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1、第3講 放射性元素的衰變核能,【知識導圖】,相同,質子,電子數(shù),質子數(shù),重核,輕核,【微點撥】 1.對放射性的三點說明: (1)貝克勒爾最早發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象。 (2)原子序數(shù)大于或等于83的元素,都能自發(fā)地發(fā)出射線,原子序數(shù)小于83的元素,有的也能放出射線。 (3)弱相互作用是引起原子核衰變的原因。,2.核能與核反應的三點注意: (1)中等大小的核的比結合能最大(平均每個核子的質量虧損最大),這些核最穩(wěn)定。 (2)核反應堆中常用的慢化劑有石墨、重水和普通水;用鎘棒控制鏈式反應的速度。 (3)與重核裂變相比,輕核聚變具有產(chǎn)能效率高、燃料豐富、安全、清潔的優(yōu)點。,【慧眼糾錯】 (1)放射性元素的放
2、射性強度受溫度、外界壓強的影 響。 糾錯:_________________________________________ ______________________________。,放射性元素的放射性強度不受溫度、外界壓強,的影響,與其所處的化學狀態(tài)無關,(2)、、三種射線中,射線的穿透能力最強。 糾錯:________________________________________ ________________。,、、三種射線中,射線的穿透能力最,弱,電離能力最強,(3)假如有1 000個某種放射性元素的原子核,經(jīng)過一 個半衰期,有500個原子核發(fā)生了衰變。 糾錯:_______
3、___________________________________ _______。 (4)衰變產(chǎn)生的電子來自于核外電子。 糾錯:__________________________________________ _____。,半衰期描述的是統(tǒng)計規(guī)律,只有對大量原子核才,有意義,衰變是原子核的衰變,中子向質子轉變時產(chǎn)生,電子,(5)高溫、高壓的情況下,放射性元素的半衰期將會 變短。 糾錯:_________________________________________ ________________________________________。,放射性元素衰變的快慢由原子核內部自
4、身因素,決定,與原子所處的化學狀態(tài)和外界條件無關,(6)愛因斯坦的質能方程反映了物質的質量就是能量, 二者可以相互轉化。 糾錯:_________________________________________ ________________________________________。,愛因斯坦的質能方程只是說明了質量與能量之,間存在數(shù)值關系,不能說明二者可以相互轉化,考點1原子核的衰變半衰期 【典題探究】 【典例1】(2017全國卷)一靜止的鈾核放出一個 粒子衰變成釷核,衰變方程為 下列說 法正確的是導學號04450264(),A.衰變后釷核的動能等于粒子的動能 B.衰變后釷核
5、的動量大小等于粒子的動量大小 C.鈾核的半衰期等于其放出一個粒子所經(jīng)歷的時間 D.衰變后粒子與釷核的質量之和等于衰變前鈾核的質量,【解析】選B。根據(jù)動量守恒定律可知衰變后釷核的動 量大小等于粒子的動量大小,B正確;根據(jù)Ek= 可 知衰變后釷核的動能小于粒子的動能,A錯誤;半衰期 是指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需時間,C 項錯誤,衰變后質量虧損,因此粒子與釷核的質量之 和小于衰變前鈾核的質量,D項錯誤。,【通關秘籍】 1.衰變、衰變的比較:,2.衰變次數(shù)的確定方法: (1)確定衰變次數(shù)的方法是依據(jù)兩個守恒規(guī)律,設放射 性元素 X經(jīng)過n次衰變和m次衰變后,變成穩(wěn)定的 新元素 Y,則表示該
6、核反應的方程為 根據(jù)質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可列:,A=A+4n Z=Z+2n-m 由以上兩式聯(lián)立解得 由此可見確定衰變次數(shù)可歸結為求解一個二元一次方程組。,(2)因為衰變對質量數(shù)無影響,可先由質量數(shù)的改變確定衰變的次數(shù),然后根據(jù)衰變規(guī)律確定衰變的次數(shù)。,3.對半衰期的理解: (1)放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間,叫作這種元素的半衰期。 (2)半衰期表示放射性元素衰變的快慢,不同的放射性元素其半衰期不同。 (3)半衰期描述的對象是大量的原子核,不是單個原子核,這是一個統(tǒng)計規(guī)律。,(4)一種元素的半衰期與這種元素是以單質形式還是以 化合物形式存在無關,且加壓、增溫均不會改變。 (5)要
7、理解半衰期表達式中各物理量的含義,在表達式 m= m0中,m是指剩余的原子核的質量,而不是衰變的 質量。,【考點沖關】 1.(多選)(2018濟南模擬)核能作為一種新能源在現(xiàn) 代社會中已不可缺少,我國在完善核電安全基礎上將加 大核電站建設。核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性 的超鈾元素,它可破壞細胞基因,提高患癌癥的風險。,已知钚的一種同位素 Pu的半衰期為24 100年,其 衰變方程為 下列有關說法正確的 是(),A.X原子核中含有92質子 B.100個 Pu經(jīng)過24 100年后一定還剩余50個 C.由于衰變時釋放巨大能量,根據(jù)E=mc2,衰變過程總質量增加 D.衰變發(fā)出的射線是波
8、長很短的光子,具有很強的穿透能力,【解析】選A、D。根據(jù)電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒知,X的電荷數(shù)為92,質量數(shù)為235,則有92質子,故A項正確;半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律,對大量的原子核適用,故B項錯誤;由于衰變時釋放巨大能量,根據(jù)E=mc2,衰變過程總質量減小,故C項錯誤;衰變發(fā)出的射線是波長很短的光子,具有很強的穿透能力,故D項正確。,2.(2018濰坊模擬)14C是碳元素的一種具有放射性的 同位素,其半衰期約為5 700年。在某次研究中,測得考 古樣品中14C的含量大約是鮮活生命體中14C含量的 , 則樣品生活的年代約是() A.11 400年前B.17 100年前 C.22 800年前D.45
9、600年前,【解析】選B。設原來14C的質量為M0,衰變后剩余質量 為M,則有:M=M0 ,其中n為發(fā)生半衰期的次數(shù),由題 意可知剩余質量為原來的 ,故n=3,所以死亡時間 為:35 700=17 100年,故A、C、D項錯誤,B項正確。,【加固訓練】 關于天然放射線性質的說法正確的是 () A.射線就是中子流 B.射線有較強的穿透性 C.射線是高速電子流 D.電離本領最強的是射線,【解析】選C。射線是高頻率的電磁波,它是伴隨或衰變放出的,故A項錯誤;、、三種射線中穿透能力最強的是射線,射線穿透能力最弱,一張厚的黑紙就可以擋住射線。電離能力最強的是射線,射線電離能力最弱,故B、D項錯誤;是原子
10、核內的中子變?yōu)橘|子時放出的電子,是高速的電子流,故C項正確。,考點2核反應類型與核反應方程 【典題探究】 【典例2】(2016全國卷)在下列描述的核過程的方程中,屬于衰變的是________,屬于衰變的是__________,屬于裂變的是__________,屬于聚變的是__________。導學號04450265,【解析】原子核發(fā)生衰變會產(chǎn)生一個新核和 He,所 以選項C是衰變;原子核發(fā)生衰變會產(chǎn)生一個新核 和 e,所以A、B選項為衰變;重核被轟擊后,發(fā)生裂 變會產(chǎn)生幾個質量差不多的新核,所以選項E為裂變;兩 個輕核結合成質量較大的核的核反應,為核聚變,所以 選項F為核聚變。 答案:CA、B
11、EF,【遷移訓練】,遷移1:人工核反應 下面列出的是一些核反應方程: 其中() A.X是正電子,Y是質子 B.X是中子,Y是正電子 C.X是中子,Y是質子 D.X是質子,Y是中子,【解析】選C。根據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得: ,X是中子 Y是質子 H,故A、 B、D項錯誤,C項正確。,遷移2:重核裂變 (2018濟寧模擬)鈾核裂變的產(chǎn)物是多樣的,一種典型 的鈾核裂變的核反應方程是 則 下列敘述正確的是(),A.X原子核中含有86個中子 B.X原子核中含有144個核子 C.因為裂變時釋放能量,出現(xiàn)質量虧損,所以裂變后的總質量數(shù)減少 D.因為裂變時釋放能量,出現(xiàn)
12、質量虧損,所以裂變后的總質量數(shù)增加,【解析】選B。根據(jù)質量數(shù)守恒,則X的質量數(shù):m=235+ 1-89-3=144,可知X原子核中含有144個核子;根據(jù)核電 荷數(shù)守恒,得:z=92-36=56,所以X中的中子數(shù):n=m- z=144-56=88,可知X原子核中含有88個中子,故A項錯 誤,B項正確;在核反應的過程中,質量數(shù)是守恒的?？?質量數(shù)既不減小,也不增加,故C項錯誤,D項錯誤。,遷移3:輕核聚變 (2018洛陽模擬)我國最新一代核聚變裝置“EAST” 在安徽合肥首次放電,顯示了EAST裝置具有良好的整體 性能,使等離子體約束時間達1 000 s,溫度超過1億攝 氏度,這標志著我國磁約束核
13、聚變研究進入國際先進水 平。合肥也成為世界上第一個建成此類全超導非圓,截面核聚變實驗裝置并能實際運行的地方。核聚變的 主要原料是氘,在海水中含量極其豐富。已知氘核的質 量為m1,中子的質量為m2， He的質量為m3,質子的質量為 m4,則下列說法中正確的是(),A.兩個氘核聚變成一個 He所產(chǎn)生的另一個粒子是質 子 B.兩個氘核聚變成一個 He所產(chǎn)生的另一個粒子是電 子 C.兩個氘核聚變成一個 He所釋放的核能為(2m1-m3- m4)c2 D.兩個氘核聚變成一個 He所釋放的核能為(2m1-m3- m2)c2,【解析】選D。根據(jù)核反應過程中質量數(shù)和電荷數(shù)守恒, 可以寫出該聚變反應方程式:
14、 則兩個 氘核聚變成一個 He所產(chǎn)生的另一個粒子是中子,故 A、B項錯誤;根據(jù)核反應方程可知質量虧損m=2m1- m3-m2;根據(jù)愛因斯坦質能方程E=mc2,可得兩個氘核聚 變成一個 He所釋放的核能為(2m1-m3-m2)c2,故C項錯 誤,D項正確。,【通關秘籍】 1.核反應的四種類型:,2.核反應方程式的書寫規(guī)范: (1)熟記常見基本粒子的符號,是正確書寫核反應方 程的基礎。如質子,(2)掌握核反應方程遵守的規(guī)律,是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據(jù)。由于核反應不可逆,所以書寫核反應方程式時只能用“”表示反應方向。,(3)核反應過程中質量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒。注意:質
15、量數(shù)守恒不是質量守恒,核反應過程中伴隨著能量的釋放,反應前后質量會變化,一般質量會虧損。,考點3核能及其計算 【典題探究】 【典例3】(2017全國卷)大科學工程“人造太陽” 主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電,氘核聚變 反應方程是 已知 H的質量為 2.013 6 u， He的質量為3.015 0 u， n的質量為 1.008 7 u,1 u =931 MeV/c2。氘核聚變反應中釋放 的核能約為導學號04450266(),A.3.7 MeV B. 3.3 MeV C. 2.7 MeV D.0.93 MeV 【解析】選B。氘核聚變反應的質量虧損m=2m氘-m氦-mn=0.003
16、5 u,則該反應釋放的核能為E=m 931 MeV=3.258 5 MeV3.3 MeV。,【通關秘籍】 1.獲得核能的途徑: (1)重核裂變:重核俘獲一個中子后分裂成為兩個中等質量的核的反應過程。重核裂變的同時放出幾個中子,并釋放出大量核能。為了使鈾235裂變時發(fā)生鏈式反應,鈾塊的體積應大于它的臨界體積。,(2)輕核聚變:某些輕核結合成質量較大的核的反應過程,同時釋放出大量的核能,要想使氘核和氚核結合成氦核,必須達到幾百萬度以上的高溫,因此聚變反應又叫熱核反應。,2.核能的計算方法: (1)根據(jù)E=mc2計算核能,m的單位是kg,c的單位是m/s,E的單位是J。 (2)根據(jù)E=m931.5
17、 MeV計算核能,m的單位是u,u是原子質量單位,其中1 u相當于931.5 MeV的能量,E的單位是MeV。,(3)根據(jù)平均結合能計算核能,原子核的結合能=平均結合能核子數(shù)。 (4)可以結合動量守恒和能量守恒定律來計算核能,此時應該注意動量、動能關系式p2=2mEk的應用。,【考點沖關】 1.(2018衡水模擬)一個質子和一個中子聚變結合成一個氘核,同時輻射一個光子。已知質子、中子、氘核的質量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c。下列說法正確的是() 導學號04450267,A.核反應方程是 B.聚變反應中的質量虧損m=m3-m1-m2 C.輻射出的光子的能量E=(m
18、3-m1-m2)c D.光子的波長=,【解析】選D。根據(jù)電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒知,該核 反應方程為： ,故A項錯誤;聚變反應中的 質量虧損m=m1+m2-m3,根據(jù)愛因斯坦質能方程知,輻射 的光子能量E=mc2=(m1+m2-m3)c2,故B、C項錯誤;根 據(jù)E=h 得,波長= 故D項正確。,2.(2018慶陽模擬)一個質子和兩個中子聚變?yōu)橐?個氚核,已知質子質量mH=1.007 3 u,中子質量mn= 1.008 7 u,氚核質量m=3.018 0 u。 (1)寫出聚變方程。 (2)釋放出的核能多大? (3)平均每個核子釋放的能量是多大?,【解析】(1)根據(jù)電荷數(shù)守恒、質
19、量數(shù)守恒可知,核反 應方程式為： (2)該核反應中質量虧損:m=1.007 3 u+2 1.008 7 u-3.018 0 u=0.006 7 u,則釋放的核能: E=mc2=0.006 7931 MeV=6.24 MeV。,(3)平均每個核子釋放的能量: E= =2.08 MeV。 答案:(1)見解析(2)6.24 MeV(3)2.08 MeV,【加固訓練】 在某些恒星內部,3個粒子可以結合成一個 C核,已 知 C核的質量為m1=1.993 0210-26 kg,粒子的質 量為m2=6.646 7210-27 kg,真空中光速c=3108 m/s, 求:,(1)寫出這個核反應方程。 (2)這個核反應中釋放的核能(保留一位有效數(shù)字)。試 比較粒子的比結合能與 C的比結合能哪個大?,【解析】(1)3個粒子可以結合成一個 C核,這個核 反應方程是 (2)由愛因斯坦質能方程E=mc2,有:E=mc2= (36.646 7210-27-1.993 0210-26) (3108)2J=910-13 J 結合能與核子數(shù)的比值即為比結合能,因此可知,粒 子的比結合能小于 C的比結合能。,答案:(1) (2)910-13 J C的比結合能大,
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