物理全程复习方略配套沪科选修放射性元素的衰变核能PPT课件

1、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.自发原子核第1页/共50页(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人工示踪原子第2页/共50页2.原子核的衰变(1)原子核由于放

2、出某种粒子而转变成新核的变化称为_的衰变.(2)分类.衰变： _衰变： _(3)半衰期：放射性元素的原子核有_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AA 4ZZ 2XY42HeAAZZ 1XY01e一半的核物理、化学状态第3页/共50页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 pm1 836静止质量为零 符号 42He1e0 第4页/共50页射线名称比较项目 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

3、不偏转 贯穿本领 最弱 较强 最强 对空气的电离作用 很强 较弱 很弱 第5页/共50页2.衰变、衰变的比较衰变类型 衰变 衰变 衰变方程 AA 44ZZ 22XYHeAAZZ 11XYe0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 114122 H2 nHe01111nHe00匀强磁场中轨迹形状衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒第6页/共50页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. 式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余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，T表示半衰期.(

4、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、化合物)无关.t/Tt/T11NN ( )mm ( ).22原原余余，第7页/共50页考点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42He1e011H1n0人工转变 人工控制1n01e0（约里奥居里夫妇发现放射性同位素及正电子） 2382349290UTh234234991ThPa014417728NHeO()卢瑟福发现质子4912246HeBeC()查德威克发现中子274313215AlHeP0331514PSi00第8页

5、/共50页重核裂变 比较容易进行人工控制13 n0110 n0轻核聚变 除氢弹外无法控制 1n0类型 可控性 核反应方程典例 234112HHHe23511369925438UnXeSr00235114489925636UnBaKr0第9页/共50页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.第10页/共50页考点3 核能1.核力核子间的作用力.核力是_力，作用范围在1.510

6、-15 m 之内，只在相邻的核子间发生作用.2.核能核子结合为原子核时_的能量或原子核分解为核子时_的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能.短程释放吸收第11页/共50页3.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=_.mc2mc2第12页/共50页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.第13页/共50页2.结合能与比结合能(1)结合能：核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解成核子时吸收

7、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，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.第14页/共50页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23(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:235189144192036560UnKrBa3 n.第15页/共50页(2)轻核聚

8、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.自然界中聚变反应原料丰富.典型的聚变方程:23411120HHHen.第16页/共50页 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

9、.与铯137相比，碘131衰变更慢D.铯133和铯137含有相同的质子数第17页/共50页【解题指南解题指南】解答本题时要把握以下三点：解答本题时要把握以下三点：(1)(1)半衰期的长短代半衰期的长短代表了衰变的快慢表了衰变的快慢.(2).(2)光子能量大小由频率高低决定光子能量大小由频率高低决定.(3).(3)同位素同位素的核电荷数相同的核电荷数相同. .【自主解答自主解答】选选D.D.射线是高速运动的电子流，不是氦原子射线是高速运动的电子流，不是氦原子核，核，A A错误；错误；射线的频率大于可见光的频率，根据射线的频率大于可见光的频率，根据E=hvE=hv可可知，知，射线光子能量大于可见光

10、光子能量，射线光子能量大于可见光光子能量，B B错误；半衰期越错误；半衰期越短，衰变越快，短，衰变越快，C C错误；铯错误；铯133133和铯和铯137137都是铯元素，是质子数相都是铯元素，是质子数相同而中子数不同的同位素，所以同而中子数不同的同位素，所以D D正确正确. .第18页/共50页【总结提升总结提升】解答本题关键在于搞清三种射线的性质，以及半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：对易错选项及错误原因具体分析如下：易错角度易错角度错误原因错误原因易错选易错选A A分不清分不清、射线的性质，实际上射线的性

11、质，实际上射线为高速氦核流，射线为高速氦核流，射线为高速电子流，射线为高速电子流，射线为光子流射线为光子流易错选易错选B B误认为误认为射线的频率小于可见光的频率，射线的频率小于可见光的频率，而实际上而实际上射线的频率大于可见光的频率射线的频率大于可见光的频率第19页/共50页 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. 【解题指南解题指南】解答本题时要把握以下两点：解答本题时要把握以下两点：(1)(1)在原子核衰变过程中，质量数守恒，电荷数守恒在原子核衰变过程中，质量数守恒，电荷数守恒. .(2) (2) 衰变是原子核放出高

12、速电子流衰变是原子核放出高速电子流. . 13153131I 131127453512ISbHe131131053541IXee131130153530IIn131130153521ITeH第20页/共50页【自主解答自主解答】选选B. B. 碘碘 的原子核内一个中子放出一个电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，核电荷数增加子，变成一个质子，质量数没有发生变化，核电荷数增加1 1，所以生成所以生成5454号元素号元素 放出一个电子放出一个电子.B.B选项正确选项正确. .13153(I )13154Xe，第21页/共50页【总结提升总结提升】核反应方程的书写方法核

13、反应方程的书写方法(1)(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. .如质子如质子 中子中子 粒子粒子 粒子粒子 正电子正电子氘核氘核 氚核氚核 等等. .(2)(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守恒和电荷数守恒的规律. .(3)(3)熟悉核反应的四种基本类型，可以帮助我们理清思路，很快熟悉核反应的四种基本类型，可以帮助我们理

14、清思路，很快写出正确的核反应方程写出正确的核反应方程. .11H 、10n 、42He 、01e、01e 、21H 、31( H)第22页/共50页 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.23994Pu235*92U 、235*92U23592U，23994Pu、

15、23592U第23页/共50页【解题指南解题指南】解答本题时可按以下思路分析解答本题时可按以下思路分析: :计算质计算质量亏损量亏损 计算核能计算核能E=E=mcmc2 2 由动量守恒、能量由动量守恒、能量守恒求氦核动能守恒求氦核动能第24页/共50页【规范解答规范解答】(1)(1)衰变方程为衰变方程为 (1(1分分) ) (1(1分分) )或合起来有或合起来有 (2)(2)上述衰变过程的质量亏损为上述衰变过程的质量亏损为m=mm=mPuPu-m-mU U-m-m (1(1分分) )放出的能量为放出的能量为E=mE=mc c2 2 (1(1分分) )EE是铀核是铀核 的动能的动能E EU U、

16、粒子的动能粒子的动能E E和和光子的能量光子的能量E E之和，之和，E=EE=EU U+E+E+E+E (1(1分分) )可得可得E EU U+E+E=(m=(mPuPu-m-mU U-m-m)c)c2 2-E-E (1(1分分) )239235*9492PuU235*2359292UU 2392359492PuU 23592U第25页/共50页设衰变后的铀核和设衰变后的铀核和粒子的速度分别为粒子的速度分别为v vU U和和v v, ,则由动量守恒有则由动量守恒有m mU Uv vU U=m=mv v (1(1分分) )又由动能的定义知又由动能的定义知 (2(2分分) )由式得由式得 (1(1

17、分分) )由式得由式得代入题给数据得代入题给数据得E E=5.034 MeV (2=5.034 MeV (2分分) )22UUU11Em v,Em v22UUEmEm2UPuUUmEmmmcEmm第26页/共50页【总结提升总结提升】计算核能的几种方法计算核能的几种方法(1)(1)根据根据E=mcE=mc2 2计算，计算时计算，计算时mm的单位是的单位是“kgkg”,c,c的单位是的单位是“m/sm/s”，EE的单位是的单位是“J J”. .(2)(2)根据根据E=mE=m931.5 MeV931.5 MeV计算计算. .因因1 1原子质量单位原子质量单位(u)(u)相当于相当于931.5 M

18、eV931.5 MeV的能量，所以计算时的能量，所以计算时mm的单位是的单位是“u u”，EE的单位的单位是是“MeVMeV”. .(3)(3)根据平均结合能来计算核能根据平均结合能来计算核能原子核的结合能平均结合能原子核的结合能平均结合能核子数核子数. .(4)(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、动能关系式动量、动能关系式p p2 2=2mE=2mEk k的应用的应用. .第27页/共50页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

19、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第28页/共50页【解题指南解题指南】解答本题时应注意理解：解答本题时应注意理解：(1)(1)天然放射现象中三种射线的产生机理天然放射现象中三种射线的产生机理. .(2)(2)影响天然放射现象的因素影响天然放射现象的因素. .【解析解析】选选D.D.射线是在射线是在衰变中产生的，本质是氦核，衰变中产生的，本质是氦核，A A错错误；误；射线是在射线是在衰变中产生的，本质是高速电子束，衰变中产生的，本质是高速电子束，B B错错误；误；射线是发生射线是发生衰变和衰变和衰变时原子核发生能级跃迁而产衰变时原子核发生能级跃迁而产生的

20、电磁波，生的电磁波，C C错误；物质的放射性由原子核内部自身的因素决错误；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定，与原子所处的化学状态和外部条件无关,D,D正确正确. .第29页/共50页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第30页/共50页【解析解析】选选D.D.从穿透能力上看，能穿透铝板进入铅板，必从穿透能力上看，能穿透铝板进入铅板，必然是然是射线，射线，射线是原子

21、核内发出的高频光子，属于电磁射线是原子核内发出的高频光子，属于电磁波，电离作用弱，故波，电离作用弱，故D D正确，正确，C C错误；能穿透纸板进入铝板，错误；能穿透纸板进入铝板，必然是必然是射线，是原子核内发射出的电子流，射线，是原子核内发射出的电子流，A A错误；纸板能错误；纸板能够挡住，则是够挡住，则是射线，它的电离作用最强，但它是氦原子射线，它的电离作用最强，但它是氦原子核，不是电磁波，核，不是电磁波，B B错误错误. .第31页/共50页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

22、面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是( )【解析解析】选选C.C.由公式由公式 并结合数学知识可知并结合数学知识可知C C正确正确. .tT01mm ( )2g第32页/共50页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=2C.A=3,Z=3 D.A=3,Z=2【解析解析】选选D.D.写出核反应方程：写出核反应方程： 由质量数守由质量数守恒和电荷数守恒，列方程：恒和电荷数守恒，列方程：A+2=4+1,Z+1=2+1,A+2=4+1,Z+1=2+1,解得解得:A=3,Z=2,:A=3,Z=2,故故选项选项D D正确正确. .AZX21HA2

23、41Z121XHHeH，第33页/共50页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. 238234492902U ThHe1441717281NHeOH23411120HHHen8282034361SeKr2 e23411120HHHen2351891920360UnXKr3 n2424011121NaMge491212460HeBeCn第34页/共50页_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.【解题指南解

24、题指南】弄清衰变、人工转变、裂变、聚变的区别并熟记弄清衰变、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典型的核反应方程，在此基础上求解此题. .第35页/共50页【解析解析】(1)(1)选选A A、C.C.衰变是原子核自发地放出衰变是原子核自发地放出或或粒子的核粒子的核反应，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，箭头的右边出现右边出现或或粒子；聚变反应的特点是箭头的左边是两个轻粒子；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；裂变方程的特点是箭头核，箭头的右边是较大质量的原子核；裂变方程

25、的特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. .综上综上所述，所述，A A、C C正确正确. .第36页/共50页(2)(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子核. .箭头的右边也是常见元素的原子核箭头的右边也是常见元素的原子核.D.D是查德威克发现中子是查德威克发现中子的核反应方程，的核反应方程，B B是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程.A.A是是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程聚变反应，是研究氢弹的核反应方程.

26、.由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X X质量数为质量数为144144，电荷，电荷数为数为5656，所以中子数为，所以中子数为144-56144-5688.88.答案：答案：(1)A(1)A、C (2)C (2)D B A D B A 见解析见解析 第37页/共50页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次衰变和6次衰变D.共经过6次衰变和4次衰变23290 Th20882Pb第38页/共50页(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

27、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?3015P3014Si3215P3015P3215P3215P第39页/共50页【解析解析】(1)(1)选选A A、B B、D.D.设设衰变次数为衰变次数为x,x,衰变次数为衰变次数为y,y,由质由质量数守恒和电荷数守恒得量数守恒和电荷数守恒得232=208+4x232=208+4x，90=82+2x-y,90=82+2x-y,解得解得x=6,x=6,y=4,Cy=4,C错错D D对对. .铅核、钍核的质子数分别为铅核、钍核的质子数分别为8282、9

28、0,90,故故A A对对. .铅核、钍核的中子数分别为铅核、钍核的中子数分别为126126、142,142,故故B B对对. .(2)(2)写出衰变方程为写出衰变方程为 故这种粒子为故这种粒子为 ( (正电子正电子) )由由m-tm-t图知图知 的半衰期为的半衰期为1414天天, ,由由 得得0.25 mg=0.25 mg=4 mg4 mg 故故t=56t=56天天. .答案：答案：(1)A(1)A、B B、D (2)D (2)正电子正电子 5656天天3030015141PSie,01e3215PtT1mm ( )2原余t141( ) ,2第40页/共50页【总结提升总结提升】衰变次数的确定

29、方法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，设放射性元素素 经过经过n n次次衰变和衰变和m m次次衰变后，变成稳定的新元素衰变后，变成稳定的新元素 ，则表示该核反应的方程为：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根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程A=A+4n Z=Z+2n-mA=A+4n Z=Z+2n-m由以上两式联立解得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：因为方法二：因为衰变对质量数无影响，可先由

30、质量数的改变确定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，然后再根据衰变规律确定衰变的次数衰变的次数. .AZXAZYAA40ZZ21XYn Hem eAAAAn,mZZ42 第41页/共50页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，符合黑体辐射实验规律的是( )第42页/共50页(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 v的光子被电离后，电子速度大小为_(普朗克常量为h).

31、(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.14171781 XNOH147N第43页/共50页【解题指南解题指南】解答本题时注意理解以下三点：解答本题时注意理解以下三点：(1)(1)黑体辐射强度随温度变化的特点；黑体辐射强度随温度变化的特点；(2)(2)玻尔理论内容；玻尔理论内容；(3)(3)核反应的特点以及核能的计算核反应的特点以及核能的计算. .【解析解析】(1)(1)选选A.A.随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的

32、极大值向着波长较随着温度的升高，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，短的方向移动，A A对对. .(2)(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：定律知道：所以电子速度为：所以电子速度为：211hvEmv212 hvEv.m第44页/共50页(3)(3)根据核反应的规律即质量数和电荷数守恒，根据核反应的规律即质量数和电荷数守恒，X X的电荷数是的电荷数是2 2，质，质量数是量数是4 4，X X表示表示 因为粒子碰撞为完全弹性碰撞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，应同时满足能量守恒和动量守恒，而而X X粒子以动能粒子以动能E Ek k轰击静止的轰击静止的 核，若核，若E Ek k=Q