《山东省冠县武训高级中学高三物理复习课件16.2放射性元素的衰变核反应核能光电效应》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东省冠县武训高级中学高三物理复习课件16.2放射性元素的衰变核反应核能光电效应（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、16.2 放射性元素的衰变 核反应 核能 光电效应zxxk高三总复习 选修3-5一、天然放射性现象1放射性现象： 像这样物质自发地发出射线的现象叫天然放射现象。物 质的这种性质叫天然放射性，具有放射性的元素，叫放射性 元素。人们发现原子序数大于84的所有天然存在的元素都有放 射性，原子序数小于84的天然存在的元素有些也具有放射性 ，它们放射出来的射线共有三种：射线、射线、射线 1896年贝克勒尔发现铀U和含铀的矿物能发射某种看不 见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照像底片感光。2、三种射线的本质和特性1.射线：速度约为光速110的氦核流，贯穿作用 很弱，电离作用很强2.射线：速度约为光速0.99
2、的电子流，贯穿作用 很强，电离作用较弱3.射线：波长极短的电磁波，贯穿作用最强，电 离作用最弱种 类类本 质质电电 荷(e)速 度 (C)电电 离 性贯贯 穿 性射 线线氦核+20.1最强最弱，纸纸能挡挡住射 线线电电子-10.99较较强较较强，穿几mm铝铝板射 线线光子01最弱最强，穿几cm铅铅版3.研究放射线的方法：(1)在磁场中偏转(2)在电场中偏转3.研究放射线的方法：设与沿初速度方向前进相同的距离L，两者在电场方向上偏转的距离之比： zxxk例1：将、三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图 中表示射线偏转情况中正确的是 ( )AD二、原子核的衰变规律（1）衰变的一般方程为 每发生一次
3、衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数 减小2，质量数减少4原子核内两个质子和两个中子结合比 较紧密，有时作为一个整体从较大的原子核中抛射出来。（2）衰变的一般方程为 每发生一次衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数 增加1，质量数不变衰变的实质是元素的原子核内的一个 中子变成质子时放射出一个电子 伴随衰变或衰变同时产生的、射线不改变原子核的电 荷数和质量数（3）射线实质是放射性原子核在发生衰变或衰变时，产生的某 些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子注意： 一种元素只能发生一种衰变，但 在一块放射性物质中可以同时放出 、和三种射线。zxxk每一种放射性元素都有一定的半衰期,不同的放
4、射性元素, 半衰期不同.如果用M0表示原来的原子质量,Mt表示t时刻还未衰变的 质量,T表示半衰期,那么(4)半衰期（统计规律）是放射性元素的大量原子核有半数发生衰变需要的时间放射性元素半衰期的长短是由原子核的内部因素决定的, 它不受外部因素的影响.例如温度、物态、化学结构等,都不 能改变它的半衰期.衰变公式【例2】 （钍）经过一系列和衰变，变成（铅），下列说法正确的是（ ） A铅核比钍核少8个质子 B铅核比钍核少16个中子 C共经过4次衰变和6次衰变 D共经过6次衰变和4次衰变 ABD 【例3】铀（ ）经过、衰变形成稳定的铅（ 问在这一变化过程中，共有多少中子转变为质子（ ）A6 ； B14
5、； C22 ； D32 ）A 【例4】若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天,则相同 质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比，即mA ：mB 是( )A、3031 B、3130 C、12 D、21C【例5】如图图所示，两个相切的圆圆表示一个静止原子核发发生 某种核变变化后，产产生的两种运动动粒子在匀强磁场场中的运动动 轨轨迹，可能的是（ ） A.原子核发发生了衰变变； B原子核发发生了衰变变 C.原子核放出了一个正电电子；D.原子核放出了一个中子； 由于一般新核带电量和质量均大于放出的粒子电量 和质量,则由圆周运动规律可知大圆为粒子轨迹,小圆为 新核轨迹.AC 衰变变外切，衰变变内切
6、【例6】 静止的氡核 放出粒子后变成钋核 粒子动能为E。若衰变放出的能量全部变为反冲核和 粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损 为 zxxkB. 0 C正确三、核反应2、查德威克射线粒子轰击铍原子核实验,发现了中子定义：原子核在其它粒子的轰击下产生新核的过程叫核反应1、1919年卢瑟福用粒子轰击氮原子核，第一次实现了 原子核的人工转变，发现了质子核反应是原子核的变化，化学反应是核外电子的变化在核反应中，质量数和电荷数都守恒4.注意：在人工转变中，用某高速粒子去轰击某原子核后，原 子核发射出粒子和射线并转变成新的原子核的过程中，不可认 为是高速粒子从原子核中打出了粒子.(1) 放射
7、性同位素的发现（1934年，约里奥居里夫妇）具有相同质子数而中子数不同的原子核,在元素周期表中处 于同一位置,互称同位素.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过四十多种,而人工制造的放射性同 位素已达1 000多种.3.同位素放射性同位素放出的射线应用于工业、探 伤、农业、医疗等(2)放射性同位素的应用 作示踪原子四、核 能核子间作用力. 短程强引力，只在相邻的核子间发生作 用，与核子的电性无关.1.核力2、结合能由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原子核 或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化 可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子 核分解成核子时
8、，要吸收同样的能量这个能量叫做原子 核的结合能，亦称核能原子核越大，自然它的结合能越高。因此，有意义的是它 的结合能与核子数之比，称作比结合能也叫平均结合能。比结 合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。比结合能中等大小的核的比 结合能最大（平均 每个核子的质量亏 损最大），这些核 最稳定。有些重核分裂成中等质量的核放出能量有些轻核结合成中等质量的核放出能量获得核能的两个基本途径是重核裂变和轻核聚变凡具有质量的物体都具有能量，物体的质量和能量间的关 系为：E=mc2；若原子核质量亏损为m，对应释放的能量为 E=mc2.3.质量亏损组成原子核的核子与原子核的质量之差叫做质量亏损；需
9、 说明的是任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子 的质量和.4.爱因斯坦质能方程第一.核反应过程中:核子结合成原子核时,新核质量小 于核子的质量(质量亏损),同时以光子形式释放核能有关问题的理解和注意事项原子核分解为核子时,需要吸收一定能量,核子的总质量 大于原原子核的质第三.质量亏损并非质量消失,而是减少的质量m以能量形 式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏.第四.公式E=mc2 的单位问题m用“u(原子质量单位)” 1u=1.66056610-27kg E用“uc2”1uc2=931MeV (表示1u 的质量变化相当于931Me V的能量改变)第二.核反应过程中,质量亏损时,核
10、子个数不亏损(即质量数 守恒),可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛“瘦了” 一些第五.核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放或吸 收的能量大好几个数量级两者相差数十万倍. 核反应中的能量核反应中的能量核 反 应吸收能量放出能量核子结合成原子核有些重核分裂成中等质量的核有些轻核结合成中等质量的核2.链式反应：重核裂变时放出几个中子，再引起其他重核裂 变而使裂变反应不断进行下去（原子弹原理）.五、重核的裂变1、定义：重核俘获一个中子后分裂为几个中等质量的核的 反应过程叫重核的裂变 1938年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯 特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂 变。铀核裂变的产物
11、是多种多样的，一种典型的反 映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应 方程是：铀核的裂变+裂变变前的质质量：裂变变后的：铀核的裂变释放出的能量为(1)裂变过程中能放出巨大的能量裂变特点： (2)裂变的产物不是唯一的(3)裂变的同时能放出23个(或更多个)中子1kg铀全部裂变，它放出的能量相当于 2800t优质煤完全燃烧时释放的能量铀核裂变时， 同时释放出23 个中子，如果这 些中子再引起其 他铀235核裂变， 就可使裂变反应 不断地进行下去 ，这种反应叫做 链式反应裂变物质能够发生链式反应的最小体 积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临 界质量。3、临界体积 原子弹的材料一般为铀-235或钚
12、-239 。有中子反射的球形铀-235临界点为15公 斤左右，钚-239则为10公斤左右。 核能的和平利用解决能源危机根本途径4、核电站（1）核心部件(核)反应堆：(nuclear) reactor 人类第一座核反应堆：CP-1的“尊容”用人式方法 控制核裂变链 式反应速度并 获得核能的装 置。（2）反应堆的组成 ：核燃料棒、减速剂、控制棒、冷却系统、防护层等。反 应 堆核燃料棒：核心设施。 浓缩铀制成的铀棒减速剂：石墨、重水或普通水，用于减小中子的速度控制棒：镉，用于 吸收中子，控制核反 应的快慢。3%-4%的浓缩铀六、轻核聚变轻核结合成质量较大的核叫聚变。轻核聚变的核反应方程使核发生聚变；
13、必须使它们接迈到10-15米，也就是接 近到核力能够发生做用的范围。由于原子核都带正电，要 使它们接近到这种程度，必须克服电荷之间的很大斥力作 用，这就要使核具有很大的动能。只有在几百万度的高温 以上，原子核才有足够的动能克服相互间的库仑斥力，在 碰撞中接近到可以发生聚变的程度。所以这种轻核聚变的 反应又叫做热核反应。氘核的质量：mD2.014102u 氚核的质量：mT3.016050u 氦核的质量：m4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u一个氘核和一个氚核结合成一个氦核 释放17.6MeV能量，平均每个核子放出的能 量在3MeV以上，比裂变反应中平均每个核子 释放的能量大3 4倍核聚变的利用氢弹弹体引爆装置小 型 原 子 弹三种炸药：普通炸药235氘、氚爆炸裂变聚变氘、氚、重 氢化钾等铀235外壳普通炸药氢弹爆炸形成的磨姑云太阳的中心发生核聚变，放出巨大能量，太阳；这个天然的的核聚变过程已经发生了好几十亿年。核聚变普遍存在于宇宙中二、可控热核反应核聚变的利用热核反应裂变反应相同的核燃料释放的能量多反应中放射物质的处理较易反应中的核燃料资源较丰富核反应发生条件较易实现出现故障自动停止
