1、第2讲 放射性元素的衰变 核能,考点1 三种射线、两种衰变,1.天然放射现象 (1)天然放射现象. 元素_地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现.天然放射 现象的发现，说明_具有复杂的结构.,自发,原子核,(2)放射性和放射性元素. 物质发射某种看不见的射线的性质叫_.具有放射性的元 素叫_元素. (3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是_ _、_、_. (4)放射性同位素的应用与防护. 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. 应用：消除静电、工业探伤、作_等. 防护：防止放射性对人体组织的伤害.,放射性,放射性,射线,射线,射线,天然,
2、人工,示踪原子,2.原子核的衰变 (1)原子核放出粒子或粒子，变成另一种_的变化 称为_的衰变. (2)分类. 衰变： _ 衰变： _ (3)半衰期：放射性元素有_发生衰变所需的时间. 半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的_ _无关.,原子核,原子核,半数,物理、化学状,态,1.三种射线的比较,射线名称,比较项目,射线,射线,射线,组成,高速氦核流,高速电子流,光子流（高频电磁波）,带电量,2e,-e,0,质量,4mp,静止质量为零,符号,射线名称,比较项目,射线,射线,射线,速度,可达0.1c,可达0.99c,c,垂直进入电场或磁场的偏转情况,偏转,偏转,不偏转,贯穿本领,最弱,较强,
3、最强,对空气的 电离作用,很强,较弱,很弱,2.衰变、衰变的比较,衰变类型,衰变,衰变,衰变方程,衰变实质,2个质子和2个中子结合成 一个整体射出,1个中子转化为 1个质子和1个电子,匀强磁场中 轨迹形状,衰变规律,电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒,3.对半衰期的两点说明 (1)根据半衰期的概念,可总结出公式 N=N0e-t，m=m0e-t.式中N0、m0表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N、m表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，为衰变常数. (2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的,跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、
4、化合物)无关.,考点2 核反应的四种类型,核反应的四种类型比较,类型,可控性,核反应方程典例,衰变,衰变,自发,衰变,自发,人工转变,人工 控制,（约里奥居里夫妇发现放射性同位素及正电子）,重核裂变,比较容易 进行人工 控制,轻核聚变,除氢弹外 无法控制,类型,可控性,核反应方程典例,关于核反应的三点说明 (1)核反应过程一般都是不可逆的，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，不能凭空只依据两个 守恒规律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；遵循电荷数守恒.,考点3 核能,1.核能 分散的核子结合
5、成原子核的过程中所_出的能量.,释放,2.质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E=_，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,mc2,1.对核力的三点说明 (1)核力是强相互作用的一种表现； (2)核力是短程力，作用范围在1.510-15 m之内； (3)每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用.,2.结合能与比结合能 (1)结合能：把构成原子核的结合在一起的核子分开所需的能量. (2)比结合能： 定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平 均结合能.特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合 能越大，表示原子
6、核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.,3.获得核能的途径 (1)重核裂变. 定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个 质量数较小的原子核的过程. 特点. a.裂变过程中能够放出巨大的能量;b.裂变的同时能够放出2 3(或更多)个中子;c.裂变的产物不是惟一的.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. 典型的分裂方程:,(2)轻核聚变. 定义：某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程. 特点:a.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. b.聚变反应比裂变反应更剧烈. c.对环境污染较少. d.自
7、然界中聚变反应原料丰富. 典型的聚变方程:,衰变与其射线 【例证1】(2011重庆高考)核电站核泄漏的污染物中含有碘 131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放射线；铯137是 铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射射线. 下列说法正确的是( ) A.碘131释放的射线由氦核组成 B.铯137衰变时辐射出的光子能量小于可见光光子能量 C.与铯137相比，碘131衰变更慢 D.铯133和铯137含有相同的质子数,【解题指南】解答本题时要把握以下三点：(1)半衰期的长短代 表了衰变的快慢.(2)光子能量大小由频率高低决定.(3)同位素 的核电荷数相同. 【自主解答】选D.射线
8、是高速运动的电子流，不是氦原子 核，A错误；射线的频率大于可见光的频率，根据E=hv可 知，射线光子能量大于可见光光子能量，B错误；半衰期越 短，衰变越快，C错误；铯133和铯137都是铯元素，是质子数相 同而中子数不同的同位素，所以D正确.,【总结提升】解答本题关键在于搞清三种射线的性质，以及半 衰期及同位素的概念.对易错选项及错误原因具体分析如下：,核反应类型与核反应方程 【例证2】(2011北京高考)表示放射性元素碘 衰变的 方程是( ) A. B. C. D. 【解题指南】解答本题时要把握以下两点： (1)在原子核衰变过程中，质量数守恒，电荷数守恒. (2) 衰变是原子核放出高速电子流
9、.,【自主解答】选B. 碘 的原子核内一个中子放出一个电 子，变成一个质子，质量数没有发生变化，核电荷数增加1， 所以生成54号元素 放出一个电子.B选项正确.,【总结提升】核反应方程的书写方法 (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 中子 粒子 粒子 正电子 氘核 氚核 等. (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，所以要理解并应用好质量数 守恒和电荷数守恒的规律. (3)熟悉核反应的四种基本类型，可以帮助我们理清思路，很快 写出正确的核反应方程.,与核能相关的综合问题 【例证3】(12分)钚的放射性同位素 静止时
10、衰变为铀核激 发态 粒子,而铀核激发态 立即衰变为铀核 并放 出能量为0.097 MeV的光子.已知: 和粒子的质量 分别为mPu=239.052 1 u、mU=235.043 9 u和m=4.002 6 u, 1 u=931.5 MeV/c2. (1)写出衰变方程; (2)已知衰变放出的光子的动量可忽略,求粒子的动能.,【解题指南】解答本题时可按以下思路分析:,计算质 量亏损,计算核能 E=mc2,由动量守恒、能量 守恒求氦核动能,【规范解答】(1)衰变方程为 (1分)(1分) 或合起来有 (2)上述衰变过程的质量亏损为 m=mPu-mU-m (1分) 放出的能量为E=mc2 (1分) E是
11、铀核 的动能EU、粒子的动能E和光子的能量E之和，E=EU+E+E (1分) 可得EU+E=(mPu-mU-m)c2-E (1分),设衰变后的铀核和粒子的速度分别为vU和v,则由动量守恒有 mUvU=mv (1分) 又由动能的定义知(2分) 由式得 (1分) 由式得 代入题给数据得E=5.034 MeV (2分),【总结提升】计算核能的几种方法 (1)根据E=mc2计算，计算时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.因1原子质量单位(u)相当于 931.5 MeV的能量，所以计算时m的单位是“u”，E的单位 是“MeV”. (3)
12、根据平均结合能来计算核能 原子核的结合能平均结合能核子数. (4)有时可结合动量守恒和能量守恒进行分析计算，此时应注意 动量、动能关系式p2=2mEk的应用.,1.(2011浙江高考)关于天然放射现象，下列说法正确的是 ( ) A.射线是由氦原子核衰变产生 B.射线是由原子核外电子电离产生 C.射线是由原子核外的内层电子跃迁产生 D.通过化学反应不能改变物质的放射性,【解题指南】解答本题时应注意理解： (1)天然放射现象中三种射线的产生机理. (2)影响天然放射现象的因素. 【解析】选D.射线是在衰变中产生的，本质是氦核，A错 误；射线是在衰变中产生的，本质是高速电子束，B错 误；射线是发生衰
13、变和衰变时原子核发生能级跃迁而产 生的电磁波，C错误；物质的放射性由原子核内部自身的因素决 定，与原子所处的化学状态和外部条件无关,D正确.,2.(2011上海高考)天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知( )A.来自于原子核外的电子 B.的电离作用最强，是一种电磁波 C.的电离作用较强，是一种电磁波 D.的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子,【解析】选D.从穿透能力上看，能穿透铝板进入铅板，必 然是射线，射线是原子核内发出的高频光子，属于电磁 波，电离作用弱，故D正确，C错误；能穿透纸板进入铝板， 必然是射线，是原子核内发射出的电子流，A错误；纸板能 够挡住，则
14、是射线，它的电离作用最强，但它是氦原子 核，不是电磁波，B错误.,3.14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法， 若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m0为 t=0时14C的质量.下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是( )【解析】选C.由公式 并结合数学知识可知C正确.,4.原子核 与氘核 反应生成一个粒子和一个质子.由此可 知( ) A.A=2,Z=1 B.A=2,Z=2 C.A=3,Z=3 D.A=3,Z=2 【解析】选D.写出核反应方程： 由质量数守 恒和电荷数守恒，列方程：A+2=4+1,Z+1=2+1,解得:A=3,Z=2,故 选项D正确.,
15、5.(1)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有( ) A. 是衰变 B. 是衰变 C. 是轻核聚变 D. 是重核裂变 (2)现有四个核反应： A. B. C. D.,_是发现中子的核反应方程，_是研究原子弹的基 本核反应方程，_是研究氢弹的基本核反应方程. 求B中X的质量数和中子数. 【解题指南】弄清衰变、人工转变、裂变、聚变的区别并熟记 典型的核反应方程，在此基础上求解此题.,【解析】(1)选A、C.衰变是原子核自发地放出或粒子的核 反应，衰变方程的特点是箭头的左边只有一个原子核，箭头的 右边出现或粒子；聚变反应的特点是箭头的左边是两个轻 核，箭头的右边是较大质量的原子核；裂变方程的特
16、点是箭头 的左边是重核与中子反应，箭头右边是中等质量的原子核.综上 所述，A、C正确.,(2)人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原 子核.箭头的右边也是常见元素的原子核.D是查德威克发现中子 的核反应方程，B是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程.A是 聚变反应，是研究氢弹的核反应方程. 由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X质量数为144，电荷 数为56，所以中子数为144-5688. 答案：(1)A、C (2)D B A 见解析,6.(1) (钍)经过一系列衰变和衰变,变成 (铅).以下 说法正确的是( ) A.铅核比钍核少8个质子 B.铅核比钍核少16个中子 C.共经过4次衰变
17、和6次衰变 D.共经过6次衰变和4次衰变,(2)约里奥居里夫妇发现放射性元 素 衰变成 的同时放出另一种 粒子,这种粒子是_. 是 的同位素,被广泛应用于生物示踪技 术,1 mg的 随时间衰变的关系如 图所示,请估算4 mg的 经多少 天的衰变后还剩0.25 mg?,【解析】(1)选A、B、D.设衰变次数为x,衰变次数为y,由质 量数守恒和电荷数守恒得232=208+4x，90=82+2x-y,解得x=6, y=4,C错D对. 铅核、钍核的质子数分别为82、90,故A对. 铅核、钍核的中子数分别为126、142,故B对. (2)写出衰变方程为 故这种粒子为 (正电子) 由m-t图知 的半衰期为
18、14天,由 得0.25 mg= 4 mg 故t=56天. 答案：(1)A、B、D (2)正电子 56天,【总结提升】衰变次数的确定方法 方法一：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元 素 经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素 ， 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方程 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. 方法二：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，然后再根据衰变规律确定衰变的次数.,7.(2011江苏高考)(1)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合
19、黑体辐射实验规律的是( ),(2)按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的 能量_(选填“越大”或“越小”).已知氢原子的基态能量为 E1(E10)，电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为v的 光子被电离后，电子速度大小为_(普朗克常量为h). (3)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 核，若EkQ，则 该核反应能否发生？请简要说明理由.,【解题指南】解答本题时注意理解以下三点： (1)黑体辐射强度随温度变化的特点； (2)玻尔理论内容； (3)核反
20、应的特点以及核能的计算. 【解析】(1)选A.随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A对. (2)根据玻尔理论，氢原子中电子离原子核越远，氢原子能量越大，根据能量守恒定律知道： 所以电子速度为：,(3)根据核反应的规律即质量数和电荷数守恒，X的电荷数是2，质 量数是4，X表示 因为粒子碰撞为完全弹性碰撞,应同时满足能量守恒和动量守恒， 而X粒子以动能Ek轰击静止的 核，若Ek=Q，说明碰后两个粒子 的动量都变为零了，不能同时满足能量守恒和动量守恒.所以不能 发生. 答案：(1)A (2)越大 (3) 不能发生，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒,8.(2012泰
21、州模拟）2008年北京奥运会场馆周围80%90%的路 灯利用太阳能发电技术来供电，奥运会90%的洗浴热水采用全玻 真空太阳能集热技术.科学研究发现太阳发光是由于其内部不断 发生从氢核到氦核的核聚变反应,即在太阳内部4个氢核 转 化成一个氦核 和两个正电子 并放出能量.已知质子质 量mp=1.007 3 u,粒子的质量m=4.001 5 u,电子的质量 me=0.000 5 u.1u的质量相当于931.5 MeV的能量.,(1)写出该热核反应方程; (2)一次这样的热核反应过程中释放出多少MeV的能量?(结果保 留四位有效数字) 【解析】 (2)m=4mp-m-2me=41.007 3 u-4.001 5 u-20.000 5 u =0.026 7 u E=mc2=0.026 7 u931.5 MeV/u=24.87 MeV 答案：(1) (2)24.87 MeV,
