2011届状元之路物理3-52.2

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1、第1页 *2.2 放射性元素的衰变 核能第2页 *知 识识 精 要高效梳理知识备识备 考一天然放射现现象1.天然放射现现象:某些元素自发发地放射某些射线线的现现象称为为天然放射现现象,这这些元素称为为放射性元素.2.三种射线线的本质质:射线线是氦核流,射线线是电电子流,射线线是电电磁波.第3页 *二原子核的衰变变1.定义义:原子核自发发地放出某种粒子而转变为转变为 新核的变变化叫原子核的衰变变.2.分类类:(1)衰变变: ,同时时放出射线线(2)衰变变: ,同时时放出射线线3.半衰期(1)定义义:放射性元素的原子核有半数发发生衰变变需要的时间时间 .(2)半衰期的大小由放射性元素的原子核内部本

2、身的因素决定,跟原子所处处的物理状态态(如压压强温度等)或化学状态态(如单质单质 或化合物)无关.第4页 *三放射性同位素及应应用1.同位素有些原子的原子核电电荷数相同,但质质量数不同,这样这样 一些具有相同核电电荷数和不同中子数的原子互称为为同位素.2.放射性同位素的应应用(1)放射性同位素放出的射线应线应 用于工业业探伤伤农业农业 医疗疗等.(2)做示踪原子.第5页 *四核反应应用高能粒子轰击轰击 靶核,产产生另一种新核的反应过应过 程.典型核反应应:1.卢卢瑟福发现质发现质 子的核反应应方程为为2.查查德威克发现发现 中子的核反应应方程为为3.约约里奥-居里夫妇发现妇发现 放射性同位素和

3、正电电子的核反应应方程为为 .常见见的核反应应有:衰变变人工转变转变 裂变变和聚变变.第6页 *五核能1.核能由于原子核中的核子间间存在强大的核力,使得原子核成为为一个坚坚固的集合体,要把原子核中的核子拆散,就得克服核力而做巨大的功,反之,要把核子集合成一个原子核,就要放出巨大的能量.第7页 *2.质质能方程(1)质质能方程:E=mc2,m是物体的质质量,c是真空中的光速.上述表明:物体的质质量和能量间间有一定联联系,即物体具有的能量与其质质量成正比,当物体的能量增加或减小E,它的质质量也会相应应地增加或减少m,E与m的关系是E=mc2.(2)质质量亏损损核子结结合成原子核时时要释释放能量,按

4、上述关系,原子核的质质量要小于组组成原子核的核子总质总质 量,这这个质质量差异叫质质量亏损损.第8页 *3.获获得核能的途径(1)重核裂变变:重核俘获获一个中子后分裂成为为两个(或多个)中等质质量核的反应过应过 程.重核裂变变的同时时放出几个中子,并释释放出大量核能.铀铀235裂变时发变时发 生链链式反应应.(2)轻轻核聚变变:某些轻轻核结结合成质质量较较大的核的反应过应过 程,同时释时释 放出大量的核能,要想使氘氘和氚氚核合成氦核,必须须达到几百万摄摄氏度以上的高温,因此聚变变反应应又叫热热核反应应.第9页 *双 基 精 练练 自主探究基础备础备 考1.(2009高考上海卷)放射性元素衰变时

5、变时 放出的三种射线线,按穿透能力由强到弱的排列顺顺序是( )A.射线线,射线线,射线线 B.射线线,射线线,射线线C.射线线,射线线,射线线D.射线线,射线线,射线线解析:由于三种射线线的能量不同,所以贯贯穿能力最强的是射线线,射线线次之,射线线最弱,故正确答案选选B.答案:B第10页 *2.下列核反应应或核衰变过变过 程中,符号“X”表示中子的是( )解析:由核反应满足的质量数守恒和电荷数守恒可知,AC选项中X为中子,B选项中为质子,D选项中为电子.答案:AC第11页 *3.关于天然放射现现象,下列说说法正确的是( )A.放射性元素的原子核内的核子有半数发发生变变化所需的时间时间就是半衰期

6、B.放射性物质质放出的射线线中,粒子动动能很大,因此贯贯穿物质质的本领领很强C.当放射性元素的原子的核外电电子具有较较高能量时时,将发发生衰变变D.放射性的原子核发发生衰变变后产产生的新核从高能级级向低能级跃级跃 迁时时,辐辐射出射线线第12页 *解析:半衰期是指放射性元素的原子核有半数发发生衰变变所用的时间时间 ,故A错错;三种射线线中,粒子速度最小,其贯贯穿本领领最小,故B错错;衰变变的原因是原子核内部的中子转转化为质为质 子时产时产 生了电电子,故C错错;衰变变后产产生的新核从高能级级向低能级跃级跃 迁时时,释释放能量,辐辐射出射线线,故D对对.答案:D第13页 *4.关于爱爱因斯坦质质

7、能方程的下列看法中正确的是( )A.E=mc2中的E是物体以光速c运动动的动动能B.E=mc2是物体的核能C.E=mc2是物体各种形式能的总总称D.由E=mc2,在核反应应中,亏损损的质质量m转转化成能量E放出E.E=mc2表明在核反应应中亏损损的静质质量转转化为动质为动质 量,被放出的能量带带走第14页 *解析:质质能方程E=mc2表明质质量为为m的物质质,必然联联系有mc2的能量.核反应应中质质量亏损损,只是以另一种形态态(场场)的质质量(动质动质 量)释释放出来,与这这部分质质量m相对应对应 的能量为为mc2,而绝绝不是质质量转转化为为能量了.CE正确.答案:CE第15页 *疑 难难 精

8、 讲讲 名师师解疑能力备备考疑难难点一.你了解射线线射线线射线线的特性吗吗?请请列表说说明.名师师在线线:贝贝可勒尔发现发现 天然放射现现象,揭开了人类类研究原子核结结构的序幕.通过对过对 天然放射现现象的研究,人们发现们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性,原子序数小于83的天然存在的元素有些也具有放射性,它们们放射出来的射线线共有三种,三种射线线的本质质和特征对对比如下表:第16页 *第17页 *疑难难点二.请说请说 明衰变变衰变变的实质实质 .名师师在线线:1.衰变变:衰变变的实质实质 是其元素的原子核同时时放出由两个质质子和两个中子组组成的粒子(即氦核),每发发生一次衰变

9、变,新元素与原来元素比较较,核电电荷数减少2,质质量数减少4,即2.衰变:衰变的实质是其元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子.每发生一次衰变,新元素与原来元素比较,核电荷数增加1,质量数不变,即第18页 *名师师提示:射线线是伴随着衰变变或衰变变同时发时发 生的,它不改变变原子核的电电荷数和质质量数.其实质实质 是放射性原子核在发发生衰变变或衰变时变时 ,产产生的某些新核由于具有过过多的能量(核处处于激发态发态 )而辐辐射出的光子.第19页 *易 错错 点 拨拨 自我完善误误区备备考易错错点不能对对知识综识综 合运用导导致出错错自我诊诊断 静止在匀强磁场场中的某放射性元素的原子核,

10、当它放出一个粒子后,其速度方向与磁场场方向垂直,测测得粒子和反冲核轨轨道半径之比为为441,如图图2-2-1所示,则则( )A.粒子与反冲粒子的动动量大小相等,方向相反B.原来放射性元素的原子核电电荷数为为90C.反冲核的核电电荷数为为88D.粒子和反冲粒子的速度之比为为188第20页 *解析:由于释释放的粒子和反冲核均在垂直于磁场场的平面内且在洛伦兹伦兹 力作用下做圆圆周运动动.答案:ABC第21页 *题题 型 研 练练 互动动探究方法备备考题题型一 核反应应方程的理解和应应用 【例1】 某原子核AZX吸收一个中子后,放出一个电电子,分裂为为两个粒子.由此可知( )A.A=7,Z=3B.A=

11、7,Z=4C.A=8,Z=3D.A=8,Z=4解析:其核反应方程为 ,由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知:A+1=42,Z=22-1,解得A=7,Z=3.答案:A第22页 *方法总结总结 :无论论写哪种类类型的核反应应方程式,都应应注意以下几点:(1)必须须遵守电电荷数守恒质质量数守恒规规律,有的还还要考虑虑能量守恒规规律(如裂变变和聚变变方程常含能量项项).(2)核反应应方程中的箭头头()表示反应进应进 行的方向,不能把箭头头写成等号.(3)写核反应应方程必须须要有实验实验 依据,决不能毫无根据地编编造.第23页 *创创新预测预测 1 原子核A经经衰变变(一次)变变成原子核B,原子核B

12、再经经衰变变(一次)变变成原子核C,则则下列说说法中正确的是( )A.核A的中子数减核C的中子数等于2B.核A的质质子数减核C的质质子数等于5C.原子核为为A的中性原子中的电电子数比原子核为为B的中性原子中的电电子数少1D.核C的质质子数比核A的质质子数少1第24页 *解析:写出衰变变方程: ,核A的中子数为为m-n,核C的中子数为为m-4-n+1=m-n-3,A的中子数比C的中子数多3,故选项选项 A错误错误 ;A的质质子数为为n,C的质质子数为为n-1,二者质质子数相差1,故选项选项 B错误错误 ,D正确;核的质质子数等于原子核外的电电子数,A核对应对应 的核外电电子数为为n,B的中性原子

13、中的电电子数为为n+1,故选项选项 C正确.应选应选 CD.答案:CD第25页 *题题型二 质质量亏损损和核能的计计算 【例2】假设设两个氘氘核在一直线线上相碰发发生聚变变反应应生成氦的同位素和中子,已知氘氘核的质质量是2.013 6 u,中子的质质量是1.008 7 u,氦核同位素的质质量是3.015 0 u.(1)聚变变的核反应应方程式是_,在聚变变核反应应中释释放出的能量为为_MeV(保留两个有效数字).(2)若氚氚核和氦核发发生聚变变生成锂锂核,反应应方程式为为 ,已知各核子的比结结合能分别为别为 EH=1.112 MeVEHe=7.075 MeVELi=5.603 MeV,试试求此核

14、反应过应过 程中释释放的核能.3.3答案：7.585 MeV第26页 *解析:(1)根据题题中条件,可知核反应应方程式为为核反应过应过 程中的质质量亏损损:m=2mH-(mHe+mn)=22.013 6 u-(3.015+1.008 7) u=3.510-3 u.由于1 u的质质量与931.5 MeV的能量相对应对应 ,所以氘氘核聚变时变时放出的能量:E=3.510-3931.5 MeV=3.3 MeV,第27页 *(2) 分解成7个核子所需的能量为为E1=31.112 MeV+47.075 MeV=31.636 MeV,7个核子结结合成73Li,释释放的能量为为E2=75.603 MeV=3

15、9.221 MeV,所以此核反应过应过 程中释释放的核能为为E=E2-E1=39.221 MeV-31.636 MeV=7.585 MeV.第28页 *方法总结总结 :(1)核能的计计算方法根据E=mc2计计算,计计算时时m的单单位是“kg”,c的单单位是“m/s”,E的单单位是“J”.根据E=m931.5 MeV计计算.因1原子质质量单单位(u)相当于931.5 MeV的能量,所以计计算时时m的单单位是“u”,E的单单位是“MeV”.根据核子的比结结合能来计计算核能;原子核的结结合能=核子的比结结合能核子数.(2)利用质质能方程计计算核能时时,不能用质质量数代替质质量进进行计计算.第29页 *创创新预测预测 2 如下一系列核反应应是在恒星内部发发生的,其中p为质子,为粒子,e+为正电子,为一种中微子.已知质子的质量为mp=1.672 64810-