物理高考一輪復(fù)習(xí)課件84份選修3 5第十三章4課時

第4課時 原子核 核反應(yīng)與核能導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.掌握原子核的組成、放射性、半衰期、放射性同位素的應(yīng)用等基本問題.2.會書寫核反應(yīng)方程，能區(qū)分核反應(yīng)的種類和根據(jù)質(zhì)能方程求解核能問題.3.了解裂變反應(yīng)、聚變反應(yīng)的特點與應(yīng)用，射線的危害與應(yīng)用．第4課時本講欄目開關(guān)一、天然放射現(xiàn)象、原子核的組成[基礎(chǔ)導(dǎo)引]1．用符號表示以下原子核：(1)鈾238；(2)有6個中子的碳原子核；(3)質(zhì)量數(shù)為14的碳原子核；(4)電荷數(shù)為8、質(zhì)量數(shù)為

17的氧原子核；(5)α粒子基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考92

6

6

8

2答案

(1)238U

(2)12C

(3)14C

(4)17O

(5)4He2．說出以下原子核的質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)：(1)4019K；(2)6629Cu；86(3)222Rn.19答案

(1)40K的質(zhì)子數(shù)為19，中子數(shù)為21.29(2)66Cu的質(zhì)子數(shù)為29，中子數(shù)為37.86(3)222Rn的質(zhì)子數(shù)為86，中子數(shù)為136第4課時本講欄目開關(guān)[知識梳理]

1．天然放射現(xiàn)象天然放射現(xiàn)象元素

自發(fā)

地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核還具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)．放射性和放射性元素物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫

放射性．具有放射性的元素叫

放射性元素．第4課時基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)2．原子核(1)原子核的組成①原子核由中子和質(zhì)子

組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為

核子．②原子核的核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)＝中子數(shù)＋質(zhì)子數(shù)．Z③X

元素原子核的符號為AX，其中A

表示質(zhì)量數(shù)

，Z

表示

核電荷數(shù)

．(2)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子，因為在元素周期表中的位置相同,同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)．第4課時基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)二、核反應(yīng)[基礎(chǔ)導(dǎo)引]901．寫出下列各放射性元素的α

衰變方程：(1)234Th(釷核)；29(2)66Cu(銅核)．832．寫出下列各放射性元素的β

衰變方程：(1)244Bi(鉍核)；(2)210Po(釙核)．83244

2448484答案

(1)

Bi→

Po0—1＋

e(2)210Po→210At＋84

85－10e答案

(1)234Th→230Ra＋4He90

88

2(2)66Cu→62Co＋4He29

27

2第4課時基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)3.238U(鈾核)衰變?yōu)?22Rn(氡核)要經(jīng)過

次α衰變，

次β92

86衰變．答案

4

24．已知釷234的半衰期是24天，1

g釷經(jīng)過120天后還剩多少？答案321

g5．完成下列核反應(yīng)方程．(1)19F＋4He→1H＋(

)；9

2

1(2)11B＋(

)→1n＋14N；5

0

7(3)14N＋1n→(

)＋1H.102

67

0

1答案

(1)22Ne

(2)4He

(3)14C第4課時基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)[知識梳理]1．衰變原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ儯派湫栽厮プ儠r放出的射線共有三種：α

射線，β

射線和γ

射線．(1)按照衰變時放出粒子的不同又分為α衰變和β衰變．α衰變和β衰變的比較衰變類型α

衰變β

衰變衰變方程M

M－4

4HeZ

X→Z－2

Y＋

2M

M

－0eZ

X→Z+1Y＋

1衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子21H＋21n→4He1

0

21n→1H＋－0e0

1

1衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒第4課時基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)(2)γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的．其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中，產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子．

(3)半衰期是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時

間，它表示放射性元素衰變的快慢．第4課時基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)2．原子核的人工轉(zhuǎn)變用高能粒子轟擊靶核，產(chǎn)生另一種新核的反應(yīng)過程．典型核反應(yīng)：(1)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為：查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為：9Be＋4He→12

C＋1n.4

2

6

0居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)方程為：_13

2_

15

0

.30153014P→

Si＋0＋1e.

7

2

8

1

14

N＋4He→17

O＋1H

.27A1＋4He→30P＋1n第4課時基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)3

2

43．核裂變和核聚變

(1)重核裂變重核裂變：是重核分裂成中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程．如：235

U＋1n→144

Ba＋89Kr＋

3

1n.92

0

56

36

0由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)能持續(xù)地進(jìn)行的過程稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件是：裂變物質(zhì)的體積大1n于等于臨界體積．裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆．(2)輕核聚變聚變是兩個輕核結(jié)合成

質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程．如：1H＋1H→2He＋

0

＋17.6MeV使核發(fā)生聚變需要幾百萬度以上的高溫，因此聚變又叫熱核反應(yīng)．4．核反應(yīng)方程式遵循的規(guī)律(1)質(zhì)量數(shù)守恒．(2)電荷數(shù)守恒．第4課時基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)三、核力與核能[基礎(chǔ)導(dǎo)引]已知226Ra，222Rn，4He

的原子質(zhì)量分別是226.025

4

u，222.017

5

u，88

86

24.002

6

u．求出226Ra

在α

衰變226Ra→222Rn＋4He

中放出的能88

88

86

2量(以電子伏特為單位).解析衰變后的質(zhì)量虧損為Δm＝(226.025

4－222.017

5－

4.002

6)u＝0.0053

u．因為1

u

相當(dāng)于931.5

MeV，因此釋放的能量為ΔE＝0.005

3×931

.5

MeV≈4.937

0

MeV＝4.937

0×106

eV.答案4.937

0×106

eV第4課時基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)[知識梳理]核力：核子間的作用力．核力是短程強引力，作用范圍在1.5×10－15

m之內(nèi)，只在相鄰的核子間發(fā)生作用．核能：

核子結(jié)合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程E＝

mc2，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm，這就是質(zhì)量虧損．由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE＝

Δmc2

.第4課時基礎(chǔ)再現(xiàn)·深度思考本講欄目開關(guān)課堂探究·突破考點考點一 原子核的衰變、半衰期考點解讀1．確定衰變次數(shù)的方法(1)設(shè)放射性元素AX

經(jīng)過n

次α

衰變和m

次β

衰變后，變ZA′Z′成穩(wěn)定的新元素

Y，則表示該核反應(yīng)的方程為A

A′Z′40Z

2

1X→

Y＋n

He＋m-

e根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m(2)確定衰變次數(shù)，因為β

衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α

衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)2．對半衰期的理解(1)根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式余

余N

＝N

原(2)

＝m

原(2)1

t/τ，m

1

t/τ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

余表示衰變后剩余的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，τ

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)．特別提醒

近幾年高考中多次考到半衰期的理解與計算.第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)典例剖析例

1

(1)(2011·浙江理綜·15)關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是α

射線是由氦原子核衰變產(chǎn)生β

射線是由原子核外電子電離產(chǎn)生γ

射線是由原子核外的內(nèi)層電子躍遷產(chǎn)生通過化學(xué)反應(yīng)不能改變物質(zhì)的放射性(

)(2)(2011·山東理綜·38(1))碘131核不穩(wěn)定，會發(fā)生β

衰變，其半衰期為8

天．13153①碘

131

核的衰變方程：

I→

(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．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)解析(1)α

射線是氦核流，A

錯；β射線是原子核內(nèi)的一個中子變成一個質(zhì)子而放出的，B錯；γ射線是原子核受激發(fā)而產(chǎn)生的，C

錯；物質(zhì)的放射性和半衰期與溫度以及化學(xué)狀態(tài)等無關(guān)，由核本身的性質(zhì)決定，故D

項正確．(2)①根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，

I131

1310—53

54

1→

X＋

e.②根據(jù)m

余＝1

t

1

tm

原(2)τ得：0.25m

原＝m原(2)8，解得t＝16

天．131054 -1答案

(1)D (2)①

X＋

e

②16第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)跟蹤訓(xùn)練1

一個氡核222Rn衰變成釙核218Po并放出一個粒86

84子，其半衰期為3.8天.1

g氡經(jīng)過7.6天衰變掉氡的質(zhì)量，以86

84A．0.25

g，α粒子C．0.25

g，β粒子B．0.75g，α粒子D．0.75g，β粒子及222Rn衰變成218Po的過程放出的粒子是

(

B

)解析

氡核半衰期為

3.8

天，7.6

天為

2

個半衰期，所以1

1

11

g

氡7.6

天衰變掉的質(zhì)量為1

g×2＋(1g×2)×2＝0.75

g．由222Rn→218Po＋4He

知222Rn

衰變成218Po

的過程中放出的粒86

84

2

86

842子是4He，即α

粒子，所以B

正確．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)考點二

核反應(yīng)方程及反應(yīng)類型考點解讀核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α

衰變自發(fā)238

U→234Th＋4He92

90

2β

衰變自發(fā)234

Th→234

Pa＋

0e90

91

－114N＋4He→14O＋1H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)7

2

8

14He＋9Be→12C＋1n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?

4

6

027A1＋4He→30P＋1n13

2

15

0約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時30P→30Si＋＋0e15

14

1發(fā)現(xiàn)正電子重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制235

U＋1n→144

Ba＋89Kr＋31n92

0

56

36

0235U＋1n→136Xe＋90Sr＋101n92

0

54

38

0輕核聚變除氫彈外無法控制2H＋3H→4He＋1n1

1

2

0第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)特別提醒

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．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．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．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)典例剖析例

2

(2011·海南單科·19(1))2011

年

3

月

11

日，日本發(fā)生九級1A．X

―→13756大地震，造成福島核電站嚴(yán)重的核泄漏事故．在泄漏的污染物中含有

131I

和

137Cs

兩種放射性核素，它們通過一系列衰變產(chǎn)生對人體有危害的輻射．在下列四個式子中，有兩個能分別反映

131I

和

137Cs

的衰變過程，它們分別是

和

(填入正確選項前的字母).131I和

137Cs

原子核中的中子數(shù)分別是

和

．102Ba＋

n B．X

―→13754Xe＋－10e3C．X

―→13756Ba＋－10e4D．X

―→1375411Xe＋

p第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)解析根據(jù)核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒知，131I的衰變?yōu)檫x項B,137Cs

的衰變?yōu)檫x項C,131I

的中子數(shù)為131－53＝78,137Cs

的中子數(shù)為137－55＝82.答案B

C

78

82思維突破1．電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒是正確書寫核反應(yīng)方程式的關(guān)鍵．2．熟記幾種核反應(yīng)類型的基本概念．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)跟蹤訓(xùn)練

2

(2010·廣東理綜·18)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有(

AC)A.238

U→23492

90

2Th＋4HeB.14N＋4He→17O＋1H7

2

8

11

1

2

0C.2H＋3H→4He＋1nD.82Se→82Kr＋2-10

e是α

衰變

是β

衰變是輕核聚變是重核裂變34

36解析

A項表示α衰變，C項表示輕核聚變，D項不是重核裂變，選項A、C正確，D錯誤；B項中核反應(yīng)為原子核的人工轉(zhuǎn)變，選項B錯誤．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)考點三 核力與核能的計算考點解讀核力含義：原子核里的核子間存在互相作用的核力，核力把核子緊緊束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核．特點：①核力是強相互作用的一種表現(xiàn)；②核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15

m之內(nèi)．因此每個核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)2．核能(1)質(zhì)量虧損：組成原子核的核子質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差．

(2)質(zhì)能方程：一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比，即E＝mc2.方程的含義是：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系，物體的能量增大，質(zhì)量也增大；物體的能量減

少，質(zhì)量也減少．①核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其能量也要相應(yīng)減少，即ΔE＝Δmc2；②原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2.第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)典例剖析例3

假設(shè)兩個氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應(yīng)生成氦的同位素和中子，已知氘核的質(zhì)量是

2.013

6

u，中子的質(zhì)量是1.008

7

u，氦核同位素的質(zhì)量是3.015

0

u.(1)聚變的核反應(yīng)方程式是

，在聚變核反應(yīng)中釋放出的能量為

MeV.(保留兩位有效數(shù)字)1(2)若氚核和氦核發(fā)生聚變生成鋰核，反應(yīng)方程式為3H＋4He→7Li，已知各核子比結(jié)合能分別為

E

＝1.112

MeV、E2

3

H

He＝7.075

MeV、ELi＝5.603

MeV，試求此核反應(yīng)過程中釋放的核能．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)解析

(1)根據(jù)題中條件，可知核反應(yīng)方程式為1

1

2

02H＋2H→3He＋1n.核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2×2.013

6

u－(3.015

0＋1.008

7)

u＝3.5×10－3

u.由于1u

的質(zhì)量與931.5MeV的能量相對應(yīng)．所以氘核聚變時放出的能量ΔE＝3.5×10－3×931.5

MeV≈3.3

MeV(2)3H

和4He

分解成7

個核子所需的能量為1

2E1＝3×1.112

MeV＋4×7.075

MeV＝31.636

MeV7

個核子結(jié)合成7Li，釋放的能量為3E2＝7×5.603

MeV＝39.221

MeV所以此核反應(yīng)過程中釋放的核能為ΔE＝E2－E1＝39.221

MeV－31.636

MeV＝7.585

MeV.答案

(1)2H＋2H→3He＋1n

3.3 (2)7.585

MeV1

1

2

0第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)思維突破

1.核能的計算方法根據(jù)

ΔE＝Δmc2

計算，計算時

Δm

的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE

的單位是“J”．根據(jù)ΔE＝Δm×931.5

MeV計算．因1

原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931

.5MeV

的能量，所以計算時Δm

的單位是“u”，ΔE

的單位是“MeV”．根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子數(shù)．2.利用質(zhì)能方程計算核能時，不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進(jìn)行計算．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)跟蹤訓(xùn)練3

(2010·北京理綜·15)太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質(zhì)量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)4×1026量最接近

A．1036

kgC．1013

kg(

D

)B．1018

kgD．109

kgΔE4×1026解析

由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2得：Δm＝

c2

＝(3.0×10

)8

2Kg≈4×109

kg.D正確．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)考點四 核能與動量守恒的綜合性問題典例剖析2399423592例

4

钚的放射性同位素

Pu

靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)

U*23592*23592和

α

粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)

U

立即衰變?yōu)殁櫤?/p>

U，并放2399423592出能量為

0.097

MeV

的

γ

光子．已知：

Pu、

U

和

α

粒子的質(zhì)量分別為mPu＝239.052

1

u、mU＝235.043

9

u

和mα＝4.002

6

u,1

u

的質(zhì)量相當(dāng)于931.5

MeV

的能量．寫出衰變方程；已知衰變放出的光子的動量可忽略，求α

粒子的動能．解析

(1)衰變方程為94

92

2239Pu→235U*＋4He92

92235U*→235U＋γ①②③或合起來有239Pu→235U＋4He＋γ94

92

2第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)(2)上述衰變過程的質(zhì)量虧損為Δm＝mPu－mU－mα放出的能量為ΔE＝c2·Δm第4課時④⑤92

U

α此能量是鈾核235U

的動能

E

、α

粒子的動能

E

和

γ

光子的能量Eγ之和即ΔE＝EU＋Eα＋Eγ由④⑤⑥式得EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ⑥⑦設(shè)衰變后的鈾核和

α粒子的速率分別為

vU和

vα，則由動量守恒有

mUvU＝mαvα

⑧2U

U

U1又由動能的定義知

E

＝1

v

2，E

＝

m

vm

α

2α

α2⑨由⑧⑨

EU＝mα式得Eα

mU⑩α由⑦⑩式得E

＝mUmU＋mαPu

U

α

γ[(m

－m

－m

)c2－E

]代入題給數(shù)據(jù)得Eα≈5.034

MeV235

23594

92*

42答案

(1)

Pu→

U

＋

He23592*235922399423592U

→

U＋γ(或

Pu→

U＋4He＋γ) (2)5.034

MeV2課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)思維突破先求質(zhì)量虧損．用ΔE＝mc2計算釋放的核能．注意核衰變后，新核不只是能量守恒，動量也守恒．第4課時課堂探究·突破考點本講欄目開關(guān)，可以判斷A．原子核發(fā)生β衰變

B．原子核發(fā)生α衰變(

AC

)C．大圓是釋放粒子的運動軌跡，小圓是新核的運動軌跡

D．大圓是新核的運動軌跡，小圓是釋放粒子的運動軌跡解析

釋放粒子和反沖核運動方向相反，且衰變后釋放粒子與反沖核動量大小相等，故發(fā)生的是β衰變．它們在磁場課堂探究·突破考點跟蹤訓(xùn)練4如圖1所示，兩個相切的圓表示一個靜止的原子核發(fā)生某種衰變后，釋放出來的粒子和反沖核在磁場中運動的軌跡圖1中，由洛倫茲力提供向心力，則R＝

mv

，在同