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第3讲 放射性元素的衰变核能,【知识导图】,相同,质子,电子数,质子数,重核,轻核,【微点拨】 1.对放射性的三点说明: (1)贝克勒尔最早发现天然放射现象。 (2)原子序数大于或等于83的元素,都能自发地发出射线,原子序数小于83的元素,有的也能放出射线。 (3)弱相互作用是引起原子核衰变的原因。,2.核能与核反应的三点注意: (1)中等大小的核的比结合能最大(平均每个核子的质量亏损最大),这些核最稳定。 (2)核反应堆中常用的慢化剂有石墨、重水和普通水;用镉棒控制链式反应的速度。 (3)与重核裂变相比,轻核聚变具有产能效率高、燃料丰富、安全、清洁的优点。,【慧眼纠错】 (1)放射性元素的放射性强度受温度、外界压强的影 响。 纠错:_ _。,放射性元素的放射性强度不受温度、外界压强,的影响,与其所处的化学状态无关,(2)、三种射线中,射线的穿透能力最强。 纠错:_ _。,、三种射线中,射线的穿透能力最,弱,电离能力最强,(3)假如有1 000个某种放射性元素的原子核,经过一 个半衰期,有500个原子核发生了衰变。 纠错:_ _。 (4)衰变产生的电子来自于核外电子。 纠错:_ _。,半衰期描述的是统计规律,只有对大量原子核才,有意义,衰变是原子核的衰变,中子向质子转变时产生,电子,(5)高温、高压的情况下,放射性元素的半衰期将会 变短。 纠错:_ _。,放射性元素衰变的快慢由原子核内部自身因素,决定,与原子所处的化学状态和外界条件无关,(6)爱因斯坦的质能方程反映了物质的质量就是能量, 二者可以相互转化。 纠错:_ _。,爱因斯坦的质能方程只是说明了质量与能量之,间存在数值关系,不能说明二者可以相互转化,考点1原子核的衰变半衰期 【典题探究】 【典例1】(2017全国卷)一静止的铀核放出一个 粒子衰变成钍核,衰变方程为 下列说 法正确的是导学号04450264(),A.衰变后钍核的动能等于粒子的动能 B.衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小 C.铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间 D.衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量,【解析】选B。根据动量守恒定律可知衰变后钍核的动 量大小等于粒子的动量大小,B正确;根据Ek= 可 知衰变后钍核的动能小于粒子的动能,A错误;半衰期 是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间,C 项错误,衰变后质量亏损,因此粒子与钍核的质量之 和小于衰变前铀核的质量,D项错误。,【通关秘籍】 1.衰变、衰变的比较:,2.衰变次数的确定方法: (1)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次衰变和m次衰变后,变成稳定的 新元素 Y,则表示该核反应的方程为 根据质量数守恒和电荷数守恒可列:,A=A+4n Z=Z+2n-m 由以上两式联立解得 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。,(2)因为衰变对质量数无影响,可先由质量数的改变确定衰变的次数,然后根据衰变规律确定衰变的次数。,3.对半衰期的理解: (1)放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,叫作这种元素的半衰期。 (2)半衰期表示放射性元素衰变的快慢,不同的放射性元素其半衰期不同。 (3)半衰期描述的对象是大量的原子核,不是单个原子核,这是一个统计规律。,(4)一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以 化合物形式存在无关,且加压、增温均不会改变。 (5)要理解半衰期表达式中各物理量的含义,在表达式 m= m0中,m是指剩余的原子核的质量,而不是衰变的 质量。,【考点冲关】 1.(多选)(2018济南模拟)核能作为一种新能源在现 代社会中已不可缺少,我国在完善核电安全基础上将加 大核电站建设。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性 的超铀元素,它可破坏细胞基因,提高患癌症的风险。,已知钚的一种同位素 Pu的半衰期为24 100年,其 衰变方程为 下列有关说法正确的 是(),A.X原子核中含有92质子 B.100个 Pu经过24 100年后一定还剩余50个 C.由于衰变时释放巨大能量,根据E=mc2,衰变过程总质量增加 D.衰变发出的射线是波长很短的光子,具有很强的穿透能力,【解析】选A、D。根据电荷数守恒、质量数守恒知,X的电荷数为92,质量数为235,则有92质子,故A项正确;半衰期具有统计规律,对大量的原子核适用,故B项错误;由于衰变时释放巨大能量,根据E=mc2,衰变过程总质量减小,故C项错误;衰变发出的射线是波长很短的光子,具有很强的穿透能力,故D项正确。,2.(2018潍坊模拟)14C是碳元素的一种具有放射性的 同位素,其半衰期约为5 700年。在某次研究中,测得考 古样品中14C的含量大约是鲜活生命体中14C含量的 , 则样品生活的年代约是() A.11 400年前B.17 100年前 C.22 800年前D.45 600年前,【解析】选B。设原来14C的质量为M0,衰变后剩余质量 为M,则有:M=M0 ,其中n为发生半衰期的次数,由题 意可知剩余质量为原来的 ,故n=3,所以死亡时间 为:35 700=17 100年,故A、C、D项错误,B项正确。,【加固训练】 关于天然放射线性质的说法正确的是 () A.射线就是中子流 B.射线有较强的穿透性 C.射线是高速电子流 D.电离本领最强的是射线,【解析】选C。射线是高频率的电磁波,它是伴随或衰变放出的,故A项错误;、三种射线中穿透能力最强的是射线,射线穿透能力最弱,一张厚的黑纸就可以挡住射线。电离能力最强的是射线,射线电离能力最弱,故B、D项错误;是原子核内的中子变为质子时放出的电子,是高速的电子流,故C项正确。,考点2核反应类型与核反应方程 【典题探究】 【典例2】(2016全国卷)在下列描述的核过程的方程中,属于衰变的是_,属于衰变的是_,属于裂变的是_,属于聚变的是_。导学号04450265,【解析】原子核发生衰变会产生一个新核和 He,所 以选项C是衰变;原子核发生衰变会产生一个新核 和 e,所以A、B选项为衰变;重核被轰击后,发生裂 变会产生几个质量差不多的新核,所以选项E为裂变;两 个轻核结合成质量较大的核的核反应,为核聚变,所以 选项F为核聚变。 答案:CA、BEF,【迁移训练】,迁移1:人工核反应 下面列出的是一些核反应方程: 其中() A.X是正电子,Y是质子 B.X是中子,Y是正电子 C.X是中子,Y是质子 D.X是质子,Y是中子,【解析】选C。根据质量数和电荷数守恒可得: ,X是中子 Y是质子 H,故A、 B、D项错误,C项正确。,迁移2:重核裂变 (2018济宁模拟)铀核裂变的产物是多样的,一种典型 的铀核裂变的核反应方程是 则 下列叙述正确的是(),A.X原子核中含有86个中子 B.X原子核中含有144个核子 C.因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以裂变后的总质量数减少 D.因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以裂变后的总质量数增加,【解析】选B。根据质量数守恒,则X的质量数:m=235+ 1-89-3=144,可知X原子核中含有144个核子;根据核电 荷数守恒,得:z=92-36=56,所以X中的中子数:n=m- z=144-56=88,可知X原子核中含有88个中子,故A项错 误,B项正确;在核反应的过程中,质量数是守恒的。总 质量数既不减小,也不增加,故C项错误,D项错误。,迁移3:轻核聚变 (2018洛阳模拟)我国最新一代核聚变装置“EAST” 在安徽合肥首次放电,显示了EAST装置具有良好的整体 性能,使等离子体约束时间达1 000 s,温度超过1亿摄 氏度,这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水 平。合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆,截面核聚变实验装置并能实际运行的地方。核聚变的 主要原料是氘,在海水中含量极其丰富。已知氘核的质 量为m1,中子的质量为m2， He的质量为m3,质子的质量为 m4,则下列说法中正确的是(),A.两个氘核聚变成一个 He所产生的另一个粒子是质 子 B.两个氘核聚变成一个 He所产生的另一个粒子是电 子 C.两个氘核聚变成一个 He所释放的核能为(2m1-m3- m4)c2 D.两个氘核聚变成一个 He所释放的核能为(2m1-m3- m2)c2,【解析】选D。根据核反应过程中质量数和电荷数守恒, 可以写出该聚变反应方程式: 则两个 氘核聚变成一个 He所产生的另一个粒子是中子,故 A、B项错误;根据核反应方程可知质量亏损m=2m1- m3-m2;根据爱因斯坦质能方程E=mc2,可得两个氘核聚 变成一个 He所释放的核能为(2m1-m3-m2)c2,故C项错 误,D项正确。,【通关秘籍】 1.核反应的四种类型:,2.核反应方程式的书写规范: (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,(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。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。,(3)核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒。注意:质量数守恒不是质量守恒,核反应过程中伴随着能量的释放,反应前后质量会变化,一般质量会亏损。,考点3核能及其计算 【典题探究】 【典例3】(2017全国卷)大科学工程“人造太阳” 主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电,氘核聚变 反应方程是 已知 H的质量为 2.013 6 u， He的质量为3.015 0 u， n的质量为 1.008 7 u,1 u =931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放 的核能约为导学号04450266(),A.3.7 MeV B. 3.3 MeV C. 2.7 MeV D.0.93 MeV 【解析】选B。氘核聚变反应的质量亏损m=2m氘-m氦-mn=0.003 5 u,则该反应释放的核能为E=m 931 MeV=3.258 5 MeV3.3 MeV。,【通关秘籍】 1.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中等质量的核的反应过程。重核裂变的同时放出几个中子,并释放出大量核能。为了使铀235裂变时发生链式反应,铀块的体积应大于它的临界体积。,(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,要想使氘核和氚核结合成氦核,必须达到几百万度以上的高温,因此聚变反应又叫热核反应。,2.核能的计算方法: (1)根据E=mc2计算核能,m的单位是kg,c的单位是m/s,E的单位是J。 (2)根据E=m931.5 MeV计算核能,m的单位是u,u是原子质量单位,其中1 u相当于931.5 MeV的能量,E的单位是MeV。,(3)根据平均结合能计算核能,原子核的结合能=平均结合能核子数。 (4)可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能,此时应该注意动量、动能关系式p2=2mEk的应用。,【考点冲关】 1.(2018衡水模拟)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() 导学号04450267,A.核反应方程是 B.聚变反应中的质量亏损m=m3-m1-m2 C.辐射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)c D.光子的波长=,【解析】选D。根据电荷数守恒、质量数守恒知,该核 反应方程为： ,故A项错误;聚变反应中的 质量亏损m=m1+m2-m3,根据爱因斯坦质能方程知,辐射 的光子能量E=mc2=(m1+m2-m3)c2,故B、C项错误;根 据E=h 得,波长= 故D项正确。,2.(2018庆阳模拟)一个质子和两个中子聚变为一 个氚核,已知质子质量mH=1.007 3 u,中子质量mn= 1.008 7 u,氚核质量m=3.018 0 u。 (1)写出聚变方程。 (2)释放出的核能多大? (3)平均每个核子释放的能量是多大?,【解析】(1)根据电荷数守恒、质量数守恒可知,核反 应方程式为： (2)该核反应中质量亏损:m=1.007 3 u+2 1.008 7 u-3.018 0 u=0.006 7 u,则释放的核能: E=mc2=0.006 7931 MeV=6.24 MeV。,(3)平均每个核子释放的能量: E= =2.08 MeV。 答案:(1)见解析(2)6.24 MeV(3)2.08 MeV,【加固训练】 在某些恒星内部,3个粒子可以结合成一个 C核,已 知 C核的质量为m1=1.993 0210-26 kg,粒子的质 量为m2=6.646 7210-27 kg,真空中光速c=3108 m/s, 求:,(1)写出这个核反应方程。 (2)这个核反应中释放的核能(保留一位有效数字)。试 比较粒子的比结合能与 C的比结合能哪个大?,【解析】(1)3个粒子可以结合成一个 C核,这个核 反应方程是 (2)由爱因斯坦质能方程E=mc2,有:E=mc2= (36.646 7210-27-1.993 0210-26) (3108)2J=910-13 J 结合能与核子数的比值即为比结合能,因此可知,粒 子的比结合能小于 C的比结合能。,答案:(1) (2)910-13 J C的比结合能大,
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