新教材物理一轮总复习-第十六章波粒二象性原子结构原子核第3讲放射性元素的衰变核能学案.docx

第3讲放射性元素的衰变核能课 程 标 准1.了解原子核的组成和核力的性质知道四种基本相互作用能根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程2.了解放射性和原子核衰变知道半衰期及其统计意义了解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护3.认识原子核的结合能和比结合能，了解核裂变反应关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响素 养 目 标物理观念：理解放射性和元素衰变、半衰期、同位素的概念；知道核裂变和核聚变的区别科学思维：利用原子核的结构模型解释与核物理有关的问题会利用质能方程计算核能必备知识·自主落实一、放射现象、原子核的组成、衰变1天然放射现象(1)天然放射现象：放射性元素_地发出射线的现象，首先由_发现天然放射现象的发现，说明_具有复杂的结构放出的射线有射线、射线、射线三种(2)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：工业测厚、放射治疗、作为_等防护：防止放射性物质对环境的污染和对人体组织的伤害2三种射线的比较名称构成符号电荷量质量电离能力穿透能力射线氦核_4 u_射线_u_较强射线光子_0最弱_3.原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为_质子带正电，中子不带电(2)基本关系核电荷数(Z)质子数元素的原子序数_质量数(A)_质子数中子数(3)X元素的原子核的符号为，其中A表示_，Z表示核电荷数4放射性元素的衰变、半衰期(1)原子核的衰变原子核自发地放出_或粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变规律：_和_都守恒分类衰变：XY_，例：UThHe衰变：XY_，例：ThPae(2)半衰期只适用于大量的原子核定义：放射性元素的原子核有_发生衰变所需的时间影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核_自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件_关系公式：NN0·，m余m0·.二、核力和核能1核力(1)概念：原子核内部，_所特有的相互作用力(2)特点：核力是强相互作用力、短程力，只发生在相邻的核子间2核能(1)质能关系：E_(2)核能的释放：核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其释放的能量E_(3)核能的吸收：原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加m，吸收的能量为E_三、重核裂变和轻核聚变1重核裂变(1)定义：质量数较_的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较_的原子核的过程(2)特点裂变过程中_巨大能量裂变的同时能够释放出23(或更多)个_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(3)典型的裂变反应方程：UnBaKr3_(4)链式反应：由重核裂变产生的_使核裂变反应一代接一代继续下去的过程(5)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生_的最小体积及其相应的质量(6)裂变的应用：_、核反应堆(7)反应堆构造：核燃料、慢化剂、_、防护层2轻核聚变(1)定义：两个轻核结合成质量_的核的反应过程轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫_反应(2)特点：产能效率高；燃料的储量丰富；安全、清洁(3)典型的聚变反应方程：HHHen17.6 MeV.关键能力·精准突破考点一原子核的衰变半衰期1确定衰变次数的方法(1)设放射性元素X经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素Y，则表示该核反应的方程为 XYnHeme.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程(2)因为衰变对质量数无影响，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2对半衰期的理解(1)半衰期是统计规律，描述的是大量原子核衰变的规律(2)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3实质(1)衰变、衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变过程XYHeXYe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2H2nHenHe匀强磁场中的轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒(2)射线：射线经常在发生衰变或衰变的同时产生其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子针 对 训 练1.2022·山东卷碘125衰变时产生射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的()A B CD22022·全国甲卷两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t2t0时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在t4t0时刻，尚未衰变的原子核总数为()ABCD32023·广东佛山市模拟通过检测发现三星堆遗址出土的文物，年代从公元前3000年延续至公元前1200年，跨越了近2000年，用实物展示了连绵5000年的中华文化考古通常用C年代检测法推算出土文物的年代C的衰变方程为CNX，下列说法正确的是()A衰变方程中的X是中子BC需吸收能量才能发生衰变C随着C的不断衰变，其半衰期会逐渐变长DN与X的质量之和小于C的质量考点二核反应类型与核反应方程1核反应方程式的书写(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(H)、中子(n)、粒子(He)、粒子(e)、正电子(01e)、氘核(H)、氚核(H)等(2)核反应过程遵循两个守恒：质量数守恒；电荷数守恒(3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向，而不能用“=”2核反应过程的四种类型针 对 训 练4.2022·湖北卷上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核Be俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子e，即BeeXe.根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在下列说法正确的是()A原子核X是LiB核反应前后的总质子数不变C核反应前后总质量数不同D中微子e的电荷量与电子的相同5(多选)在研究原子核的内部结构时，科学家进行了一系列的核反应实验下列选项中说法正确的是()PSieHHHen17.6 MeVHeBeCnUnXeSrxnA是发现磷的同位素的核反应方程B是太阳内部核反应和氢弹的核反应方程C是轻核聚变的核反应方程D是重核裂变的核反应方程，其中x36(多选)新冠病毒是一种传染病毒，传染病的传播过程十分复杂，但是可以构建最简单的传播模型来描述，这个最简模型可称为链式模型，类似于核裂变链式反应模型铀裂变核反应方程为UnBaKrRn，其中n表示中子裂变后产生的中子能继续发生反应的次数称为链式反应的“传染系数”下列说法正确的有()A从铀核裂变核反应方程看，“传染系数”R2B核反应堆中通过镉板吸收中子降低实际“传染系数”C链式反应的临界值对应的实际“传染系数”为1D核反应堆中的实际“传染系数”与铀浓度无关 考点三核能及其计算1核能的计算方法(1)根据Emc2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Em×931.5 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”2应用规律针 对 训 练7.人教版选择性必修三P118图5.34改编(多选)原子核的比结合能曲线如图所示根据该曲线，下列判断正确的有()AHe核的结合能约为14 MeVBHe核比Li核更稳定C两个H核结合成He核时释放能量DU核中核子的平均结合能比Kr核中的大82022·浙江1月 (多选)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011 kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热下列说法正确的是()A秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kgC核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度D反应堆中存在UnBaKr3n的核反应92022·辽宁卷2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列实验中所用核反应方程为XMgAl，已知X、Mg、Al的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E.下列说法正确的是()AX为氘核HBX为氚核HCE(m1m2m3)c2DE(m1m2m3)c2102023·湖北武汉市调考2021年12月20日，16项国家科技重大专项之一石岛湾高温气冷堆核电站示范工程首次并网发电，这是全球首个并网发电的第四代高温气冷堆核电项目核电站铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，核反应方程是UnBaKr3n，已知铀核质量为m1，钡核质量为m2，氪核质量为m3，中子质量为m4，则该核反应释放的核能是()A(m1m2m33m4)c2B(m1m2m32m4)c2C(m1m2m33m4)c2D(m1m2m32m4)c2第3讲放射性元素的衰变核能必备知识·自主落实一、1(1)自发贝可勒尔原子核(2)天然人工示踪原子2. 2e最强较差电子e较弱0最强3(1)核子(2)中性原子的核外电子数核子数(3)质量数4(1)粒子电荷数质量数(2)半数内部没有二、1(1)核子2(1)mc2(2)mc2(3)mc2三、1(1)大小(2)释放出中子(3) (4)中子(5)链式反应(6)原子弹(7)镉棒2(1)较大热核关键能力·精准突破1解析：设碘125刚植入时的质量为m0，则经过n3个半衰期以后剩余的质量为mm0，解得，B项正确答案：B2解析：设两种放射性元素的原子核原来总数分别为N1和N2，则NN1N2，因为N余·N原，所以t2t0时刻，N1N2，联立解得N1N，N2N，故t4t0时刻，N1N2，C项正确答案：C3解析：根据质量数、电荷数守恒可补全该衰变方程有，可知X为电子，A错误；衰变是可以自发发生的且在衰变过程中会释放能量，B错误；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关，C错误；由于在衰变过程中要释放能量，有质量亏损，则与X的质量之和小于的质量，D正确答案：D4解析：根据质量数守恒和电荷数守恒有，X的质量数为7，电荷数为3，可知原子核X是，A正确、C错误；由选项A可知，原子核X是，则核反应方程为，则反应前的总质子数为4，反应后的总质子数为3，B错误；中微子不带电，则中微子ve的电荷量与电子的不相同，D错误。答案：A5解析：是磷的衰变方程，自然界没有天然的，它是约里奥·居里夫妇用粒子轰击铝箔时发现的，属于人工放射性同位素，核反应方程是，选项A错误；太阳内部核反应和氢弹的核反应方程是17.6 MeV，选项B正确；两个轻核结合成质量较大的核是核聚变反应，故是轻核的聚变，选项C正确；根据核反应方程遵循质量数守恒可知235114094x，解得x2，选项D错误答案：BC6解析：中子的电荷数Z0，质量数A1，核反应遵循电荷数守恒及质量数守恒，因此可计算得R3，故A错误；核反应堆中通过镉板吸收中子，减少轰击铀核的中子数，最终起到降低实际“传染系数”的作用，所以B正确；在链式反应中，当实际“传染系数”R1时，反应才能持续发展下去，当实际“传染系数”R<1时，反应将趋于停滞，即R1是链式反应持续下去的临界值，故C正确；核反应堆中还可以通过铀棒来控制核反应的速率，实际上就是通过调整铀浓度来控制实际“传染系数”，所以D错误答案：BC7解析：由题图可知，的比结合能为7 MeV，因此它的结合能为7 MeV×428 MeV，A项错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知B项正确；两个比结合能小的核结合成比结合能大的核时，会释放能量，C项正确；由题图可知，的比结合能(即平均结合能)比的小，D项错误答案：BC8解析：秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量，故选项A错误；如果不考虑核能与电能的转化效率，则根据爱因斯坦质能方程Emc2可以推算出，原子核亏损的质量约为m kg27.6 kg，但核能转化为电能的效率不可能达到100%，所以质量亏损应该超过27.6 kg，故选项B错误；镉吸收中子的能力强，因此在核电站反应堆中需要用镉棒调节中子的数目，从而控制链式反应的速度，故选项C正确；反应堆利用铀235的裂变，生成多个核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在n的核反应，故选项D正确答案：CD9解析：根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为3，电荷数为1，为氚核，A错误，B正确；因该反应为人工转变，反应前两种粒子都有动能(总动能设为Ek1)，反应后的生成物也有动能Ek2，根据质能方程可知，由于质量亏损反应放出的能量为Emc2(m1m2m3)c2，则反应释放的能量为EEk1EEk2Ek1Ek2(m1m2m3)c2，C、D错误答案：B10解析：核反应中质量亏损为m(m1m4)(m2m33m4)m1m2m32m4，由质能方程Emc2(m1m2m32m4)c2，D正确答案：D