2020屆高考物理總復(fù)習(xí) 第十二章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu) 原子核 12.3 放射性元素的衰變 核能課件 新人教版

1、第3講 放射性元素的衰變核能 【秒判正誤秒判正誤】 (1)(1)衰變中的電子來源于原子核外電子。衰變中的電子來源于原子核外電子。( )( ) (2)(2)半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核不適用。半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核不適用。 ( )( ) (3)(3)三種射線，按穿透能力由強(qiáng)到弱的排列順序是三種射線，按穿透能力由強(qiáng)到弱的排列順序是射射 線、線、射線、射線、射線。射線。 ( )( ) (4)(4)目前核電站多數(shù)是采用核聚變反應(yīng)發(fā)電。目前核電站多數(shù)是采用核聚變反應(yīng)發(fā)電。( )( ) (5)(5)愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物質(zhì)的質(zhì)量就是能量，它愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物質(zhì)的質(zhì)量就是能量，它

2、們之間可以相互轉(zhuǎn)化。們之間可以相互轉(zhuǎn)化。 ( )( ) (6)(6)質(zhì)量虧損說明在核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)不守恒。質(zhì)量虧損說明在核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)不守恒。( )( ) (7)(7)輕核聚變比重核裂變的產(chǎn)能效率更高。輕核聚變比重核裂變的產(chǎn)能效率更高。( )( ) 【典題突破典題突破】 典例典例1 (1 (本題涉及題型本題涉及題型1 1、2 2、4)4) ( (多選多選) )有關(guān)原子核的知識，下列說法正確的是有關(guān)原子核的知識，下列說法正確的是 ( () ) A.A.原子核可發(fā)生原子核可發(fā)生衰變表明原子核中有電子衰變表明原子核中有電子 B.B.放射性元素的原子核經(jīng)過放射性元素的原子核經(jīng)過2 2個半衰期將全

3、部衰變個半衰期將全部衰變 C.C.在核反應(yīng)中，動量守恒在核反應(yīng)中，動量守恒 D.D.在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒 【解題思維解題思維】 題型題型題型題型1 1題型題型2 2、3 3 題型特征題型特征三種射線三種射線衰變次數(shù)、半衰期衰變次數(shù)、半衰期 題型解碼題型解碼 射線是氦核射線是氦核 射線是電子射線是電子 射線是光子射線是光子 m m余 余=m =m原 原 t 1 ( ) 2 【解析解析】選選C C、D D。原子核發(fā)生。原子核發(fā)生衰變的實質(zhì)是核內(nèi)中衰變的實質(zhì)是核內(nèi)中 子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的，并在轉(zhuǎn)化過程中釋放光子，子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的，并在轉(zhuǎn)化過程中釋放光子

4、， 原子核中沒有電子，選項原子核中沒有電子，選項A A錯誤；放射性元素的原子核錯誤；放射性元素的原子核 經(jīng)過經(jīng)過2 2個半衰期有個半衰期有 發(fā)生衰變，選項發(fā)生衰變，選項B B錯誤；在核反應(yīng)錯誤；在核反應(yīng) 中，系統(tǒng)動量守恒，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒，選項中，系統(tǒng)動量守恒，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒，選項C C、 D D正確。正確。 3 4 觸類旁通觸類旁通1 1 天然放射性元素放出的三種射線的穿透能天然放射性元素放出的三種射線的穿透能 力實驗結(jié)果如圖所示，由此可推知力實驗結(jié)果如圖所示，由此可推知 ( () ) A.A.來自于原子核外的電子來自于原子核外的電子 B.B.的電離作用最強(qiáng)，是一種電磁波的電離作用

5、最強(qiáng)，是一種電磁波 C.C.的電離作用較強(qiáng)，是一種電磁波的電離作用較強(qiáng)，是一種電磁波 D.D.的電離作用最弱，屬于原子核內(nèi)釋放的光子的電離作用最弱，屬于原子核內(nèi)釋放的光子 【解析解析】選選D D。三種射線均來自于原子核內(nèi)，。三種射線均來自于原子核內(nèi)，A A錯誤；錯誤； 從圖中可看出，一張紙能擋住射線，則射線一定從圖中可看出，一張紙能擋住射線，則射線一定 是是射線，其貫穿本領(lǐng)最差，電離能力最強(qiáng)，但不是射線，其貫穿本領(lǐng)最差，電離能力最強(qiáng)，但不是 電磁波，而是高速粒子流，電磁波，而是高速粒子流，B B錯誤；鋁板能擋住，而錯誤；鋁板能擋住，而 不能擋住，說明一定是不能擋住，說明一定是射線，其電離能力最

6、射線，其電離能力最 弱，貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)，是一種電磁波，屬于原子核內(nèi)以弱，貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)，是一種電磁波，屬于原子核內(nèi)以 能量形式釋放出來的以光速運(yùn)行的高能光子，能量形式釋放出來的以光速運(yùn)行的高能光子，C C錯誤，錯誤， D D正確。正確。 觸類旁通觸類旁通2 (2 (多選多選) )天然放射性元素天然放射性元素 ( (釷釷) )經(jīng)過一系經(jīng)過一系 列列衰變和衰變和衰變之后，變成衰變之后，變成 ( (鉛鉛) )。下列診斷中。下列診斷中 正確的是正確的是( () ) A.A.衰變過程共有衰變過程共有6 6次次衰變和衰變和4 4次次衰變衰變 B.B.鉛核比釷核少鉛核比釷核少8 8個質(zhì)子個質(zhì)子 C.C.衰變所放

7、出的電子來自原子核外衰變所放出的電子來自原子核外 D.D.釷核比鉛核多釷核比鉛核多2424個中子個中子 232 90 Th 208 82 Pb 【解析解析】選選A A、B B。由于。由于衰變不會引起質(zhì)量數(shù)的減衰變不會引起質(zhì)量數(shù)的減 少，故可先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的減少確定少，故可先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的減少確定衰變的次數(shù)，衰變的次數(shù)，x=x= =6 =6，再結(jié)合核電荷數(shù)的變化情況和衰變規(guī)律，再結(jié)合核電荷數(shù)的變化情況和衰變規(guī)律 來判定來判定衰變的次數(shù)，衰變的次數(shù)，2x-y=90-82=82x-y=90-82=8，y=2x-8=4y=2x-8=4，釷，釷 232232核中的中子數(shù)為核中的中子數(shù)為232-90=1422

8、32-90=142，鉛，鉛208208核中的中子數(shù)核中的中子數(shù) 為為208-82=126208-82=126，所以釷核比鉛核多，所以釷核比鉛核多1616個中子，鉛核比個中子，鉛核比 232208 4 釷核少釷核少8 8個質(zhì)子，由于物質(zhì)的衰變與元素的化學(xué)狀態(tài)無個質(zhì)子，由于物質(zhì)的衰變與元素的化學(xué)狀態(tài)無 關(guān)，所以關(guān)，所以衰變所放出的電子來自原子核內(nèi)，所以衰變所放出的電子來自原子核內(nèi)，所以A A、 B B正確。正確。 【提分秘籍提分秘籍】 1.1.衰變、衰變、衰變的比較：衰變的比較： 2.2.衰變次數(shù)的確定方法：衰變次數(shù)的確定方法： 方法一：確定衰變次數(shù)的方法是依據(jù)兩個守恒規(guī)律，方法一：確定衰變次數(shù)的

9、方法是依據(jù)兩個守恒規(guī)律， 設(shè)放射性元素設(shè)放射性元素 經(jīng)過經(jīng)過n n次次衰變和衰變和m m次次衰變后，衰變后， 變成穩(wěn)定的新元素變成穩(wěn)定的新元素 ，則表示該核反應(yīng)的方程為，則表示該核反應(yīng)的方程為 ，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守 恒可列方程恒可列方程A=A+4nA=A+4nZ=Z+2n-mZ=Z+2n-m， A Z Y A Z X AA40 ZZ21 XYn Hem e 由以上兩式聯(lián)立解得由以上兩式聯(lián)立解得n= n= ，m= +Z-Zm= +Z-Z， 由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為求解一個二元一次方由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為求解一個二元一次方 程組。程組。 方法二：因為方法二

10、：因為衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，可先由質(zhì)量數(shù)衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，可先由質(zhì)量數(shù) 的改變確定的改變確定衰變的次數(shù)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定衰變的次數(shù)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定 衰變的次數(shù)。衰變的次數(shù)。 AA 4 AA 2 3.3.對半衰期的理解：對半衰期的理解： (1)(1)半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，對個別或半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，對個別或 少數(shù)原子核，無半衰期可言。少數(shù)原子核，無半衰期可言。 (2)(2)根據(jù)半衰期的概率，可總結(jié)出公式根據(jù)半衰期的概率，可總結(jié)出公式N N余 余=N =N原 原 ，m m余 余 =m=m原 原 。式中。式中N N原 原、 、m m原 原表示衰變前的放射性元素

11、的原子 表示衰變前的放射性元素的原子 數(shù)和質(zhì)量，數(shù)和質(zhì)量，N N余 余、 、m m余 余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性 表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性 元素的原子數(shù)和質(zhì)量，元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t t表示衰變時間，表示衰變時間，表示半衰表示半衰 期。期。 t 1 ( ) 2 t 1 ( ) 2 (3)(3)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部影響因素：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)因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)( (如溫度、壓強(qiáng)如溫度、壓強(qiáng)) ) 或化學(xué)狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)( (如單質(zhì)、化合物如單質(zhì)、化合物) )無關(guān)。無關(guān)。 【加固訓(xùn)練加固訓(xùn)練】 ( (

12、多選多選) )下列說法中正確的是下列說法中正確的是( () ) A.A.波源的頻率越高，波速越大波源的頻率越高，波速越大 B.B.溫度升高，放射性元素的半衰期不變溫度升高，放射性元素的半衰期不變 C.C.氫原子吸收光子從低能級躍遷到高能級氫原子吸收光子從低能級躍遷到高能級 D.D.光發(fā)生全反射時，臨界角隨入射角增大而變大光發(fā)生全反射時，臨界角隨入射角增大而變大 【解析解析】選選B B、C C。波的傳播速度是由介質(zhì)決定的，與。波的傳播速度是由介質(zhì)決定的，與 波源的頻率無關(guān)，波源的頻率無關(guān)，A A錯誤；半衰期是放射性元素有半數(shù)錯誤；半衰期是放射性元素有半數(shù) 發(fā)生衰變的時間，由原子核的種類決定，與溫

13、度等外發(fā)生衰變的時間，由原子核的種類決定，與溫度等外 界因素?zé)o關(guān)，界因素?zé)o關(guān)，B B正確；根據(jù)玻爾理論可知，氫原子吸收正確；根據(jù)玻爾理論可知，氫原子吸收 光子后能量增大，從低能級躍遷到高能級，光子后能量增大，從低能級躍遷到高能級，C C正確；光正確；光 發(fā)生全反射時，發(fā)生全反射時，sin C= sin C= ，可知臨界角，可知臨界角C C由介質(zhì)的折由介質(zhì)的折 射率決定，與入射角的大小無關(guān)，射率決定，與入射角的大小無關(guān)，D D錯誤。錯誤。 1 n 考點(diǎn)考點(diǎn)2 2核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程 【典題突破典題突破】 典例典例2 (20162 (2016全國卷全國卷)在下列描述的核過程

14、的方在下列描述的核過程的方 程中，屬于程中，屬于衰變的是衰變的是_，屬于，屬于衰變的是衰變的是 _，屬于裂變的是，屬于裂變的是_，屬于聚變的是，屬于聚變的是 _。 【解題思維解題思維】 1.1.題型特征：核反應(yīng)類型。題型特征：核反應(yīng)類型。 2.2.題型解碼：題型解碼：衰變和衰變和衰變的實質(zhì)。衰變的實質(zhì)。 【解析解析】原子核發(fā)生原子核發(fā)生衰變會產(chǎn)生一個新核和衰變會產(chǎn)生一個新核和 ， 所以選項所以選項C C是是衰變；原子核發(fā)生衰變；原子核發(fā)生衰變會產(chǎn)生一個新衰變會產(chǎn)生一個新 核和核和 ，所以，所以A A、B B選項為選項為衰變；重核被轟擊后，衰變；重核被轟擊后， 發(fā)生裂變會產(chǎn)生幾個質(zhì)量差不多的新核

15、，所以選項發(fā)生裂變會產(chǎn)生幾個質(zhì)量差不多的新核，所以選項E E為為 裂變；兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)，為核裂變；兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)，為核 聚變，所以選項聚變，所以選項F F為核聚變。為核聚變。 答案：答案：C CA A、B BE EF F 4 2He 0 1e 觸類旁通觸類旁通 關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正 確的有確的有( () ) 【解析解析】選選D D。A A為為衰變，衰變，B B為原子核的人工轉(zhuǎn)變，為原子核的人工轉(zhuǎn)變， C C為輕核聚變，為輕核聚變，D D為為衰變，故衰變，故D D正確。正確。 【提分秘籍提分秘籍】 1.1

16、.核反應(yīng)的四種類型：核反應(yīng)的四種類型： 2.2.核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只 能用單向箭頭連接并表示反應(yīng)方向，不能用等號連接。能用單向箭頭連接并表示反應(yīng)方向，不能用等號連接。 3.3.核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能憑空只核反應(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。依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程。 4.4.核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過 程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化。程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化。 5.

17、5.核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒。核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒。 【加固訓(xùn)練加固訓(xùn)練】 現(xiàn)有四個核反應(yīng)：現(xiàn)有四個核反應(yīng)： _是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，_是研究是研究 原子彈的基本核反應(yīng)方程，原子彈的基本核反應(yīng)方程，_是研究氫彈的基本是研究氫彈的基本 核反應(yīng)方程。核反應(yīng)方程。 B B中中X X的質(zhì)量數(shù)為的質(zhì)量數(shù)為_，中子數(shù)為，中子數(shù)為_。 【解析解析】D D為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程；為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程；B B是是 研究原子彈的基本核反應(yīng)方程；研究原子彈的基本核反應(yīng)方程；A A是研究氫彈的基本核是研究氫彈的基本核 反應(yīng)方程；反應(yīng)方程；C C是一種衰變反應(yīng)；是一種衰變反應(yīng)；X

18、 X的質(zhì)量數(shù)為：的質(zhì)量數(shù)為： (235+1)-(89+3)=144(235+1)-(89+3)=144， X X的質(zhì)子數(shù)為：的質(zhì)子數(shù)為：92-36=5692-36=56， X X的中子數(shù)為：的中子數(shù)為：144-56=88144-56=88。 答案：答案：D DB BA A1441448888 考點(diǎn)考點(diǎn)3 3 核能及其計算核能及其計算 【典題突破典題突破】 典例典例3 3 某些建筑材料可產(chǎn)生放射性氣體某些建筑材料可產(chǎn)生放射性氣體氡，氡可氡，氡可 以發(fā)生以發(fā)生或或衰變，如果人長期生活在氡濃度過高的衰變，如果人長期生活在氡濃度過高的 環(huán)境中，那么，氡經(jīng)過人的呼吸道沉積在肺部，并放環(huán)境中，那么，氡經(jīng)過

19、人的呼吸道沉積在肺部，并放 出大量的射線，從而危害人體健康。原來靜止的氡核出大量的射線，從而危害人體健康。原來靜止的氡核 ( )( )發(fā)生一次發(fā)生一次衰變生成新核釙衰變生成新核釙(Po)(Po)，并放出一個，并放出一個 能量為能量為E E0 0=0.09 MeV=0.09 MeV的光子。已知放出的的光子。已知放出的粒子動能為粒子動能為 E E =5.55 MeV =5.55 MeV，忽略放出光子的動量，但考慮其能，忽略放出光子的動量，但考慮其能 量，量，1 u=931.5 MeV/c1 u=931.5 MeV/c2 2。 222 86 Rn (1)(1)寫出衰變的核反應(yīng)方程；寫出衰變的核反應(yīng)方

20、程； (2)(2)衰變過程中總的質(zhì)量虧損為多少？衰變過程中總的質(zhì)量虧損為多少？( (保留三位有效保留三位有效 數(shù)字?jǐn)?shù)字) ) 【解析解析】(1)(1)衰變方程為衰變方程為 (2)(2)忽略放出光子的動量，根據(jù)動量守恒定律，忽略放出光子的動量，根據(jù)動量守恒定律，0=p0=p + + p pPo Po， ， 即新核釙即新核釙(Po)(Po)的動量與的動量與粒子的動量大小相等，粒子的動量大小相等， 又又E Ek k= = ， 可求出新核釙可求出新核釙(Po)(Po)的動能為的動能為E EPo Po= E = E ， ， 2222184 86842 RnPoHe ， 2 p 2m 4 218 由題意，質(zhì)量虧損對應(yīng)的能量以光子的能量和新核、由題意，質(zhì)量虧損對應(yīng)的能量以光子的能量和新核、 粒子動能形式出現(xiàn)，衰變時釋放出的總能量為粒子動能形式出現(xiàn)，衰變時釋放出的總能量為 E=EE=E +E +EPo Po+E +E0 0=mc=mc2 2， 故衰變過程中總的質(zhì)