高考物理一轮复习第十五单元近代物理第3讲天然放射现象核反应核能课件新人教版201908011349

(3)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原
子所处的化学状态和外部条件没有关系。
(4)半衰期的适用条件:半衰期是一个统计规律,是对大量的原子核衰变规
律的总结,对于一个特定的原子核,无法确定何时发生衰变。
题型一
原子核的衰变问题
238
234
【例 1】(1)原子核 92 U 经放射性衰变 ①变为原子核 90 Th,继而经放射性衰变②变为原子核
AC )。
A.上述裂变反应中伴随着中子放出
答
案
B.铀块体积对链式反应的发生无影响
C.铀核的链式反应可人工控制
D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响
2
3.2 (2018 海口期末考试)氘和氚发生聚变反应的方程式是 1 H+13 H→42 He+10 n+17.6 MeV,若
有 2 g 氘和 3 g 氚全部发生聚变,NA 为阿伏加德罗常数,则释放的能量是(
A.放射性元素的半衰期与外界的温度无关
B.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
答
案
C.α、β 和 γ 三种射线中,γ 射线的穿透能力最强
D.一个原子核在一次衰变中可同时放出 α、β 和 γ 三种射线
1.2 (2019 四川广安市考试)2011 年 3 月 11 日,日本发生九级大地震,造成福岛核电
3
核裂变、核聚变
(1)重核裂变
①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。
②典型的裂变反应方程:
235
92
144
1
U+10 n→89
36 Kr+56 Ba+30 n。
③链式反应:由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。
(2)轻核聚变
①定义:两轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下
题型二
核反应方程问题
【例 2】(多选)能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的
途径之一。下列释放核能的反应方程,表述正确的有(AC )。
3
A. 1 H+12 H→42 He+10 n 是核聚变反应
B.13 H+12 H→42 He+10 n 是 β 衰变
144
1
89
1
C.235
92 U+0 n→56 Ba+36 Kr+30 n 是核裂变反应
C.衰变过程中共发生了 7 次 α 衰变和 4 次 β 衰变
D.衰变过程中共发生了 4 次 α 衰变和 7 次 β 衰变
答
案 解
析
题型一
原子核的衰变问题
解 析
209
83
Bi 的 中 子 数 为 209-83=126 ,237
93 Np 的 中 子 数 为 237237
93=144,209
83 Bi 的原子核比 93 Np 的原子核少 18 个中子,A 项
(2)天然放射现象
①天然放射现象
元素自发地放出射线的现象,首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现,说明原子核具有复杂的结构。
②三种射线:放射性元素放射出的射线共有三种,分别是 α 射线、β 射线、γ 射线。
1
放射性元素的衰变
(3)原子核的衰变
①衰变:原子核自发放出 α 粒子或 β 粒子,变成另一种原子核的变化称
1
1
4
0
0
如质子(1 H)、中子(0 n)、α 粒子(2 He)、β 粒子(-1 e)、正电子(1 e)、
2
3
氘核(1 H)、氚核(1 H)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,因为核反应不可逆,所以书写核反
应方程式时只能用“→”表示反应方向。
(3)核反应过程中质量数和电荷数均守恒。
站严重的核泄漏事故。在泄漏的污染物中含有
131
I和
137
Cs 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
137
Cs 的衰变过程,它们分别是
137
Cs 原子核中的中子数分别是
B
78
和
和
C
82
131
I 和
(填入正确选项前的字母)。131I 和
。
1
A.X1➝137
半衰期为
1620 年;请在下式的括号中,填入铀在衰变过程
中原子核放出的粒子的符号。
238
92
4
U→234
90 Th+( He )。
2
答
案 解
析
题型一
解 析
原子核的衰变问题
(1)衰变过程中电荷数、质量数守恒,由题意可得衰变方程分别为:
238
92
0 234
0
234
234
4
234
U→234
Th+
He,
Th→
为原子核的衰变。两类衰变的核反应方程分别为:
α 衰变: X→
-4
-2
Y+42 He

β 衰变: X→+1
Y+0-1 e
②半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原
子核内部的因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关。
1
放射性元素的衰变
1.1 (2019 江西临川一中月考)(多选)关于天然放射性,下列说法正确的是( ABC )。
A.一切原子核均具有结合能
答
案
B.自由核子结合为原子核时,可能吸收能量
C.结合能越大的原子核越稳定
D.比结合能越大的原子核越稳定
2.2 (2018 福建四校联考)已知氦原子的质量为 MHeu,电子的质量为 meu,质子的质量为 mpu,中
子的质量为 mnu,u 为原子质量单位,且由爱因斯坦质能方程 E=mc2 可知 1 u 对应 931.5 MeV 的
-'
由以上两式联立解得 n=
4
,m=
-'
2
+Z'-Z
由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组。
方法二:因为 β 衰变对质量数无影响,可先由质量数的改变确定 α 衰变的次数,然后
根据衰变规律确定 β 衰变的次数。
题型一
原子核的衰变问题
237
【变式训练 1】(2019 湖南长沙模拟)(多选)由于放射性元素 93 Np 的
0
-e
He
mຫໍສະໝຸດ Baidu
1836
0
e
-1
0.1c
0.99c
c
偏转
偏转
不偏转
最弱
很强
较强
较弱
最强
很弱
4mp
4
2
静止质量为零
γ
题型一
原子核的衰变问题
3.对半衰期的理解
(1)半衰期公式:N 余=N 原
1
2


,m 余=m 原
1
2


。
(2)半衰期的物理意义:半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量,同一
放射性元素的衰变速率一定,不同的放射性元素半衰期不同,有的差别很大。
方法
原子核的衰变问题
衰变次数的确定方法

方法一:确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律,设放射性元素 X 经过 n 次 α 衰变
'

和 m 次 β 衰变后,变成稳定的新元素 ' Y,则表示该核反应的方程为 X→'' Y+24 He+-10 e。
根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程
A=A'+4n,Z=Z'+2n-m
1
0
1
4
1
1
n→
H+
e
21 H+20 n→2 He
1
0
-1
匀强磁场中轨迹形状
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
题型一
原子核的衰变问题
2.三种射线的比较
射线名称
比较项目
组成
带电荷量
质量
符号
速度
垂直进入电场或
磁场的偏转情况
贯穿本领
对空气的电离作用
α 射线
β 射线
γ 射线
高速氦核流
2e
高速电子流
光子流(高频电磁波)
错 误 ,B 项正 确 ;衰 变过 程中 共 发生 了
237-209
4
=7 次 α 衰
变,2×7-(93-83)=4 次 β 衰变,C 项正确,D 项错误。
题型二
核反应方程问题
1.核反应的四种类型
类型
可控性
衰 α 衰变
变 β 衰变
核反应方程典例
238
自发
92
234
自发
90
14
4
人工转变 人工控制
比较容易进
半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使用人工的方法制造
237
209
后才被发现。已知 93 Np 经过一系列 α 衰变和 β 衰变后变成 83 Bi,
下列判断中正确的是(BC )。
237
A.209
83 Bi 的原子核比 93 Np 的原子核少 28 个中子
B.209
83 Bi
237
的原子核比 93 Np 的原子核少 18 个中子
Pa+
e,
Pa→
U+
e,所以 A 项正确。
90
91
91
2
90
91
-1
-1
(2)根据半衰期的定义,由题图坐标轴数据可知,铀的半衰期为 1620 年;由核反应
所遵循的电荷数守恒和质量数守恒可知,衰变过程中放出的粒子的电荷数为
4
Z=92-90=2,质量数为 A=238-234=4,符号为 2 He。
题型一
235
144
89
一个 92 U 原子核吸收一个中子,生成一个 56 Ba 原子核和一个 36 Kr 原子核并释放出三
个中子是核裂变反应,A、C 两项正确。
方法
56 Ba+0 n
0
B.X2➝ 131
54 Xe+-1 e
0
C.X3➝ 137
Ba+
e
56
-1
1
D.X4 ➝ 131
54 Xe+1 p
答
案
2
核力与结合能
(1)核力
①定义:原子核内部,核子间所特有的相互作用力。
②特点:a.核力是强相互作用的一种表现。
-15
b.核力是短程力,作用范围在 1.5×10
m 之内。
140
1
94
1
D.235
92 U+0 n→54 Xe+38 Sr+20 n 是 α 衰变
答
案 解
析
题型二
核反应方程问题
解 析
β 衰变时释放出电子(-1 e),α 衰变时释放出氦原子核(2 He),可知 B、D 两项错误;A 项
0
4
中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应;C 项中
能量,若取光速 c=3×108 m/s,则两个质子和两个中子聚变成一个氦核,释放的能量为(
B
)。
A.[2(mp+mn)-MHe]×931.5 MeV
B.[2(mp+mn+me)-MHe]×931.5 MeV
2
C.[2(mp+mn+me)-MHe]·c J
2
D.[2(mp+mn)-MHe]·c J
答
案
重核裂变
行人工控制
轻核聚变
除氢弹外
无法控制
27
2
7
4
U→234
90 Th+2 He
0
Th→234
91 Pa+-1 e
1
N+42 He→17
8 O+1 H(卢瑟福发现质子)
1
He+94 Be→12
6 C+0 n(查德威克发现中子)
30
4
1
Al+
He→
P+
15
2
0n
13
30
30
0
15 P→14 Si+1 e
A.NA×17.6 MeV
B.5NA×17.6 MeV
C.2NA×17.6 MeV
D.3NA×17.6 MeV
A
)。
答
案
题型一
原子核的衰变问题
1.α 衰变、β 衰变的比较
衰变类型
衰变方程
衰变实质
α 衰变
A
A-4
4
X→
Y+
2 He
Z
Z-2
β 衰变
A
0
A
X→
Y+
e
Z+1
Z
-1
2 个质子和 2 个中子结合成氦核 1 个中子转化为 1 个质子和 1 个电子
约里奥—居里夫妇发现放射性同位素及正电子
235
92
235
92
89
1
U+10 n→144
56 Ba+36 Kr+30 n
90
1
U+10 n→136
54 Xe+38 Sr+100 n
2
4
3
1
H+
H→
He+
2
1
0n
1
题型二
核反应方程问题
2.核反应方程式的书写
(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。
放的能量越多,核子结合得越牢固,该种原子核越稳定。
(4)质能方程、质量亏损
爱因斯坦质能方程 E=mc2,原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小 Δm,这就是质量亏损。由质
2
量亏损可求出释放的核能 ΔE=Δmc 。
2
核力与结合能
2.1 (2019 杭州质检)(多选)下列对结合能、比结合能的认识中正确的是( AD )。
进行,因此又叫热核反应。
②典型的聚变反应方程:
2
4
3
1
H+
H→
He+
2
1
0 n+17.6 MeV。
1
3
核裂变、核聚变
3.1 (2019 云南昆明质量检测)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源,其一种裂变反应
235
89
144
1
式是 92 U+0 n→56 Ba+ 36 Kr+310 n。下列说法正确的有(
c.每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。
(2)结合能
核子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,叫作原子核的结合能,亦称核能。
(3)比结合能
①定义:原子核的结合能与核子数之比,称作比结合能,也叫平均结合能。
②意义:不同原子核的比结合能不同,某种原子核的比结合能越大,说明核子结合成该种原子核时平均释
234
91
234
Pa,再经放射性衰变③变为原子核 92 U。则放射性衰变①、②和③依次为(
A
)。
A.α 衰变、β 衰变和 β 衰变
B.β 衰变、α 衰变和 β 衰变
C.β 衰变、β 衰变和 α 衰变
D.α 衰变、β 衰变和 α 衰变
(2)法国科学家贝可勒尔在 1896 年发现了天然放射现象。如
图反映的是放射性元素铀核衰变的特性曲线。由图可知,铀的
第3讲
1
必备知识
天然放射现象
2
核反应
关键能力
核能
1
放射性元素的衰变
(1)原子核的组成
①原子核的组成:原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为核子。
②原子核的符号
③同位素:具有相同的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,它们互称为同位素。
1
2
3
例如,氢有三种同位素 1 H、1 H、1 H。