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1、第2讲 放射性元素的衰变 核能考点1 三种射线、两种衰变1.天然放射现象(1)天然放射现象.元素_地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现.天然放射现象的发现，说明_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_元素. 自发原子核放射性放射性(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是_、_、_.(4)放射性同位素的应用与防护.放射性同位素：有_放射性同位素和_放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同.应用：消除静电、工业探伤、作_等.防护：防止放射性对人体组织的伤害.2.原子核的衰变(1)原子核放出粒子或粒子，变成另一种_的变化称
2、为_的衰变.射线射线射线天然人工示踪原子原子核原子核(2)分类.(3)半衰期：放射性元素的原子核有_发生衰变所需的时间.半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的_无关.半数物理、化学状态42He0-1e物理、化学状态射线名称 比较项目 射线 射线 射线 组 成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波) 带 电 量 2e -e 0 质 量 4mp 静止质量为零 符 号 射线名称 比较项目 射线 射线 射线 速度 可达0.1c 可达0.99c c 垂直进入电场或磁场 的偏转情况 偏转 偏转不偏转 贯穿本领 最弱 较强 最强 对空气的 电离作用 很强 较弱 很弱 2.衰变、衰变的比较3.对半衰
3、期的两点说明(1)根据半衰期的概念,可总结出公式.N余=N原( )t/，m余=m原( )t/.式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变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.考点2 核反应的四种类型核反应的四种类型比较类型 可控性 核反应方程典例 衰变 衰变 自发 23892U23490Th+_衰变 自发 23490Th23491Pa+_人工转变 人工 控制 147N+42He178O+_(卢瑟福发现质
4、子) 42He+94Be126C+_(查德威克发现 中子) 42He 0-1e 11H10n类型 可控性 核反应方程典例 人工转变 人工 控制 2713Al+42He3015P+_(约里奥居里夫妇 发现 放射性同位素 及正电子) 3015P3014Si+_重核裂变 比较容易 进行人工 控制 23592U+10n14456Ba+8936Kr+_23592U+10n13654Xe+9038Sr+_轻核聚变 除氢弹 外无法控 制 21H+31H42He+_10n01e 310n 1010n 10n关于核反应的三点说明(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等
5、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.考点3 核能1.核力：核子间的作用力.核力是短程力，作用范围在_m之内，只在相邻的核子间发生作用.2.核能：核子结合为原子核时_的能量或原子核分解为核子时_的能量，叫做原子核的结合能，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m,这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能E=_.1.510-15释放吸收mc2mc21.对核力的三点说明(1)核力是强相互作用的一种表现；(2)核力是短
6、程力，作用范围在1.510-15 m之内；(3)每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用.2.结合能与比结合能(1)结合能：把构成原子核的结合在一起的核子分开所需的能量.(2)比结合能：定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能.特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.3.获得核能的两种途径(1)重核裂变：定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程.特点:a.裂变过程中能够放出巨大的能量;b.裂变的同时能够放出23(或更多)个中子;c.裂变的产物不是惟一的.对于铀核裂变有二分裂、三分
7、裂和四分裂形式,但三分裂和四分裂概率比较小.典型的分裂方程: (2)轻核聚变.定义：某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程.特点:a.聚变过程放出大量的能量,平均每个核子放出的能量,比裂变反应中每个核子放出的能量大3至4倍.b.聚变反应比裂变反应更剧烈.c.对环境污染较少.d.自然界中聚变反应原料丰富.典型的聚变方程: 衰变与其射线【例证1】(2011重庆高考)核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射射线.下列说法正确的是( )A.碘131释放的射线由氦核组成B.铯137衰变时辐射出的
8、光子能量小于可见光光子能量C.与铯137相比，碘131衰变更慢D.铯133和铯137含有相同的质子数【解题指南】解答本题时要把握以下三点：(1)半衰期的长短代表了衰变的快慢.(2)光子能量大小由频率高低决定.(3)同位素的核电荷数相同.【自主解答】选D.射线是高速运动的电子流，不是氦原子核，A错误；射线的频率大于可见光的频率，根据E=h可知，射线光子能量大于可见光光子能量，B错误；半衰期越短，衰变越快，C错误；铯133和铯137都是铯元素，是质子数相同而中子数不同的同位素，所以D正确.【总结提升】解答本题关键在于搞清三种射线的性质，以及半衰期及同位素的概念.对易错选项及错误原因具体分析如下：易
9、错角度 错误原因 易错选A 分不清、射线的性质，实际上射 线为高速氦核流，射线为高速电子流， 射线为光子流 易错选B 误认为 射线的频率小于可见光的频率，而 实际上射线的频率大于可见光的频率 核反应类型与核反应方程【例证2】(2011北京高考)表示放射性元素碘 衰变的方程是( ) 【解题指南】解答本题时要把握以下两点：(1)在原子核衰变过程中，质量数守恒，电荷数守恒.(2) 衰变是原子核放出高速电子流. 【自主解答】选B. 碘( )的原子核内一个中子放出一个电子，变成一个质子，质量数没有发生变化，核电荷数增加1，所以生成54号元素 放出一个电子.B选项正确.【总结提升】核反应方程的书写方法(2
10、)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，所以要理解并应用好质量数守恒和电荷数守恒的规律.(3)熟悉核反应的四种基本类型，可以帮助我们理清思路，很快写出正确的核反应方程.与核能相关的综合问题【例证3】(11分)钚的放射性同位素23994Pu静止时衰变为铀核激发态23592U*、粒子,而铀核激发态23592U*立即衰变为铀核23592U,并放出能量为0.097 MeV的光子.已知:23994Pu、23592U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=931.5 MeV/c2.(1)写出
11、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. 【解题指南】解答本题时可按以下思路分析:【规范解答】(1)衰变方程为23994Pu 23592U*+ (1分)23592U* 23592U+ (1分)或合起来有23994Pu 23592U+ (2)上述衰变过程的质量亏损为m=mPu-mU-m (1分)放出的能量为E=mc2 (1分)E是铀核23592U的动能EU、粒子的动能E和光子的能量E之和，E=EU+E+E (1分)可得EU+E=(mPu-mU-m)c2-E (1分)设衰变后的铀核和粒子的速度分别为vU和v,则由动量守恒有mUvU=mv (1分)又由动能的定义知EU= mUv
12、U2,E= mv2 (1分)由式得 (1分)由式得E= (mPu-mU-m)c2-E代入题给数据得E=5.034 MeV (2分)【总结提升】计算核能的四种方法(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=m931.5 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)根据平均结合能来计算核能原子核的结合能平均结合能核子数.(4)有时可结合动量守恒和能量守恒进行分析计算，此时应注意动量、动能关系式p2=2mEk的应用.1.(2011浙江高考)关于天然放射现象，下列
13、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D.通过化学反应不能改变物质的放射性【解题指南】解答本题时应注意理解：(1)天然放射现象中三种射线的产生机理.(2)影响天然放射现象的因素.【解析】选D.射线是在衰变中产生的，本质是氦核，A错误；射线是在衰变中产生的，本质是高速电子束，B错误； 射线是发生衰变和衰变时原子核发生能级跃迁而产生的电磁波，C错误；物质的放射性由原子核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关,D正确. 2.(2011上海高考)天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推
14、知( )A.来自于原子核外的电子B.的电离作用最强，是一种电磁波C.的电离作用较强，是一种电磁波D.的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子【解析】选D.从穿透能力上看，能穿透铝板进入铅板，必然是射线，射线是原子核内发出的高频光子，属于电磁波，电离作用弱，故D正确，C错误；能穿透纸板进入铝板，必然是射线，是原子核内发射出的电子流，A错误；纸板能够挡住，则是射线，它的电离作用最强，但它是氦原子核，不是电磁波，B错误.3.(多选)(2011常州模拟)据2011年3月14日法新社报道，日本核泄漏事故正在加剧！福岛第一核电站3号机组不排除像1号机组一样发生爆炸.而2号反应堆可能正发生泄漏，两个反应堆可能已经出现“熔毁”现象.福岛第一核电站3号机组所用核燃料为铀23892U和钚23994Pu，下列关于该核泄漏事件的分析正确的是( )A.铀238俘获中子后形成铀239，再经一次衰变，可成为原子反应堆中的燃料钚239，由于二者都是反应堆的核燃料，所
