 原子核里的核子间存在互相作用的核力 核力把核子紧紧束缚在核内 形成稳 定的原子核 2 特点 核力是强相互作用的一种表现 核力是短程力 作用范围在 1 5 10 15 m 之内 因此每个核子只跟它的相邻核子间才 有核力作用 2 核能 1 质量亏损 组成原子核的核子质量与原子核的质量之差 2 质能方程 一定的能量和一定的质量相联系 物体的总能量和它的质量成正比 即 E mc2 方程的含义是 物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系 物体的能量增大 质量也增大 物体的能量减少 质量也减少 核子在结合成原子核时出现质量亏损 m 其

14、能量也要相应减少 即 E mc2 原子核分解成核子时要吸收一定的能量 相应的质量增加 m 吸收的能量为 E mc2 典例剖析 例 3 假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子 已知氘核的质量 是 2 013 6 u 中子的质量是 1 008 7 u 氦核同位素的质量是 3 015 0 u 1 聚变的核反应方程式是 在聚变核反应中释放出的能量为 MeV 保留两 位有效数字 2 若氚核和氦核发生聚变生成锂核 反应方程式为31H 42He 73Li 已知各核子比结合能分 别为 EH 1 112 MeV EHe 7 075 MeV ELi 5 603 MeV 试求此核反应过程中释放的

15、核 能 思维突破 1 核能的计算方法 1 根据 E mc2计算 计算时 m 的单位是 kg c 的单位是 m s E 的单位是 J 2 根据 E m 931 5 MeV 计算 因 1 原子质量单位 u 相当于 931 5 MeV 的能量 所 以计算时 m 的单位是 u E 的单位是 MeV 3 根据核子比结合能来计算核能 学 海 无 涯 图 1 原子核的结合能 核子比结合能 核子数 2 利用质能方程计算核能时 不能用质量数代替质量进行计算 跟踪训练 3 2010 北京理综 15 太阳因核聚变释放出巨大的能量 同时其质量不断减少 太 阳每秒钟辐射出的能量约为 4 1026 J 根据爱因斯坦质能方

16、程 太阳每秒钟减少的质量 最接近 A 1036 kg B 1018 kg C 1013 kg D 109 kg 考点四 核能与动量守恒的综合性问题 典例剖析 例 4 钚的放射性同位素239 94Pu 静止时衰变为铀核激发态235 92U 和 粒子 而铀核激发态235 92U 立即衰变为铀核235 92U 并放出能量为 0 097 MeV 的 光子 已知 239 94Pu 235 92U 和 粒子的质量分别为 mPu 239 052 1 u mU 235 043 9 u 和 m 4 002 6 u 1 u 的质量相 当于 931 5 MeV 的能量 1 写出衰变方程 2 已知衰变放出的光子的动量可忽略 求 粒子的动能 思维突破 1 先求质量亏损 2 用 E mc2计算释放的核能 3 注意核衰变后 新核不只是能量守恒 动量也守恒 跟踪训练 4 如图 1 所示 两个相切的圆表示一个静止的原子核发生 某种衰变后 释放出来的粒子和反冲核在磁场中运动的轨迹 可以 判断 A 原子核发生 衰变 B 原子核发生 衰变 C 大圆是释放粒子的运动轨迹 小圆是新核的运动轨迹 D 大圆是新核的运动轨迹 小圆是释