原子结构、原子核-放射性元素的衰变-核能.ppt

第1页 共 65 页 第二讲第二讲 放射性元素的衰变，核能放射性元素的衰变，核能 第2页 共 65 页 走进高考第一关走进高考第一关 考点关考点关 第3页 共 65 页 考考 点点 精精 析析 一、天然放射现象一、天然放射现象 1.天然放射现象天然放射现象 贝克勒尔发现天然放射现象贝克勒尔发现天然放射现象,揭开了人类研究原子核结构的揭开了人类研究原子核结构的序幕序幕.通过对无数放射现象的研究通过对无数放射现象的研究,人们发现了原子序数大人们发现了原子序数大于于_的所有天然存在的元素都有放射性的所有天然存在的元素都有放射性,原子序数小原子序数小于于_的天然存在的元素有些也有放射性的天然存在的元素有些也有放射性,它们放射出它们放射出来的射线共有三种来的射线共有三种.83 83 第4页 共 65 页 2.三种射线三种射线（1）射线射线:速度为光速速度为光速1/10的氦核流的氦核流,_作用弱作用弱,_作用很强作用很强.不能穿透薄纸或薄铝箔不能穿透薄纸或薄铝箔（2）射线射线:速度约为光速速度约为光速99%的电子流的电子流,_作用很作用很强强,_作用较弱作用较弱.能穿透几毫米的铝板能穿透几毫米的铝板.（3）射线射线:速度为光速的光子流速度为光速的光子流(波长极短的波长极短的_),贯穿贯穿作用最强作用最强,电离作用很弱电离作用很弱.能穿透几厘米的铅板能穿透几厘米的铅板 贯穿贯穿 电离电离 贯穿贯穿 电离电离 电磁波电磁波 第5页 共 65 页 二、原子核的人工转变二、原子核的人工转变 用高能粒子轰击靶核用高能粒子轰击靶核,产生另一种新核的反应过程产生另一种新核的反应过程,即即:AAZZAZXxyX,x,Y,yAZY其中是靶核的符号为入射粒子是新核是放射出粒子的符号1.1919年年,卢瑟福发现质子的核反应方程为卢瑟福发现质子的核反应方程为:衰变规律可用公式衰变规律可用公式 表示表示.式中的式中的N0,m0表表示元素在示元素在t=0时的原子核数、质量时的原子核数、质量,为半衰期为半衰期,N、m表示这表示这种元素的原子核在经过时间种元素的原子核在经过时间t后尚未衰变的原子核数与质量后尚未衰变的原子核数与质量.0022TTNmNm或第6页 共 65 页 2.1932年，查德威克发现中子的核反应方程为：年，查德威克发现中子的核反应方程为：3.1934年，约里奥年，约里奥居里夫妇发现了放射性同位素核反应居里夫妇发现了放射性同位素核反应方程为：方程为：原子核的人工转变使人们推知原子核的组成：由质子和中子原子核的人工转变使人们推知原子核的组成：由质子和中子组成组成.核电荷数核电荷数=质子数、质量数质子数、质量数=质子数质子数+中子数中子数.原子核反原子核反应遵守应遵守_和和_守恒守恒.质量数质量数 电荷数电荷数 第7页 共 65 页 三、原子核的衰变三、原子核的衰变 原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化.1.衰变衰变:衰变的实质是其元素的原子核同时放出由两衰变的实质是其元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子个质子和两个中子组成的粒子(即氦核即氦核),每发生一次每发生一次衰变衰变,新元素与原元素比较新元素与原元素比较,核电荷数减少核电荷数减少_,质量数减少质量数减少_,即即 2 4 第8页 共 65 页 2.衰变：衰变：衰变的实质是其元素的原子核内的一个中子变衰变的实质是其元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子成质子时放射出一个电子.每发生一次每发生一次衰变衰变,新元素与原新元素与原元素比较元素比较,核电荷数增加核电荷数增加_,质量数不变质量数不变.3.衰变衰变:衰变是伴随着衰变是伴随着衰变和衰变和衰变同时发生的衰变同时发生的,衰变衰变不改变原子核的电荷数和质量数不改变原子核的电荷数和质量数.4.半衰期半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定,跟原跟原子所处在物理状态和化学状态无关子所处在物理状态和化学状态无关.1 第9页 共 65 页 四、核能四、核能 1.核力核力:相邻核子之间的作用力相邻核子之间的作用力(1)核力与核子是否带电无关核力与核子是否带电无关,质子与质子之间、质子与中子质子与质子之间、质子与中子之间、中子与中子之间都可以有核力作用之间、中子与中子之间都可以有核力作用.(2)核力是短程力核力是短程力,只在只在_m的极短距离内有核力的极短距离内有核力作用作用,超过这个距离超过这个距离,核力就迅速减小为零核力就迅速减小为零.由于质子和中子由于质子和中子的半径约为的半径约为_m,所以每个核子只能跟它的所以每个核子只能跟它的相邻的核子间才有力的作用相邻的核子间才有力的作用.(3)核力是很强的力核力是很强的力.2.010-15 0.810-15 第10页 共 65 页 2.核能核能 由于原子核中的核子间存在强大的核力由于原子核中的核子间存在强大的核力,使得原子核成使得原子核成为一个坚固的集合体为一个坚固的集合体,要把原子核中的核子拆散要把原子核中的核子拆散,就得克服就得克服核力而做巨大的功核力而做巨大的功,反之反之,要把核子集合成一个原子核要把核子集合成一个原子核,就要就要放出巨大的能量放出巨大的能量.单个核子结合成原子核或原子核分裂成单个核子单个核子结合成原子核或原子核分裂成单个核子,放出放出或吸收的能量叫原子核的或吸收的能量叫原子核的_.结合能结合能 第11页 共 65 页 3.质能方程质能方程 (1)质量亏损质量亏损:组成原子核的核子质量与原子核的质量之组成原子核的核子质量与原子核的质量之差叫差叫_.(2)质能方程质能方程:一定的能量和一定的质量相联系一定的能量和一定的质量相联系,物体的总物体的总能量和它的质量成正比能量和它的质量成正比,即即E=_.核子在结合成原子核时出现质量亏损核子在结合成原子核时出现质量亏损m,其能量也要相其能量也要相应地减少应地减少,即即E=mc2.原子核分解成核子时要吸收一定的原子核分解成核子时要吸收一定的能量能量,相应的质量增加相应的质量增加m,吸收的能量吸收的能量E=mc2.质量亏损质量亏损 mc2 第12页 共 65 页 4.核能的计算核能的计算 根据根据1原子质量单位原子质量单位(u)相当于相当于931.5 MeV能量能量,用核子结用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV,即即E=m931.5 MeV.注意该式中注意该式中m 单位是单位是u,E单位单位的是的是MeV.第13页 共 65 页 5.核能的利用途径核能的利用途径 (1)重核裂变重核裂变:重核俘获一个中子后分裂成为两个重核俘获一个中子后分裂成为两个(或多个或多个)中等质量核的反应过程中等质量核的反应过程.重核裂变的同时放出几个中子重核裂变的同时放出几个中子,并并释放出大量核能释放出大量核能.为了使铀为了使铀235裂变时发生链式反应裂变时发生链式反应:铀块铀块的体积应大于它的的体积应大于它的_体积体积.如如:235192141192036560UnKrBa3临界临界 第14页 共 65 页 ()轻核聚变轻核聚变:某些轻核结合成质量较大的核某些轻核结合成质量较大的核,同时释放出同时释放出大量核能的反应过程大量核能的反应过程,要想使氘核和氚核结合成氦核要想使氘核和氚核结合成氦核,必须必须达到几百万度以上的高温达到几百万度以上的高温,因此聚变反应又叫热核反应因此聚变反应又叫热核反应,如如:23411120HHHen.第15页 共 65 页 考考 题题 精精 练练 3030921015144154472231.:PSiX,BeHBY;HeHeLiZ,下面列出的是一些核反应方程其中（）A.X是质子是质子,Y是中子是中子,Z是正电子是正电子 B.X是正电子是正电子,Y是质子是质子,Z是中子是中子 C.X是中子是中子,Y是正电子是正电子,Z是质子是质子 D.X是正电子是正电子,Y是中子是中子,Z是质子是质子 解析解析:根据核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒的规根据核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律律,可知题中所涉及的各粒子为可知题中所涉及的各粒子为:正电子，正电子，中子，中子，质子，可知正确选项为质子，可知正确选项为D.01X10Y11Z答案答案:D 第16页 共 65 页 23520792822.UPb从衰变为，要经过 衰变和 衰变的次数是（）A.14次次衰变和衰变和10次次衰变衰变 B.7次次衰变和衰变和4次次衰变衰变 C.10次次衰变和衰变和14次次衰变衰变 D.4次次衰变和衰变和7次次衰变衰变 答案答案:B 第17页 共 65 页 3.（2010新创题）近段时间，朝鲜的新创题）近段时间，朝鲜的“核危机核危机”引起了全引起了全球的瞩目，其焦点问题就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重球的瞩目，其焦点问题就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆，重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制水堆，重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚核武器的钚239()，这种，这种 可由铀可由铀239()经经过过n次次衰变而产生，则衰变而产生，则n为为()A.2 B.239 C.145 D.92 答案：答案：A 23994Pu23994Pu23992U第18页 共 65 页 4.如图所示如图所示,在暗室的真空管装置中做如下实验在暗室的真空管装置中做如下实验:在竖直放置在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中的平行金属板间的匀强电场中,有一个能产生有一个能产生、三种三种射线的射线源，从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射线的射线源，从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图所示，在与射线源距离为射入电场，如图所示，在与射线源距离为H高处，水平放高处，水平放置两张叠放着且涂药面朝下的印相纸（比一般纸厚且坚韧置两张叠放着且涂药面朝下的印相纸（比一般纸厚且坚韧的涂有感光药的纸），的涂有感光药的纸），经射线照射一段时间后把两张经射线照射一段时间后把两张 印相纸显影印相纸显影.上面的印相纸有几个暗斑上面的印相纸有几个暗斑?各是什么射线的痕迹各是什么射线的痕迹?第19页 共 65 页 解析：一张印相纸即可挡住解析：一张印相纸即可挡住射线射线.故有故有2个暗斑个暗斑,分别是分别是、射线的痕迹射线的痕迹.答案：见解析答案：见解析 第20页 共 65 页 解读高考第二关解读高考第二关 热点关热点关 第21页 共 65 页 典典 例例 剖剖 析析 考点考点1 衰变次数的确定衰变次数的确定 例例1放射性元素钚核放射性元素钚核 经过多少次经过多少次、衰变后将变成铅衰变后将变成铅核核?钚核比铅核多多少个质子和中子钚核比铅核多多少个质子和中子?此衰变的全过此衰变的全过程中共损失了多少个中子程中共损失了多少个中子?24494Pu20882Pb第22页 共 65 页 第23页 共 65 页 答案：答案：9次次衰变衰变 6次次衰变衰变 多多12个质子、个质子、24个中子个中子 6个中子个中子 第24页 共 65 页 23222090861(2008,14)232ThRnxy变式训练：重庆放射性同位素钍经、衰变会生成氡，其衰变方程为，其中（）A.x=1,y=3 B.x=2,y=3 C.x=3,y=1 D.x=3,y=2 答案答案:D 第25页 共 65 页 考点考点2 半衰期的理解应用半衰期的理解应用 例例2 14C是一种半衰期为是一种半衰期为5730年的放射性同位素年的放射性同位素.若考古工若考古工作者探测到某古树中作者探测到某古树中14C的含量为原来的的含量为原来的 ,求古树的死亡求古树的死亡时间时间.14答案：答案：11460年前年前 第26页 共 65 页 解析思路：考查半衰期的理解应用解析思路：考查半衰期的理解应用.假设古树死亡时的质量为假设古树死亡时的质量为m0,现在的质量为现在的质量为m,设死亡时间