高三物理总复习课件：选修3-5-2-2放射性元素的衰变 核能

解析：半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变 所用的时间，故A错；α、β、γ三种射线中，α粒子速度最 小，其贯穿本领最小，故B错；β衰变的原因是原子核内部的 中子转化为质子时产生了电子，故C错；衰变后产生的新核 从高能级向低能级跃迁时，释放能量，辐射出γ射线，故D 对．
答案：D
3．原子核 238 U经放射性衰变①变为原子核 234 Th，继而 92 90 经放射性衰变②变为原子核
3 (2)1H和4He分解成7个核子所需的能量为 2
E1＝3×1.112meV＋4×7.075meV＝31.636meV， 7个核子结合成7Li，释放的能量为 3 E2＝7×5.603meV＝39.221meV， 所以此核反应过程中释放的核能为 ΔE＝E2－E1＝39.221meV－31.636meV＝7.585meV.
1 解析：其核反应方程为 A X＋ 0 n―→2 4 He＋ －01 e，由核反 Z 2
应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知：A＋1＝4×2，Z＝ 2×2－1，解得A＝7，Z＝3.
答案：A
题型二
质量亏损和核能的计算
【例2】假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生 成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是2.013 6u，中子的 质量是1.008 7u，氦核同位素的质量是3.015 0u.
思维深化
典例探究
对应学生书P303
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疑难辨析 疑难点一 你了解α射线、β射线、γ射线的特性吗？请列 表说明． 名师在线：贝可勒尔发现天然放射现象，揭开了人类研 究原子核结构的序幕．通过对天然放射现象的研究，人们发 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，它们放射 出来的射线共有三种，三种射线的本质和特征对比如下表：
考点题组
对点落实
对应学生书P302
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考点一
原子核的衰变
1．放射性元素衰变时放出的三种射线，按穿透能力由 强到弱的排列顺序是( )
A．α射线，β射线，γ射线 B．γ射线，β射线，α射线 C．γ射线，α射线，β射线 D．β射线，α射线，γ射线
解析：由于三种射线的能量不同，所以贯穿能力最强的 是γ射线，β射线次之，α射线最弱，故正确答案选B.
答案：B
2．关于天然放射现象，下列说法正确的是(
)
A．放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需 的时间就是半衰期 B．放射性物质放出的射线中，α粒子动能很大，因此 贯穿物质的本领很强
C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时， 将发生β衰变 D．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向 低能级跃迁时，辐射出γ射线
234 91
Pa，再经放射性衰变③变为 )
原子核234 U.放射性衰变①、②和③依次为( 92 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
解析：本题考查核反应特点、α衰变和β衰变特点，意在 考查考生理解和识记α衰变和β衰变特点的能力，以及分析判 断能力．根据核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒特 点， 238 U核与 234 Th核比较可知，核反应的另一产物为 4 He， 92 92 2 所以衰变①为α衰变，BC项排除； 234 Pa核与 234 U核比较可 91 92 知，核反应的另一产物为 确．
－4 4 (1)α衰变：AX―→A－2Y＋2He，同时放出γ射线． Z Z
(2)β衰变：AX―→ZA 1Y＋－01e，同时放出γ射线． ＋ Z
3．半衰期 (1)定义：放射性元素的原子核 有半数 发生衰变需要的 时间． (2)半衰期的大小由放射性元素的原子核内部本身的因素 决定，跟原子所处的 物理状态 (如压强、温度等)或
－1
0

e，所以衰变③为β衰变，A项正
答案：A
考点二
核反应方程的书写
4．下列核反应或核衰变过程中，符号“X”表示中子的是 ( )
4 A.9Be＋2He―→12C＋X 4 6
B.14N＋4He―→17O＋X 7 2 8
1 C.204Hg＋1n―→202Pt＋21H＋X 80 0 78
D.239U―→239Np＋X 92 93
1 答案：(1)2H＋2H―→3He＋0n 1 1 2
3.3
(2)7.585meV
易错点 不能对知识综合运用导致出错
图2－2－1 例 静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它
放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子 和反冲核轨道半径之比为44∶1，如图2－2－1所示，则 ( )
－4 A X―→A－2Y＋4He. Z Z 2
(2)β衰变：β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β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
A X―→ZA 1Y＋－01e. ＋ Z
名师提示：γ射线是伴随着α衰变或β衰变同时发生的， 它不改变原子核的电荷数和质量数．其实质是放射性原子核 在发生α衰变或β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)而辐射出的光子．
思路分析：1核能的计算方法,①根据ΔE＝Δmc2计算， 计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位 是“J”. ②根据ΔE＝Δm×931.5 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Δm的单位是“u”，ΔE 的单位是“MeV”.
③根据核子的比结合能来计算核能；,原子核的结合能 ＝核子的比结合能×核子数. 2利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进 行计算.
ΔE＝Δm·2 c
.
(2)质量亏损：核子结合成原子核时要释放能量，按上述 关系，原子核的质量要 小于 组成原子核的核子总质量，这 个质量差异叫质量亏损．
3．获得核能的途径 (1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个(或多个) 中等质量核的反应过程．重核裂变的同时放出几个 中子 ，并 释放出大量核能．铀235裂变时发生链式反应． (2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程， 同时释放出大量的核能，要想使氘和氚核合成氦核，必须达到 几百万摄氏度以上的高温，因此聚变反应又叫 热核反应 .
p2 ，因为p1＝p2，R1∶R2＝44∶1，得Q＝90，它们的 BQ－2e 速度大小与质量成反比．故选A、B、C.
答案：ABC
典例探究 题型一 核反应方程的书写
【例1】某原子核 A X吸收一个中子后，放出一个电子， Z 分裂为两个α粒子．由此可知( A．A＝7，Z＝3 C．A＝8，Z＝3 ) B．A＝7，Z＝4 D．A＝8，Z＝4
思路分析：无论写哪种类型的核反应方程式，都应注意 以下几点： 1必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有的还要考 虑能量守恒规律如裂变和聚变方程常含能量项. 2核反应方程中的箭头―→表示反应进行的方向，不 能把箭头写成等号. 3写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地 编造.
解析：(1)根据题中条件，可知核反应方程式为
2 2 3 1 1H＋1H―→2He＋0n.
核反应过程中的质量亏损：Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝ 2×2.013 6 u－(3.015＋1.008 7) u＝3.5×10－3 u. 由于1 u的质量与931.5meV的能量相对应，所以氘核聚 变时放出的能量： ΔE＝3.5×10－3×931.5meV＝3.3meV，
(1)聚变的核反应方程式是__________，在聚变核反应中 释放出的能量为__________MeV(保留两个有效数字)． (2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为3H＋ 1
4 He―→7Li，已知各核子的比结合能分别为 2 3
EH＝1.112meV、
EHe＝7.075meV、ELi＝5.603meV，试求此核反应过程中释放 的核能．
E．ΔE＝Δmc2表明在核反应中亏损的静质量转化为动质 量，被放出的能量带走
解析：质能方程E＝mc2表明质量为m的物质，必然联系 有mc2的能量．核反应中质量亏损，只是以另一种形态(场) 的质量(动质量)释放出来，与这部分质量Δm相对应的能量为 Δmc2，而绝不是质量转化为能量了．C、E正确．
答案：CE
14 N＋4He―→17O＋1H 7 2 8 1
(2)查德威克发现中子的核反应方程．
9 Be＋4He―→12C＋1n 4 2 6 0
(3)约里奥－居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反 应方程．
27 Al＋4He―→30P＋1n, 30P―→30Si＋0e 13 2 15 0 15 14 1
常见的核反应有：衰变 、 人工转变 、 裂变 和 聚变 ．
一、天然放射现象 (1)天然放射现象：某些元素 自发地 放射某些射线的现 象称为天然放射现象，这些元素称为 放射性元素 (2)三种射线的本质：α射线是 氦核流 是 电子流 ，γ射线是 电磁波 ． ． ，β射线
二、原子核的衰变 1．定义 原子核自发地放出某种粒子而转变为 新核 的变化叫原 子核的 衰变 ． 2．分类
种类
本质
电离本领
穿透本领 最弱(空气中
速度
α射线
4 2He
最强
几厘米或一 张薄纸)
约c/10
β射线
－1
0
e
较弱
很强(几毫米 的铝板) 最强(几厘米 的铅板)
接近 光速 光速
γ射线
光子
最弱
疑难点二 请说明α衰变、β衰变的实质． 名师在线：(1)α衰变：α衰变的实质是其元素的原子核 同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核)，每发 生一次α衰变，新元素与原来元素比较，核电荷数减少2，质 量数减少4，即
化学状态
(如单质或化合物)无关．
三、放射性同位素及应用 1．同位素 有些原子的原子核电荷数 相同，但质量数 不同 ，这样 一些具有相同核电荷数和不同中子数的原子互称为同位素． 2．放射性同位素的应用 (1)放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、 医疗等． (2)做示踪原子．