2024版新教材高考物理全程一轮总复习第十六章波粒二象性原子结构原子核第3讲放射性元素的衰变核能课件

t
T
N
1 2
1 1
2
为N余＝
·N原，所以t＝2t0时刻， ＝N1
＋N2
，联立解得N1＝ N，N2＝
3
2
2
3
1
1 4
1 2 N
N，故t＝4t0时刻，N1
＋N2
＝ ，C项正确．
3
2
2
8
1
2
3．[2023·广东佛山市模拟]通过检测发现三星堆遗址出土的文物，年
代从公元前3000年延续至公元前1200年，跨越了近2000年，用实物展
中性原子的核外电子数
②质量数(A)＝________＝质子数＋中子数．
核子数
(3)X元素的原子核的符号为 X，其中A表示________，Z表示核电荷
质量数
数．
4．放射性元素的衰变、半衰期
(1)原子核的衰变
①原子核自发地放出________或β粒子，变成另一种原子核的变化称
α粒子
为原子核的衰变．
应实验．下列选项中说法正确的是(
)
30
30
0
答案：BC
①15 P―→14 Si＋1 e
②21 H＋31 H―→42 He＋10 n＋17.6 MeV
4
9
12
1
③2 He＋4 Be―→ 6 C＋0 n
1
140
94
1
④235
U＋
n―→
Xe＋
Sr＋x
92
0
54
38
0 n
A．①是发现磷的同位素的核反应方程
B．②是太阳内部核反应和氢弹的核反应方程
某些疾病．碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病
灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的(
)
1
1
A．
B．
16
1
C．
4
8
1
D．
2
答案：B
180
解析：设碘125刚植入时的质量为m0，则经过n＝ ＝3个半衰期以后剩余的质
60
n
1
m
1
量为m＝
m0，解得 ＝ ，B项正确．
2
m0 8
0
e―→X＋0 νe.根据核反应后原子核 X 的动能和动量，可以间接测量中
微子的能量和动量，进而确定中微子的存在．下列说法正确的是(
)
7
A．原子核 X 是3 Li
答案：A
B．核反应前后的总质子数不变
C．核反应前后总质量数不同
D．中微子 νe 的电荷量与电子的相同
5．(多选)在研究原子核的内部结构时，科学家进行了一系列的核反
____
最强
穿透能力
____
较差
____
较弱
较强
最弱
____
最强
3.原子核的组成
核子
(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为________．质子带
正电，中子不带电．
(2)基本关系
① 核 电 荷 数 (Z) ＝ 质 子 数 ＝ 元 素 的 原 子 序 数 ＝
____________________．
(3)典型的聚变反应方程：
2
1
H＋31 H―→42 He＋10 n＋17.6 MeV.
关键能力·精准突破
考点一 原子核的衰变 半衰期
1．确定衰变次数的方法
(1)设放射性元素AZ X 经过 n 次 α 衰变和 m 次 β 衰变后，变成稳定的新元素
A′
A
A′
4
0
Z′ Y，则表示该核反应的方程为 Z X―→Z′ Y＋n2 He＋m－1 e.
②规律：________和________都守恒．
电荷数
质量数
③分类
4
α 衰变：AZ X―→ZA－24 Y＋________，
2He
－
234
4
例：238
U―→
Th＋
92
90
2 He
β
A
衰变：Z
A
X―→Z＋1
0
Y＋________，
−1e
234
0
例：234
Th―→
Pa＋
－1 e
90
91
(2)半衰期只适用于大量的原子核
A＝A′＋4n
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程
Z＝Z′＋2n－m
(2)因为 β 衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定 α 衰变的次数，然
后再根据衰变规律确定 β 衰变的次数．
2．对半衰期的理解
(1)半衰期是统计规律，描述的是大量原子核衰变的规律．
(2)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
堆中还可以通过铀棒来控制核反应的速率，实际上就是通过调整铀浓度来控制实
际“传染系数”，所以D错误．
考点三
核能及其计算
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
链式反应
其相应的质量．
(6)裂变的应用：________、核反应堆．
原子弹
(7)反应堆构造：核燃料、慢化剂、________、防护层．
镉棒
2．轻核聚变
(1)定义：两个轻核结合成质量________的核的反应过程．轻核聚变
较大
热核
反应必须在高温下进行，因此又叫________反应．
(2)特点：
①产能效率高；②燃料的储量丰富；③安全、清洁．
裂形式，但三分裂和四分裂概率比较小．
(3)典型的裂变反应方程：
235
92
1
89
U＋10 n―→144
Ba＋
0n
56
36 Kr＋3________．
中子
(4)链式反应：由重核裂变产生的________使核裂变反应一代接一代
继续下去的过程．
(5)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生________的最小体积及
MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．
2．应用规律
针 对 训 练
7.[人教版选择性必修三 P118 图 5.3－4 改编](多选)原子核的比结合
能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的有(
A．42 He 核的结合能约为 14 MeV
B．42 He 核比63 Li 核更稳定
答案：D
考点二
核反应类型与核反应方程
1．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．如
1
质子(1
1
H)、中子(0
n)、α
4
粒子(2
He)、β
0
粒子(－1
0
e)、正电子( 1e)、氘
核(21 H)、氚核(31 H)等．
(2)核反应过程遵循两个守恒：①质量数守恒；②电荷数守恒．
36
56
其中n表示中子．裂变后产生的中子
能继续发生反应的次数称为链式反
应的“传染系数”．
下列说法正确的有(
)
A．从铀核裂变核反应方程看，“传染系数”R＝2
B．核反应堆中通过镉板吸收中子降低实际“传染系数”
C．链式反应的临界值对应的实际“传染系数”为1
D．核反应堆中的实际“传染系数”与铀浓度无关
答案：BC
状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．
3．实质
(1)α衰变、β衰变的比较
α 衰变
衰变类型
衰变过程
A
Z
A －4
X―→Z－2
Y＋42 He
β 衰变
A
Z
X―→Z＋A1 Y＋0－1 e
2 个质子和 2 个中子结 1 个中子转化为 1 个质
衰变实质
合成一个整体射出
211 H＋210 n―→42 He
子和 1 个电子
1
0
n―→11 H＋0－1 e
匀强磁场中
的轨迹形状
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
(2)γ射线：γ射线经常在发生α衰变或β衰变的同时产生．其实质是放
射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多
的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子．
针 对 训 练
1.[2022·山东卷]碘125衰变时产生γ射线，医学上利用此特性可治疗
供热．下列说法正确的是(
)
A．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kg
C．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
235
1
144
89
1
D．反应堆中存在92 U＋0 n―→56 Ba＋36 Kr＋30 n 的核反应
答案：CD
9．[2022·辽宁卷]2022 年 1 月，中国锦屏深地实验室发表了首个核
(3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“―→”
表示反应方向，而不能用“===”．
2．核反应过程的四种类型
针 对 训 练
4.[2022·湖北卷]上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先
7
提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核4 Be 俘获核外 K 层
电子 e，可生成一个新原子核 X，并放出中微子 νe，即74 B e ＋ －01
解析：中子的电荷数Z＝0，质量数A＝1，核反应遵循电荷数守恒及质量数守恒，
因此可计算得R＝3，故A错误；核反应堆中通过镉板吸收中子，减少轰击铀核的
中子数，最终起到降低实际“传染系数”的作用，所以B正确；在链式反应中，
当实际“传染系数”R≥1时，反应才能持续发展下去，当实际“传染系数”R<1
时，反应将趋于停滞，即R＝1是链式反应持续下去的临界值，故C正确；核反应
应用对人类生活和社会发展的影响．
素 养 目 标
物理观念：理解放射性和元素衰变、半衰期、同位素的概念；知道
核裂变和核聚变的区别．
科学思维：利用原子核的结构模型解释与核物理有关的问题．会利
用质能方程计算核能．
必备知识·自主落实
关键能力·精准突破
必备知识·自主落实
一、放射现象、原子核的组成、衰变
1．天然放射现象
2．[2022·全国甲卷]两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t＝0
时刻这两种元素的原子核总数为N，在t＝2t0时刻，尚未衰变的原子核

总数为 ，则在t＝4t0时刻，尚未衰变的原子核总数为(
)
3

A．
12

B．
9

C．
8

D．
6
答案：C
解析：设两种放射性元素的原子核原来总数分别为N1和N2，则N＝N1＋N2，因
半数
①定义：放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间．
②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核________自身的因素决
内部
定的，跟原子所处的化学状态和外部条件________关系．
没有
1
③公式：N＝N0·
2


1
，m余＝m0·
2


.
二、核力和核能
1．核力
核子
(1)概念：原子核内部，________所特有的相互作用力．
Δmc2
三、重核裂变和轻核聚变
1．重核裂变
(1)定义：质量数较________的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成
大
几个质量数较________的原子核的过程．
小
(2)特点
①裂变过程中________巨大能量．
释放出
②裂变的同时能够释放出2～3(或更多)个________．
中子
③裂变的产物不是唯一的．对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分
(1)天然放射现象：放射性元素________地发出射线的现象，首先由
自发
________发现．天然放射现象的发现，说明________具有复杂的结
贝可勒尔
原子核
构．放出的射线有α射线、β射线、γ射线三种．
(2)放射性同位素的应用与防护
①放射性同位素：有________放射性同位素和________放射性同位
天然
人工
素两类，放射性同位素的化学性质相同．
②应用：工业测厚、放射治疗、作为________等．
示踪原子
③防护：防止放射性物质对环境的污染和对人体组织的伤害．
2．三种射线的比较
名称
α射线
构成 符号 电荷量
4
____
氦核 ____
2e
2He
β射线
____
电子
γ射线
光子
质量
4u
__
－e
γ
____
0
0
电离能力
示了连绵5000年的中华文化．考古通常用 146C年代检测法推算出土文
物的年代． 146C的衰变方程为 146C―→ 147 ＋X，下列说法正确的是
(
)
A．衰变方程中的X是中子
B． 146C需吸收能量才能发生衰变
C．随着 146C的不断衰变，其半衰期会逐渐变长
D． 147与X的质量之和小于 146C的质量
第3讲
放射性元素的衰变 核能
课 程 标 准
1.了解原子核的组成和核力的性质．知道四种基本相互作用．能根
据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程．
2.了解放射性和原子核衰变．知道半衰期及其统计意义．了解放射
性同位素的应用，知道射线的危害与防护．
3.认识原子核的结合能和比结合能，了解核裂变反应．关注核技术
C．③是轻核聚变的核反应方程
D．④是重核裂变的核反应方程，其中 x＝3
6．(多选)新冠病毒是一种传染病毒，传染病的传播过程十分复杂，
但是可以构建最简单的传播模型来描述，这个最简模型可称为链式模
型，类似于核裂变链式反应模型．铀裂变核反应
144
89


方程为 235
＋
―→
＋
＋R

，
92
(2)特点：核力是强相互作用力、短程力，只发生在相邻的核子间．
2．核能
(1)质能关系：E＝________．
mc2
放
Δmc2
的能量ΔE＝________．
(3)核能的吸收：原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质
量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝________．
2
C．两个1
H
4
核结合成2
He 核时释放能量
D．235
92 U 核中核子的平均结合能
比89
36 Kr 核中的大
答案：BC
)
8．[2022·浙江1月] (多选)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发
电30周年，核电站累计发电约6.9×1011 kW·h，相当于减排二氧化碳
六亿多吨．为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民