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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.自发原子核(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.(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.放射性放射性射线射线射线天然人工示踪原子2.原子核的衰变(1)原子核放出粒子或
2、粒子，变成另一种_的变化称为_的衰变.(2)分类.衰变： +_衰变： +_(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.原子核原子核半数物理、化学状态1.三种射线的比较射线线名称比较项较项 目 射线线射线线射线线组组成高速氦核流高速电电 子流光子流(高频频电电磁波)带带 电电 量2e-e0质质量4mp静止质质量为为零符号射线线名称比较项较项 目 射线线射线线射线线速度可达0.1c可达0.99cc垂直进进入电场电场 或磁场场的偏转转情况偏转转偏转转不偏转转贯贯穿本领领最弱较较强最强对对空气的电电离作用很强较较弱很弱2.衰变、衰变的比
3、较衰变类变类 型衰变变衰变变衰变变方程衰变实质变实质2个质质子和2个中子 结结合成一个整体射 出1个中子转转化为为1个质质子和1个电电子衰变类变类 型衰变变衰变变匀强磁场场中轨轨迹形状衰变规变规 律电电荷数守恒、质质量数守恒、动动量守恒3.对半衰期的两点说明(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
4、合物)无关.核反应的四种类型比较考点2 核反应的四种类型类类型可 控 性核反应应方程典例衰变变衰变变自发发 _衰变变自发发 _人工转变转变人工控制 _ (卢卢瑟福发现质发现质 子)_ (查查德威克发现发现 中子)类类型可 控 性核反应应方程典例人工转变转变人工控制_(约约里奥 居里夫妇妇 发现发现 放射 性同位素 及正电电子)_重核裂变变比较较容易 进进行人工 控制_轻轻核聚变变除氢弹氢弹 外 无法控制_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
5、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.1.核力：核子间的作用力.核力是_力，作用范围在1.510-15 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=_.考点3 核能短程释放吸收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
6、.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
7、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
8、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
9、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131( )衰变的方程是( )A. B.C. D.【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 Xe，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(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础.如质子( )、中子( )、粒子(
10、 )、粒子( )、正电子( )、氘核( )、氚核( )等.(2)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】(2012福州模拟)一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子.已知质子、中子，氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是( )A.核反应方程是B.聚变反应中的质量亏损m=m1+m2-m3C.辐射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)cD.光
11、子的波长=【解题指南】根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程，根据质能方程计算核能.【规范解答】选B.质子和中子聚变结合成一个氘核，其质量数为2，A错；质量亏损即为质子与中子质量之和与氘核的质量之差，B项正确；质能方程中，E=mc2，C项错；光子波长= ,D项错.【总结提升】解决核反应方程及核能问题的规范解法(1)要熟悉和掌握教材中出现的主要核反应方程式,并知道其意义;(2)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”.(3)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“
12、MeV”.(4)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.(5)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
13、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
14、是氦原子核，不是电磁波，B错误.3. 测年法是利用 衰变规律对古生物进行年代测定的方法，若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻 的质量，m0为t=0时 的质量.下面四幅图中能正确反映 衰变规律的3. 是( )【解析】选C.由公式m=m0 并结合数学知识可知C正确.4.原子核 与氘核 反应生成一个粒子和一个质子.由此可知( )A.A=2,Z=1 B.A=2,Z=2C.A=3,Z=3 D.A=3,Z=2【解析】选D.写出核反应方程： ，由质量数守恒和电荷数守恒，列方程：A+2=4+1,Z+1=2+1,解得:A=3,Z=2,故选项D正确.5.关于核衰变和核反应的类型，下列表述不正确的有( )A. 是衰变B. 是人工转变C. 是轻核聚变D. 是重核裂变【解题指南】弄清衰变、人工转变、裂变、聚变的区别并熟记典型的核反应方程，在此基础上求解此题.【解析】选D.衰变是原子核自发地放出或粒子的核反应，衰变方程的特点是箭头的左边只有一个原子核，箭头的右边出现或粒子；用粒子去轰击原子核产生新核的过程，是人工转变；聚变反应的特点是箭头的左边是两个轻核，箭头的右边是较大质量的原子核；裂变方程的特点是箭头的左边是重核与中子反应，箭头右边是中等质量的原子核.综上所述，A、B、C正确,
