學(xué)案63 原子核與放射性　核能

1、學(xué)案63 原子核與放射性核能一、概念規(guī)律題組1若用x代表一個中性原子的核外的電子數(shù)，y代表此原子的原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，z代表此原子的原子核內(nèi)的中子數(shù)，則對90Th的原子來說()Ax90，y90，z234Bx90，y90，z144Cx144，y144，z90Dx234，y234，z3242關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A放射性元素的原子核內(nèi)的核子有半數(shù)發(fā)生變化所需的時間就是半衰期B放射性物質(zhì)放出的射線中，粒子動能很大，因此貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很強C當放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時，將發(fā)生衰變D放射性的原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時，輻射出射線3關(guān)于放射性元素的半衰期，

2、下列說法中正確的是()A原子核全部衰變所需要的時間的一半B原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間C原子量減少一半所需要的時間D元素質(zhì)量減半所需要的時間4關(guān)于質(zhì)能方程，下列哪些說法是正確的()A質(zhì)量減小，能量就會增加，在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量B物體獲得一定的能量，它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加一定值C物體一定有質(zhì)量，但不一定有能量，所以質(zhì)能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關(guān)系D某一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系二、思想方法題組 一、確定衰變次數(shù)的方法 規(guī)范思維二、對半衰期的理解1根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式N余N原()t/，m余m原()t/式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰

3、變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，表示半衰期2影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強)或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān)3只有對大量原子核衰變時談半衰期才有意義，因為半衰期為統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核不適用【例2】 (2011山東38(1)碘131核不穩(wěn)定，會發(fā)生衰變，其半衰期為8天(1)碘131核的衰變方程：_(衰變后的元素用X表示)(2)經(jīng)過_天有75%的碘131核發(fā)生了衰變針對訓(xùn)練1某考古隊發(fā)現(xiàn)一古生物骸骨考古專家根據(jù)骸骨中的含量推斷出了該生物死亡的年代已知此骸骨中的含量為活著的生物體中的1/4，的半衰期為5 730

4、年該生物死亡時距今約_年三、核反應(yīng)的四種類型特別提示1.核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接2核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程3核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守恒【例3】 (2009天津卷)下列說法正確的是()A.NHCHe是衰變方程B.HHHe是核聚變反應(yīng)方程C.UThHe是核裂變反應(yīng)方程D.HeAlPn是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程【例4】 (2009安徽卷)原子核聚變有望給人類的未來提供豐富的潔凈能源當氘等離子體被加熱到適當高溫時，氘核參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生，放出熱量這幾種反

5、應(yīng)的總效果可以表示為6HkHedH2n43.15 MeV由平衡條件可知()Ak1，d4 Bk2，d2Ck1，d6 Dk2，d3四、核能的計算1核能的計算方法(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核子結(jié)合成原子核時釋放的能量為質(zhì)量虧損(m)數(shù)乘以真空中光速(c3108 m/s)的平方即Emc2(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當于931.5兆電子伏(MeV)能量，用核子結(jié)合成原子核時釋放的能量為虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即Em931.5 MeV(3)注意式中m的單位是kg，E的單位是J；式中m的單位是指原子質(zhì)量單位u(1 u1.6605661027 kg)，E的單位是兆電子伏特(MeV)

6、2核反應(yīng)中釋放的核能，在無光子輻射的情況下，將轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動能因此在此情況下可應(yīng)用動量守恒定律和能量守恒及轉(zhuǎn)化定律來計算核能【例5】 (2009山東卷)歷史上第一次利用加速器實現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速后動能為0.5 MeV的質(zhì)子H轟擊靜止的X，生成兩個動能均為8.9 MeV的He.(1 MeV1.61013 J)(1)寫出上述反應(yīng)方程；(2)求出上述反應(yīng)中的質(zhì)量虧損針對訓(xùn)練2原來靜止的鈾U和釷234同時在同一勻強磁場中，由于衰變而開始做勻速圓周運動鈾238發(fā)生了一次衰變，釷234發(fā)生了一次衰變(1)試畫出鈾238發(fā)生一次衰變時所產(chǎn)生的新核及粒子在磁場中運動軌跡的示意圖(2)試畫出釷2

7、34發(fā)生一次衰變時所產(chǎn)生的新核及粒子在磁場中運動軌跡的示意圖【基礎(chǔ)演練】1(2009北京卷)下列現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的是()A粒子散射現(xiàn)象 B天然放射現(xiàn)象C光電效應(yīng)現(xiàn)象 D原子發(fā)光現(xiàn)象2(2009上海卷)放射性元素衰變時放出的三種射線，按穿透能力由強到弱的排列順序是()A射線，射線，射線 B射線，射線，射線C射線，射線，射線 D射線，射線，射線A衰變、衰變和衰變 B衰變、衰變和衰變C衰變、衰變和衰變 D衰變、衰變和衰變4(2010全國卷14)原子核X與氘核H反應(yīng)生成一個粒子和一個質(zhì)子由此可知()AA2，Z1 BA2，Z2CA3，Z3 DA3，Z25關(guān)于放射性元素的半衰期，下列說法正確的

8、有()A是原子核質(zhì)量減少一半所需的時間B是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間C把放射性元素放在密封的容器中，可以減慢放射性元素的半衰期D可以用來測定地質(zhì)年代、生物年代等6雷蒙德戴維斯因研究來自太陽的中微子(e)而獲得了2002年度諾貝爾物理學(xué)獎他探測中微子所用的探測器主體是一個貯滿615 t四氯乙烯(C2Cl4)液體的巨桶中微子可以將一個氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€氬核和一個電子，其核反應(yīng)方程式為eClAre.已知 Cl核的質(zhì)量為36.956 58 u，Ar核的質(zhì)量為36.956 91 u，e的質(zhì)量為0.000 55 u，1 u質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5 MeV.根據(jù)以上信息，可以判斷()A中微子不帶電B中微子

9、就是中子C.C1和Ar是同位素D參與上述反應(yīng)的中微子的最小能量約為0.82 MeV7某科學(xué)家提出了年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個核反應(yīng)方程為方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表：原子核HHeHe6C7N7N質(zhì)量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1以下推斷正確的是()AX是He，Q2Q1 BX是He，Q2Q1CX是He，Q2Q1 DX是He，Q2Q18美國研究人員正在研制一種新型鎳銅長效電池，它是采用銅和半衰期長達100年的放射性同位素鎳63(Ni)這兩種金屬作為長壽命電池的材料將鎳63置于中央，四周包上銅皮，

10、利用鎳63發(fā)生衰變時釋放電子給銅片，可用鎳63和銅片作電池兩極，為外接負載提供電能下列有關(guān)該電池的說法正確的是()A鎳63的衰變方程是NieCuB鎳63的衰變方程是NieCuC外接負載時鎳63的電勢比銅片高D該電池內(nèi)電流方向是從銅片到鎳【能力提升】9(2009福建29(1)14C測年法是利用14C衰變規(guī)律對古生物進行年代測定的方法若以橫坐標t表示時間，縱坐標m表示任意時刻14C的質(zhì)量，m0為t0時14C的質(zhì)量下面四幅圖中能正確反映14C衰變規(guī)律的是()題號123456789答案10.(1)下列敘述中正確的有()A光的粒子性被光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)所證實B在粒子散射實驗的基礎(chǔ)上，盧瑟福提出了原子的

11、核式結(jié)構(gòu)模型C紫外線照射某金屬表面時發(fā)生了光電效應(yīng)，則紅外線也一定可以使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)(2)氫原子能級如圖1所示，則要使一個處于基態(tài)的氫原子釋放出一個電子而變?yōu)闅潆x子，該氫原子需要吸收的能量至少是_eV，一群處于n4能級的氫原子回到n2的狀態(tài)過程中，可能輻射_種不同頻率的光子圖1(3)靜止的鋰核Li俘獲一個速度為8106 m/s的中子，發(fā)生核反應(yīng)后若只產(chǎn)生了兩個新粒子，其中一個粒子為氦He，它的速度大小是8106 m/s，方向與反應(yīng)前的中子速度方向相同完成此核反應(yīng)的方程式LinHe_.反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個粒子的速度大小為_m/s，方向_11某實驗室工作人員，用初速度v0(c為真空中的光速)的

12、粒子轟擊靜止的氮原子核，產(chǎn)生了質(zhì)子H.若某次碰撞可看作對心正碰，碰后新核與質(zhì)子同方向運動，垂直磁場方向射入磁場，通過分析偏轉(zhuǎn)半徑可得出新核與質(zhì)子的速度大小之比為120，已知質(zhì)子質(zhì)量為m.(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)求出質(zhì)子的速度v； (3)若用兩個上述質(zhì)子發(fā)生對心彈性碰撞，則每個質(zhì)子的動量變化量是多少？(保留兩位有效數(shù)字)12如圖2所示，圖2一個有界的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B0.50T，磁場方向垂直于紙面向里，MN是磁場的左邊界在距磁場左邊界MN 1.0 m處有一個放射源A，內(nèi)裝放射性物質(zhì)88Ra(鐳)，88Ra發(fā)生衰變生成新核Rn(氡)放在MN左側(cè)的粒子接收器可以接收到垂直于邊界MN方向射出的

13、粒子，此時接收器位置距直線OA的距離為1.0 m.(1)試寫出Ra的衰變方程；(2)求衰變后Rn(氡)的速率(質(zhì)子、中子的質(zhì)量為1.61027 kg，電子電荷量e1.61019 C)學(xué)案63原子核與放射性核能【課前雙基回扣】1B在90Th中，左下標為質(zhì)子數(shù)，左上標為質(zhì)量數(shù)，則y90；中性原子的核外電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，所以x90；中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減去質(zhì)子數(shù)，z23490144，所以B選項對2D本題是對天然放射現(xiàn)象基本概念的考查半衰期的概念是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，而不是原子核內(nèi)的核子半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，選項A錯誤；放射性物質(zhì)放出的射線中，粒子的動能很大，但由于它與外界物質(zhì)的

14、原子核碰撞時很容易損失能量，因此它貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很小，選項B錯誤；放射性元素發(fā)生衰變是因為原子核不穩(wěn)定所引起的，與核外電子的能量高低無關(guān)，選項C錯誤；放射性元素發(fā)生衰變后的新核從高能級向低能級躍遷時會以光子的形式放出能量，射線即為高能的光子流，選項D正確3BD放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間叫做這種元素的半衰期，它與原子核全部衰變所需要的時間的一半不同放射性元素發(fā)生衰變后成了一種新的原子核，原來的放射性元素原子核的個數(shù)不斷減少，當原子核的個數(shù)減半時，放射性元素的原子核的質(zhì)量也減半故選項B、D正確4BD質(zhì)能方程Emc2，表明某一定量的質(zhì)量與一定量的能量是相聯(lián)系的，當物體獲得一定的能量

15、，即能量增加某一定值時，它的質(zhì)量也相應(yīng)增加一定值，并可根據(jù)Emc2來計算5AX原子核中的核子數(shù)為(2351)(942)140個，B錯誤中子數(shù)為140(9238)86個，A正確裂變時釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，但是其總質(zhì)量數(shù)是不變的，C、D錯6C裂變是重核變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核，是；衰變有衰變和衰變，衰變的結(jié)果是釋放氦核，衰變的結(jié)果是從中子中釋放電子，是；聚變是質(zhì)量較小的核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，是綜上所述C正確思維提升1原子核是由中子和質(zhì)子組成2核反應(yīng)方程共有四種：衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變、聚變3衰變中射線的實質(zhì)He，衰變中射線的實質(zhì)是電子流射線是伴隨著衰變或衰變同時產(chǎn)生的，是一種光子4半衰期為統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)

16、原子核沒有意義半衰期的長短決定于原子核內(nèi)部因素5質(zhì)能方程：Emc2，質(zhì)量虧損：Emc2.【核心考點突破】例1 D由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得解得：x3，y2.規(guī)范思維確定衰變次數(shù)首先要明確兩種衰變規(guī)律例2 (1)(2)16解析(1)根據(jù)衰變過程電荷數(shù)守恒與質(zhì)量數(shù)守恒可得衰變方程：；(2)每經(jīng)1個半衰期，有半數(shù)原子核發(fā)生衰變，經(jīng)2個半衰期將剩余，即有75%發(fā)生衰變，即經(jīng)過的時間為16天例3 BDA為人工核反應(yīng)，B為核聚變反應(yīng)，C為衰變方程，D為人工轉(zhuǎn)變方程，故B、D正確例4 B根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得解得，B對例5 (1)HXHeHe或HLiHeHe(2)3.11029 kg解析(1

17、)根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得解得，為Li，所以反應(yīng)方程為HXHeHe或HLiHeHe(2)設(shè)反應(yīng)前質(zhì)子的動能為Ek0，反應(yīng)后He的動能為Ek，由于質(zhì)量虧損而釋放的能量為E2EkEk0(28.90.5) MeV17.3 MeV根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，有m106 kg3.11029 kg例6 (1)見解析(2)5.034 MeV 針對訓(xùn)練111 460解析根據(jù)公式mm0()(其中m、m0分別是現(xiàn)在與原來的質(zhì)量，t為距今的時間，為半衰期)得()，所以t11 460(年)2見解析解析(1)鈾238發(fā)生衰變時，由于放出粒子而產(chǎn)生了新核，根據(jù)動量守恒定律，它們的總動量為零，即：m1v1m2v20因

18、為它們都帶正電，衰變后的速度的方向正好相反，所以，受到的洛倫茲力方向也相反，因而決定了它們做圓周運動的軌跡圓是外切的它們做勻速圓周運動的向心力由洛倫茲力提供即：mBqv.所以R.又因為m1v1m2v2.所以，由于q12，q292290，因而.如圖所示，其中軌道a為粒子的徑跡，軌道半徑為R1，軌道b為新核的徑跡，其軌道半徑為R2.(R1R2)(2)同理，釷234發(fā)生一次衰變放出的粒子與產(chǎn)生的新核的動量大小相等，方向相反，即總動量為零可是，粒子帶負電，新核帶正電，它們衰變后的速度方向相反，但受的洛倫茲力方向相同，所以，它們的兩個軌跡圓是內(nèi)切的，且粒子的軌道半徑大于新核的軌道半徑，它們的軌跡示意圖如

19、圖所示，其中，c為粒子的徑跡，d為新核的徑跡思想方法總結(jié)1核衰變次數(shù)的計算原子核由質(zhì)子和中子組成，它的原子序數(shù)就等于它的質(zhì)子數(shù)；質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)總和(核子數(shù))就等于它的質(zhì)量數(shù)確定方法是：根據(jù)衰變不改變質(zhì)量數(shù)，首先由質(zhì)量數(shù)改變確定衰變次數(shù)，然后根據(jù)核電荷數(shù)守恒確定衰變次數(shù)2核能的計算方法：根據(jù)Emc2計算核能時，質(zhì)量虧損m是質(zhì)量不是質(zhì)量數(shù)，其單位是“kg”，c的單位是“m/s”，E的單位是“J”根據(jù)Em931.5 MeV計算核能時因一原子質(zhì)量單位(u)相當于931.5 MeV的能量，所以計算時m的單位是“u”，E的單位是“MeV”3、衰變過程與動量守恒及帶電粒子在勻強磁場中的運動的綜合應(yīng)用問題(1

20、)、衰變過程系統(tǒng)的動量守恒，若原核是靜止的，則有：mvm新v新由帶電粒子在磁場中運動的軌道半徑及旋轉(zhuǎn)方向可判斷或粒子的半徑大，新核的半徑小，兩圓內(nèi)切為衰變，兩圓外切為衰變；由兩圓半徑關(guān)系可推知新核及原核的核電荷數(shù)(2)放射性元素衰變時放出的三種射線，不論是垂直進入勻強磁場，還是垂直進入勻強電場，偏轉(zhuǎn)角度大的(或半徑小的)是粒子，偏轉(zhuǎn)角度小的(或半徑大的)是粒子【課時效果檢測】1B粒子散射現(xiàn)象表明了原子有核式結(jié)構(gòu)；光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光的粒子性；原子發(fā)光現(xiàn)象是由原子中電子的躍遷產(chǎn)生的；天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，故選B.2B3A4.D5BD原子核衰變后變成新核，新核與未衰變的核在一起，故半衰期并不是原子核的數(shù)量、質(zhì)量減少一半，A錯，B對；衰變快慢由原子核內(nèi)部的因素決定，與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，常用其測定地質(zhì)年代、生物年代等，故C錯，D對8ACD鎳63的衰變方程為NieCu，鎳63發(fā)生衰變時核內(nèi)一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子，電子聚集到銅片上而使銅片成為