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第一节 原子核的组成
课前自主学案
核心要点突破
课堂互动讲练
课标定位
知能优化训练
第一节
课标定位
学习目标：1.知道什么是天然放射现象．
2．知道三种射线的本质和区分方法．
3．知道原子核的组成，知道什么是同位素．
重点难点：1.三种射线的本质特征和区分方法．
2．原子核的组成．
课前自主学案
一、天然放射现象
1．1896年，法国物理学家___________发现，铀和含铀矿物都能发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底版感光．物质发射射线的性质称为____________，具有放射性的元素称为
_____________．
2．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为_____、_____．
贝可勒尔
放射性
放射性元素
钋
镭
3．放射性元素自发地发出射线的现象叫
_______________，原子序数大于或等于_____的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线．
二、射线到底是什么
1．α射线实际上就是____________，速度可
达到光速的1/10，其_________能力强，穿透能力较差，在空气中只能前进几厘米，用
________就能把它挡住．
天然放射现象
83
氦原子核
电离
一张纸
2．β射线是高速___________，它速度很大，可达光速的99%，它的穿透能力较强，______能力较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的________．
3．γ射线呈电中性，是能量很高的________，
波长很短，在10－10 m以下，它的_________作用更小，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的_______和几十厘米厚的混凝土．
电子流
电离
铝板
电磁波
电离
铅板
三、原子核的组成
1．质子的发现：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了_____，质子的实质是氢原子核．
2．中子的发现：卢瑟福的学生查德威克通过实验证实了_______的存在．
3．原子核的组成：原子核是由______组成，质子和中子统称为_______．
质子
中子
质子
核子
质量数
电荷数
质子数
中子数
同一位置
核心要点突破
一、对放射线的认识
1．α、β、γ射线性质、特征比较
种类 α射线 β射线 γ射线
组成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波)
带电荷量 2e －e 0
种类 α射线 β射线 γ射线
在电场或磁场中 偏转 与α射线反向偏转 不偏转
贯穿本领 最弱用纸能挡住 较强穿透几毫米厚的铝板 最强穿透几厘米厚的铅板
电离作用 很强 较弱 很弱
2.在电场、磁场中偏转情况的比较
(1)在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图19－1－1.
图19－1－1
(2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图19－1－2.
图19－1－2
特别提醒：(1)如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响．也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关．因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着一定结构．
(2)β射线是原子核变化时产生的，电子并不是原子核的组成部分．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1．天然放射物质的射线包含三种成分，下列说法中不正确的是( )
A．α射线的本质是高速氦核流
B．β射线是不带电的光子流
C．三种射线中电离作用最强的是α射线
D．一张厚的黑纸可以挡住α射线，但挡不住β射线和γ射线
答案：B
二、对原子核组成的理解
1．原子核的组成
(1)概述
原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电．原子核内质子和中子的个数并不一定相同．
(2)基本关系：核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数．
质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．
2．对核子数、电荷数、质量数的理解
(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数．
(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷数，叫做原子核的电荷数．
(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫做原子核的质量数．
解析：选B.明确原子核的符号的含义：A表示质量数，Z表示质子数，则中子数为A－Z，所以B正确．
课堂互动讲练
三种射线的分析与鉴别
将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图19－1－3中表示射线偏转情况中正确的是( )
例1
图19－1－3
【思路点拨】 根据三种射线的实质分析在电磁场中的受力及运动规律．
【精讲精析】 已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向，可知A、B、C、D四幅图中α、β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断．
【答案】 AD
【方法总结】 (1)因为α粒子带正电，β粒子带负电，γ不带电，所以α、β会在电场或磁场中偏转，γ射线不偏转．
(2)α、β粒子在电场中做类平抛运动，用平抛的规律研究，在磁场中做圆周运动利用洛伦兹力提供向心力进行研究．
变式训练1 如图19－1－4所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是( )
A．α和β的混合放射源
B．纯α放射源
C．α和γ的混合放射源
D．纯γ放射源
图19－1－4
解析：选C.在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子，在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线．因此放射源可能是α和γ的混合放射源．
原子核的组成
例2
【思路点拨】 通过质量数、质子数、中子数、核电荷数、电子数间的关系确定相应数值；利用洛伦兹力充当向心力求出两种同位素运动的轨道半径之比．
【自主解答】 (1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138.
(2)镭核所带电荷量
Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C
＝1.41×10－17 C.
【答案】 见自主解答
【方法总结】 核电荷数与原子核的电荷量是不同的，组成原子核的质子的电荷量都是相同的，所以原子核的电荷量一定是质子电荷量的整数倍，我们把核内的质子数叫核电荷数，而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量．本题容易把电荷数误认为是原子核的电荷量而造成错解．
解析：选A.根据原子核的表示方法得核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故核内中子数与核外电子数之差为99－67＝32，故A对，B、C、D错．
知能优化训练
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第八节 粒子和宇宙
课前自主学案
核心要点突破
课堂互动讲练
课标定位
知能优化训练
第八节
课标定位
学习目标：1.知道什么是裂变、什么是聚变，了解裂变和聚变的特点．
2．知道链式反应，并能计算裂变释放的核能．
3．会写出聚变反应方程并能计算聚变释放的核能．
4．了解基本粒子、夸克模型及宇宙的演化．
重点难点：裂变、聚变释放的核能的计算．
课前自主学案
中子
临界体积
二、核电站
1．工作原理
现以压水式反应堆核电站为例，讨论电站的工作原理，压水式反应堆核电站包括：压水堆本体，由蒸汽发生器、称压器、主泵构成的一回路系统，二回路系统，汽轮发电机组以及为支持系统正常运行并保证反应堆安全而设置的辅助系统，回路系统是蒸汽供应系统，将反应堆释放的内能，由冷却剂带到蒸汽发生器中，产生蒸汽；二回路系统是蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的系统，与常规火电厂汽轮发电系统基本相同．
2．核燃料：目前核电站反应堆以_______为燃料．
3．_______________是核电站的心脏，它是一种用人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作原理如下表：
裂变反应堆
组成部分 材料 作用
裂变材料(核燃料) 浓缩铀 提供核燃料
慢化剂(减速剂) 石墨、重水或普通水 使裂变产生的快中子减速使之容易被铀235吸收
控制棒 镉或钢 吸收减速后的中子，控制反应速度
组成部分 材料 作用
反射层 石墨 阻止中子逃逸
热交换器 水 产生高温蒸汽，推动蒸汽轮机，带动发电机发电
防护层 金属套和钢筋混凝土 防止射线对人体及其他生物体的侵害
较大
很高温度
多
4．太阳内部和许多恒星内部，温度高达107K以上，其反应就是_______反应的实例．
四、受控热核反应
聚变与裂变相比有很多优点，第一，轻核聚变产能效率高；第二，地球上聚变燃料的储量丰富；第三，轻核聚变更为安全、清洁．
热核
五、粒子和宇宙
1．“基本粒子”不基本
在19世纪末，人们认为光子、______、______和________是组成物质的不可再分的最基本的粒子，20世纪后半期，科学家发现质子、中子也有着自己的复杂结构，于是基本粒子不再“基本”．
2．发现新粒子
(1)新粒子：1932年发现正电子，1937年发现μ子，1947年发现K介子和π介子；以后又发现了质量比质子大的叫做_________．
电子
质子
中子
超子
(2)反粒子：实验中发现，对应着许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质______的粒子，叫做反粒子．例如，电子的反粒子是正电子，质子的反粒子是反质子等．
(3)粒子分类：按照粒子与各种相互作用的关系分为三大类：_______、轻子和________．
3．夸克模型
(1)什么是夸克：强子(质子、中子)有着自己复杂的结构，它们有更为基本的成分组成，科学家认为这种成分叫夸克．
相反
强子
媒介子
下夸克
底夸克
电子电荷
自由的状态单个出现
4．宇宙的演化：宇宙起源于一次大爆炸，这种理论被称为宇宙__________理论．
大爆炸
5．恒星的演化
恒星的最后归宿是：质量小于太阳质量的1.4倍的恒星会演变成__________，即体积很小，质量不太小的恒星；质量大于1.4倍小于2倍太阳质量的恒星，会演变成________；更大质量的恒星，会演变成“________”．
白矮星
中子星
黑洞
核心要点突破
一、链式反应
1．对链式反应的理解：当中子进入铀235后，便形成了处于激发态的复核．复核中由于核子的激烈运动，使复核变成不规则的形状，核子间的距离增大，因而核力减弱，使得复核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2～8个中子；这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能．这样叫链式反应，如图19－6－1所示．
图19－6－1
2．链式反应的条件
(1)铀块的体积大于临界体积．
(2)铀块的质量大于临界质量．
以上两个条件满足一个即可．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1．关于铀核裂变，下述说法中正确的是( )
A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核
B．铀核裂变时还能同时释放2～3个中子
C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235
D．铀块的体积对产生链式反应无影响
解析：选BC.铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小．而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积．故上述选项B、C正确．
聚变的条件是，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温，剧烈的热运动使轻核聚合放出更大的能量．聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去．
2．聚变比裂变反应放出更多能量的原因
平均每个核子放能较多，是裂变反应的3～4倍．如一个氚核和一个氘核结合成一个氦核时放出能量17.6 MeV，平均每个核子放出能量约3.5 MeV；而铀235裂变时，平均每个核子放出能量为1 MeV.
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2．关于聚变，以下说法中正确的是( )
A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量
B．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍
C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能
解析：选BD.两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量，但其生成物不是中等质量的核，故A错误．聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，故B正确．裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10－15 m，故要求足够大的动能克服原子核间的斥力做功，故C错，D正确．
课堂互动讲练
裂变中释放的核能计算
例1
在所有能源中核能具有能量密度大、区域适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能．
反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位)．已知1 u的质量对应的能量为931.5 MeV，求此裂变反应过程中，
(1)亏损质量为原子质量单位的多少倍？
(2)释放出的能量是多少？
(3)平均每个核子释放的能量有多大？
答案：(1)0.1933 (2)180 MeV (3)0.766 MeV
聚变中的核能计算
例2
核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源．近几年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站．一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子．若已知氘原子的质量为2.0141 u，氚原子的质量为3.0160 u，氦原子的质量为4.0026 u，中子的质量为1.0087 u,1 u＝1.66×10－27kg.
(1)写出氘和氚聚变的反应方程；
(2)试计算这个核反应释放出来的能量；
(3)若建一座功率为3.0×105 kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半转化成了电能，求每年要消耗的氘的质量？(一年按3.2×107 s计算，光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效数字)
【方法总结】 (1)在任何核反应中，质量数和电荷数均保持守恒，这是我们确定核反应方程的理论基础．
(2)核能的计算主要是利用质能方程，在计算过程中，对核反应方程一定要配平后再计算质量亏损．注意在计算质量亏损时使用的是参与反应的原子核的质量．
变式训练2 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.0073 u，中子质量mn＝1.0087 u，氚核质量m＝3.018 u.
(1)写出聚变方程．
(2)释放出的核能有多大？
(3)平均每个核子释放的能量有多大？
答案：见解析
知能优化训练
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第四节 放射性的应用与防护
课前自主学案
核心要点突破
课堂互动讲练
课标定位
知能优化训练
第四节
课标定位
学习目标：1.知道探测射线的方法．
2．掌握核反应的概念和原子核的人工转变．
3．知道放射性同位素，了解放射性的应用和防护．
重点难点：1.原子核的人工转变．
2．放射性同位素的特点和应用．
课前自主学案
一、探测射线的方法
探测器材的设计思路：粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和气体会产生________，过热液体会产生气泡．射线中的粒子会使照相乳胶感光．射线中的粒子会使____________产生荧光．
云雾
荧光物质
1．威耳逊云室
其结构为一个圆筒状容器，上盖透明，底部是一个可在小范围活动的__________．实验时先往容器内加入少量的酒精，使容器内形成饱和蒸气，然后迅速下拉活塞，气体迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到__________状态．粒子穿过该空间时，沿途使气体分子__________产生离子，过饱和蒸气就会以这些离子为核心
_____________，于是显示出射线的径迹．
活塞
过饱和
电离
凝结成雾滴
2．气泡室
与云室原理类似，只是容器里装的是液体，并控制里面液体的温度和压强，使温度略低于液体的沸点．当气泡室内的___________突然降低时，液体的_________变低，因此液体过热，粒子通过液体时在它周围有气泡形成，显示出粒子的径迹来．
压强
沸点
3．盖革－米勒计数器
它的主要部分是一个计数器，外面是玻璃管，里面有一个接在电源负极上的____________，筒内中间有一根接电源正极的__________，里面充入______气体以及少量______________蒸气．当射线通过管内时，会使气体________，产生的________在电场中加速，再与气体分子碰撞，又使气体电离，产生电子……一个粒子进入玻璃管内就会产生大量的电子，这些电子到达阳极，就形成一次瞬间导电，电路中形成一次____________，电子仪器把这次脉冲记录下来．
导电圆筒
金属丝
惰性
酒精或溴
电离
电子
电流脉冲
二、核反应
1．定义：原子核在___________的轰击下产生____________的过程．
2．原子核的人工转变
(1)1919年_________用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生一个质子．
其他粒子
新原子核
卢瑟福
质量数
电荷数
放射性
四、放射性同位素的应用
共有两个方面：一方面是应用它的______．另一方面是作__________．
五、辐射与安全
人类从来就生活在有放射性的环境之中，
______的射线对人体组织有破坏作用．要防止____________对水源、空气、用具等的污染．
射线
示踪原子
过量
放射性物质
核心要点突破
一、对核反应的认识及几个常见的核反应方程
1．条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变．
2．实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变．
3．遵循的规律
(1)质量数、电荷数守恒．
(2)动量守恒．
5．人工转变核反应与衰变的比较
原子核的人工转变，是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理化学条件的影响．
答案：B
二、放射性同位素的应用
1．利用它的射线
(1)利用γ射线的贯穿本领，可用γ射线探伤等．
(2)利用α射线的电离作用很强，可消除有害静电．
(3)利用γ射线对生物组织的物理和化学作用，可用来使种子发生变异，培育良种、灭菌消毒．
(4)利用放射线的能量，在医疗上，常用以抑制甚至杀死病变组织，还可以轰击原子核，诱发核反应．
2．作示踪原子
由于放射性同位素跟同种元素的其他同位素相比，具有相同的质子数，核外电子数相同，因此一种元素的各个同位素都有相同的化学性质，如果在某一元素掺入一些放射性同位素，那么该元素无论经过什么变化，它的放射性同位素也经历同样的变化过程，而放射性同位素不断地放出射线，再用仪器探测这些射线，即可知道元素的行踪，这种用途的放射性元素叫示踪原子，放射性元素作示踪原子的用途也很多．
(1)在农业生产中，探测农作物在不同的季节对元素的需求．
(2)在工业上，检查输油管道上的漏油位置．
(3)在生物医疗上，可以检查人体对某元素的吸收情况，也可以帮助确定肿瘤的部位和范围．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2．下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( )
A．利用钴60治疗肿瘤等疾病
B．γ射线探伤
C．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况
D．把含有放射性同位素的肥料施给农作物用以检测农作物吸收养分的规律
解析：选CD.利用钴60治疗肿瘤和γ射线探伤是利用射线能量高，贯穿本领大的特点，故A、B错误；C、D两项是利用放射性同位素作为示踪原子，故均正确．
课堂互动讲练
核反应及核反应方程
例1
【答案】 见自主解答
【方法总结】 根据实验反应事实和质量数守恒和电荷数守恒确定新核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程．
变式训练1 用中子轰击铝27，产生钠24和X粒子，钠24具有放射性，它衰变后变成镁24，则X粒子和钠的衰变过程分别是( )
A．质子、α衰变 B．电子、α衰变
C．α粒子、β衰变 D．正电子、β衰变
放射性同位素的应用
用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现．天然放射性同位素只不过40几种，而今天人工制造的放射性同位素已达1000多种，每种元素都有放射性同位素．放射性同位素在农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用．
(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失．其原因是( )
例2
A．射线的贯穿作用
B．射线的电离作用
C．射线的物理、化学作用
D．以上三个选项都不是
图19－3－1
(2)图19－3－1是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．如工厂生产的是厚度为1 mm的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是________射线．
(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C作________．
【精讲精析】 (1)选B.因放射线的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失．
(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为1 mm的铝板，因而探测器不能探测，γ射线穿透物质的本领极强，穿透1 mm厚的铝板和几 mm厚的铝板打在探测器上很难分辨，β射线也能够穿透1 mm甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线的强度明显不同，探测器容易分辨．
(3)把掺入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合到一起，经过多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种物质．这种把放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以了解某些不容易察明的情况或规律，人们把作这种用途的放射性同位素叫做示踪原子．
【答案】 见精讲精析
【方法总结】 这是一道运用放射线的特性解决实际问题的试题．要求同学们对这三种射线的穿透性有所了解，并具有一定的表达能力．放射源放出的三种射线的贯穿本领不同，如果遮挡物的厚度不同，会引起贯穿后射线的强度发生变化，利用这一特点，可实现自动控制．
变式训练2 关于放射性同位素的作用，下面说法正确的是( )
A．利用射线的穿透性检查金属制品，测量物体的密度和厚度
B．利用射线的电离本领消除有害的静电积累
C．利用射线的生理效应来消毒、杀菌和治疗肿瘤
D．利用放射性同位素作示踪原子
解析：选BD.放射线的应用主要表现在利用放射线的穿透能力、电离能力和物理、化学能力以及利用放射线同位素作为示踪原子，所以选项D正确；利用射线能够检测金属制品的厚度，但不能测量密度，所以选项A错误；利用射线的电离作用可以消除静电，所以选项B正确；治疗肿瘤是利用了射线的贯穿能力和高能量，所以选项C错误．
知能优化训练
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本章优化总结
专题归纳整合
章末综合检测
知识网络构建
知识网络构建
原子核
原子核的组成
核变化
核能
粒子
专题归纳整合
核反应方程
2.四种核反应类型辨析
例1
【精讲精析】 选项B中的方程是卢瑟福当初用α粒子轰击氮原子核发现质子的方程，不是β衰变方程，选项B错误；重核裂变是指一个原子序数较大的核分裂成两个中等质量核的反应，而D选项不符合，D错误．只有选项A、C正确．
【答案】 AC
核反应中的动量和能量问题
重核的裂变和轻核的聚变，存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，质量亏损必然引起能量的变化，两种核反应都会向外释放能量，计算核能的方法如下：
1．质能方程ΔE＝Δmc2是计算释放核能多少的主要方法，其关键是质量亏损Δm的确定．
如Δm单位为kg，则ΔE＝Δmc2
如Δm单位为u，则ΔE＝Δm×931.5 MeV
2．如果在核反应中无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能．在这种情况下计算核能的主要依据是：
(1)核反应过程中只有内力作用，故动量守恒．
(2)反应前后总能量守恒．
常见的反应类型：反应前总动能＋反应过程中释放的核能＝反应后总动能．
例2
章末综合检测
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第五节 核力与结合能
课前自主学案
核心要点突破
课堂互动讲练
课标定位
知能优化训练
第五节
课标定位
学习目标：1.知道核力是只存在于相邻核子间的短程强相互作用力．
2．会根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程．
3．认识原子核的结合能，并能根据质量亏损利用质能方程计算结合能．
重点难点：1.对爱因斯坦质能方程的理解．
2．原子核的结合能的计算．
课前自主学案
一、核力与四种基本相互作用
1．核力：原子核里的_______间存在着相互作用的核力，______把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核．
2．核力特点：(1)核力是_______相互作用的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．
(2)核力是__________，作用范围在______________之内．
(3)每个核子只跟______的核子发生核力作用，这也称为核力的_________．
核子
核力
强
短程力
1.5×10－15m
饱和性
邻近
3．基本相互作用：(1)长程力：一种是
_____________，另一种是_________．
(2)短程力：一种是______，另一种是_____．
弱力是引起β衰变的原因．
二、原子核中质子与中子的比例
自然界中较轻的原子核，质子数与中子数
____________，但对于较重的原子核，中子数______质子数，越重的元素，两者相差
_________．
万有引力
电磁力
强力
弱力
大致相等
大于
越多
三、结合能
1．结合能：原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能．结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量．
2．比结合能：原子核的结合能与核子数
_______，称做比结合能，也叫______结合能．比结合能越大，原子中核子结合得越_______，原子核越_______．
之比
平均
牢固
稳定
四、质量亏损
1．爱因斯坦质能方程___________.
(1)物体具有的能量与它的质量成正比，物体的能量增大了，质量也________；能量减小，质
量也_______．
E＝mc2
增大
减小
(2)任何质量为m的物体都具有大小相当于
________的能量．
(3)在国际单位制中E、m、c的单位分别取
______、_______、_______．
(4)由E＝mc2得ΔE＝__________，ΔE对应着Δm质量的能量．
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．
mc2
焦
千克
米/秒
Δmc2
小于
核心要点突破
一、对质量亏损和质能方程的理解
1．对质量亏损的理解
(1)在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量．物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少，减少的静止质量转化为与辐射能量相联系的运动质量．
(2)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的．
2．对质能方程的理解
(1)爱因斯坦质能方程反映了质量亏损与释放能量间的数量关系ΔE＝Δmc2，或物体的质量与其总能量的数量关系E＝mc2，此方程揭示了质量和能量不可分割，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量的乘积，这里所说的总能量不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量而是物体所具有的各种能量之和，物体质量增加则总能量增加，质量减小，总能量随之减小，二者在数值上存在着简单的正比关系．
(2)切记不要误认为亏损的质量转化为能量．核反应过程中质量亏损，是静止的质量减少，辐射γ光子的动质量刚好等于亏损的质量，即反应前后仍然遵循质量守恒和能量守恒．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1．关于质能方程，下列哪些说法是正确的( )
A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值
C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的
解析：选BD.质能方程E＝mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2进行计算，所以B、D正确．
二、对结合能的理解及核能的计算
1．对结合能的理解
(1)结合能：由于核力的存在，核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量．核反应中放出或吸收的能量称为原子核的结合能．
(2)比结合能
原子核的结合能与其核子数之比，称作比结合能．不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图19－5－1所示．
图19－5－1
比结合能的大小反映核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定．当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可释放核能．
2．核能的计算
(1)根据质量亏损计算，步骤如下：
①根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm.
②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能，其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳．
②根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.
Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.
(3)利用比结合能来计算核能
原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能．
解析：反应前总质量：MN＋MHe＝18.01140 u，
反应后总质量：MO＋MH＝18.01269 u.
可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应．
吸收的能量利用ΔE＝Δm·c2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量，
ΔE＝(18.01269－18.01140)×931.5 MeV＝1.2 MeV.
答案：吸收能量 1.2 MeV
课堂互动讲练
对核力的认识
例1
关于核力的说法正确的是( )
A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用
B．核力就是电磁力
C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内
D．核力与电荷有关
【精讲精析】 核力是短程力，超过1.5×10－15 m，核力急剧下降几乎消失，故C对；核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对；核力与电荷无关，故D错．
【答案】 C
【方法总结】 核力是强相互作用力，是与万有引力、库仑力、电磁力不同性质的一种力．
变式训练 对核力的认识，下列正确的是( )
A．任何物体之间均存在核力
B．核力广泛存在于自然界中的核子之间
C．核力只存在于质子之间
D．核力只发生在相距1.5×10－15 m的核子之间，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力
解析：选D.由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15 m的核子之间存在核力，核力发生在质子与质子，质子与中子之间，由此知D正确，A、B、C错误．
核能的计算
例2
【思路点拨】 求出反应过程中的质量亏损，再由质能方程或原子单位质量与能的关系即可求解．
【自主解答】 粒子结合前后的质量亏损为
Δm＝2mH＋mn－mα＝2×1.007277 u＋1.008665 u－3.002315 u＝60.020904 u
法一：由爱因斯坦质能方程得，结合能为
ΔE＝Δmc2＝0.020904×1.6606×10－27×(3×108)2 J＝3.1242×10－12J.
法二：由于1 u相当于931.5 MeV，则结合能为
E＝0.020904×931.5 MeV＝19.4721 MeV.
【答案】 19.4721 MeV(或3.1242×10－12J)
【题后反思】 (1)Δm的单位用千克，c＝3×108 m/s，此时能量ΔE的单位为焦耳．
(2)Δm的单位用u，此时ΔE＝Δm×931.5 MeV.
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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第二节 放射性元素的衰变
课前自主学案
核心要点突破
课堂互动讲练
课标定位
知能优化训练
第二节
课标定位
学习目标：1.知道衰变的概念，知道原子核衰变时遵守的规律．
2．知道α、β衰变的实质，知道γ射线是怎样产生的．
3．知道什么是半衰期，知道半衰期的统计意义，会利用半衰期解决相关问题．
重点难点：1.α、β衰变的实质及衰变规律．
2．对半衰期概念的理解和利用半衰期解决相关问题．
课前自主学案
一、原子核的衰变
1．衰变：原子核由于放出________或________而转变为新核的变化．
2．衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为________，放出β粒子的衰变叫β衰变，而γ射线是伴随α射线或β射线产生的．
α粒子
β粒子
α衰变
电荷数
质量数
二、半衰期
1．概念：放射性元素的原子核有_________发生衰变所需的时间叫做这种元素的半衰期，放射性元素的半衰期描述的是大量原子核的统计规律．
2．特点：半衰期与放射性元素的物理、化学状态____________，只由核的内部因素决定，不同的元素有_______的半衰期．
半数
没有关系
不同
核心要点突破
(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒而杜撰出不符合实际的生成物来书写核反应方程．
(3)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射．
3．衰变的实质
(1)α衰变：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．
(2)β衰变：原子核中的中子转化成一个质子和一个电子即β粒子，使核电荷数增加1.但β衰变不改变原子核的质量数．
(3)γ衰变：原子核发生α衰变或β衰变后产生的新核处于能量较大的不稳定状态，在变为能量较小的稳定状态过程中，以γ光子的形式放出能量．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1．对天然放射现象，下列说法中正确的是( )
A．α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的
B．β粒子带负电，所以β射线有可能是核外电子
C．γ粒子是光子，所以γ射线有可能是由原子发光产生的
D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的
解析：选AD.α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出的，β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，然后释放出电子，γ射线伴随α衰变和β衰变的产生而产生，所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的，故A、D正确，B、C错误．
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．
3．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2．(2011年邯郸检测)下列关于放射性元素的半衰期的几种说法，正确的是( )
A．同种放射性元素，在化合物中的半衰期比单质中长
B．把放射性元素放在低温处，可以减缓放射性元素的衰变
C．放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用
D．氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天后就只剩下一个
解析：选C.放射性元素的半衰期与其是单质还是化合物无关，与所处的物理、化学状态无关，只取决于原子核的内部因素，故A、B错；半衰期是一个统计规律，对于少量的原子核不适用，故C对D错．
课堂互动讲练
衰变规律的应用
例1
【思维总结】 (1)写衰变方程的基本原则是质量数和电荷数守恒，依据这两个原则列方程就可确定α衰变和β衰变的次数．
(2)计算衰变前后核的质子数和中子数的差值，除了可根据衰变的实质分析外，也可根据质量数、质子数、中子数的关系进行计算．
解析：选B.新核的质量数＝232－4×6＝208
核电荷数＝90－2×6＋1×4＝82
∴中子数＝208－82＝126
B正确．
半衰期的应用
例2
【答案】 B
变式训练2 有甲、乙两种放射性元素，它的半衰期分别是τ甲＝15天，τ乙＝30天，它们的质量分别为m甲、m乙，经过60天这两种元素的质量相等，则它们原来的质量之比M甲∶M乙是( )
A．1∶4 B．4∶1
C．2∶1 D．1∶2
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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