第2講

放射性元素的衰變核能知識點1原子核的組成、放射性放射性同位素射線的危害和防護Ⅰ1.天然放射現象元素自發地放出射線的現象，首先由貝可勒爾發現。天然放射現象的發現，說明_______具有復雜的結構。2.放射性和放射性元素物質發射某種看不見的射線的性質叫_______。具有放射性的元素叫_______元素。原子核放射性放射性3.三種射線放射性元素放射出的射線共有三種，分別是_______、β射線、γ射線。4.三種射線的比較α射線射線名稱比較項目α射線β射線γ射線組成高速氦核流___________光子流（高頻電磁波）帶電量___-e0高速電子流2e射線名稱比較項目α射線β射線γ射線質量4mp靜止質量為零符號_____γ速度可達0.1c可達0.99c__垂直進入電場或磁場的偏轉情況偏轉偏轉_______貫穿本領最弱較強_____對空氣的電離作用很強較弱_____c不偏轉最強很弱5.原子核的組成（1）原子核由_____和_____組成，_____和_____統稱為核子。_____帶正電，_____不帶電。（2）基本關系：①核電荷數=質子數（Z）=元素的原子序數=___________②質量數（A）=_______=質子數+中子數（3）X元素的原子核的符號為其中A表示_______，Z表示核電荷數。質子中子質子中子質子中子核外電子數核子數質量數6.放射性同位素的應用與防護（1）放射性同位素：有_____放射性同位素和_____放射性同位素兩類，放射性同位素的化學性質相同。（2）應用：消除靜電、工業探傷、作_________等。（3）防護：防止放射性對人體組織的傷害。天然人工示蹤原子知識點2原子核的衰變、半衰期Ⅰ1.原子核的衰變（1）原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種_______的變化稱為原子核的衰變。（2）分類:α衰變：____β衰變：____γ衰變：當放射性物質連續發生衰變時，原子核中有的發生α衰變，有的發生β衰變，同時伴隨著γ輻射。原子核（3）兩個重要的衰變：2.半衰期（1）定義：放射性元素的原子核有_____發生衰變所需的時間。（2）影響因素:放射性元素衰變的快慢是由原子核內部因素決定的,跟原子所處的物理狀態(如溫度、壓強)或化學狀態(如單質、化合物)無關。半數知識點3核力結合能、質量虧損Ⅰ1.核力（1）定義：原子核內部，核子間所特有的相互作用力。（2）特點：①核力是強相互作用的一種表現；②核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15m之內；③每個核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用。2.結合能核子結合為原子核時_____的能量或原子核分解為核子時_____的能量，叫做原子核的結合能，亦稱核能。釋放吸收3.比結合能（1）定義：原子核的結合能與核子數之比，稱做比結合能，也叫平均結合能。（2）特點：不同原子核的比結合能不同，原子核的比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定。4.質能方程、質量虧損愛因斯坦質能方程E=___，原子核的質量必然比組成它的核子的質量和要小Δm,這就是質量虧損。由質量虧損可求出釋放的核能ΔE=______。mc2Δmc2知識點4裂變反應和聚變反應、裂變反應堆核反應方程Ⅰ1.重核裂變（1）定義:質量數較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質量數較小的原子核的過程。（2）特點①裂變過程中能夠放出巨大的能量;②裂變的同時能夠放出2～3(或更多)個中子;③裂變的產物不是唯一的。對于鈾核裂變有二分裂、三分裂和四分裂形式,但三分裂和四分裂概率比較小。（3）典型的裂變反應方程:（4）鏈式反應：由重核裂變產生的_____使裂變反應一代接一代繼續下去的過程。（5）臨界體積和臨界質量：裂變物質能夠發生_________的最小體積及其相應的質量。（6）裂變的應用：_______、核反應堆。（7）反應堆構造：核燃料、減速劑、_____、防護層。中子鏈式反應原子彈鎘棒2.輕核聚變（1）定義：兩輕核結合成_________的核的反應過程。輕核聚變反應必須在高溫下進行，因此又叫_________。（2）特點:①聚變過程放出大量的能量,平均每個核子放出的能量,比裂變反應中每個核子放出的能量大3至4倍。②聚變反應比裂變反應更劇烈。質量較大熱核反應③對環境污染較少。④自然界中聚變反應原料豐富。（3）典型的聚變反應方程:3.核反應的四種類型類型可控性核反應方程典例衰變α衰變自發β衰變自發人工轉變人工控制(盧瑟福發現質子)(查德威克發現中子)類型可控性核反應方程典例人工轉變人工控制（約里奧—居里夫婦發現放射性同位素及正電子）重核裂變比較容易進行人工控制輕核聚變除氫彈外無法控制【思考辨析】

（1）天然放射現象的發現揭示了原子核還可再分。()（2）β射線是光子流。()（3）原子核是由質子和電子組成的。()（4）人造放射性同位素被廣泛地應用。()（5）發生β衰變時，新核的核電荷數不變。()（6）核力是弱相互作用，作用力很小。()分析：天然放射現象表明原子核并非絕對穩定，也可以變化，即原子核是有結構的，（1）對。β射線本質是高速運動的電子流，（2）錯。原子核是由質子和中子組成的，（3）錯。與天然放射性物質相比，人造放射性同位素的放射強度容易控制，還可以制成各種所需的形狀。它的半衰期比天然放射性物質短得多，廢料易處理，所以被廣泛地應用，（4）對。發生β衰變時，新核的核電荷數增加1，（5）錯。核力是強相互作用的一種表現，它的作用范圍在1.5×10-15m之內，核力比庫侖力大得多，（6）錯。考點1原子核的衰變半衰期【考點解讀】1.α衰變、β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變方程衰變實質2個質子和2個中子結合成一個整體射出1個中子轉化為1個質子和1個電子深化理解衰變類型α衰變β衰變勻強磁場中軌跡形狀衰變規律電荷數守恒、質量數守恒、動量守恒2.半衰期（1）半衰期的計算根據半衰期的概念,可總結出公式。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數和質量，N余、m余表示衰變后尚未發生衰變的放射性元素的原子數和質量，t表示衰變時間，τ表示半衰期。（2）半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰變速率一定，不同的放射性元素半衰期不同，有的差別很大。（3）適用條件：半衰期是一個統計規律，是對大量的原子核衰變規律的總結，對于一個特定的原子核，無法確定何時發生衰變。【典例透析1】(釷)經過一系列α衰變和β衰變,變成(鉛)。以下說法不正確的是()A.鉛核比釷核少8個質子B.鉛核比釷核少16個中子C.共經過4次α衰變和6次β衰變D.共經過6次α衰變和4次β衰變【解題探究】衰變滿足的兩個守恒規律：（1）___________。（2）___________。電荷數守恒質量數守恒【解析】選C。設α衰變次數為x,β衰變次數為y,由質量數守恒和電荷數守恒得232=208+4x，90=82+2x-y,解得x=6,y=4,C錯D對。鉛核、釷核的質子數分別為82、90,故A對。鉛核、釷核的中子數分別為126、142,故B對。【總結提升】衰變次數的確定方法方法一：確定衰變次數的方法是依據兩個守恒規律，設放射性元素經過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩定的新元素則表示該核反應的方程為：根據質量數守恒和電荷數守恒可列方程A=A′+4nZ=Z′+2n-m由以上兩式聯立解得由此可見確定衰變次數可歸結為求解一個二元一次方程組。方法二：因為β衰變對質量數無影響，可先由質量數的改變確定α衰變的次數，然后再根據衰變規律確定β衰變的次數。【變式訓練】(2013·上海高考)在一個原子核衰變為一個原子核的過程中，發生β衰變的次數為()A.6次B.10次C.22次D.32次【解析】選A。一個原子核衰變為一個原子核的過程中，發生α衰變的次數為(238-206)÷4=8次，發生β衰變的次數為2×8-(92-82)=6次，選項A正確。

考點2核反應類型與核反應方程【考點解讀】（1）核反應的四種類型：衰變、人工轉變、裂變和聚變。（2）核反應過程一般都是不可逆的，所以核反應方程只能用單向箭頭連接并表示反應方向，不能用等號連接。（3）核反應的生成物一定要以實驗為基礎，不能憑空只依據兩個守恒規律杜撰出生成物來寫核反應方程。深化理解（4）核反應遵循質量數守恒而不是質量守恒，核反應過程中反應前后的總質量一般會發生變化。（5）核反應遵循電荷數守恒。【典例透析2】關于核衰變和核反應的類型，下列表述正確的有()A.是α衰變B.是β衰變C.是人工轉變D.是重核裂變【解題探究】核反應的四種類型的特點是（1）衰變：____________________________________________________。（2）人工轉變：_____________________________________。（3）重核裂變：______________________________________________。（4）輕核聚變：_________________________________。一個原子核自發放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核重核在中子的轟擊下分裂成兩個中等質量核的過程兩個輕核聚合成質量較大的核的過程【解析】選A。衰變是原子核自發地放出α或β粒子的核反應，衰變方程的特點是箭頭的左邊只有一個原子核，箭頭的右邊出現α或β粒子；聚變反應的特點是箭頭的左邊是兩個輕核，箭頭的右邊是較大質量的原子核；裂變方程的特點是箭頭的左邊是重核與中子反應，箭頭右邊是中等質量的原子核。人工轉變方程的特點是箭頭的左邊是氦核與常見元素的原子核,箭頭的右邊也是常見元素的原子核。綜上所述，A正確。【總結提升】核反應方程的書寫方法（1）熟記常見基本粒子的符號是正確書寫核反應方程的基礎。如質子（）、中子（）、α粒子（）、β粒子（）、正電子（）、氘核（）、氚核（）等。（2）掌握核反應方程遵守的規律是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據，所以要理解并應用好質量數守恒和電荷數守恒的規律。（3）熟悉核反應的四種基本類型，可以幫助我們理清思路，很快寫出正確的核反應方程。【變式訓練】(2014·廈門模擬)放射性衰變有多種途徑，其中一種途徑是先衰變成而可以經一次衰變變成(X代表某種元素)，也可以經一次衰變變成最后都衰變成衰變路徑如圖所示，則可知圖中()A.過程①是β衰變，過程③是α衰變；過程②是α衰變，過程④是β衰變B.過程①是β衰變，過程③是α衰變；過程②是β衰變，過程④是α衰變C.過程①是α衰變，過程③是β衰變；過程②是α衰變，過程④是β衰變D.過程①是α衰變，過程③是β衰變；過程②是β衰變，過程④是α衰變【解析】選A。過程①質量數不變，是β衰變，a=84，過程③質量數減少4，核電荷數減少2，是α衰變，過程②核電荷數減少2，是α衰變，b=206，過程④是β衰變，故選A。1.14C測年法是利用14C衰變規律對古生物進行年代測定的方法，若以橫坐標t表示時間，縱坐標m表示任意時刻14C的質量，m0為t=0時14C的質量。下面四幅圖中能正確反映14C衰變規律的是()【解析】選C。由公式m=m0·并結合數學知識可知C正確。2.（2012·海南高考改編）一靜止的核經α衰變成為核，釋放出的總動能為4.27MeV。問此衰變后核的動能為()A.4.0MeVB.0.27MeVC.0.07MeVD.4.2MeV【解析】選C。據題意知,此α衰變的衰變方程為根據動量守恒定律得mαvα=mThvTh①式中,mα和mTh分別為α粒子和Th核的質量,vα和vTh分別為α粒子和Th核的速度的大小,由題設條件知②③式中Ek=4.27MeV是α粒子與Th核的總動能。由①②③式得④代入數據得,衰變后核的動能3.(2013·大綱版全國卷)放射性元素經α衰變成為釙半衰期約為3.8天；但勘測表明，經過漫長的地質年代后，目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素的礦石，其原因是()A.目前地殼中的主要來自于其他放射性元素的衰變B.在地球形成的初期，地殼中元素的含量足夠高C.當衰變產物積累到一定量以后，的增加會減慢的衰變進程D.主要存在于地球深處的礦石中，溫度和壓力改變了它的半衰期【解析】選A。元素半衰期的長短由原子核自身因素決定，一般與原子所處的物理、化學狀態以及周圍環境、溫度無關，C、D錯；即使元素氡的含量足夠高，經過漫長的地質年代，地殼中也幾乎沒有氡了，一定是來自于其他放射性元素的衰變，故A對，B錯。4.天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實驗結果如圖所示,由此可推知()A.②來自于原子核外的電子B.①的電離作用最強,是一種電磁波C.③的電離作用較強,是一種電磁波D.③的電離作用最弱,屬于原子核內釋放的光子【解析】選D。從穿透能力上看,③能穿透鋁板進入鉛板,③必然是γ射線,γ射線是原子核內發出的高頻光子,屬于電磁波,電離作用弱,故D正確,C錯誤;②能穿透紙板進入鋁板,②必然是β射線,是原子核內發射出的電子流,A錯誤;紙板能夠擋住①,則①是α射線,它的電離作用最強,但它是氦原子核,不是電磁波,B錯誤。5.(2012·上海高考)在軋制鋼板時需要動態地監測鋼板厚度,其檢測裝置由放射源、探測器等構成,如圖所示。該裝置中探測器接收到的是()A.X射線 B.α射線C.β射線 D.γ射線【解析】選D。放射源發出的只有α、β、γ三種射線,故選項A錯誤。在α、β、γ三種射線中,只有γ射線能穿透鋼板,故選項B、C錯誤,D正確。6.某放射性元素經過11.4天有的原子核發生了衰變，該元素的半衰期為()A.11.4天B.7.6天C.5.7天D.3.8天【解析】選D。由可知可知τ=3.8天，選項D正確。7.若干放在天平左盤上，右盤放420g砝碼，天平平衡。當Bi發生α衰變經過一個半衰期，欲使天平平衡，應從右盤中取出砝碼的質量為()A.210gB.105gC.4gD.2g【解析】選C。原有的2mol經過一個半衰期后，有1mol鉍發生衰變生成1mol新的原子核這種新元素的摩爾質量為206g。此時左盤中還有210g未發生衰變的，所以左盤中的總質量為416g，應從右盤取走砝碼4g。8.(2013·海南高考改編)原子核具有天然放射性,它經過若干次α衰變和β衰變后會變成新的原子核。下列原子核中,哪種是衰變過程中不能產生的,它是()【解析】選B。發