(共51张PPT)
第五章 原子核
1. 原子核的组成
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．知道放射现象和放射性元素。
2．了解三种射线的特性，了解原子核的组成，知道原子核的表示方法。
3．了解同位素的概念。了解威尔逊云室的工作原理。
4．通过对原子核结构的探究，感悟探索微观世界的研究方法，强化证据意识和推理能力。
1．知道什么是放射性、放射性元素及天然放射现象。
2．了解三种射线的本质，知道其特点。
3．知道原子核的组成，知道原子核的表示方法，理解原子序数、核电荷数、质量数之间的关系。
4．了解同位素的概念。
课前预习反馈
天然放射现象
知识点 1
1．放射性
物质____________的性质。
2．放射性元素
具有__________的元素。
3．天然放射现象
放射性元素自发地___________的现象。
『判一判』
(1)天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分。( )
(2)原子序数大于83的元素都是放射性元素。( )
发射射线
放射性
放出射线
√
√
『选一选』
以下事实可作为“原子核可再分”的依据的是( )
A．天然放射现象 B．α粒子散射实验
C．电子的发现 D．康普顿效应
解析： 贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核也是有着复杂的结构的，揭示了原子核还可再分；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型；J.J.汤姆孙发现了电子，说明原子可再分；康普顿效应说明光子既有能量也有动量，不能说明原子核可再分，故本题应选A。
A
三种射线的本质及特征
知识点 2
1．α射线
它是高速______流，速度约为光速的______，穿透能力________，电离作用比较强。
2．β射线
它是高速_______流，速度可达光速的______，穿透能力_______，电离作用________。
3．γ射线
它是能量很高的__________，穿透能力很强，电离作用________。
氦核
较差
电子
99%
较强
较弱
电磁波
很弱
原子核的组成
知识点 3
1．质子的发现
2．中子的发现
3．原子核的组成
(1)原子核由________和________组成，组成原子核的________和________统称为核子。
(2)质子带一个单位的______电荷，中子不带电，质子和中子质量几乎________，都等于一个质量单位。
(3)核电荷数＝质子数(Z)＝元素的____________＝核外电子数。
质子
中子
质子
中子
正
相等
原子序数
4．同位素
质子数
中子数
同一位置
『判一判』
(3)γ射线是光子流，是能量很高的电磁波。( )
(4)同一元素的两种同位素具有相同的质量数。( )
(5)质子和中子都不带电，是原子核的组成成分，统称为核子。( )
(6)原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数。( )
√
×
×
√
『想一想』
关于原子核内部信息的研究，最早来自矿物的天然放射现象。
那么，人们是怎样从破解天然放射现象入手，一步步揭开了原子核秘密的呢？
答案：首先在1896年，贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核是可以再分的。然后在1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子，说明质子是原子核的组成部分，再后来在1932年，查德威克用α粒子轰击铍原子核，发现了中子，说明中子是原子核的组成部分，由此，一步步揭开了原子核的秘密。
课内互动探究
探究?
天然放射现象
要|点|提|炼
1．天然放射现象
(1)发现者
1896年，法国物理学家贝克勒尔。
(2)放射性
铀和含铀的矿物质都能够放出看不见的射线，这种射线可以使包在黑纸里的照相底片感光。物体放射出射线的性质叫作放射性。
(3)放射性元素
放射性并不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性，元素这种自发地放出射线的现象叫作天然放射现象，现在用人工的方法也可以制造放射性同位素。
2．三种射线的比较
种类 α射线 β 射线 γ射线
在电磁场中 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
在云室中的径迹 粗、短、直 细、较长、曲折 最长
通过胶片 感光 感光 感光
(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射线的电子是从原子核中放出来的，并不是从原子核外的电子中放出来的。
典|例|剖|析
(多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，如下图表示射线偏转情况中正确的是( )
典例 1
AD
解题指导：处理该类问题的实质是力学规律在电、磁场中的综合运用，解决该类问题的一般步骤是：①明确α、β、γ射线粒子的电性；②分析它们在电场和磁场中受到的力；③结合圆周运动、类平抛运动规律求解。
解析：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。
由此可见，A项正确，B项错误；
带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有：
图甲是α、 β、γ三种射线穿透能力的示意图，人们根据射线的特性设计了在不损坏工件的情况下利用射线的穿透性，来检查金属内部伤痕的情况，如图乙所示。图乙中检查所利用的射线是( )
对点训练
C
A．α射线
B．β射线
C．γ射线
D．三种射线都可以
解析： γ射线的穿透能力很强，它能穿透薄金属板和较厚的水泥墙。所以图乙是利用γ射线检查金属内部伤痕的情况，C选项正确。
探究?
原子核的组成
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，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量，叫作原子核的电荷数。
(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，这个整数叫作原子核的质量数。
3．同位素
原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同。把具有相同质子数、不同中子数的原子互称为同位素。
(1)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。
(2)同位素的化学性质相同，但物理性质不同。
典|例|剖|析
已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226，试问：
(1)镭核中有多少个质子？多少个中子？
(2)镭核所带的电荷量是多少？
(3)若镭原子呈中性，它核外有多少个电子？
解题指导：核电荷数与原子核的电荷量是不同的，要理清他们的关系。
典例 2
解析：原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的，原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和。由此可得：
(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。
(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88。
答案：(1)88 138 (2)1.41×10－17 C (3)88
(多选)下列说法中正确的是( )
A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电
B．原子核中的质子数，一定跟核外电子数相等
C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分
D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷跟质子电荷之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子
对点训练
CD
解析： 原子中除了带负电的电子外，还有带正电的质子，故A错误；对于中性原子来说，原子核中的质子数才跟核外电子数相等，故B错误；正是由于α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C正确；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷跟质子电荷之比，才确定原子核内必定还有别的中性粒子，故D正确。
核心素养提升
原子核的“数”与“量”的辨析技巧
(1)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。
(2)原子核的质量数与质量是不同的，也与元素的原子量不同。原子核内质子和中子的总数叫作核的质量数，原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。
(3)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。
以下说法正确的是( )
C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数
D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数
解析：钍核的质量数为234，质子数为90，所以A错误；铍核的质子数为4，中子数为5，所以B错误；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C错误，D正确。
案例
D
课堂达标检测
一、天然放射现象
1．下列事实中，能说明原子核具有复杂结构的是( )
A．α粒子散射实验 B．天然放射现象
C．光电效应现象 D．原子发光现象
解析： 卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，A错误；贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有着复杂的结构，揭示了原子核还可再分，B正确；光电效应是原子核外电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及原子核的变化，C错误；原子发光是原子跃迁形成的，没有涉及原子核的变化，D错误。
B
二、种射线的本质及特征
2．天然放射性元素放出的α、β、γ射线中( )
A．三种射线的速度相同
B．α射线的穿透本领最强
C．β射线的本质是高速运动的电子流
D．γ射线在真空中的速度比X射线的大
解析： α射线的速度可达0.1c，β射线的速度可达0.99c，γ射线的速度为c，故A错误；三种射线中，α射线的穿透本领最弱，故B错误；β射线的本质是高速运动的电子流，故C正确；γ射线和X射线都是电磁波，它们在真空中的速度相同，故D错误。
C
3．如图所示，x为未知放射源，它向右方放出射线，p为一张厚度为0.5 mm左右的薄铝箔，铝箔右侧是一真空区域，内有较强磁场，q为荧光屏，h是观察装置。实验时，若将磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，再将铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，则可知放射源x可能为( )
A．α射线和β射线的混合放射源
B．α射线和γ射线的混合放射源
C．β射线和γ射线的混合放射源
D．α射线、β射线和γ射线的混合放射源
B
解析： 将强磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，说明磁场对穿过p的射线粒子没有影响，可知射到屏上的是不带电的γ射线；再将厚度为0.5 mm 左右的薄铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，说明荧光屏除接收到γ射线外，又接收到了原来被薄铝箔p挡住的射线，而厚度为0.5 mm 左右的铝箔能挡住的只有α射线，所以此放射源应是α射线和γ射线的混合放射源。故正确选项为B。
4．如图所示，一天然放射性物质发出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域。调整电场强度E和磁感应强度B的大小，使得在荧光屏 MN上只有两个点受到射线的照射，则下面判断正确的是( )
A．射到b点的一定是α射线
B．射到b点的一定是β射线
C．射到b点的是α射线或β射线
D．射到b点的一定是γ射线
C
解析： γ射线不带电，在电场和磁场中它都不受力的作用，只能射到a点，选项D错误。调整E和B的大小，既可以使带正电的α射线沿直线前进，也可以使带负电的β射线沿直线前进，沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡，即qE＝qBv。已知α粒子的速度比β粒子的速度小得多，当α粒子沿直线前进时，速度较大的β粒子向右偏转；当β粒子沿直线前进时，速度较小的α粒子也向右偏转，故选项C正确，A、B错误。
三、原子核的组成
A．x＝90，y＝90，z＝234
B．x＝90，y＝90，z＝144
C．x＝144，y＝144，z＝90
D．x＝234，y＝234，z＝324
B
解析： 原子核符号中左上角数值为质量数，为234，左下角数值为质子数，为90，中性原子的原子核内质子数 ＝核外电子数，即x＝y＝90；根据质量数＝质子数＋中子数，可知中子数为234－90＝144，即z＝144。
A．它们的质子数和核外电子数都相等
B．它们的质子数和中子数都相等
C．它们的核子数和中子数都相等
D．它们的中子数和核外电子数都相等
A(共68张PPT)
第五章 原子核
2. 放射性元素的衰变
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．知道放射现象的实质是原子核的衰变，会正确书写衰变方程。
2．了解半衰期及其统计意义。
3．知道核反应及其遵从的规律。
4．知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害及防护。
1．知道什么是α衰变和β衰变，能运用衰变规律写出衰变方程。
2．知道半衰期的概念和半衰期的统计意义，能利用半衰期公式进行简单计算。
3．知道什么是放射性同位素和人工转变的放射性同位素。
4．了解放射性在生产和科学领域的应用和防护。
课前预习反馈
原子核的衰变
知识点 1
1．定义
原子核自发地放出__________或_________，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种_________。我们把这种变化称为原子核的衰变。
2．衰变分类
(1)α衰变：放出α粒子的衰变。
(2)β衰变：放出β粒子的衰变。
α粒子
β粒子
原子核
3．衰变过程
4．衰变规律
(1)原子核衰变时_________和_________都守恒。
(2)任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有α放射性又有β放射性，而γ射线伴随α衰变或β衰变产生。
说明：原子核衰变时质量数守恒，但不是质量守恒，有质量减少(也叫质量亏损)。
电荷数
质量数
『判一判』
(1)发生β衰变是原子核中的电子发射到核外。( )
(2)γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。( )
×
√
『选一选』
(2022·山东菏泽检测)居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装饰材料含有放射性元素氡。放射性元素会发生衰变，放射出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病。关于放射性元素氡及三种射线，下列说法正确的是( )
A．γ射线是高速电子流
B．发生α衰变时，生成的新核与原来的原子核相比，中子数减少了2
C．β衰变时释放的电子是核外电子
D．三种射线中α射线的穿透能力最强，电离作用最弱
B
半衰期
知识点 2
1．定义：放射性元素的原子核有_______发生衰变所需的时间。
2．决定因素：放射性元素衰变的快慢是由_____________的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。不同的放射性元素，半衰期_______。
3．应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间。
说明：半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核有意义，对少数原子核没有意义。
半数
核内部自身
不同
『判一判』
(3)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间，经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。( )
×
核反应
知识点 3
2．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生___________的过程。
3．特点：在核反应中，_________守恒、_________守恒。
『判一判』
(4)在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。( )
新原子核
质量数
电荷数
√
放射性同位素的应用与安全
知识点 4
1．放射性同位素：很多元素都存在一些具有_________的同位素，它们被称为放射性同位素。
2．放射性同位素的应用
(1)射线测厚仪。
(2)放射治疗。
(3)培优、保鲜。
(4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有_________化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后，可以探测出原子到达的位置。
放射性
相同的
3．辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织_____________。要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。
说明：一般放射性同位素半衰期短，而且强度容易控制，使用更广泛。
有破坏作用
『判一判』
(6)现在用到射线时，既可以用人工放射性同位素，也可以用天然放射性物质。( )
×
×
『想一想』
放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用。
(1)能用α射线来测量金属板的厚度吗？
(2)γ射线照射食品延长保存期的原理是什么？
答案：(1)不能
(2)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。
课内互动探究
探究?
原子核的衰变规律与衰变方程
要|点|提|炼
1．定义：原子核放出α粒子或β粒子转变为新核的变化叫作原子核的衰变。
2．衰变种类
(1)α衰变：放出α粒子的衰变，
3．衰变规律
原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒。
4．衰变实质
5．衰变方程通式
6．确定衰变次数的方法
(1)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)而释放出核能。
(2)衰变方程的书写方面：衰变方程用“→”表示，而不用“＝”表示。
(3)衰变方程表示的变化方面：衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化。
(4)为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。
典|例|剖|析
某放射性元素的原子核发生2次α衰变和6次β衰变，关于原子核的变化，下列说法正确的是( )
A．质子数增加2 B．质子数减小2
C．中子数减小8 D．核子数减小10
解析：设该原子核的质量数(核子数)为m，电荷数(质子数)为n，衰变后新核的质量数为x，电荷数为y，根据质量数守恒和电荷数守恒可得x＝m－8，y＝n－4＋6＝n＋2，由此可知与衰变前相比，新核核子数减小8，质子数增加2，中子数减小10，选项A正确。
典例 1
A
解题指导：(1)可根据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒求解；
(2)根据每发生一次α衰变原子核的质子数和中子数均少2，每发生一次β衰变原子核的中子数少1，质子数多1来推算；
(3)根据(1)的解答结果写方程。
对点训练
238＝206＋4x①
92＝82＋2x－y②
联立①②解得x＝8，y＝6，即一共经过8次α衰变和6次β衰变。
探究?
放射性元素的半衰期及其应用
要|点|提|炼
1．半衰期的理解
半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射元素具有的衰变速率一定，不同元素半衰期不同，有的差别很大。
2．公式
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，T表示半衰期。
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，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核。
4．应用
利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变过程、推断时间等。
(1)半衰期由核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件都无关。
(2)半衰期是一个统计规律，适用于对大量原子核衰变的计算，对于个别少数原子核不适用。
典|例|剖|析
为测定水库的存水量，将一瓶放射性溶液倒入水库中，已知这杯溶液每分钟衰变8×107次，这种同位素半衰期为2天，10天以后从水库中取出1 m3的水，并测得每分钟衰变10次，求水库的存水量为多少？
解题指导：找出每分钟衰变次数与其质量成正比这一隐含条件是解决本题的关键。
典例 2
解析：由每分钟衰变次数与其质量成正比出发，运用半衰期知识可求出存水量。
答案：2.5×105 m3
已知碘131的半衰期约为8天，下列说法中正确的是( )
A．全部碘131衰变所需时间的一半是8天
B．2个碘131原子核经过8天只剩1个
C．碘131原子质量数减少一半所需的时间是8天
D．1 g碘131原子经过8天，碘131质量剩余一半
对点训练
D
探究?
核反应、放射性同位素及其应用
要|点|提|炼
1．核反应的条件
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．核反应的实质
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．原子核人工转变的三大发现
(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：
4．人工转变核反应与衰变的比较
(1)不同点：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。
(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒。
5．放射性同位素的主要应用
(1)利用它的射线。
①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性；
②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；
③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症。
(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置。
(1)核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向。
(2)核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰。
典|例|剖|析
典例 3
解题指导：此题只要严格按照写核反应方程的原则进行，一般是不会出错的，写核反应方程的原则是：(1)质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号。因两端仅仅是质量数守恒，没有体现质量相等；也不能仅画一横线，因箭头的方向还表示反应进行的方向；(3)能量守恒，但中学阶段不作要求；(4)核反应必须是实验能够发生的，不能毫无根据地写未经实验证实的核反应方程。
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，算出新生核的电荷数和质量数，然后写出上述核反应方程如下：
答案：见解析
如图所示，由天然放射性元素钋(Po)放出的α射线轰击铍(Be)时会产生A粒子流，用A粒子流轰击石蜡时，会打出B粒子流。下列说法正确的是( )
B．该实验是查德威克发现质子的实验
C．粒子A为中子，粒子B为质子
D．粒子A为质子，粒子B为中子
对点训练
C
放射性在工农业生产和科学研究中有广泛的应用，下列关于放射性的应用与防护，说法不正确的是( )
A．利用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保质期
B．利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能
C．利用射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置
D．放射治疗利用了射线对病灶细胞的电离作用
解析：用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保存期，故A正确；利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能，故B正确；利用射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置，故C正确；放射治疗利用了射线对病灶细胞的破坏作用，故D错误。
典例 4
D
C
对点训练
核心素养提升
α衰变和β衰变在磁场中的轨迹分析
设有一个质量为M0的原子核，原来处于静止状态。当发生一次α(或β)衰变后，释放的粒子的质量为m，速度为v，产生的反冲核的质量为M，速度为V
1．动量守恒关系
0＝mv＋MV或mv＝－MV
(多选)(2022·北京101中学高二下学期期末)A、B是两种放射性元素，原来都静止在同一匀强磁场，其中一个放出α粒子，另一个放出β粒子，运动方向都与磁场方向垂直。图中a、b与c、d分别表示各粒子的运动轨迹，下列说法中正确的是( )
A．磁场方向一定为垂直纸面向里
B．A放出的是α粒子，B放出的是β粒子
C．b为α粒子运动轨迹，c为β粒子运动轨迹
D．a轨迹中粒子比b轨迹中的粒子动量大
案例
BC
解析：粒子在磁场中做匀速圆周运动，由于α粒子和β粒子的速度方向未知，不能判断磁场的方向，故A错误；放射性元素放出α粒子时，α粒子与反冲核的速度相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆；而放射性元素放出β粒子时，β粒子与反冲核的速度相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆。故A放出的是α粒子，B放出的是β粒子，故B正确；放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒，故a轨迹中粒子与b轨迹中的粒子动量大小相等，方向相反。由半径公
课堂达标检测
A
2．(多选)(2023·河南三门峡期末)静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比R1∶R2＝44∶1，如图所示，则( )
A．α粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反
B．衰变瞬间，α粒子与反冲核的动能相等
C．原放射性元素的电荷数为90
D．α粒子和反冲核的速度大小之比为1∶88
AC
A
三、核数反应、放射性同位素及其应用
4．2021年1月26日8时39分，中国散裂中子源(CSNS)多物理谱仪成功出束，中子束流与预期相符。该谱仪的成功出束标志着国内首台中子全散射谱仪的设备研制与安装成功，下列核反应中放出的粒子为中子的是( )
B
5．关于放射性同位素的应用，下列说法正确的有( )
A．放射性改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的
B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视
C．用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果一定是使其变成更优秀的品种
D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害
D
解析： 利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离作用，使空气分子电离成为导体，将静电消除，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，B错误；作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种，C错误；用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，D正确。故选D。(共58张PPT)
第五章 原子核
3. 核力与结合能
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．了解四种基本相互作用，知道核力的性质。
2．认识原子核的结合能和比结合能的概念。
3．知道什么是质量亏损，能用质能方程计算核能相关问题。
1．知道核力的概念、特点和四种基本相互作用。
2．了解结合能和比结合能的概念。
3．认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算。
课前预习反馈
核力与四种基本相互作用
知识点 1
1．四种基本相互作用
(1)引力相互作用，把行星和恒星聚在一起，组成太阳系，银河系和其他星系，是长程力。
(2)电磁相互作用，宏观物体中包含了大量带负电的_______和带正电的________。宏观物体之间的______、______、______、________等，都起源于这些电荷间的相互作用，是长程力。
(3)强相互作用，原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得_______紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。这种作用称为_____________，是短程力。
电子
原子核
压力
拉力
弹力
支持力
核子
强相互作用
(4)弱相互作用，在某种放射现象中起作用的还有一种基本相互作用称为_____________，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，其力程比强相互作用更短，是短程力，作用范围只有___________。
2．核力
原子核由质子和中子组成，中子和质子靠强大的核力结合在一起。
(1)核力是强相互作用(强力)的一种表现。
(2)核力是短程力，作用范围在10－15 m之内。
弱相互作用
10－18 m
『判一判』
(1)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的。( )
(2)核力是强相互作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大的多。( )
(3)在原子核的组成中，质子数等于中子数。( )
×
√
×
『选一选』
(多选)对原子核的组成，下列说法正确的是( )
A．核力可使一些中子组成原子核
B．核力可使非常多的质子组成原子核
C．自然界中存在只有质子的原子核
D．质量较大的原子核内一定有中子
CD
『想一想』
原子核是由中子和质子构成的。在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？
答案：原子核中的核子间存在着很强的核力作用，但核力的作用距离很短，只有约10－15 m，所以虽然质子都带正电，有库仑斥力，但仍紧密地结合在原子核内而不飞散开。
结合能与质量亏损
知识点 2
1．结合能
原子核是_______凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要_______，这就是原子核的结合能。
2．比结合能(平均结合能)
原子核的结合能与_________之比，称作比结合能，也叫_______结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越_______，原子核越_______。___________的核的比结合能最大，最稳定。
核子
能量
核子数
平均
牢固
稳定
中等大小
3．质能方程
物体的能量与它们质量的关系是：E＝_________。
4．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
小于
『判一判』
(4)质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系。( )
(5)组成原子核的核子越多，它的结合能就越高。( )
(6)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定。( )
√
√
×
『选一选』
(多选)铁核的比结合能比铀核的比结合能大，下列关于它们的说法正确的是( )
A．铁核的结合能大于铀核的结合能
B．铁核比铀核稳定
C．铀核发生核反应变成铁核的过程中要放出能量
D．铀核发生核反应变成铁核的过程中要吸收能量
解析： 铁核的结合能小于铀核的结合能，A错误。铁核的比结合能较大，它更稳定些，铀核的比结合能较小，变成铁核的过程中要放出核能，B、C正确，D错误。
BC
课内互动探究
探究?
四种基本相互作用及核力的性质
要|点|提|炼
1．四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用
(1)引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。万有引力是长程力。
(2)电磁相互作用：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体。
(3)强力：即强相互作用，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力。
(4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18 m，作用强度则比电磁力小。
2．核力的性质
(1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现。
(2)核力是短程力。约在10－15 m数量级时起作用，距离大于0.8× 10－15 m时为引力，距离小于0.8×10－15 m时为斥力，距离为1.5×10－15 m时核力几乎消失。
(3)核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。
核力具有电荷无关性。核力与核子电荷无关，无论是质子间、中子间、质子和中子间均存在核力。
典|例|剖|析
关于原子核中质子和中子的说法，正确的是( )
A．原子核中质子数和中子数一定相等
B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多
C．原子核都是非常稳定的
D．由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性，原子核不可能无节制的增大而仍稳定存在
解题指导：解答本题需思考以下两个问题
(1)原子核内的质子数与中子数的分配比例是怎样的？
(2)原子核能否无节制地增大？
典例 1
D
解析：原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数越大的原子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和小的都没有中等质量原子核稳定，故A、B、C错误；又由于核力是短程力及饱和性的特点，使原子核不可能无节制的增大，故D正确。
科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用。我们知道分子之间存在相互作用的引力和斥力，那么分子间作用力实质上是属于( )
A．引力相互作用
B．电磁相互作用
C．强相互作用和弱相互作用的共同作用
D．四种基本相互作用的共同作用
对点训练
B
解析： 分子间作用力作用范围约在10－10 m数量级上。强相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范围分别在10－15 m和10－18 m之内，在分子间作用力作用范围内强相互作用和弱相互作用都不存在，在分子间作用力作用范围内引力相互作用和电磁相互作用都存在，但由于电磁力远大于万有引力，引力相互作用可以忽略不计，因此分子间作用力本质上属于电磁相互作用。
探究?
对结合能和比结合能的理解
要|点|提|炼
1．结合能
要把原子核分开成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量。
2．比结合能
等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度。
3．比结合能曲线
不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示。
从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小。
4．比结合能与原子核稳定的关系
(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定。
(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定。
(3)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，就可能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。
(1)结合能大的原子核，比结合能不一定大，结合能小的原子核，比结合能不一定小。
(2)核的大小与原子核稳定的关系方面：中等大小核的比结合能最大、原子核最稳定。
典|例|剖|析
下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有( )
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
解题指导：要正确理解结合能和比结合能两个概念。中等质量原子核的比结合能大于重核、轻核的比结合能，但结合能大小可以直接看原子核的核子数比较，核子数多，结合能就大。
典例 2
D
解析：核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确。
(多选)不同原子核的比结合能是不同的，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小，由此可以确定下列核反应能释放大量核能的是( )
A．中等质量的原子核结合成质量较大的重核
B．质量较大的重核分裂成中等质量的原子核
C．中等质量的原子核分裂成质量较小的轻核
D．质量较小的轻核结合成质量较大的原子核
对点训练
BD
解析： 两个中等质量的原子核结合成重核的过程，核子的比结合能减少，整个过程将要吸收能量，故A项错误；质量较大的重核分裂成中等质量的原子核，是上述过程的逆过程，显然是放出能量的，B项正确；根据同样的方法可知，C项错误，D项正确。
探究?
对质量亏损和质能方程的理解
要|点|提|炼
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减少，减少的静止质量转化为和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E＝mc2的理解
(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的。具体地说，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之积，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的总和。
(2)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2。
(3)质能方程的本质
①质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起来。
②质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化。
③质量亏损不是否定了质量守恒定律。根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立。
3．核能的计算方法
(1)根据质量亏损计算
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)利用原子质量单位u和电子伏特计算
①明确原子质量单位u和电子伏特之间的关系
1u＝1.660 5×10－27 kg,1 eV＝1.602 178×10－19 J
由E＝mc2
②根据1 u相当于931.5 MeV的能量，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。
其中Δm的单位是u，ΔE的单位是 MeV。
4．根据能量守恒和动量守恒来计算核能
参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此利用动量和能量守恒可以计算出核能的变化。
5．利用平均结合能来计算核能
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。
(1)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光子的运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。
(2)核反应中释放的核能是由于核力做功引起的。
典|例|剖|析
典例 3
(1)写出核反应方程；
(2)求氚核和α粒子的速度大小；
(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损。
解题指导：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程；
(2)根据动量守恒定律求氚核和α粒子的速度大小；
(3)根据核反应过程中释放出的核能求出质量亏损。
对点训练
D
核心素养提升
核反应是吸热还是放热的判定法
核反应是释放还是吸收能量有如下两种判断方法：
(1)根据反应前后的质量变化
质量亏损——释放能量；
质量增加——吸收能量。
(2)根据反应前后的比结合能的变化
比结合能变大——释放能量；
比结合能变小——吸收能量。
(多选)如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图像。下列说法中正确的是( )
A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量
B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量
C．若A能分裂成B、C，分裂过程一定要释放能量
D．若A能分裂成B、C，分裂过程一定要吸收能量
案例
AC
解析： 由图可知，F原子核的核子的平均质量小，则原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核F时，因F的核子的平均质量小于D、E核子的平均质量，故出现质量亏损，由质能方程知，该过程一定要放出核能，所以选项A正确，B错误；因为C、B的核子的平均质量小于A核子的平均质量，故A分裂成B、C的过程一定要释放能量，所以选项C正确，D错误。
课堂达标检测
一、核力与四种基本相互作用
1．(多选)(2022·云南楚雄武定民族中学高二上期末)下列关于核力与结合能的说法中正确的是( )
A．将原子核拆散成核子所吸收的能量与核子结合成原子核所放出的能量相同
B．核力与万有引力性质相同
C．核力只存在于相邻的核子之间
D．核子数越多，原子核越稳定
AC
解析： 将原子核拆散成核子与核子结合成原子核两个过程质量的变化相等，根据爱因斯坦质能方程得知，将原子核拆散成核子所吸收的能量与核子结合成原子核所放出的能量相同，故A正确；核力与万有引力性质不同，核力只存在于相邻核子之前，而万有引力存在于宇宙万物之间，故B错误；核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m，原子核的半径数量级在10－15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，故C正确；核子数越多，原子核不一定越稳定，应是比结合能越大，原子核越稳定，故D错误。
2．(2023·江西六校高二下期中)关于核力，下列说法正确的是( )
A．核力的作用范围只有约10－15 m
B．核力本质上属于电磁相互作用
C．中子和中子之间不会有核力作用
D．核力减小是发生β衰变的原因
解析： 核力是短程力，作用在原子核内部，作用范围只有约10－15 m，A正确；核力属于强相互作用，不属于电磁相互作用，B错误；核力存在于核子之间，质子与质子、质子与中子、中子与中子之间均存在核力，选项C错误；弱相互作用才是引起β衰变的原因，D错误。
A
B
B
5．(多选)为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”。对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法正确的是( )
A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比
B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能
C．一个中子和一个质子结合成氘核时释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损
D．E＝mc2中的E是发生核反应时释放的核能
ABC
解析：E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比，其中E不能理解为发生核反应时释放的核能，选项A正确，D错误；根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能，选项B正确；一个中子和一个质子结合成氘核时发生聚变反应，会有质量亏损，亏损的质量以能量的形式释放出来，即释放出核能，选项C正确。(共70张PPT)
第五章 原子核
4. 核裂变与核聚变
5. “基本”粒子
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．知道核裂变反应及链式反应的条件。
2．知道裂变反应堆的工作原理，知道核电站的工作流程。
3．了解聚变反应及条件。会判断和填写核聚变方程，并能计算聚变释放的能量。
4．初步了解粒子物理学的基础知识及粒子的分类。
1．知道什么是裂变、聚变和链式反应，知道链式反应和聚变的条件。
2．会书写裂变和聚变方程，会利用质量亏损计算裂变和聚变产生的核能。
3．了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度。
4．了解粒子的发现史。
5．知道粒子的分类及特点，了解夸克模型。
课前预习反馈
核裂变的发现
知识点 1
1．核裂变：重核被_______轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出_______的过程。
中子
核能
3．链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种由重核裂变产生的中子使________反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的__________。
4．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于___________或裂变物质的质量大于___________。
核裂变
链式反应
临界体积
临界质量
『判一判』
(1)只要铀块的体积大于临界体积，就可以发生链式反应。( )
(2)重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小。( )
×
×
『选一选』
铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( )
A．重要因素是铀块的质量，与体积无关
B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子
C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D．能否发生链式反应与铀块的质量无关
C
解析： 要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积或铀块的质量大于临界质量，只要组成铀块的体积小于临界体积，或质量小于临界质量就不会产生链式反应。裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变。如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确。
反应堆与核电站
知识点 2
1．核能释放的控制：通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为___________。
2．慢化剂：反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有_______、_______和_________(也叫轻水)。
3．控制棒：为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收_______的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入_____一些，多吸收一些_______，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作_________。
核反应堆
石墨
重水
普通水
中子
深
中子
控制棒
4．能量输出：核燃料_______释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外___________，把反应堆内的_______传输出去，用于_______。
说明：核裂变是可以控制的，如核电站的建立和应用。
裂变
循环流动
热量
发电
『判一判』
(3)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。( )
√
『选一选』
关于重核的裂变，以下说法正确的是( )
A．核裂变释放的能量等于重核俘获中子时得到的能量
B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应
C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少
D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
D
核聚变
知识点 3
1．定义：两个轻核结合成___________的核，这样的核反应叫作_________。
3．条件：(1)轻核的距离要达到______________以内。
(2)需要加热到很高的_______，因此又叫___________。
4．优点：(1)轻核聚变_____________。
(2)地球上___________的储量丰富。
(3)轻核聚变更为_____________。
5．约束方法有_________和惯性约束。
质量较大
核聚变
10－15 m
温度
热核反应
产能效率高
聚变燃料
安全、清洁
磁约束
『判一判』
(4)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大。( )
(5)实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。( )
(6)质子、中子不能再分。( )
(7)太阳目前正处于氢通过热核反应成为氦，以电磁波的形式向外辐射核能。( )
√
√
×
√
『想一想』
万物生长靠太阳(如图)，太阳在我们日常生活中是不可替代的，它提供给地球足够的能源，如果说太阳一旦没有了，那么地球上的一切生物都将随之消失。
你知道太阳的能量来源吗？
答案：来源于太阳内部的核聚变反应。
1．基本粒子不基本
(1)直到19世纪末，人们都认为_______、电子、_______和中子是基本粒子。
(2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上___________组成的，并发现_____________等本身也有复杂结构。
粒子
知识点 4
光子
质子
基本粒子
质子、中子
2．发现新粒子
(1)新粒子：1932年发现了_________,1937年发现了_______，1947年发现了_________和_________及以后的超子等。
(2)粒子的分类：大体可分为_______、_______、规范玻色子和希格斯玻色子几种类型。
(3)夸克模型的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由_______构成的。
说明：反粒子最显著的特点是当它们与相应的正粒子相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子。
正电子
μ子
K介子
π介子
强子
轻子
夸克
课内互动探究
探究?
重核的裂变及链式反应
要|点|提|炼
1．铀核的裂变
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形式。
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2～3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。
(3)常见的裂变方程：
2．链式反应的条件
(1)要有足够浓度的235U。
(2)要有足够数量的慢中子。
(3)铀块的体积要大于临界体积。
3．裂变反应的能量
铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。
典|例|剖|析
A．1个α粒子 B．3个中子
C．10个中子 D．10个质子
典例 1
C
对点训练
C
探究?
核电站
要|点|提|炼
1．核电站的主要组成
核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下：
部件名称 慢化剂 控制棒 热循环介质 保护层
采用的 材料 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉 水或液态钠 很厚的水泥外壳
作用 降低中子速度，便于铀235吸收 吸收中子，控制反应速度 把反应堆内的热量传输出去 屏蔽射线，防止放射性污染
2．反应堆工作原理
(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨、重水或普通水为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围。
反应堆示意图
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电。
发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面。
3．核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少。
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大。
(3)对环境的污染要比火力发电小。
典|例|剖|析
(多选)如图是慢中子反应堆的示意图，对核反应堆的下列说法中正确的是( )
典例 2
BC
A．铀235容易吸收快中子发生裂变反应
B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D．若要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
解题指导：深入理解核反应堆的工作原理，是处理该类问题的关键。
解析：根据铀235的特点，它更容易吸收慢中子而发生裂变，A错误；在反应堆中慢化剂的作用就是减少快中子能量从而更易让铀235吸收裂变，B正确；链式反应的剧烈程度取决于裂变释放出的中子总数，镉控制棒可以吸收中子，因而可以控制核反应的快慢，即插入的深，吸收的多，反应将变慢，反之将加快，C正确，D错误。
某反应堆功率是P＝1×104 kW，用的核燃料是含5%铀235的浓缩铀，已知每个铀核裂变时释放的能量为200 MeV，则这个反应堆一昼夜要消耗多少克核燃料？
答案：210.8 g
对点训练
解析：反应堆一天发出的电能E1＝Pt＝1×107 W×24×3 600 s＝8.64×1011 J
E1＝E2
联立解得m＝10.54 g
则这个反应堆一昼夜要消耗核燃料的质量m消耗＝20m＝10.54 g×20＝210.8 g。
探究?
氢核的聚变
要|点|提|炼
1．轻核聚变是放能反应
从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。
2．聚变发生的条件
要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，但是原子核是带正电的，要使它们接近10－15 m就必须克服很大的库仑斥力作用，这就要求原子核应具有足够的动能。方法是给原子核加热，使其达到几百万度的高温。
3．核聚变的特点
(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。
(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。
(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。
4．核聚变的应用
(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。
(2)可控热核反应：目前处于探索阶段。
典|例|剖|析
中国核工业集团新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”，取得了聚变温度1.5亿摄氏度、等离子体电流2.5兆安培的重要进展，在这个全球竞争的聚变科学项目中一直保持着领先。关于核聚变反应，下列说法正确的是( )
A．核聚变反应原理简单，比裂变反应容易实现
B．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
C．太阳目前正在进行的核反应既有聚变反应，也有裂变反应
典例 3
B
关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( )
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B．聚变反应每个核子释放的平均能量一定比裂变反应多
C．聚变反应中粒子的比结合能变小
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增大
解析： 在一次聚变反应中释放的能量不一定比一次裂变反应多，但平均每个核子释放的平均能量一定比裂变反应多，故A错误，B正确；由于聚变反应中释放出巨大的能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，C、D错误。
对点训练
B
探究?
粒子的分类及夸克模型
要|点|提|炼
1．新粒子的发现及特点
发现时间 1932年 1937年 1947年 20世纪60年代后
新粒子 反粒子 μ子 K介子与π介子 超子
基本特点 质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反 比质子的质量小 质量介于电子与核子之间 其质量比质子大
2．夸克模型
(1)夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。
(2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。
(4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。
典|例|剖|析
某中微子观测站揭示了中微子失踪的原因，即观测到的中微子数目比理论上的少是因为部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。关于上述研究有以下说法，正确的是( )
A．若发现μ子和中微子运动方向一致，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相反
B．若发现μ子和中微子运动方向一致，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相同
C．若发现μ子和中微子运动方向相反，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相同
D．若发现μ子和中微子运动方向相反，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相反
典例 4
C
解析： 中微子转化为一个μ子和一个τ子的过程中动量守恒，设中微子运动方向为正方向，有m中v中＝mμvμ＋mτvτ，若μ子和中微子运动方向一致，则m中v中－mμvμ＝mτvτ，由v中大于0，vμ大于0可知，vτ也可能小于0，即τ子运动方向与中微子运动方向可能相同，也可能相反，A、B错误；若μ子和中微子运动方向相反，则m中v中－mμvμ＝mτvτ，由v中大于0，vμ小于0可知，vτ一定大于0，则τ子运动方向与中微子运动方向一定相同，C正确，D错误。
A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成
对点训练
B
解析： 题目中给出的信息是u夸克与d夸克带的电荷量，故应从质子所带电荷为e，中子不带电荷的角度考虑，经过分析知B项正确。
核心素养提升
轻核聚变与重核裂变的区别
反应方式 比较项目 重核裂变 轻核聚变
放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核放出核能
放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍 核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多 反应方式 比较项目 重核裂变 轻核聚变
原料的蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的235U在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氚，氚在地球上的储量非常丰富。1 L海水中大约有0.03 g氚，如果用来进行热核反应放出的能量约与燃烧300 L汽油相当
可控性 反应速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用裂变反应释放核能 目前，除氢弹以外，人们还不能控制它
(多选)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是( )
C．核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多
D．核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同
案例
AC
课堂达标检测
A．X是β粒子，具有很强的电离本领
B．X是中子，中子是查德威克通过实验最先发现的
C．X是中子，中子是卢瑟福通过实验最先发现的
D．X是α粒子，穿透能力比较弱
B
解析： 根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可知，X为中子，故A、D错误；根据物理学史可知，中子是查德威克通过实验最先发现的，故B正确，C错误。
2．铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应被定义为核裂变。1947年中国科学家钱三强、何泽慧在实验中观察到铀核也可能分裂为三部分或四部分，其概率大约是分裂为两部分的概率的千分之三。关于铀核的裂变，下列说法不正确的是( )
A．裂变的产物不是唯一的
B．裂变的同时能放出2～3个或更多个中子
C．裂变能够释放巨大的能量，每个核子平均释放的能量在裂变反应中比在聚变反应中的大
D．裂变物质达到一定体积(即临界体积)时，链式反应才可以持续下去
C
解析：铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是多种多样的，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2～3个或更多个中子，A、B正确；裂变能够释放巨大的能量，每个核子平均释放的能量在裂变反应中比在聚变反应中的小，C错误；要引起链式反应，需使裂变物质的体积达到临界体积以上，D正确。本题选不正确的，故选C。
二、反应堆与核电站
3．(2023·广东佛山西樵高中高三月考)如图所示是当前核电站普遍使用的核反应堆的示意图，关于该反应堆中进行的核反应，下列说法中正确的是( )
A．图示装置中进行的核反应类型是核聚变
B．要使核反应速度减慢，可以将铀棒插入得更深
C．裂变反应的燃料是铀，反应过程质量不守恒
D．石墨起到降低反应温度的作用
C
解析： 图示装置中进行的核反应类型是核裂变，故A错误；将铀棒插入得更深，中子接触的铀原子更多，反应加剧，故B错误；裂变反应的燃料是铀，反应过程发生质量亏损，质量不守恒，故C正确；石墨主要是将快中子变为慢中子，故D错误。
三、核聚变
4．2021年5月28日，中科院合肥物质科学研究院研究的中国“人造太阳”核聚变技术创造了新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行。下列关于核聚变的有关说法正确的是( )
A．轻核聚变释放出能量，出现了质量亏损，所以轻核聚变过程质量数不守恒
B．轻核聚变后核的比结合能增大
C．中等大小的核的结合能最大
D．轻核聚变的反应称为链式反应
B
解析： 所有的核反应都遵循质量数守恒和电荷数守恒，选项A错误；中等大小的核的比结合能最大，轻核聚变后核的比结合能增大，选项B正确；中等大小的核的比结合能最大，但结合能不是最大，原子核的结合能还与核子数有关，选项C错误；重核裂变时能发生链式反应，轻核聚变时不能发生链式反应，选项D错误。
5．以下说法正确的是( )
A．聚变是裂变的逆反应
B．若裂变释放能量，则聚变必定吸收能量
C．聚变需将反应物加热至数百万摄氏度的高温，显然吸收能量
D．裂变与聚变均可释放巨大的能量
D
解析：从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物和生成物完全不同。裂变是重核分裂成中等质量的核的反应，而聚变则是轻核聚合成为质量较大的核的反应，二者并非互为逆反应，A错误；既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量流向上也不必相反，B错误；要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万摄氏度的高温提供能量，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量。因此，总的来说，聚变反应还是释放能量，故C错误，D正确。
四、基本粒子
6．(多选)关于人们发现的粒子，下列说法正确的是( )
A．许多粒子都有自己的反粒子
B．目前还未发现轻子的内部结构
C．质子属于强子
D．光子属于轻子
解析： 许多粒子都有自己的反粒子，反粒子与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，故A正确；目前还没有发现轻子的内部结构，B正确；质子和中子属于强子，光子属于规范玻色子，故C正确，D错误。
ABC
7．关于粒子，下列说法正确的是( )
A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B．强子都是带电的粒子
C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论
D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
D(共51张PPT)
第五章 原子核
章 末 小 结
方法归纳提炼
进考场练真题
知识网络构建
知识网络构建
方法归纳提炼
一、对核反应方程及类型的理解
1．书写原则：核反应遵循质量数和电荷数守恒。
2．常见的核反应方程及相关内容
3．关于核反应的四点说明
(2)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接。
(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒。
典例1
AD
(多选)(2023·天津一中高二期末)下列说法中正确的是( )
A．在核反应中满足电荷数守恒，质量守恒
B．氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子
C．钍核(Th)发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2
对点训练
BCD
二、核反应中的“守恒规律”
在各种核反应中，存在着一些“守恒量”，这些“守恒量”为我们提供了解决核反应中电荷、质量、能量、动量变化问题的方法和依据。概括为：
(1)五个守恒
①质量数守恒；
②质子数(电荷数)守恒；
③质量守恒(“亏损质量”与释放的“核能”相当)；
④能量守恒；
⑤动量守恒。
(2)两个方程
①质能方程：E＝mc2，m指物体的质量；
②核能：ΔE＝Δmc2。
(3)一个半衰期(T)
典例2
BC
对点训练
AD
进考场练真题
一、高考真题探析
(多选)(2022·浙江1月卷，14)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011 kW ·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是( )
A．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kg
C．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
典题
CD
二、临场真题练兵
1．(2023·北京高考真题)下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是( )
A
2．(2023·天津高考真题)关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是( )
A．核聚变需要在高温下进行
B．核聚变中电荷不守恒
C．太阳质量不变
A
A．Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强
B．Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强
C．Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强
D．Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强
D
C
A．电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面向里
B．电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面向外
C．电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面向里
D．电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面向外
C
6．(2023·湖南高考真题)2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是( )
A．相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多
C．核聚变的核反应燃料主要是铀235
D．核聚变反应过程中没有质量亏损
A
7．(2023·全国高考真题)2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108 m/s)( )
A．1019 kg B．1024 kg
C．1029 kg D．1034 kg
C
8．(2022·山东卷，1)碘125衰变时产生γ射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的( )
B
C
AB
B．核反应前后的总质子数不变
C．核反应前后总质量数不同
D．中微子νe的电荷量与电子的相同
A
A
A．67.3d
B．101.0d
C．115.1d
D．124.9d
C
