1、第2讲 天然放射现象 衰变 核能 考点1 原子核的组成 天然放射现象、射线 衰变 半衰期 1.原子核的组成（1）组成:原子核由 和 组成,质子和中子统称为 .（2）符号:常用符号是 ,Z为 ，A为 .（3）关系.核电荷数=.质量数（A）=+.质子 中子 核子 AZ X质子数 质量数 质子数（Z）元素的原子序数 核外电子数 核子数 质子数 中子数 2天然放射现象（1）概念：放射性元素 放出射线的现象.1896年，法国 物理学家 发现此现象.（2）意义：该现象的发现说明原子核是有 的，人们 认识原子核的结构是从 开始的.自发地 贝克勒尔 内部结构 天然放射性 3原子核的衰变（1）概念：原子核自发释
2、放出某种 而转变为新核的变化.（2）规律：守恒和 守恒.（3）衰变方程：衰变：_ 衰变：_（4）半衰期.概念：放射性元素的原子核有 所需的时间.特点：半衰期的大小由放射性元素的 因素决定，跟原子所处的状态无关.粒子 质量数 电荷数 AZ X4A 42Z 2HeYAZ X0A1Z 1eY半数发生衰变 原子核自身 1.三种射线 种类 射线 射线 射线 组成 高速 氦核流 高速 电子流 波长很短的 电磁波 电离本领 最强 较弱 很弱 贯穿本领 最弱 很强 最强 42He01e2衰变的实质（1）衰变：2个质子和2个中子结合成一个整体射出，即 （2）衰变：中子转化为质子和电子，即 3.半衰期公式（t表示
3、衰变时间，表示半衰期）（1）原子核数目公式:（2）原子核质量公式：4.确定、衰变次数的两个原则 （1）衰变前后质量数守恒；（2）衰变前后核电荷数守恒.1141022 H2 nHe.110011nHet1NN.2原余（）t1mm.2原余（）（2011重庆高考）核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放 射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射 射线.下列说法正确的是（）A.碘131释放的 射线由氦核组成 B.铯137衰变时辐射出的 光子能量小于可见光光子能量 C.与铯137相比，碘131衰变更慢 D.铯133和铯137含有相同的质子
4、数【解析】选D.射线是高速运动的电子流，不是氦原子核，A错误；射线的频率大于可见光的频率，根据E=h可知，射线光子能量大于可见光光子能量，故B错；半衰期越短，衰变越快，故C错；铯133和铯137都是铯元素，是质子数相同而中子数不同的同位素，所以D正确.考点2 核反应方程 原子核的人工转变 重核的裂变 轻核的聚变 1核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生 的过程.常见的核反应分为 、等 几种类型.2原子核的人工转变（1）用人工的方法使一种原子核变成 的变化.新原子核 衰变 人工转变 重核裂变 轻核聚变 另一种原子核（2）人工转变三大发现.1919年卢瑟福发现质子的核反应方程：_ 1932年查德威克
5、发现中子的核反应方程：_ 放射性同位素发现（1934年，约里奥-居里夫妇）的核反应方程：，_ 1441717281NHeOH941214260BeHeCn274132AlHe301150Pn3015P300141Sie3重核的裂变：分裂成 ，释放出 的 反应.典型的重核裂变是铀235的裂变，其核反应方程为：（1）_.（2）.4.轻核的聚变：轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应.典型的轻核聚变是氘核和氚核的聚变，其核反应方程为：.重核 质量较小的核 核能 2351920Un14192156360BaKr3 n2351920Un13690154380XeSr 10 n2311HH4120Hen
6、1质子和中子的相互转化（1）中子转化为质子的方程：（2）质子转化为中子的方程：110011nHe.110101Hne.2.核反应的四种类型比较 类型可控性核反应方程典例衰变自发238234492902 UThHe衰变自发234234090911ThPae人工转变人工控制1441717281NHeOH(卢瑟福发现质子)491212460HeBeCn(查德威克发现中子)274301132150AlHePn3030015141PSie（约里奥-居里夫妇发现放射性同位素）衰变类型可控性核反应方程典例重核裂变比较容易进行人工控制235114489192056360UnBaKr3 n23511369019
7、2054380UnXeSr 10 n轻核聚变除氢弹外无法控制23411120HHHen（2012海淀模拟）一个 原子核在中子的轰击下发生一种 可能的核反应为 则下列叙述中正确的 是（）A该反应是核聚变反应 BX原子核中含有140个质子 C该核反应是太阳中进行的主要核反应 D虽然该反应出现质量亏损，但反应前后的原子核总质量数 不变 23592U2351A941920Z380UnXSr2 n，【解析】选D.该反应是核裂变反应，故A错.由电荷守恒可知，X原子核中的质子数为Z=9238=54，故B错.在太阳中进行的核 反应是聚变反应，故C错.核的裂变反应质量出现亏损，根 据质量数守恒知，核裂变反应前后
8、的原子核总质量数不变，故D正确.23592U23592U考点3 核能 质量亏损 爱因斯坦的质能方程 1核能：中释放出的能量.2质量亏损：在核反应中，反应前 的质量之和 与反应后 的质量之和的差.3爱因斯坦质能方程：E=，m是物体的质量，c是真空中的 光速.当物体的质量变化 m时，对应的能量变化为 E=.核反应 所有核及粒子 新核及粒子 mc2 mc2 1.质能方程的本质（1）质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，并建立了这两个属性在数值上的正比关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在量值上的关系绝不能理解为两者之间可以相互转化.（2）质量亏损不是否定了质量守恒定律，核反应生成的
9、射线静质量为零，但动质量不为零，且亏损的质量都是以能量的形式辐射出去的.2核能的计算方法（1）若采用国际单位制，根据 E=mc2，m的单位是“kg”,c的单位是“m/s”，则 E的单位是“J”.（2）若 m的单位取原子质量单位“u”，由1u=1.660 6 10-27 kg，可算得1u相当于931.5MeV的能量，则核能 E=m931.5MeV，E的单位是“MeV”.（1 eV=1.6010-19 J）（2012太原模拟）下列说法中错误的是（）A卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程：B原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损 C质子、中子、粒子的质量分别为m1、m2、m3，质
10、子和中子结合成一个 粒子，释放的能量是（2m12m2m3）c2 D在原子核反应中，反应前后质子数、中子数、电子数都是守恒的 1441717281NHeOH【解析】选B、D.卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为 故A正确.质量亏损就是在核反应中，反应 前所有核及粒子的质量之和与反应后新核及粒子的质量之和的 差，故B错.质子和中子结合成一个粒子的核反应方程为：因此，质量亏损为2m12m2m3，释放的核能 为（2m12m2m3）c2，故C正确.由于核反应遵守质量数和核电 荷数守恒，不涉及电子守恒问题，故D错.1441717281NHeOH，1141022 H2 nHe，核反应方程式的书写【例证1】（
11、2011北京高考）表示放射性元素碘 衰变的方程是（）A.B.C.D.【解题指南】解答本题时应把握以下两点：（1）在原子核衰变过程中，质量数守恒，电荷数守恒.（2）射线是原子核放出的高速电子流.13153131I（）131127453512ISbHe131131053541IXee131130153530IIn131130153521ITeH【自主解答】选B.碘 原子核内一个中子放出一个电子，变 成一个质子，质量数没有发生变化，核电荷数增加1，所以生成 54号元素 放出一个电子.故A、C、D错，B正确.【总结提升】核反应方程式的书写（1）书写核反应方程的依据是质量数守恒和电荷数守恒.（2）必须以
12、核反应的事实为依据，不能仅仅根据两个守恒随意杜撰现实中不存在的核反应方程.（3）核反应通常是不可逆的，方程中只能用箭头“”连接并指示反应方向，而不能用“=”连接.13153I（）13154Xe，半衰期的有关计算 【例证2】（2011天津高考）（8分）当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子.碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程.若碳11的半衰期 为20 min，经2.0 h剩余碳11的质量占原来的百分之几？（结果取2位有效数字）【解题指南】写核反应方程时应注意质量
13、数守恒和核电荷数守恒，并注意理解半衰期的含义.【规范解答】核反应方程为：（4分）设碳11原有质量为m0，经过t1=2.0 h剩余的质量为m，根据半 衰期定义有 （4分）答案：1.6%1411147162NHC He1t120200m11()()1.6%m221411147162NHC He【总结提升】涉及半衰期计算的规范求解 1一般解题步骤（1）确定放射性物质剩余量与原有量的关系.（2）确定衰变时间与半衰期的倍数关系.（3）根据半衰期公式 建立方程.t/t/11NN mm 22剩原剩原（）或（）2应注意的问题（1）半衰期公式中是剩余量与原有量的关系，不是衰变量与原有量的关系.（2）计算时衰变时
14、间与半衰期要统一单位.核反应中释放核能的计算【例证3】（2012赣州模拟）随着我国综合国力的不断增强，相信在不远的将来，我国会拥有自己制造的航空母舰假设航 空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是 （）（1）在括号内填写 前的系数；（2）用m1、m2、m3分别表示 核的质量，m表示中 子的质量，则上述反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能 E是多少？2351144899205636UnBaKr10n10n23514489925636UBaKr、（3）假设核反应堆的功率P6.0105kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.81011 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少k
15、g铀235？（铀235的摩尔质量M0.235 kg/mol，一个月约为t2.6106 s，阿伏加德罗常数NA6.01023 mol1，计算结果保留两位有效数字）【解题指南】解答本题时应把握以下三点：（1）能正确地写出核反应方程式.（2）能建立铀核的质量、摩尔质量及原子核个数的关系.（3）注意能量的单位是J还是MeV.【自主解答】（1）根据核反应方程中电荷数守恒和质量守恒，可知中子 的系数为3.（2）核反应前的质量为m1+m，反应后的质量为m2+m3+3m，质量 亏损为：m=（m1+m）-（m2+m3+3m）=m1-m2-m3-2m 根据爱因斯坦质能方程得：E=mc2（m1m2m32m）c2 1
16、0n（3）一个月内核反应产生的总能量为EPt，由于 则 解得：答案：（1）3 （2）（m1m2m32m）c2 （3）22 kg AmENEM，AmPtNEM，APtMm22 kgNE【总结提升】解答本题的关键有两个方面，一个是能根据质量数守恒和电荷数守恒，正确地写出核反应方程式；另一个是能根据铀核的质量求出铀核的原子个数，建立核反应堆功率与铀核释放能量的关系式.在解答本题时易犯错误具体分析如下：常见错误 错误原因 把铀核裂变产生的核能表示为 E（m1m2m32m）931.5 MeV 题目中未告诉m1、m2、m3的单位，认为m1、m2、m3的单位可以是u.最后解答数值错误 不能正确地建立铀核质量
17、、摩尔质量、铀核个数的关系，单位换算出现错误.考查内容考查查德威克发现中子的实验【例证】（2012崇明模拟）如图为查德威克实验示意图，由天然放射性元素钋（Po）放出的 射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时会打出粒子流B，经研究知道（）AA为中子，B为质子 BA为质子，B为中子 CA为 射线，B为中子 DA为中子，B为 射线【规范解答】选A.查德威克发现中子的实验是用由Po产生的射线轰击铍，从铍中打出中子，中子再轰击石蜡，打出了质子，因此B、C、D错，A正确.1.（2011上海高考）天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知（）A来自于原子核外的电子 B的电离
18、作用最强，是一种电磁波 C的电离作用较强，是一种电磁波 D的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子【解析】选D.从穿透能力上看，能穿透铝板进入铅版，必然是射线，射线是原子核内发出的高频光子，属于电磁波，电离作用弱，故C错，D正确.能穿透纸板进入铝板，必然是射线，是原子核内发射出的电子流，故A错.纸板能够挡住，则是射线，它的电离作用最强，但它是氦的原子核，不是电磁波，故B错.2.（2012大连模拟）“朝核危机”引起全球瞩目，其焦点就 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核武器的钚239（），这种钚 239可由铀239（）经过n次 衰变而产生，则n为（）A2
19、 B239 C145 D92 【解析】选A.经过1次衰变核电荷数增加1，故n=2，则A正确.23994Pu23992U31938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡（Ba）、氪（Kr）、中子和一些 射线.下列关于这个实验的说法正确的是（）A.这个实验的核反应方程是 B.实验中产生 射线，其穿透能力极强，比X射线还强很多倍 C.这个反应中释放出的能量可以用爱因斯坦的光电效应方程来计算 D.这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和 235114489192056360UnBaKrn【解析】选B.哈恩和他的助手发现的铀核裂变的核反应方程 是：A选项没有配平，故A错.实验中
20、产生射线是高频电磁波，其穿透能力极强，比X射线强多了，故B正确.铀核裂变释放的能量可由爱因斯坦质能方程求出，故C 错.这个裂变反应会出现质量亏损，故D错.235114489192056360UnBaKr3 n，4（2011海南高考）2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故.在泄漏的污染物中含有131I和137Cs两种放射性元素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射.在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs衰变过程，它们分别是 和 （填入正确选项前的字母）.131I和137Cs原子核中的中子数分别是_和_.A.B.C.D.【解析】根据衰变过程电荷数守
21、恒、质量数守恒，可知X1是 是 是 是 所以能分别反映 的衰变过程的是B、C.原子核中的中子数是131 53=78，原子核中的中子数是13755=82.答案：B C 78 82 13711560XBan13102541XXee13703561XBae13114541XXep138562BaX，131533IX，137554CsX，13255Cs，1311375355I Cs、13153I13755Cs5.（2012珠海模拟）（1）已知能使某金属产生光电效应的极限频率为 0.当用频率为2 0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为 当照射光的频率继续增大时，则逸出功 （填“增大”、“减
22、小”或“不变”）（2）如图所示，一个有界的匀强磁场，磁感应强度B0.50 T,磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界在距磁场左边 界MN的1.0 m处有一个放射源A，内装放射物质 （镭），发生 衰变生成新核Rn（氡）放在MN左侧的粒子接收器接收到垂直于边界MN方向射出的 粒子，此时接收器位置距直线OA的距离为1.0 m.22688Ra22688Ra试写出Ra的衰变方程；求衰变后Rn（氡）核的速率（质子、中子的质量为1.6 1027kg，电子电量e1.61019 C）【解析】（1）由光电效应方程，光电子的最大初动能为Ek=h20-h0=h0，金属的逸出功与入射光的频率无关，所以逸出功保持不变.（2）对粒子 由动量守恒得0mvMv 4.5105 m/s.答案：（1）h0 不变 （2）4.5105 m/s 226222488862RaRnHe.2vqBRqv Bm,vRm1927mqBR2 1.6 101.0 0.5vv m/sMM222 1.6 10226222488862RaRnHe
