放射性元素的衰核能ppt课件

第3讲放射性元素的衰变核能 1 2 知识梳理 知识点1原子核的组成 放射性放射性同位素射线的危害和防护1 天然放射现象 放射性元素自发地发出射线的现象 首先由贝克勒尔发现 天然放射现象的发现 说明了 具有复杂的结构 原子核 3 2 三种射线的比较 高速 电子流 4 c 不偏转 最强 很弱 5 3 原子核的组成 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 原子核中的两种数量关系 核电荷数 Z 元素的 核外电子数 质量数 A 质子数 中子数 3 X元素的原子核的符号为 其中A表示 Z表示 核子 质子数 原子序数 核子数 质量数 核电荷数 6 4 放射性同位素的应用与保护 1 同位素 具有相同 和不同中子数的原子核 2 放射性同位素 有 放射性同位素和 放射性同位素两类 放射性同位素的化学性质相同 3 应用 消除静电 工业探伤 作 等 4 防护 防止放射性对人体组织的伤害 质子数 天然 人工 示踪原子 7 知识点2原子核的衰变 半衰期1 原子核的衰变 1 原子核放出 变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变 粒子或 粒子 8 2 分类 衰变 衰变 辐射 当放射性物质连续发生衰变时 原子核中有的发生 衰变 有的发生 衰变 同时伴随着 辐射 9 3 两个典型的衰变方程 衰变 衰变 10 2 半衰期 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 自身的因素决定的 跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系 半数 内部 11 知识点3核力 结合能 质量亏损1 核力 1 定义 原子核内部 间特有的相互作用力 2 核力的特点 是强相互作用的一种表现 是 力 作用范围在1 5 10 15m之内 每个核子只能与 发生核力作用 核子 短程 与其相邻的核子 12 2 结合能 核子结合为原子核时 或原子核分解为核子时 叫作原子核的结合能 也称核能 释放的能量 吸收的能量 13 3 比结合能 1 定义 原子核的结合能与 之比 称作比结合能 也叫平均结合能 2 特点 不同原子核的比结合能不同 原子核的比结合能越 表示原子核中核子结合得越牢固 原子核越稳定 核子数 大 14 4 质能方程 质量亏损 爱因斯坦质能方程 原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小 m 这就是质量亏损 由质量亏损可求出释放的核能 E mc2 E mc2 15 知识点4裂变反应和聚变反应 裂变反应堆核反应方程1 重核裂变 1 定义 受到高能粒子的轰击而分裂成几个 的过程 质量数较大的原子核 质量数较小的原子核 16 2 特点 裂变过程中释放出 裂变的同时能够释放出2 3 或更多 个 裂变的产物不是唯一的 对于铀核裂变有二分裂 三分裂和四分裂形式 但三分裂和四分裂概率比较小 巨大的能量 中子 17 3 典型的裂变反应方程 4 链式反应 由重核裂变产生的 使裂变反应一代接一代继续下去的过程 中子 18 5 临界体积和临界质量 裂变物质能够发生 的最小体积及其相应的质量 6 裂变的应用 核反应堆 7 反应堆构造 核燃料 减速剂 防护层 链式反应 原子弹 镉棒 19 2 轻核聚变 1 定义 两轻核结合成 的核的反应过程 轻核聚变反应必须在高温下进行 因此又叫 质量较大 热核反应 20 2 特点 聚变过程放出大量的能量 平均每个核子放出的能量 比裂变反应中每个核子放出的能量大3至4倍 聚变反应比裂变反应更剧烈 对环境污染较少 自然界中聚变反应原料丰富 21 3 典型的聚变反应方程 3 人工转变 1 卢瑟福发现质子 2 查德威克发现中子 22 易错辨析 1 三种射线 射线的电离作用最强 2 三种射线 射线的穿透能力最强 3 玻尔发现电子并提出了原子的核式结构模型 23 4 假如有18个某种放射性元素的原子核 经过一个半衰期 一定是有9个原子核发生了衰变 5 衰变的电子来源于原子核外的电子 6 高温 高压的情况下 原子核的半衰期将会变短 7 爱因斯坦的质能方程反映了物质的质量就是能量 它们之间可以相互转化 24 提示 1 三种射线中 射线的电离本领最强 2 射线的穿透能力最强 3 卢瑟福做了 粒子散射实验并提出了原子的核式结构模型 而玻尔提出了原子理论 4 对于半衰期是具有统计规律的 只有大量原子核才有意义 25 5 衰变是原子核的衰变 衰变中的电子来源于原子核中的中子 6 放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的 跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系 7 爱因斯坦的质能方程不能说明能量和质量之间存在相互转化的关系 只是说明一定质量的物体会有相应数量的能量 系统能量较少时 其质量也相应较少 26 考点1原子核的衰变半衰期 核心要素精讲 1 衰变 衰变的比较 27 28 29 2 半衰期 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 30 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 31 高考命题探究 典例1 下列有关原子结构和原子核的认识 其中正确的是世纪金榜导学号42722264 A 射线是高速运动的电子流B 氢原子辐射光子后 其绕核运动的电子动能增大C 太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D 的半衰期是5天 100克经过10天后还剩下50克 32 解析 选B 射线是高速电子流 而 射线是一种电磁波 选项A错误 氢原子辐射光子后 绕核运动的电子距核更近 动能增大 选项B正确 太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变 选项C错误 10天为两个半衰期 剩余的为100 g 100 2g 25g 选项D错误 33 强化训练 1 多选 天然放射性元素 钍 经过一系列 衰变和 衰变之后 变成 铅 下列论断中正确的是 A 铅核比钍核少24个中子B 铅核比钍核少8个质子C 衰变过程中共有4次 衰变和8次 衰变D 衰变过程中共有6次 衰变和4次 衰变 34 解析 选B D 铅核核子数比钍核核子数少24个 而不是中子数少24个 A项错误 铅核质子数为82 钍核质子数为90 故铅核比钍核少8个质子 B项正确 钍核的衰变方程为 式中x y分别为 和 的衰变次数 由质量数守恒和电荷数守恒 有4x 208 232 2x y 82 90 联立两式得x 6 y 4 即衰变过程中共有6次 衰变和4次 衰变 C项错误 D项正确 35 2 多选 关于放射性元素的半衰期 下列说法正确的有 A 是原子核质量减少一半所需的时间B 是原子核有半数发生衰变所需的时间C 把放射性元素放在密封的容器中 可以减小放射性元素的半衰期D 可以用于测定地质年代 生物年代等 36 解析 选B D 原子核衰变后变成新核 新核与未衰变的核在一起 故半衰期并不是原子核的数量 质量减少一半 故A错误 B正确 衰变快慢由原子核内部因素决定 与原子所处的物理状态或化学状态无关 常用其测定地质年代 生物年代等 故C错误 D正确 37 加固训练 已知镭的原子序数是88 原子核质量数是226 试问 1 镭核中有几个质子 几个中子 2 镭核所带的电荷量是多少 3 若镭原子呈中性 它核外有几个电子 4 是镭的一种同位素 让以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中 它们运动的轨道半径之比是多少 38 解析 原子序数与核内质子数 核电荷数 中性原子的核外电子数都是相等的 原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和 由此可得 1 镭核中的质子数等于其原子序数 故质子数Z为88 中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差 即N A Z 226 88 138 39 2 镭核所带电荷量为Q Ze 88 1 6 10 19C 1 41 10 17C 3 核外电子数等于核电荷数 故核外电子数为88 4 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力 故有qvB 故r 两种同位素具有相同的核电荷数 但质量数不同 故 40 答案 1 88138 2 1 41 10 17C 3 88 4 113 114 41 考点2核反应类型与核反应方程 核心要素精讲 1 核反应的四种类型 42 43 44 2 核反应过程一般是不可逆的 书写核反应方程不能用等号 只能使用单向箭头 连接 并表示反应方向 3 核反应过程遵循质量数守恒 而不是质量守恒 核反应过程中伴随着能量的巨大变化 反应前后质量会变化 一般质量会亏损 4 核反应过程中遵循电荷数守恒原理 45 高考命题探究 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 世纪金榜导学号42722265 46 47 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 48 迁移训练 49 迁移1 人工核反应用中子轰击锂核 Li 发生核反应 产生氚核和 粒子并放出4 8MeV的能量 则该核反应方程为 上述反应中的质量亏损为 kg 保留两位有效数字 50 解析 由题得核反应方程为释放的能量E 4 8MeV 因E mc2得 m 8 5 10 30kg 答案 8 5 10 30 51 迁移2 重核裂变 多选 一个原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应 其裂变方程为则下列说法正确的是 52 A X的原子核中含有86个中子B X的原子核中含有141个核子C 因为裂变释放能量 根据E mc2 所以裂变后的总质量数增加D 因为裂变释放能量 出现质量亏损 所以裂变后的总质量减少 53 解析 选A D 设X的原子核中含有x个质子 质量数为y 根据电荷数和质量数守恒有 92 x 38 235 1 y 94 2 解得x 54 y 140 所以X的中子数为 y x 86 故A正确 根据A选项的论述可知X含有质量数为140 即核子数为140 故B错误 裂变反应过程中质量数守恒 质量数不会增加 裂变过程存在质量亏损 质量不守恒 故C错误 因为裂变释放能量 出现质量亏损 所以裂变后的总质量减少 故D正确 54 迁移3 轻核聚变 多选 2017 太原模拟 月球土壤里大量存在着一种叫作 氦3 的化学元素 是核聚变的重要原料之一 科学家初步估计月球上至少有100万吨 氦3 如果相关技术开发成功 将可为地球带来取之不尽的能源 关于 氦3 与 氘核 聚变生成 氦4 下列说法中正确的是 55 A 该核反应方程式为B 核反应生成物的质量将大于参加的反应物的质量C 该核反应出现质量亏损 释放能量D 因为 氦3 比 氦4 的比结合能小 所以 氦3 比 氦4 稳定 56 解析 选A C 该核反应方程为电荷数守恒 质量数守恒 故A正确 关于 氦3 与 氘核 聚变生成 氦4 和质子 有大量的能量放出 根据爱因斯坦质能方程 知有质量亏损 生成物的质量小于参加的反应物的质量 故B错误 C正确 比结合能越大 原子核越稳定 故D错误 57 考点3核能 核心要素精讲 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 58 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 59 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 m 931 5MeV计算核能 m的单位是u u是原子质量单位 其中1u相当于931 5MeV的能量 E的单位是MeV 60 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 61 高考命题探究 典例3 多选 关于近代物理学的结论中 下面叙述中正确的是世纪金榜导学号42722266 A 比结合能越小 表示原子核中的核子结合得越牢固B 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的 62 C 一个氘核 H 与一个氚核 H 聚变生成一个氦核 He 的同时 放出一个中子D 按照玻尔理论 氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时 电子的动能减小 原子总能量也减小 63 思考探究 1 比结合能 表示原子核中核子结合得越牢固 原子核越稳定 2 衰变所释放的电子是原子核内的 转化成 和 所产生 3 根据爱因斯坦质能方程判断 和 结合成一个 粒子 释放的能量 越大 中子 质子 电子 质子 中子 64 解析 选B C 比结合能越大 表示原子核中核子结合得越牢固 原子核越稳定 A错误 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生 B正确 根据质量数守恒和电荷数守恒知 一个氘核 H 与一个氚核 H 聚变生成一个氦核 He 的同时 放出一个中子 C正确 按照玻尔理论 氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时 电子的动能减小 原子总能量增大 D错误 65 强化训练 1 多选 如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象 下列说法中正确的是 66 A 若原子核D和E结合成F 结合过程一定会吸收核能B 若原子核D和E结合成F 结合过程一定会释放核能C 若原子核A分裂成B和C 分裂过程一定会吸收核能D 若原子核A分裂成B和C 分裂过程一定会释放核能 67 解析 选B D D和E结合成F 属于轻核的聚变 有质量亏损 根据爱因斯坦质能方程 有能量释放 故A错误 B正确 若A能分裂成B和C 则属于重核的裂变 分裂过程有质量亏损 一定要释放能量 故C错误 D正确 68 2 太阳因核聚变释放出巨大的能量 同时其质量不断减少 太阳每秒钟辐射出的能量约为4 1026J 根据爱因斯坦质能方程 太阳每秒钟减少的质量最接近 世纪金榜导学号42722267A 1036kgB 1018kgC 1013kgD 109kg 69 解析 选D 根据 E mc2得 m 4 4 109kg 故D正确 A B C错误 70 加固训练 多选 2017 兰州模拟 对于核能发电 下列说法正确的是 A 核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量污染物到大气中 所以不会造成空气污染B 目前世界上所有的核电站采用的都是原子核裂变反应释放能量 71 C 不同国家科技发展存在差异 所以核电站有些采用原子核裂变反应 有些采用聚变反应D 核电站产生的核废料仍具有放射性 但只要经过恰当处理 过几年就安全了 72 解析 选A B 核能发电只有核废料 不会对空气造成污染 故A正确 目前核电站都采用铀核的裂变反应释放能量 故B正确 C错误 核电站产生的核废料仍具有放射性 即使经过恰当处理 仍不安全 故D错误 73 74 75