高考物理大一轮复习 第十五章 天然放射现象 核反应 核能

高考物理大一轮复习第十五章天然放射现象核反应核能课件第1页，共25页，2023年，2月20日，星期四一、原子核1.四个概念(1)放射性:物质发射①射线

的性质。知识梳理(2)放射性元素:具有②放射性

的元素。(3)同位素:具有相同③质子

数和不同④中子

数的原子核。(4)放射性同位素:具有⑤放射性

的同位素。第2页，共25页，2023年，2月20日，星期四2.原子核的组成(1)原子核:由⑥质子

和⑦中子

组成,质子和中子统称为核子。(2)电荷数(Z):等于核内质子数,也等于核外电子数,还等于元素周期中的

原子序数。(3)质量数(A):等于核内的核子数,即质子数与中子数之和。第3页，共25页，2023年，2月20日，星期四种类α射线β射线γ射线组成高速①氦核

流高速②电子

流③光子

流带电荷量2e-e0质量4mpmp=1.67×10-27kg

me=9.11×10-31kg静止质量为零符号④

He

⑤

e

速度0.1c0.99cc(光速)在电磁场中偏转偏转(与α射线反

向)不偏转二、原子核的衰变1.三种射线的比较第4页，共25页，2023年，2月20日，星期四贯穿本领最弱,用纸能挡住较强,穿透几毫米

的铝板最强,穿透几厘米的铅板

对空气的电离作用⑥很强

较弱⑦很弱

第5页，共25页，2023年，2月20日，星期四2.半衰期:(1)定义:放射性元素的原子核有⑧半数

发生衰变所需的时间。(2)衰变规律:N=N0(

)t/τ、m=m0(

)t/τ(3)影响因素:由⑨原子核内部自身的因素

决定,跟原子所处的化学状

态和外部条件都无关。三、核力与核能1.核力(1)含义:原子核里的①核子间

存在互相作用的核力,核力把核子紧紧

地束缚在核内,形成稳定的原子核。第6页，共25页，2023年，2月20日，星期四(2)特点:a.核力是强相互作用的一种表现。b.核力是短程力,作用范围在1.5×10-15m之内。c.每个核子只跟邻近的核子发生核力作用。2.核能(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)质能方程:一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量

成正比,即E=②

mc2

。核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其能量也要相应减少,即③

Δ

E=Δmc2

。第7页，共25页，2023年，2月20日，星期四(3)质能方程的意义:质量和能量是物质的两种属性,质能方程揭示了质量

和能量是不可分割的,它建立了两种属性在数值上的关系。3.获得核能的途径

重核裂变轻核聚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

的过程某些轻核结合成质量数较

大的原子核的过程第8页，共25页，2023年，2月20日，星期四特点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.对环境污染较小d.自然界中聚变反应原料

丰富典型的方程

U

n

Kr

Ba+

n

H

H

He

n第9页，共25页，2023年，2月20日，星期四1.(1)β衰变中的电子来源于原子核外电子。

(

)(2)核反应方程的质量数守恒,方程两边的质量也相等。

(

)(3)如某放射性元素的半衰期是5天,那么100个该元素的原子核经过10天还

剩下25个。

(

)(4)目前核电站多数是采用核聚变反应发电。

(

)(5)放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰

期。

(

)

答案

(1)✕

(2)✕

(3)✕

(4)✕

(5)✕第10页，共25页，2023年，2月20日，星期四2.下列关于放射现象的说法中,正确的是

(

)A.原子核发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了4B.原子核发生α衰变时,生成核与α粒子的总质量等于原来的原子核的质量C.原子核发生β衰变时,生成核的质量数比原来的原子核的质量数多1D.单质的铀238与化合物中的铀238的半衰期是相同的

答案

D原子核发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了2,A错误;原子核发生α衰变时,生成核与α粒子的总质量小于原来的原子

核的质量,B错误;原子核发生β衰变时,生成核的质量数与原来的原子核的

质量数相同,C错误;放射性元素的半衰期由原子核的内部因素决定,跟原子

所处的化学状态和外部条件无关,所以单质的铀238与化合物中的铀238的半衰期是相同的,D正确。第11页，共25页，2023年，2月20日，星期四3.(多选)以下说法正确的是

(

)A.当氢原子从n=4的状态跃迁到n=2的状态时,发射出光子B.光电效应和康普顿效应都揭示了光具有波动性C.原子核的半衰期由核内部自身因素决定,与原子所处的化学状态和外部

条件无关D.比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子越稳定

答案

ACD当氢原子从高能级向低能级跃迁时,要辐射一定能量的光子,A对;光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性,B错;由半衰期的特点

知,C对;比结合能越大,说明原子越稳定,D对。故选A、C、D。第12页，共25页，2023年，2月20日，星期四4.(多选)一个

U原子核在中子的轰击下的裂变方程为

U+ n→X+

Sr+

n,则下列说法正确的是

(

)A.X原子核中含有86个中子B.X原子核中含有141个核子C.铀核裂变的产物是多种多样的,具有一定的偶然性D.为了使裂变的链式反应容易进行,最好用纯铀235

答案

ACD在核反应中,电荷数守恒,质量数守恒,X的质子数是92-38=54个,核子数是235+1-94-2=140个,中子数是140-54=86个,A正确,B不正确。

铀核裂变的产物是多种多样的,具有一定的偶然性,C正确。裂变的链式反

应是否容易进行,与铀的纯度、体积等有关,D正确。第13页，共25页，2023年，2月20日，星期四5.(多选)目前,在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料,这些岩

石都不同程度地含有放射性元素,比如,有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会

释放出放射性惰性气体氡,而氡会发生放射性衰变,放射出α、β、γ射线,这

些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病,根据有关放射性知识

可知,下列说法正确的是

(

)A.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡原子核,经7.6天后就一定剩下一个原子核了B.β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C.γ射线一般伴随着α或β射线产生,在这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,

电离能力最弱D.发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了4第14页，共25页，2023年，2月20日，星期四

答案

BC放射性元素的半衰期具有统计规律,对于少量的原子核衰变不适用,所以A错;原子核内的中子在一定条件下可以转化为质子,同时放出

一个电子,这就是β衰变时放出的电子,B对;发生α衰变、β衰变后往往产生

的新原子核处于高能级,这时其要向低能级跃迁,放出γ光子,所以γ射线经常

伴随着α或β射线产生,从α射线到γ射线,它们的电离能力逐渐减弱,穿透能

力逐渐增强,C对;由质量数和电荷数守恒知D错。第15页，共25页，2023年，2月20日，星期四1.α衰变和β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程

X

Y

He

X

Y

e衰变实质2个质子和2个中子结合成

一个整体中子转化为质子和电子

H+

n

He

n

H

e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒重难原子核的衰变及半衰期的计算方法重难突破第16页，共25页，2023年，2月20日，星期四2.衰变次数的确定方法方法一:依据两个守恒定律确定衰变次数,设放射性元素 X经过n次α衰变和m次β衰变后,变成稳定的新元素

Y,则表示核反应的方程为

X

Y+

He+

e。根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程A=A'+4n,Z=Z'+2n-m两式联立得n=

,m=

+Z'-Z由此可见确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。方法二:因为β衰变对质量数无影响,可先由质量数的改变确定α衰变的次数,然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。

注意

半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,对个别或少数原子核,无半衰期可言。第17页，共25页，2023年，2月20日，星期四典例1

(1)原子核

U经放射性衰变①变为原子核

Th,继而经放射性衰变②变为原子核

Pa,再经放射性衰变③变为原子核

U。放射性衰变①、②和③依次为

(

)A.α衰变、β衰变和β衰变B.β衰变、α衰变和β衰变C.β衰变、β衰变和α衰变D.α衰变、β衰变和α衰变第18页，共25页，2023年，2月20日，星期四(2)法国科学家贝可勒尔(H.A.Becquerel)在1896年发现了天然放射现象。

如图反映的是放射性元素铀核衰变的特性曲线。由图可知,铀的半衰期为

年;请在下式的括号中,填入铀在衰变过程中原子核放出的粒子的

符号。 U

Th+(

)第19页，共25页，2023年，2月20日，星期四

解析

(1)衰变过程中电荷数、质量数守恒,由题意可得衰变方程分别为

U

Th He

Th

Pa

e Pa→

e,所以A对。(2)根据半衰期的定义,由题图坐标轴数据可知,铀的半衰期为1620年;由核反应所遵循的电荷数守恒和质量数守恒可知,衰变过程中放出的粒子的电

荷数为Z=92-90=2,质量数为A=238-234=4,符号为

He。

答案

(1)A

(2)1620

He第20页，共25页，2023年，2月20日，星期四1-1

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

(

)

答案

C

解析由于每经过一个半衰期τ,14C的质量减少一半,所以m=m0(

,选项C正确。第21页，共25页，2023年，2月20日，星期四1-2

(多选)下面说法中正确的是

(

)A Th(钍)经过一系列的α衰变和β衰变,成为

Pb(铅),铅核比钍核少12个中子B.β衰变的实质是核内的一个中子转化为一个质子和一个电子C.γ射线的贯穿能力很强D.利用γ射线的电离作用,可检查金属内部有无砂眼或裂纹

答案

BC

解析钍核质子数为90,质量数为232,铅核质子数为82,质量数为208,所以,衰变过程中,质子数减少了8,质量数减少了24,铅核比钍核少了24-8=16

个中子,选项A错误;γ射线的电离作用最弱,利用γ射线检查金属内部有无砂眼或裂纹是因为γ射线的贯穿能力很强,选项D错误。第22页，共25页，2023年，2月20日，星期四放射性同位素的应用技巧1.利用它的射线如利用钴60放出的很强的γ射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹,这叫γ

射线探伤。利用放射线的贯穿本领了解物体的厚度和密度的关系,可以用

放射性同位素来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度,从而自动思想方法控制生产过程。再如利用α射线的电离作用,可以消除机器在运转中因摩

擦而产生的有害静电,利用射线杀死人体内的癌细胞等。2.作为示踪原子