16-2放射性元素的衰变 核能.ppt

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1、物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5第二第二单单元放射性元素的衰元放射性元素的衰变变核能核能物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-51天然放射天然放射现现象：某些元素象：某些元素放放射射某某些些射射线线的的现现象称象称为为天然放射天然放射现现象，象，这这些元素称些元素称2三三种种射射线线的本的本质质：射射线线是是 ，射射线线是是 ，射射线线是是自发地自发地放射性元素放射性元素氦核流氦核流电子流电子流电磁波电磁波物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-51定定义义：原原子子核核自自发发地地放放出出某某种种粒粒子子而而转转变变为为 的的变变化叫原子核的化叫原子核的2分分类类新核

2、新核衰变衰变物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-53半衰期半衰期(1)定定义义：放射性元素的原子核：放射性元素的原子核 发发生生衰衰变变需需要要的的时间时间(2)半半衰衰期期的的大大小小由由放放射射性性元元素素的的原原子子核核内内部部本本身身的的因因素决定，跟原子所素决定，跟原子所处处的的(如如压压强强、温温度度等等)或或 (如如单质单质或化合物或化合物)无无关关有半数有半数物理状态物理状态化学状态化学状态物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-54放射性同位素及放射性同位素及应应用用(1)同位素同位素有些原子的原子核有些原子的原子核电电荷数荷数 ，但，但质质量数量数，这这样样一一

3、些些具具有有相相同同核核电电荷荷数数和和不不同同中中子子数数的的原原子子互互称称为为同同一位素一位素(2)放射性同位素的放射性同位素的应应用用放射性同位素放出的射放射性同位素放出的射线应线应用于工用于工业业、探、探伤伤、农业农业、医医疗疗等等相同相同不同不同物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-51核核反反应应：在在核核物物理理学学中中，原原子子核核在在其其他他粒粒子子的的轰轰击击下下产产生新生新的的过过程程2原子核的人工原子核的人工转变转变：用：用轰轰击击靶靶核核，产产生生另一另一种种的方法的方法如如应应用原子核的人工用原子核的人工转变转变的三大的三大发现发现的核反的核反应应如下：如下

4、：原子核原子核高能粒子高能粒子新核新核物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5(1)1919年卢瑟福用年卢瑟福用轰轰击击氮氮原原子子核核，产产生生了了氧氧的的同同位位素素，第第一一次次实实现现了了原原子子核核的的人人工工转转变变，并并发发现现了了质质子，其核子，其核粒子粒子物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-51核力：核力：之之间间的的相相互互作作用用力力叫叫核核力力，它它是是短短程力程力2核核能能：由由于于原原子子核核间间存存在在核核力力，所所以以核核子子结结合合成成原子核或原子核原子核或原子核 为为核核子子时时均均伴伴随随着着巨巨大大的的能能量量变变化化，这种这种能量称能量称

5、为为核能核能3质质能方程：能方程：核子核子分裂分裂Emc2(Emc2)物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-54质质量量亏亏损损总总是是发发生生在在系系统统向向外外辐辐射射能能量量的的情情况况下下，系系统统能能量量减减少少了了，质质量量自自然然也也就就减减少少了了当当系系统统的的质质量量减减少少m时时，系系统统的的能能量量就就减减少少了了E，减减少少的的能能量量向向外外辐辐射射出出去去了了减减少少的的质质量量转转化化为为光光子子的的质质量量，减减少少的的能能量量转转化化为为光光子子的的能能量量虽虽然然光光子子的的静静止止质质量量为为零零，但但在在光光子子的的辐辐射射过过程程中中，具具有有

6、能能量量Eh，所所以以运运动动的的光光子子具具有有一一定定的的质质量量光光子子运运动动的的速速度度始始终终为为c，Ehmc2，所所以以当当一一个光子的个光子的频频率率为为时时，它的，它的质质量量为为m .物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-52轻轻核核的的聚聚变变：某某些些轻轻核核结结合合成成质质量量较较大大的的核核的的反反应应过过程程，同同时时释释放放出出大大量量的的核核能能要要想想使使氘氘核核和和氚氚核核结结合合成氦核，必成氦核，必须须达到达到的的高高温温，因因此此聚聚变变反反应应又叫又叫反反应应如：如：几百万度以上几百万度以上热核热核物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5

7、3裂裂变变反反应应堆堆：又又称称核核反反应应堆堆，简简称称反反应应堆堆反反应应堆主要由以下几部分堆主要由以下几部分组组成：成：；核燃料核燃料减速剂减速剂控制棒控制棒冷却剂冷却剂反射层反射层物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5种类种类射射线线射射线线射射线线贯贯穿本穿本领领最弱最弱用用纸纸能能挡挡住住较较强强穿透几毫米穿透几毫米的铝板的铝板最最强强穿透几厘米穿透几厘米的铅板的铅板对对空气的空气的电电离作用离作用很很强强较较弱弱很弱很弱在空气中在空气中的径迹的径迹粗、短、直粗、短、直细细、较长较长、曲折、曲折最最长长通通过过胶片胶片感光感光感光感光感光感光产产生机制生机制核内两个中子和两

8、核内两个中子和两个个质质子子结结合得比合得比较较紧紧密，有密，有时时会作会作为为一个整体从一个整体从较较大的大的原子核抛射出来原子核抛射出来核内的中子可以核内的中子可以转转化化为为一个一个质质子和一子和一个个电电子，子，产产生的生的电电子从核中子从核中发发射出来射出来放射性原子核在放射性原子核在发发生生 衰衰变变、衰衰变变后后产产生的新核往往生的新核往往处处于高能于高能级级，当它向，当它向低能低能级跃级跃迁迁时时，辐辐射射光子光子物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-51衰衰变变和和衰衰变变的比的比较较物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修

9、3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5由由此此可可见见确确定定衰衰变变次次数数可可归归结结为为求求解解一一个个二二元元一一次次方方程程组组有了有了这这个方程个方程组组，确定衰，确定衰变变次数就十分方便次数就十分方便实实际际确确定定方方法法是是：根根据据衰衰变变不不改改变变质质量量数数，首首先先由由质质量量数数改改变变确确定定衰衰变变次次数数，然然后后根根据据核核电电荷荷数数守守恒恒确确定定衰衰变变次数次数(2)核核反反应应过过程程一一般般都都是是不不可可逆逆的的，所所以以核核反反应应方方程程只只能用能用单单向箭向箭头头表示反表示反应应方向，不能用等号方向，不能用等号连连接接(3)

10、核核反反应应的的生生成成物物一一定定要要以以实实验验为为基基础础，不不能能凭凭空空只只依据两个守恒依据两个守恒规规律杜撰出生成物来写核反律杜撰出生成物来写核反应应方程方程物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5(4)核核反反应应方方程程遵遵循循质质量量数数守守恒恒而而不不是是质质量量守守恒恒；遵遵循循电电荷数守恒荷数守恒物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5 说明：说明：半衰期由放射性元素的原子核内部本身半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态的因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度如压强、温度等等)或化学状态或化学状态(如单质或化合物如单质或化合

11、物)无关无关物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-53衰衰变变：衰衰变变是是伴伴随随着着衰衰变变或或衰衰变变同同时时发发生生的的，衰衰变变不不改改变变原原子子核核的的电电荷荷数数和和质质量量数数其其实实质质是是放放射射性性原原子子核核在在发发生生衰衰变变或或衰衰变变过过程程中中，产产生生的的新新核核由由于于具具有有过过多的能量多的能量(核核处处于激于激发态发态)而而辐辐射出光子射出光子 物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-54核反核反应应四四种类种类型比型比较较物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5核能的核能的计计算方法：算方

12、法：1根根据据爱爱因因斯斯坦坦的的质质能能方方程程，用用核核子子结结合合成成原原子子核核时时质质量量亏亏损损(m)的的千千克克数数乘乘以以真真空空中中光光速速(c3108m/s)的的平方平方即即Emc22根根据据1原原子子质质量量单单位位(u)相相当当于于931.5兆兆电电子子伏伏(MeV)能能量量，用用核核子子结结合合成成原原子子核核时时质质量量亏亏损损的的原原子子质质量量单单位位乘乘以以931.5 MeV，即，即Em931.5 MeV物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5注注意意：式式中中m的的单单位位是是千千克克(kg)，E的的单单位位是是焦焦耳耳(J)式式中中m的的单单位位是是

13、指指原原子子质质量量单单位位u，(1 u1.6605661027 kg)，E的的单单位位是是兆兆电电子子伏伏(MeV)能能的的转化和守恒定律转化和守恒定律物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-53核核反反应应中中释释放放的的核核能能，在在无无光光子子辐辐射射的的情情况况下下，将将转转化化为为生生成成的的新新核核和和新新粒粒子子的的动动能能因因此此在在此此情情况况下下可可应应用用动动量守恒定律和能量守恒及量守恒定律和能量守恒及转转化定律来化定律来计计算核能算核能物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5【例例1】(1)关关于于放放射射性性元元素素的的半半衰衰期期，下下列列说说法法正正确

14、的有确的有()A是原子核是原子核质质量减少一半所需的量减少一半所需的时间时间B是原子核有半数是原子核有半数发发生衰生衰变变所需的所需的时间时间C把把放放射射性性元元素素放放在在密密封封的的容容器器中中，可可以以减减慢慢放放射射性元素的半衰期性元素的半衰期D可以用来可以用来测测定地定地质质年代、生物年代等年代、生物年代等物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5(2)设设镭镭226的的半半衰衰期期为为1.6103年年，质质量量为为100 g的的镭镭226经经过过4.8103年年后后，有有多多少少克克镭镭发发生生衰衰变变？若若衰衰变变后后的的镭变为铅镭变为铅206，则则此此时镭铅质时镭铅质量之

15、比量之比为为多少？多少？物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5答案：答案：(1)BD(2)87.5 g125 798物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5变变式式1：为为测测定定水水库库的的容容量量，将将一一瓶瓶含含有有放放射射性性同同位位素素的的溶溶液液倒倒入入水水库库中中，已已知知这这瓶瓶溶溶液液每每分分钟钟衰衰变变5.12108次次，这这种种同同位位素素的的半半衰衰期期为为24小小时时，5天天以以后后从从水水库库中中取取出出1 m3的的水水，并并测测得得它它每每分分钟钟衰衰变变10次次，试试求求水水库库的的容量容量解解析析：可

16、可认认为为5天天后后放放射射性性同同位位素素均均匀匀分分布布于于水水库库中中，5天后，水库的水中放射性同位素每分钟衰变的总次为天后，水库的水中放射性同位素每分钟衰变的总次为N 物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5答案：答案：1.6106m3物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5【例例2】(2009年年山山东东卷卷)历历史史上上第第一一次次利利用用加加速速器器实实现现的的核核反反应应，是是用用加加速速后后动动能能为为0.5 MeV的的质质子子H轰轰击击静静止止的的X，生生成成两两个个动动能能均均为为8.9 MeV的的He.(1 MeV1.61013J)上述核反上述核反应应方程方

17、程为为_质质量量亏亏损为损为_kg.物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5高分通道高分通道质质量量亏亏损损并并不不是是质质量量的的消消失失，并并不不与与质质量量守守恒恒定定律律矛盾，而是亏损的质量以能量的形式辐射出去了矛盾，而是亏损的质量以能量的形式辐射出去了在在核核能能问问题题的的计计算算中中，c的的单单位位取取国国际际单单位位中中的的单单位位，此此时时若若m单单位位为为千千克克，能能量量单单位位为为焦焦耳耳如如m的的单单位为位为u时，记住时，记住1u相当于相当于931.5 MeV的能量关系的能量关系物理高考总复习人教版新课标第七模块 选

18、修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5分分析析：根根据据问问题题，合合理理选选择择求求核核能能的的方方法法，求求解解时时注注意各量意各量解析：解析：核反应前的总质量：核反应前的总质量：m1(235.04391.0087)u236.0526 u核反应后的总质量：核反应后的总质量：m2(138.917893.915431.0087)u235.8593 u质量亏损质量亏损mm1m20.1933 u因为因为1 u931.5 MeV所以所以E0.1933931.5 MeV1.8102 MeV.答案：答案：1.8102物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5【例例3】天天文文学学家家

19、测测得得银银河河系系中中氦氦的的含含量量约约为为25%，有有关关研研究究表表明明，宇宇宙宙中中氦氦生生成成的的途途径径有有两两条条：一一是是在在宇宇宙宙诞诞生生后后二二分分钟钟左左右右生生成成的的；二二是是在在宇宇宙宙演演化化到到恒恒星星诞诞生生后，由恒星内部的后，由恒星内部的氢氢核聚核聚变变反反应应生成的生成的(1)把把氢氢核核聚聚变变反反应应简简化化为为4个个氢氢核核(H)聚聚变变成成氦氦核核(He)，同同时时放放出出2个个正正电电子子(e)和和2个个中中微微子子(ve)，请请写写出出该该氢氢核聚核聚变变反反应应的方程，并的方程，并计计算一次反算一次反应释应释放的能量放的能量 物理高考总复

20、习人教版新课标第七模块 选修3-5(2)研研究究表表明明，银银河河系系的的年年龄龄约约为为t3.81017 s，每每秒秒钟钟银银河河系系产产生生的的能能量量约约为为11037 J(即即P11037 J/s)现现假假定定该该能能量量全全部部来来自自上上述述氢氢核核聚聚变变反反应应，试试估估算算银银河河系系中中氦氦的含量的含量(最后最后结结果保留一位有效数字果保留一位有效数字)(3)根根据据你你的的估估算算结结果果，对对银银河河系系中中氦氦的的主主要要生生成成途途径径作作出出判判断断(可可能能用用到到的的数数据据：银银河河系系质质量量约约为为M31041 kg，原原子子质质量量单单位位1 u1.6

21、61027 kg,1 u相相当当于于1.51010 J的的能能量量，电电子子质质量量m0.0005 u，氦氦核核质质量量m4.0026 u，氢氢核核质质量量mp1.0078 u，中微子，中微子ve质质量量为为零零)物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5高分通道高分通道题题目目涉涉及及了了许许多多新新的的知知识识，解解此此类类信信息息题题必必须须将将题题目目提提供供的的规规律律和和物物理理基基础础知知识识，与与已已有有的的知知识识相相结结合合并并迁迁移移到要回答的问题中，再列方程求解到要回答的问题

22、中，再列方程求解物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5【例例4】原原来来静静止止的的铀铀U和和钍钍234同同时时在在同同一一匀匀强强磁磁场场中中，由由于于衰衰变变而而开开始始做做匀匀速速圆圆周周运运动动铀铀238发发生生了了一一次次衰衰变变，钍钍234发发生了一次生了一次衰衰变变(1)试试画画出出铀铀238发发生生

23、一一次次衰衰变变时时所所产产生生的的新新核核及及粒粒子在磁子在磁场场中运中运动轨动轨迹的示意迹的示意图图(2)试试画画出出钍钍234发发生生一一次次衰衰变变时时所所产产生生的的新新核核及及粒粒子在磁子在磁场场中的运中的运动轨动轨迹的示意迹的示意图图物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5解解析析：(1)铀铀238发发生生衰衰变变时时，由由于于放放出出粒粒子子而而产产生生了新核，根据动量守恒定律，它们的总动量为零，即：了新核，根据动量守恒定律，它们的总动量为零，即：m1v1m2v20因因为为它它们们都都带带正正电电，衰衰变变后后的的速速度度正正好好相相反反，所所以以，受受到到的的洛洛伦伦兹

24、兹力力方方向向也也相相反反，因因而而决决定定了了它它们们做做圆圆周周运运动动的的轨轨迹迹圆圆是是外外切切的的它它们们做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的向向心心力力由由洛洛伦伦兹力提供兹力提供 物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5(2)同同理理，钍钍234发发生生一一次次衰衰变变放放出出的的粒粒子子与与产产生生的的新新核核的的动动量量大大小小相相等等，方方向向相相反反，即即总总动动量量为为零零可可是是，粒粒子子带带负负电电，新新核核带带正正电电，它它们们衰衰变变后后的的速速度度方方向向相相反反，但但受受的的洛洛伦伦兹兹力力方方向向相相同同，所

25、所以以，它它们们的的两两个个轨轨迹迹圆圆是是内内切切的的，且且粒粒子子的的轨轨道道半半径径大大于于新新核核的的轨轨道道半半径径，它它们们的的轨轨迹迹示示意意图图如如图图2所所示示，其其中中，c为为粒粒子子的的径径迹迹，d为为新新核核的径迹的径迹答案：答案：(1)如图如图1所示所示(2)如图如图2所示所示物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5高分通道高分通道孤孤立立的的原原子子核核在在衰衰变变时时遵遵从从动动量量守守恒恒由由于于原原子子核核衰衰变变后后都都带带电电，故故在在匀匀强强磁磁场场中中都都可可做做匀匀速速圆圆周周运运动动而而衰衰变变产产生生的的新新核核和和粒粒子子运运动动方方向向

26、相相反反，所所以以如如果果是是衰衰变变，则则衰衰变变瞬瞬间间新新核核和和粒粒子子受受洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向相相反反，形形成成的的两两个个轨轨迹迹圆圆外外切切；而而衰衰变变新新核核的的轨轨迹迹圆圆与与粒粒子子的的轨轨迹迹圆圆内切内切物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5变变式式4：云云室室处处在在磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场中中，一一静静止止的的质质量量为为M的的原原子子核核在在云云室室中中发发生生一一次次衰衰变变，粒粒子子的的质质量量为为m，电电荷荷量量为为q，其其运运动动轨轨迹迹在在与与磁磁场场垂垂直直的的平平面面内内现现测测得得粒粒子子运运动动的的轨轨道道半

27、半径径为为R，试试求求在在衰衰变变过过程程中中的的质质量量亏亏损损(涉涉及及动动量量问题时问题时，亏亏损损的的质质量可以不量可以不计计)物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-51(2009年年上上海海卷卷)放放射射性性元元素素衰衰变变时时放放出出的的三三种种射射线线，按穿透能力由，按穿透能力由强强到弱的排列到弱的排列顺顺序是序是()A射射线线，射射线线，射射线线B射射线线，射射线线，射射线线C射射线线，射射线线，射射线线D射射线线，射射线线，射射线线物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5解

28、解析析：由由放放射射性性元元素素衰衰变变时时产产生生的的射射线线、射射线线、射线的电离及穿透性质可知射线的电离及穿透性质可知B正确正确答案：答案：B物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-52(2009年天津卷年天津卷)下列下列说说法正确的是法正确的是 ()物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5解解析析：核核反反应应类类型型分分四四种种，核核反反应应的的方方程程特特点点各各有有不不同同，衰衰变变方方程程的的左左边边只只有有一一个个原原子子核核，右右边边出出现现或或粒粒子子聚聚变变方方程程的的左左边边是是两两个个轻轻核核反反应应，右右边边是是中中等等原原子子核核裂裂变变方方程程的的左

29、左边边是是重重核核与与中中子子反反应应，右右边边是是中中等等原原子子核核人人工工核核转转变变方方程程的的左左边边是是氦氦核核与与常常见见元元素素的的原原子子核核反反应应，右右边边也也是是常常见见元元素素的的原原子子核核，由由此此可可知知B、D两两选选项项正正确确答案：答案：BD物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-53(2009年年北北京京卷卷)下下列列现现象象中中，与与原原子子核核内内部部变变化化有关的是有关的是()A粒子散射现象粒子散射现象B天然放射现象天然放射现象C光电效应现象光电效应现象 D原子发光现象原子发光现象解解析析：天天然然放放射射现现象象是是放放射射性性物物质质的的原原

30、子子核核自自发发地地放放出出、和和射射线线的的现现象象，必必然然使使原原子子核核内内部部发发生生变变化化故故选选B.答案：答案：B物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5答案：答案：961224物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-55放放射射性性元元素素的的原原子子核核在在衰衰变变或或衰衰变变生生成成新新原原子子核核时时，往往往往会会同同时时伴伴随随_辐辐射射已已知知A、B两两种种放放射射性性元元素素的的半半衰衰期期分分别别为为T1和和T2，经经过过tT1T2时时间间后后测测得得这这两两种种放放射射性性元元素素的的质质量量相相等等，那那么么它它们们原原来来的的质质量量之之比比mA

31、 mB_.解解析析：放放射射性性元元素素的的原原子子核核在在衰衰变变或或衰衰变变时时，出出现现质质量量亏亏损损，多多余余的的能能量量将将以以光光子子的的形形式式释释放放，因因此此伴伴随随辐射辐射 物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5答案：答案：2T1 2T2物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-56在在用用粒粒子子轰轰击击静静止止的的氮氮核核的的实实验验中中，假假设设某某次次碰碰撞撞恰恰好好发发生生在在同同一一条条直直线线上上已已知知粒粒子子轰轰击击前前的的速速度度为为v0，质质量量为为m0，产产生生的的氧氧核核速速度度为为v1，质质量量为为m1，同同向向飞飞出的出的质质子子H的的质质量量为为m2，设设光速光速为为c，问问：(1)质质子子飞飞出的速度出的速度为为多大？多大？(2)已已知知生生成成物物氧氧核核和和质质子子的的总总动动能能比比入入射射的的粒粒子子动动能能少少了了Ek，若若该该反反应应引引起起的的质质量量亏亏损损中中，伴伴随随着着飞飞出出一一个光子，个光子，则该则该光子的能量光子的能量E多大？多大？物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5物理高考总复习人教版新课标第七模块 选修3-5