1、原子核,【知識(shí)要點(diǎn)】,一、天然放射現(xiàn)象 二、原子核的人工轉(zhuǎn)變、原子核的組成 三、原子核能,1、天然放射現(xiàn)象原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu),1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾U和含鈾的礦物能發(fā)射某種看不見(jiàn)的射線，這種射線可以穿透黑紙使照像底片感光,發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象。像這樣物質(zhì)自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象叫天然放射現(xiàn)象。物質(zhì)的這種性質(zhì)叫天然放射性，具有放射性的元素，叫放射性元素。后來(lái)居里夫婦又發(fā)現(xiàn)兩種放射性更強(qiáng)的新元素，叫做釙Po和鐳Ra。,2、三種射線,(1)射線：本質(zhì)是氦原子核流，符號(hào)是 ，帶電量為+2e，質(zhì)量為4u(1u=1.6610-27千克)，貫穿本領(lǐng)最弱，電離本領(lǐng)最強(qiáng)。 (2)射線：本質(zhì)是電子流，符號(hào)是 ，帶電量為

2、-e(1e=1.910-19庫(kù)侖)，質(zhì)量為 ，貫穿本領(lǐng)較強(qiáng)，電離本領(lǐng)較強(qiáng)。 (3)射線：本質(zhì)是高能光子流，符號(hào)是，不帶電，靜止質(zhì)量為零，貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)，電離本領(lǐng)最弱。,3、放射性元素的衰變?cè)雍擞捎诜懦瞿撤N粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ儭Ｔ谒プ冎须姾蓴?shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。,（1）衰變：原子核放出一個(gè)粒子，原子序數(shù)（核電荷數(shù)）就比原來(lái)少2，而質(zhì)量數(shù)少4。 例如 寫(xiě)成一般式為,（2）衰變：原子核放出一個(gè)粒子，原子序數(shù) （核電荷數(shù)）就比原來(lái)多1，而質(zhì)量數(shù)不變。 例如 寫(xiě)成一般式為,4、半衰期半衰期是放射性元素的大量原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間。,如果用M0表示原耒的原子的總重量，Mt表示t時(shí)刻還

3、未變的原子的總質(zhì)量，那么,每一種放射性元素都有一定的半衰期，不同的放射性元素，半衰期不同。放射性元素半衰期的長(zhǎng)短是由原子核的內(nèi)部因素決定的，它不受外部因素的影響。例如溫度的高低，物態(tài)的變化，化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化等等，都不能改變它的半衰期。衰變公式，如果用N0表示原耒的原子核數(shù)，Nt表示t時(shí)刻還未衰變的原子核數(shù)，T表示半衰期，那么,二、原子核的人工轉(zhuǎn)變、原子核的組成1、質(zhì)子的發(fā)現(xiàn),1919年盧瑟福做了用粒子轟擊氮原子核的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明粒子擊中氮核后產(chǎn)生了新的粒子。后來(lái)測(cè)出了這種粒子的質(zhì)量和電量，確定它就是氫原子核，又叫做質(zhì) 子，通常用 或 表示。質(zhì)子發(fā)現(xiàn)的核反應(yīng)方程是,質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)表明，可以用人工的

4、方法實(shí)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變；還表明，質(zhì)子是原子核的組成部分。,2、中子的發(fā)現(xiàn),1930年發(fā)現(xiàn)用射線轟擊鈹時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種看不見(jiàn)的貫穿能力很強(qiáng)的不帶粒子。1932年用這種射線轟擊石蠟時(shí)，竟能從石蠟中打出質(zhì)子，如圖所示。,查德威克經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究，證明放射性元素釙放出的射線轟擊鈹時(shí)發(fā)出的貫穿力極強(qiáng)的射線，不是射線，而是一種質(zhì)量差不多與質(zhì)子相等的不帶電粒子，即中子。中子的質(zhì)量數(shù)是1，電荷數(shù)是零，用 表示。發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是,實(shí)驗(yàn)證明，從許多原子核里都能打出中子來(lái)，可見(jiàn)中子也是原子核的組成部分。,3、原子核的組成,原子核是由質(zhì)子和中子組成的。質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。原子核的電荷數(shù)等于它的質(zhì)子數(shù)；原子核的質(zhì)量數(shù)就

5、等于它的核子數(shù)，即質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的和。 不論是原子核的衰變還是原子核的人工轉(zhuǎn)變，統(tǒng)稱為核反應(yīng)。在核反應(yīng)的過(guò)程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。 但是核反應(yīng)中反應(yīng)前后質(zhì)量不守恒，方程不寫(xiě)等號(hào)。,4、放射性同位素 同位素，具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的原子互稱同位素。,（1）人工放射同位素的發(fā)現(xiàn) 1934年小居里夫婦用粒子轟擊鋁核，發(fā)生了下面的核反應(yīng)， 核反應(yīng)生成物 是磷的一種同位素它具有放射性，衰變時(shí)放出正電子，下面是它的反應(yīng)方程 這是用人工方法得到的放射性同位素。,（2）放射性同位素的應(yīng)用：,利用它的射線探傷、消除靜電、育種、消毒、防腐等。 做為示蹤原子：把放射性同位素的原子攙到其它物質(zhì)中去，讓它們一

6、起運(yùn)動(dòng)、遷移，再利用放射性探測(cè)儀器進(jìn)行追蹤，就可以知道放射性原子通過(guò)什么路徑，運(yùn)動(dòng)到哪里了，怎樣分布的，從而可以了解某些不容易察明的情況或規(guī)律。我們把這種用途的放射性同位素叫示蹤原子。,三、原子核能1、原子核的結(jié)合能,（1）核力：原子核內(nèi)的核子間有一種很強(qiáng)的力把它們結(jié)合在一起，這種力稱為核力。核力是強(qiáng)作用力。它與電荷無(wú)關(guān)，質(zhì)子與質(zhì)子、質(zhì)子與中子、中子與中子間都存在核力作用。它是短程力，只在2.010-15 米距離內(nèi)起作用，即使在半徑很小的原子核內(nèi)，每個(gè)核子也只跟與它相鄰的核子間才有核力的作用。 （2）結(jié)合能：核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出一定的能量；原子核分解成核子時(shí)，要吸收同樣多的能量。這個(gè)能量叫

7、做原子核的結(jié)合能。,（3）愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程：,這個(gè)方程是愛(ài)因斯坦從相對(duì)論得出的，它表明物體的質(zhì)量與它的能量間有一定的聯(lián)系。當(dāng)物體的能量增加（或減少）E時(shí)，它的質(zhì)量也會(huì)相應(yīng)地增加(或減少)m，二者滿足的關(guān)系是E=mc2，式中c表示光在真空中的傳播速度。,（,在使用該公式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算時(shí)，要注意單位的統(tǒng)一，見(jiàn)下表。,（4）質(zhì)量虧損：核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出結(jié)合能，原子核的能量要比組成核的核子未組合成核時(shí)的能量小，所以原子核的質(zhì)量也要比組成核的核子的質(zhì)量小。我們把組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差叫做核的質(zhì)量虧損。如果知道核的質(zhì)量虧損，根據(jù)質(zhì)能方程就可以求出原子核的結(jié)合能。 （5）平均結(jié)合能：用

8、核子數(shù)去除核的結(jié)合能，就得到每個(gè)核子的平均結(jié)合能。平均結(jié)合能是核子結(jié)合成原子核時(shí)每個(gè)核子平均放出的能量，也是把原子核分解成核子時(shí)每個(gè)核子平均吸收的能量。平均結(jié)合能越大，原子核就越難拆開(kāi)。可見(jiàn)平均結(jié)合能的大小能夠反映核的穩(wěn)定程度。,如圖所示為核子的平均結(jié)合能隨原子核的質(zhì)量數(shù)變化規(guī)律的圖象。從圖中可以看出，質(zhì)量數(shù)較小的輕核和質(zhì)量數(shù)較大的重核，平均結(jié)合能都比較小。中等質(zhì)量數(shù)的原子核平均結(jié)合能大。,2、重核的裂變 重核的核子平均結(jié)合能比中等質(zhì)量的核的核子平均結(jié)合能小。因此，重核分裂成中等質(zhì)量的核時(shí)，會(huì)有一部分結(jié)合能釋放出來(lái)。這種核反應(yīng)叫做裂變。,（1）鈾核的裂變的核反應(yīng)方程,裂變后：,反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量減

9、少m=0.2153u，反應(yīng)中釋放的能量,（2）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：,鈾核裂變時(shí)，同時(shí)放出23個(gè)中子，如果這些中子再引起其它鈾核裂變，就可使裂變反應(yīng)不斷地進(jìn)行下去。這種反應(yīng)叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。 鈾塊的體積對(duì)于產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)也是重要因素。能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體積叫做它的臨界體積。對(duì)于鈾塊如果超過(guò)了臨界體積，就會(huì)引起鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，發(fā)生猛烈的爆炸。,（3）核反應(yīng)堆：,它是人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置，主要的構(gòu)成有做為核燃料的濃縮鈾，做為中子減速濟(jì)的石墨，起控制作用的鎘棒，起冷卻和輸出勢(shì)能作用的液體金屬鈉或水，以及防止射線對(duì)人體的危害而修建的水泥防護(hù)層。,3、輕核聚變,輕核的結(jié)合能更小，某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核時(shí)，

10、能釋放出更多的結(jié)合能。輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的重核叫聚變。 輕核聚變的核反應(yīng)方程,使核發(fā)生聚變；必須使它們接邁到10-15米，也就是接近到核力能夠發(fā)生做用的范圍。由于原子核都帶正電，要使它們接近到這種程度，必須克服電荷之間的很大斥力作用，這就要使核具有很大的動(dòng)能。只有在幾百萬(wàn)度的高溫以上，原子核才有足夠的動(dòng)能克服相互間的庫(kù)侖斥力，在碰撞中接近到可以發(fā)生聚變的程度。所以這種輕核聚變的反應(yīng)又叫做熱核反應(yīng)。 和平利用核能則要求人們要實(shí)現(xiàn)可控?zé)岷朔磻?yīng)，即用人工的方法，有控制地使氘核發(fā)生聚變反應(yīng)，緩慢而穩(wěn)定地釋放能量。,【典型例題】,例1： (釷 ) 經(jīng)過(guò)一系列和衰變，成為 (鉛 )，下列說(shuō)法正確的是 A鉛

11、核比釷核少8個(gè)質(zhì)子 B、鉛核比釷核少16個(gè)中子 C、共經(jīng)過(guò)4次衰變和6次衰變 D、共經(jīng)過(guò)6次衰變和4次衰變,分析：因?yàn)楹?中的Z是核的電荷數(shù)，實(shí)際上Z等于核中的質(zhì)子數(shù)，M是核的質(zhì)量數(shù)，實(shí)際上M等于核中的核子(即質(zhì)中和中子)數(shù)。在知道兩個(gè)核的質(zhì)子數(shù)之差后，可以用核子數(shù)差減于質(zhì)子數(shù)差，就是中子數(shù)差。所以從 和 可知，鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子，鉛核比釷核少 (232-208)-(90-82)=16個(gè)中子,判斷衰變和衰變的次數(shù)有兩種方法。 方法（1）設(shè)發(fā)生衰變的次數(shù)為x，發(fā)生衰變的次數(shù)為y。根據(jù)在衰變過(guò)程中電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，所以,方法（2）考慮到衰變會(huì)引起核的質(zhì)量數(shù)發(fā)生變化，而衰變不會(huì)引起核的質(zhì)量數(shù)

12、發(fā)生變化。因此可以根據(jù)釷和鉛的質(zhì)量數(shù)的變化判斷衰變的次數(shù)是6。6次衰變應(yīng)使核電荷數(shù)減少12，但上述兩核的電荷數(shù)只減少8，說(shuō)明上述核衰變時(shí)，有(12-8)=4次衰變。 答：選項(xiàng)A、B、D正確。,解得x=6，y=4。,例2：若元素A的半衰期為4天，元素B的半衰期為5天，則相同質(zhì)量的A和B，經(jīng)過(guò)20天后，剩下的質(zhì)量之比，即mA ：mB 是 A、3031 B、3130 C、12 D、21,分析：放射性元素每經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期T，其質(zhì)量就衰變成原耒的1/2 ，經(jīng)過(guò)了N個(gè)半衰期，余下的質(zhì)量就是原耒質(zhì)量的 。根據(jù)半衰期的這個(gè)定義，針對(duì)本題意 列方程求解。 解：因?yàn)門A=4天，TB=5天，t=20天。原耒A和B的

13、質(zhì)量相等，用m表示，則,答：選項(xiàng)C正確。,例3：一個(gè)鈾衰變?yōu)殁Q核時(shí)釋放出一個(gè)粒子，已知鈾核的質(zhì)量為 千克，釷核的質(zhì)量 為 千克，粒子的質(zhì)量為 千克，在這個(gè)衰變過(guò)種中釋放出的能量等于_ J （取2位有效數(shù)字）。寫(xiě)出此衰變方程_。,分析：原子核發(fā)生變化時(shí)如果質(zhì)量減小（減小的質(zhì)量稱為質(zhì)量虧損）m，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程 ，可以算出核變釋放的能量E。,說(shuō)明：本題沒(méi)給出鈾核的質(zhì)量數(shù)，所以用M表示鈾核的質(zhì)量數(shù)，這樣釷核的質(zhì)量數(shù)為M-4。 另外衰變釋放的能表現(xiàn)為粒子的動(dòng)能E和釷核反沖運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能ETh，由于衰變過(guò)程動(dòng)量守恒，則,答:衰變過(guò)程中釋放出的能量等于 這個(gè)衰變的方程為：,這里的M是衰變前核的質(zhì)量數(shù)。因?yàn)?/p>

14、M4，所以E接質(zhì)E。,由于能量守恒，則 解這兩個(gè)方程可得粒子的動(dòng)能,【反饋練習(xí)】,1、某放射性元素的原子核發(fā)生2次衰變和6次衰變，關(guān)于它的原子核的變化，下列說(shuō)法中正確的是 A、中子數(shù)減少8 B、質(zhì)子數(shù)減少2 C、質(zhì)子數(shù)增加2 D、核子數(shù)減少10,答案:C,2、放射性元素的半衰期決定于 A放射性元素質(zhì)量的多少 B、放射性元素所處的物理狀態(tài) C、放射性元素外界的化學(xué)條件 D、由核本身內(nèi)部因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān),答案:D,3、放射性無(wú)素 經(jīng)過(guò)2h后有半數(shù)原子核發(fā)生了衰變，若再經(jīng)過(guò)2h未衰變?cè)雍说臄?shù)目將是最初的,答案:B,4、天然放射性現(xiàn)象中 發(fā)生衰變后變 成 。已知 、 和粒子的

15、質(zhì) 量分別是m1、m2和m3，它們之間應(yīng)滿足,答案:B,5、太陽(yáng)輻射能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的 A、化學(xué)反應(yīng) B、放射性衰變 C、裂變反應(yīng) D、熱核反應(yīng),答案:D,6、以下幾個(gè)原子核反應(yīng)式中，X代表粒子的反應(yīng)式是,答案:C,7、用中子轟擊硼( )核發(fā)生的核反應(yīng)是： 其中的X粒子應(yīng)是 A、粒子 B、粒子 C、質(zhì)子 D、中子,答案:A,8、鈾235的原子核符號(hào)常寫(xiě)成 ，由此可知 A鈾235的原子核中有質(zhì)子92個(gè) B、鈾235的原子核中有電子92個(gè) C、鈾235的原子核中有中子235個(gè) D、鈾235的原子核中有中子143個(gè),答案:AD,9、關(guān)于原子核的能，下面說(shuō)法正確的是 A只指原子核分解為核子時(shí)放出的

16、能量 B、只指核子結(jié)合為原子核時(shí)需要供給的能量 C、核子結(jié)合成原子核時(shí)吸收的能量或原子核分解為核子時(shí)放出的能量 D、核子結(jié)合成原子核時(shí)放出的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量,答案:D,10、在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一原來(lái)靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運(yùn)動(dòng)軌跡分別如圖中的a、b所示，由圖可以判定 A該核發(fā)生的是衰變 B、該核發(fā)生的是衰變 C、磁場(chǎng)方向一定垂直紙面向里 D、磁場(chǎng)方向向里還是向外不能判定,答案:BD,【課后練習(xí)】一、填空題,1鈾核 經(jīng)過(guò)_次衰變和_次衰變后變成穩(wěn)定的鉛,2、放射性元素 經(jīng)過(guò)2h，只剩1/2的核沒(méi)有衰變?cè)俳?jīng)過(guò)_h，將只剩下1/8的核沒(méi)有衰變。,

17、答案: 6,答案: 8；6,3、在中子、質(zhì)子、電子、正電子和粒子中選出一個(gè)適當(dāng)?shù)牧Ｗ樱謩e填在下列核反應(yīng)式的橫線上：,答案:,4、一個(gè)鈾核衰變?yōu)殁Q核時(shí)釋放出一個(gè)粒子。 已知:鈾核的質(zhì)量為 粒子的質(zhì)量為 釷核的質(zhì)量為 這個(gè)衰變過(guò)程中釋放出的能量等于_J。 （保留二位有效數(shù)字）,答案:8.710-13,5、關(guān)于射線，下列說(shuō)法中正確的是 A它是波長(zhǎng)極短的電磁波 B、它是高速運(yùn)動(dòng)的電子流 C、它是貫穿本領(lǐng)比射線弱 D、它對(duì)空氣的電離作用比射線強(qiáng),答案:B,6、放射性同位素 的樣品經(jīng)過(guò)6h后還剩下1/8沒(méi)有衰變，它的半衰期是 A、2h B、1.5h C、1.17hD、0.75h,答案:A,7、目前能夠在實(shí)際上作為巨大能源應(yīng)用的原子核能是 A. 重核裂變時(shí)放出的能量 B熱核反應(yīng)時(shí)放出的能量 C. 氘和氚聚變時(shí)放出的能量 D放射性同位素放出射線的能量,答案:A,8、質(zhì)子質(zhì)量為mp、中子的