高考物理鲁科版选修3-5 16.2《放射性元素的衰变 核能》课件

欢迎进入物理课堂 1 天然放射现象 1 天然放射现象 发现天然放射现象 揭开了人类研究原子核结构的序幕 通过对无数放射现象的研究 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有放射性 它们放射出来的射线共有3种 贝可勒尔 2 3种射线 射线 速度为光速1 10的 贯穿作用 电离作用 射线 速度约为光速99 的 贯穿作用 电离作用 射线 速度为光速的 波长极短的电磁波 贯穿作用 电离作用 氦核流 弱 很强 电子流 很强 较弱 光子流 最强 很弱 子核反应遵守和守恒 3 原子核的衰变 1 原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化 有 衰变 衰变和 衰变 质量数 电荷数 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 半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定 跟原子所处的或无关 4 核能 1 核力 核子之间的作用力 2 核能 由于原子核中的核子间存在强大的核力 使得原子核成为一个坚固的集合体 要把原子核中的核子拆散 就得克服核力而做巨大的功 反之 要把核子集合成一个原子核 就要放出巨大的能量 单个核子结合成原子核或原子核分裂成单个核子 放出或吸收的能量叫做原子核的 物理状态 化学状态 相邻 结合能 3 质能方程 质量亏损 组成原子核的核子的质量和与原子核的质量之差叫质量亏损 质能方程 一定的能量和一定的质量相联系 物体的能量和它的质量成正比 即 4 核能的计算 根据1原子质量单位 u 相当于能量 用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931 5MeV 即 E m 931 5MeV 注意 该式中 m的单位是u E的单位是MeV E mc2 931 5MeV 5 核能的利用途径 重核裂变 重核俘获一个中子后分裂成为两个 或多个 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 如 轻核聚变 某些轻核结合成的核 同时释放出大量核能的反应过程 要想使氘核和氘核结合成氦核 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 如 中等质量 质量较大 考点一核反应的4种类型 技巧提示 书写原子核的衰变方程时应注意 1 核反应过程一般都不是可逆的 所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向 不能用等号连接 2 核反应的生成物一定要以实验为基础 不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程 3 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒 核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化 质量亏损 且释放出核能 4 核反应遵循电荷数守恒 5 当放射性物质发生连续衰变时 原子核中有的发生衰变 有的不发生衰变 同时伴随着辐射 案例1 2011 海南高考 2011年3月11日 日本发生九级大地震 造成福岛核电站严重的核泄漏事故 在泄漏的污染物中含有131I和137Cs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131I和137Cs的衰变过程 它们分别是 和 填入正确选项前的字母 131I和137Cs原子核中的中子数分别是 和 解析 根据质量数守恒可判断 131I和137Cs的衰变方程分别为B和C 再根据核电荷数守恒 131I和137Cs的质子数分别为53和55 则中子数分别为78和82 答案 BC7882 解析 衰变是放射出氦核的天然放射现象 A正确 衰变是放射出电子的天然放射现象 而B项是发现质子的原子核人工转变 故B错 C项是轻核的聚变 D项是 衰变现象 故C对 D错 答案 A C 案例2 2011 天津理综 回旋加速器在核科学 核技术 核医学等高新技术领域得到了广泛应用 有力地推动了现代科学技术的发展 当今医学影像诊断设备PET CT堪称 现代医学高科技之冠 它在医疗诊断中 常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子 碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得 同时还产生另一粒子 试写出核反应方程 若碳11的半衰期 为20min 经2 0h剩余碳11的质量占原来的百分之几 结果取2位有效数字 解析 核反应方程为设碳11原有质量为m0 经过t1 2 0h剩余的质量为m1 根据半衰期定义有 误区警示 1 半衰期是原子核有半数发生衰变 变成新核 并不是原子核的数量 质量减少一半 2 要理解半衰期公式中各物理量的含义 在公式中 m是指剩余的原子核的量 而不是衰变的量 即时巩固2 某放射性元素原为8g 经6天时间已有6g发生了衰变 此后再衰变1g还需要 天 A 1天B 2天C 3天D 6天 考点三核能1 质能方程一定的能量和一定的质量相联系 物体的总能量和它的质量成正比 即E mc2 方程的含义是 物体具有的能量与它的质量存在简单的正比关系 物体的能量增大 质量也增大 物体的能量减少 质量也减小 1 核子在结合成原子核时出现质量亏损 m 其能量也要相应减少 即 E mc2 2 原子核分解成核子时要吸收一定的能量 相应的质量增加 m 吸收的能量为 E mc2 2 获得方式核能的重核裂变和轻核聚变 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3 4倍 案例3 2011 江苏高考 有些核反应过程是吸收能量的 例如 在中 核反应吸收的能量Q mO mH mX mN c2 在该核反应方程中 X表示什么粒子 X粒子以动能Ek轰击静止的147N核 若Ek Q 则该核反应能否发生 请简要说明理由 解析 根据核反应中的质量数守恒及电荷数守恒可知X粒子为42He 粒子 不能实现 因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求 答案 42He不能实现 因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求 解析 核反应遵循的是质量数守恒而不是质量守恒 A B错 由 E mc2和 m m1 m2 m3 m4可知C对 热核实验反应是聚变反应 而核电站所使用核装置是利用核裂变 D错 故选C 答案 C 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全