【优化方案】2014届高考物理(大纲版)一轮复习配套课件-第十五章第三节-核反应-核能

目录基础梳理•自学导引一、原子核的组成1．原子核由______和______组成，两者统称为核子．2．原子核常用X表示，X为元素符号，上角标A表示核的质量数，下角标Z表示核的________(原子序数)．3．同位素是具有相同的_________而________不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置．二、天然放射现象1．天然放射现象：某些元素自发放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称放射性元素．质子中子电荷数质子数中子数目录2．三种射线的本质：α射线是______，β射线是______，γ射线是_____．三、原子核的衰变1．衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变成______的变化．可分为________、________，并伴随着γ射线放出．2．半衰期：放射性元素的原子核有______发生衰变所需要的时间．四、核能1．核反应规律：在核反应中,________守恒,________守恒．氦核电子光子α衰变β衰变新核半数电荷数质量数目录2．核力(1)概念：组成原子核的______之间存在的作用力．(2)核力特点①核力是____________(强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．②核力是______力，作用范围在1.5×10－15m之内．③每个核子只跟_____的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．3．质量亏损(1)爱因斯坦质能方程：_________.(2)质量亏损：原子核的质量_____组成它的核子的质量之和的现象．核子强相互作用短程相邻E＝mc2小于目录质量较小五、核裂变和核聚变1．重核裂变(1)定义：使重核分裂成__________的原子核的核反应．(2)铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，一种典型的反应是生成钡和氪，同时放出三个中子，核反应方程为23592U＋______―→14456Ba＋8936Kr＋310n.(3)链式反应：由重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫做核裂变的链式反应．n10n目录(4)链式反应的条件：①要有足够浓度的235U；②铀块体积需______临界体积，或铀块质量______临界质量．2．轻核聚变(1)定义：两个轻核结合成_____的核，这样的核反应叫聚变．(2)聚变发生的条件：使物体达到几百万度的高温．大于大于较重目录要点透析•直击高考一、三种射线的比较1．三种射线种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流高频电磁波带电荷量2e－e0质量4mp(mp＝1.67×10－27kg)静止质量为零速度0.1c0.99cc(光速)在电磁场中偏转偏转不偏转贯穿本领最弱，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很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长mp1836目录即时应用1(2011·高考浙江卷)关于天然放射现象，下列说法正确的是()A．α射线是由氦原子核衰变产生B．β射线是由原子核外电子电离产生C．γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D．通过化学反应不能改变物质的放射性解析：选D.α射线是氦核流，A错；β射线是原子核内的一个中子变成一个质子而放出的，B错；γ射线是原子核受激发而产生的，C错；物质的放射性和半衰期与温度以及化合状态等无关，由核本身的性质决定，故D项正确．目录二、原子核的衰变1．原子核衰变规律衰变类型α衰变β衰变衰变方程AZX→A－4Z－2Y＋42HeAZX→AZ＋1Y＋0－1e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出211H＋210n→42He中子转化为质子和电子10n→11H＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒目录2.确定衰变次数的方法(1)设放射性元素AZX经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素A′Z′Y，则表示该核反应的方程为AZX→A′Z′Y＋n42He＋m0－1e.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.(2)确定衰变次数,因为β衰变对质量无影响,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.目录3．对半衰期的理解(1)根据半衰期的概念，可总结出公式N余＝N原(12)tτ，m余＝m原(12)t/τ式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．(2)影响因素：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．目录特别提醒：(1)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.,(2)原子核衰变时质量数守恒，核反应过程前、后质量发生变化(质量亏损)而释放出核能.目录即时应用2(2011·高考山东卷)碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰期为8天．(1)碘131核的衰变方程：13153I→__________(衰变后的元素用X表示)．(2)经过__________天有75%的碘131核发生了衰变．解析：(1)根据质量数、电荷数守恒，13153I→13154X＋0－1e.(2)根据m＝m0(12)tτ得：0.25m0＝m0(12)t8，解得t＝16天．答案：(1)13154X＋0－1e(2)16目录三、核反应的四种类型类型可控性核反应方程典型衰变α衰变自发23892U→23490Th＋42Heβ衰变自发23490Th→23491Pa＋0－1e人工转变人工控制147N＋42He→178O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be→126O＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n(约里奥－,居里夫妇,发现放射,性同位素)3015P→3014Si＋0＋1e重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变除氢弹外无法控制21H＋31H→42He＋10n目录即时应用3(2012·高考广东卷)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A.31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应B.31H＋21H→42He＋10n是β衰变C.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应D.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n是α衰变解析：选AC.因A项为两个轻核结合成质量较大的核，所以反应为核聚变，A正确．B项是核聚变，而不是β衰变，B错误．在C项中铀核在被中子轰击后分裂成两个较轻原子核，所以反应为核裂变，C正确．α衰变本质为核内2个质子和2个中子结合成42He，所以D错误．目录四、核能的产生和计算1．获得核能的途径(1)重核裂变：某些重核分裂成中等质量的核的反应过程，同时释放大量的核能．要使铀235发生链式反应以持续地输出能量，铀块的体积应大于它的临界体积．重核的裂变：如23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋1010n应用：原子弹、核反应堆．(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能，要想使氘核和氚核合成氦核，必须达到几百万度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应．轻核的聚变：如21H＋31H→42He＋10n.应用：氢弹、可控热核反应．目录2．核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程列式计算：即ΔE＝Δmc2(Δm的单位：kg)．(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏能量，则ΔE＝Δm×931.5MeV(Δm的单位：u,1u＝1.6606×10－27kg)．(3)核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量和能量守恒定律来计算核能．目录特别提醒：(1)质量数与质量是两个不同的概念.核反应中质量数、电荷数都守恒，但核反应中依然有质量亏损.,(2)爱因斯坦的质能方程反映了原子核质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的转变关系(即：核反应中的质量亏损，并不是这部分质量消失或质量转化为能量).质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子的个数是不变的.,(3)质量亏损并不否定质量守恒定律.目录即时应用4(2010·高考北京卷)太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近()A．1036kgB．1018kgC．1013kgD．109kg解析：选D.解答本题要熟记公式ΔE＝Δmc2.由公式可得：Δm＝ΔEc2＝4×1026(3×108)2kg≈4×109kg，所以D选项正确．目录考点探究•讲练互动例1(1)________是发现中子的核反应方程,________是研究原子弹的基本核反应方程,________是研究氢弹的基本核反应方程.(2)求B项中X的质量数和中子数．(3)判断以上五个核反应的反应类型．考点1核反应方程及反应类型现有五个核反应：A.21H＋31H→42He＋10nB.23592U＋10n→X＋8936Kr＋310nC.2411Na→2412Mg＋0－1eD.22088Ra→21686Rn＋42HeE.42He＋94Be→126C＋10n目录【思路点拨】根据核反应方程遵循的基本规律，正确书写方程，还要注意衰变、人工转变、裂变、聚变的区别．【解析】(1)E是查德威克发现中子的核反应方程，A是氢弹的核反应方程，B是原子弹的核反应方程．(2)由电荷数守恒和质量数守恒可以判定X质量数为144，电荷数为56，所以中子数为：144－56＝88.(3)衰变是原子核自发地放出α粒子或β粒子的反应,C是β衰变,D是α衰变,E是人工控制的原子核的变化,属人工转变，裂变是重核吸收中子后分裂成几个中等质量的核的反应，B是裂变，聚变是几个轻核结合成较大质量的核的反应，A是聚变．【答案】(1)EBA(2)14488(3)见解析目录考点2有关核能的计算假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是2.0136u，中子的质量是1.0087u，氦核同位素的质量是3.0150u.聚变的核反应方程式是____________，在聚变核反应中释放出的能量为________MeV(保留两位有效数字)．例2目录【解析】根据题中条件，可知核反应方程式为21H＋21H→32He＋10n.核反应过程中的质量亏损：Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2×2.0136u－(3.0150＋1.0087)u＝3.5×10－3u.由于1u的质量与931.5MeV的能量相对应，所以氘核聚变时放出的能量：ΔE＝3.5×10－3×931.5MeV＝3.3MeV.【答案】21H＋21H→32He＋10n3.3目录例3考点3核能与动量守恒的综合问题钚的放射性同位素23994Pu静止时衰变为铀核激发态23592U*和α粒子，而铀核激发态23592U*立即衰变为铀核23592U，并放出能量为0.097MeV的γ光子．已知：23994Pu、23592U和α粒子的质量分别为mPu＝239.0521u、mU＝235.0439u和mα＝4.0026u,1u的质量相当于931.5MeV的能量．(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能．目录【解析】(1)衰变方程为23994Pu―→23592U*＋α①23592U*―→23592U＋γ②23994Pu―→23592U＋α＋γ.③(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα④放出的能量为ΔE＝Δm×931.5MeV⑤此能量是铀核23592U的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和ΔE＝EU＋Eα＋Eγ⑥由④⑤⑥式得EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)×931.5MeV－Eγ⑦设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα，则由动量守恒有mUvU＝Mαvα⑧目录【答案】见解析由动能的定义知EU＝12mUv2U，Eα＝12mαv2α⑨由⑧⑨式得EUEα＝mαm