第三节 放射性同位素
学
习
目
标
知
识
脉
络
1.知道什么是核反应，能够熟练写出核反应方程．(重点)2.知道放射性同位素和人工放射性同位素及其核反应方程．(难点)3.了解放射性在生产和科学领域的应用.4.知道射线的危害及防护.
核
反
应
1．定义：利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轰击原子核，以产生新的原子核，这个过程叫做核反应．
2．反应能：核反应中所放出或吸收的能量叫做反应能．
3．两个典型的核反应方程
(1)质子的发现：N＋He→O＋H.
(2)中子的发现：Be＋He→C＋n.
1．在核反应过程中，原子核的质量数和电荷数发生变化的同时一定伴随着能量的释放和吸收．(√)
2．无论是核衰变还是其他核反应，方程两边总的质量数和电荷数是守恒的．(√)
3．核反应方程遵守质量数守恒，即核反应过程中，质量不变化．(×)
核反应的条件和实质分别是什么？
【提示】 (1)放射性元素的自发衰变；利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轰击原子核．
(2)核反应的过程实质是新元素的生成过程．
1．对核反应的认识
(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)遵循规律：反应前、后电荷数和质量数守恒．
2．常见的人工转变核反应
(1)卢瑟福发现质子N＋He→O＋H.
(2)查德威克发现中子Be＋He→C＋n.
(3)居里夫妇人工制造同位素He＋Al→P＋n.
P具有放射性，自发地放出正电子(e)，与天然放射现象遵循相同的规律，衰变方程：P→Si＋e＋ν.
3．书写核反应方程时的注意事项
(1)核反应指的是在原子核内部核子数发生相应的变化，而化学反应指的是在原子核外最外层电子数发生变化，二者存在本质的不同．
(2)核反应过程一般都不是可逆的，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)核反应的生成一定要以实验事实为基础，不能依据两个守恒规律杜撰出生成物与核反应方程．
(4)核反应遵循质量数守恒，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)且释放出核能．
1．以下是物理学史上3个著名的核反应方程
x＋Li→2y y＋N→x＋O y＋Be→z＋C
x、y和z是3种不同的粒子，下列说法正确的是( )
A．x为α粒子
B．x为质子
C．y为α粒子
D．y为电子
E．z为中子
【解析】 根据质量数守恒和电荷数守恒可以确定x为质子H，y为He即α粒子，z为中子n.
【答案】 BCE
2．用中子轰击Al，产生Na和X粒子，Na具有放射性，它衰变后变成Mg，则X为________粒子，钠的衰变过程为________衰变．
【解析】 无论原子核的衰变，还是原子核的人工转变，都满足质量数守恒和电荷数守恒，根据以上守恒可得如下方程：n＋Al→Na＋He，Na→Mg＋e.显然，X粒子是α粒子，钠发生了β衰变．
【答案】 α β
3．完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的．
(1)B＋He→N＋( )
(2)Be＋( )→C＋n
(3)Al＋( )→Mg＋H
(4)N＋He→O＋( )
(5)Na＋( )→Na＋H
(6)Al＋He→n＋( )；P→Si＋( )
【解析】 (1)B＋He→N＋n
(2)Be＋He→C＋n
由此核反应使查德威克首次发现了中子．
(3)Al＋n→Mg＋H
(4)N＋He→O＋H
此核反应使卢瑟福首次发现了质子．
(5)Na＋H→Na＋H
(6)Al＋He→n＋P；
P→Si＋e(正电子)
此核反应使约里奥—居里夫妇首次发现了正电子．
【答案】 见解析
书写核反应方程的四条重要原则
1．质量数守恒和电荷数守恒；
2．中间用箭头，不能写成等号；
3．能量守恒(中学阶段不作要求)；
4．核反应必须是实验中能够发生的．
放射性同位素及其应用
1．放射性同位素
(1)具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素．
(2)具有放射性的同位素，叫做放射性同位素．
(3)发现正电子的核反应方程
Al＋He→P＋n
P→Si＋e＋ν.
ν代表中微子，它是一种中性粒子，质量近似为零．
2．放射性同位素的应用
放射性同位素的应用主要分为三类：
(1)射线的应用；
(2)示踪原子的应用；
(3)半衰期的应用．
3．放射线的危害及防护
(1)危害
人体受到长时间大剂量的射线照射，就会使细胞、组织、器官受到损伤，破坏人体DNA分子结构，有时甚至会引发癌症，或者造成下一代遗传上的缺陷，过度照射时，人常常会出现头痛、四肢无力、贫血等多种症状，重者甚至死亡．
(2)防护
辐射防护的基本方法有时间防护、距离防护和屏蔽防护．要防止放射性物质对水源、空气、用具、工作场所的污染，要防止射线过多地长时间地照射人体．
1．利用示踪原子来推断地层或古代文物的年代．(×)
2．可以利用放射性同位素的射线进行无损探伤，生物育种等．(√)
3．医学上做射线治疗用的放射性元素，应选半衰期长的．(×)
存在射线危险的地方，常能看到如图4 3 1所示的标志．你在什么地方见过这个标志？为了保护人身安全，在有这样的标志的场所，应该注意什么？
图4 3 1
【提示】 在医院的放射室看到这个标志．一般情况要远离这些地方，特殊情况下要在医生指导下进出这些场所．
1．放射性同位素分类
可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1
000多种，每种元素都有自己的放射性同位素．
2．人工放射性同位素的优点
(1)放射强度容易控制；
(2)可以制成各种所需的形状；
(3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理．因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素．
3．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．
4．下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子
( )
A．γ射线探伤仪
B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况
C．利用钴60治疗肿瘤等疾病
D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律
E．给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，帮助诊断甲状腺的疾病
【解析】 A是利用了γ射线的穿透性；C利用了γ射线的生物作用；B、D、E是利用示踪原子．
【答案】 BDE
5．关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的有( )
A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了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
C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种
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
E．不能利用γ射进行人体透视
【解析】 利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性，使空气分子电离成导体，将静电泄出，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，B、D、E正确；DNA变异并不一定都是有益的，C错误．
【答案】 BDE
6．正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程.15O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象．根据PET原理，回答下列问题：
(1)写出15O的衰变和正负电子湮灭的方程式．
(2)将放射性同位素15O注入人体，15O的主要用途是( )
A．利用它的射线
B．作为示踪原子
C．参与人体的代谢过程
D．有氧呼吸
(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应________．(选填“长”“短”或“长短均可”)
【解析】 (1)由题意得O→N＋e，e＋e→2γ.
(2)将放射性同位素15O注入人体后，由于它能放出正电子，并能与人体内的负电子产生一对光子，从而被探测器探测到，所以它的用途为作为示踪原子．B正确．
(3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该很短．
【答案】 (1)O→N＋e，e＋e→2γ
(2)B (3)短
放射性同位素应用的两点提醒
1．利用它的射线：α射线的电离作用，γ射线的贯穿本领和生物作用，β射线的贯穿本领．
2．作为示踪原子：多数情况下用β射线，因为γ射线难以探测到．第五节 裂变和聚变
学
习
目
标
知
识
脉
络
1.知道核裂变和核聚变的概念，知道重核裂变和轻核聚变中能释放出巨大的能量．(重点)2.知道什么是链式反应.3.知道核聚变反应及受控热核反应．(重点)4.会计算重核裂变、轻核聚变过程中释放出的能量．(难点)
核
裂
变
与
链
式
反
应
1．核裂变
重核分裂成两个较轻的核时，释放出能量，这种核反应叫做核裂变．
2．链式反应
为了使裂变产生的能量可以被利用，必须让一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫做链式反应．
3．典型的铀核裂变
(1)U＋n→Ba＋Kr＋3n
(2)U＋n→Xe＋Sr＋10n
1．铀核裂变时，可以放出多个中子．(√)
2．裂变物体的体积小于临界体积时，不可能发生链式反应．(√)
3．核聚变和核裂变中所产生的能量，都可以为人类所利用．(√)
为了使裂变的链式反应容易进行，一般用高纯度的浓缩铀235，原因是什么？
【提示】 由于裂变放出的中子有的可能被裂变物质中的杂质吸收而造成链式反应不能持续进行下去，要维持链式反应，就要减少裂变物质中的杂质，尽量用高纯度浓缩铀．
1．裂变的解释
(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状．
(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，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能．
(3)能量：重核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量，一般说来，平均每个核子放出的能量约为1
MeV,1
kg铀全部裂变放出的能量相当于2
500
t优质煤燃烧时释放的能量．裂变时能产生几百万度的高温．
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，则另一个条件自动满足．
1．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是________．
【解析】 重核的裂变需要中子的轰击，在链式反应中，不断放出高速的中子使裂变可以不断进行下去．
【答案】 中子
2．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它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，但核子数不变
D．重核裂变为中等质量的核时，放出核能
E．核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损
【解析】 核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D、E正确．发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于其临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误．重核裂变时，核子数守恒，C正确．
【答案】 CDE
3．铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：U＋n→Xe＋Sr＋2n，则A＝________，Z＝________.
【解析】 根据核反应中的质量数、电荷数守恒可知，A＝94，Z＝38.
【答案】 94 38
对重核裂变的两点理解
1．重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程．
2．重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小．所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量．
受
控
热
核
反
应
1．核聚变
(1)定义：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应．
(2)举例：H＋H→He＋n＋17.6
MeV.
(3)条件：
①轻核的距离要达到10－15_m以内．
②需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应．
2．受控热核反应
人工的热核反应可以通过原子弹爆炸时产生的高温来达到．氢弹就是这样制成的．如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用(例如发电)，这称为受控热核反应．
3．优点
(1)轻核聚变产能效率高．
(2)地球上聚变燃料的储量丰富．
(3)轻核聚变更为安全、清洁．
4．约束方法
磁约束和惯性约束．
1．核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些．(×)
2．轻核的聚变只要达到临界质量就可以发生．(×)
3．现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的聚变反应．(√)
核聚变为什么需要几百万度的高温？
【提示】 要使轻核发生聚变就必须使它们间的距离达到核力发生作用的距离，而核力是短程力，作用距离在10－15
m，在这个距离上时，质子间的库仑斥力非常大，为了克服库仑斥力就需要原子核具有非常大的动能才会撞到一起，当温度达到几百万度时，原子核就可以具有这样大的动能．
1．聚变发生的条件
要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15
m，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．
2．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．
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．
4．下列关于聚变的说法中正确的是
( )
A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功
B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应
C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应
D．自然界中不存在天然的热核反应
E．轻核聚变易控制，目前世界上的核电站多数是利用核聚变反应释放核能
【解析】 轻核聚变时，必须使轻核之间距离达到10－15
m，所以必须克服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确E错误；在太阳内部或其他恒星内部都进行着热核反应，D错误．
【答案】 ABC
5．科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应方程为He＋He→2H＋He，关于He聚变下列表述正确的是( )
A．聚变反应会释放能量
B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损
D．目前核电站都采用He聚变反应发电
E．聚变反应一定有质量亏损
【解析】 核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，这是人类利用核能的途径之一．目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电．
【答案】 ABE
6．氘核(H)和氚核(H)结合成氦核(He)的核反应方程如下：H＋H→He＋n＋17.6
MeV
(1)这个核反应称为________．
(2)要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6
MeV是核反应中________
(选填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(选填“增加”或“减少”)了________kg(保留一位有效数字)．
【解析】 在轻核聚变反应中，由于质量亏损，放出核能，由ΔE＝Δmc2，可以求得Δm＝≈3×10－29
kg.
【答案】 (1)核聚变 (2)放出 减少 3×10－29
1．核聚变反应和一般的核反应一样，也遵循电荷数和质量数守恒，这是书写核反应方程式的重要依据．
2．核能的计算关键是要求出核反应过程中的质量亏损，然后代入ΔE＝Δmc2进行计算．第四节 核力与结合能
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目
标
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识
脉
络
1.知道核力的概念与特点．(重点)2.会解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因.3.理解结合能与平均结合能的概念，知道核反应中的质量亏损．(重点)4.知道爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系，能进行基本的核能计算．(难点)
核力及其性质、重核与轻核
1．核力
(1)定义：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称为核力．
(2)特点：核力是一种很强的力，在约0.5×10－15m～2×10－15m的距离内主要表现为引力，在小于0.5×10－15m的距离内表现为强大的斥力，大于2×10－15m核力就迅速减小到零，所以核力是一种短程力．
2．重核和轻核
排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫做重核；排在比较靠前的叫轻核．
1．核力有时表现为引力，有时表现为斥力．(√)
2．原子核中的中子数又称为原子序数．(×)
3．所有的原子核中中子数等于质子数．(×)
原子核内只有相邻的核子间才存在相互作用的核力，不相邻的核子间不存在核力，这是为什么？
【提示】 因为核力是短程力，作用范围在2×10－15
m左右，原子核内相邻核子间距在这个范围内，而不相邻核子间距已超过0.5×10－15～2×10－15
m，故不存在核力作用．
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10×10－15
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．
(4)核力具有电荷无关性．核力与核子电荷无关．
3．原子核中质子与中子的比例关系
(1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多．
(2)形成原因：
①若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快．所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了．
②若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多．
③由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的．
1．对核力的认识，下列说法正确的是( )
A．任何物体之间均存在核力
B．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用
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
E．核力是强相互作用的一种表现
【解析】 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，核力发生在核子之间．
【答案】 BDE
2．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
E．越重的元素，核子中子数与质子数相差越多
【解析】 由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A、B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如H，C正确；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳定，故D、E正确.
【答案】 CDE
3．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，质子数比中子数少
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，核力具有饱和性，不可能无节制地增大原子核而仍稳定存在
E．原子序数大于或等于83的元素都是不稳定的
【解析】 由稳定核的质子数与中子数的关系图象可知，质量越大的原子核内中子数比质子数多得越多，故A错误B正确；原子核可以发生衰变，且原子序数大于或等于83的元素都有放射性，故C错误E正确；由核力作用特点可知，核子数越多的原子核越不稳定，故D正确．
【答案】 BDE
1．核力是强相互作用力，只存在于相邻核子之间．
2．核力的存在与核子是否带电及电性无关．
3．原子核的稳定性与核力和库仑力的大小关系有关．
结
合
能
1．两个典型核反应方程
(1)用γ光子照射氘核，使它分解的核反应方程为：
γ＋H→H＋n
(2)一个中子和一个质子结合成氘核的核反应方程为：
H＋n→H＋γ
(3)由于核子间存在强大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，也就是要提供一定的能量．
2．结合能：核子结合成原子核时也会放出一定的能量．这个能量叫做原子核的结合能．
3．平均结合能：原子核的结合能与核子数之比叫平均结合能．
4．爱因斯坦质能方程：ΔE＝Δmc2.
1．氘核分解为质子和中子时，要放出能量．(×)
2．结合能反映了一个原子核结合的紧密程度，结合能越大，原子核越稳定．(×)
3．由于核反应存在质量亏损，所以反应前后质量不守恒，但能量是守恒的．(×)
有人认为所有的核反应都伴随着质量亏损．故都释放核能，这种说法对吗？
【提示】 不对．例如一个氘核被拆成一个中子和一个质子时，需要用γ光子照射获得等于或大于2.2
MeV的能量，这个核反应才能实现．可见有的核反应释放能量，有的核反应吸收能量，无论是吸收的还是放出的能量在核反应中均称为核能．
1．平均结合能与原子核稳定的关系
(1)平均结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，平均结合能越大，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，平均结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，平均结合能较大，表示原子核较稳定.
(3)当平均结合能较小的原子核转化成平均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．
2．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的规律．核反应中的质量亏损，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．
3．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，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．
4．核能的计算
(1)根据爱因斯坦的质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(Δm)的千克数乘以真空中光速的平方(c＝3×108
m/s)，即ΔE＝Δmc2.
(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏特(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.
4．下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的有( )
A．核子结合成原子核时放出能量
B．原子核拆解成核子时要吸收能量
C．平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
D．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都大
E．中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大
【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、B正确；平均结合能越大的原子核越稳定，但平均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平均结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，C、D选项错误；中等质量原子核的平均结合能比轻核的大，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，E选项正确．
【答案】 ABE
5．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．一定量的质量总是与一定量的能量相联系的
E．物体的质量减少，总能量也随之减少
【解析】 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，故B、D、E对．
【答案】 BDE
6．(2015·江苏高考)取质子的质量mp＝1.672
6×10－27
kg，中子的质量mn＝1.674
9×10－27
kg，α粒子的质量mα＝6.646
7×10－27
kg，光速c＝3.0×108
m/s.请计算α粒子的结合能．(计算结果保留两位有效数字)
【解析】 组成α粒子的核子与α粒子的质量差
Δm＝(2mp＋2mn)－mα
结合能ΔE＝Δmc2
代入数据得ΔE＝4.3×10－12
J.
【答案】 4.3×10－12
J
核能的两种计算方法
1．若以kg为质量亏损Δm的单位，则计算时应用公式ΔE＝Δmc2.
2．若以原子单位“u”为质量亏损单位，则ΔE＝Δm×931.5
MeV.
3．两种方法计算的核能的单位分别为“J”和“MeV”，1
MeV＝1×106×1.6×10－19
J＝1.6×10－13
J第一节 走进原子核
学
习
目
标
知
识
脉
络
1.知道天然放射现象，了解放射性及放射元素的概念．(重点)2.了解质子、中子的发现过程，知道原子核的组成．(重点、难点)
放射性的发现
1．放射性：物质放射出射线的性质叫做放射性．
2．放射性元素：具有放射性的元素叫放射性元素．能自发地放出射线的元素叫做天然放射性元素．
1．放射性元素发出的射线可以使包在黑纸里的照相底片感光．(√)
2．只有原子序数大于83的元素才具有放射性．(×)
3．放射性的发现揭示了原子核结构的复杂性．(√)
天然放射现象说明了什么？
【提示】 天然放射现象说明了原子核具有复杂的内部结构．
原子核的组成
1．质子的发现
2．中子的发现
3．原子核的组成
由质子和中子组成，它们统称为核子．
4．原子核的符号是：X.其中X是元素符号，A表示质量数，Z表示电荷数，中子数等于A－Z.
1．质子是卢瑟福用α粒子轰击铝核时发现的．(×)
2．中子是查德威克用α粒子轰击铍核时发现的．(√)
3．原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍．(√)
卢瑟福依据什么猜想原子核中存在着中子？
【提示】 元素的原子核的质量大体上是质子质量的整数倍，但原子核的电荷数仅仅是质量数的一半或更少一些．
1．原子核的表示方法
一个质量数为A，电荷数为Z的原子核可表示为X(X代表该元素符号，如氢核为H)．
(1)原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的质量数，原子核的质量数＝核子数＝质子数＋中子数．质量数并不是原子核的质量．
(2)原子核由带正电的质子和不带电的中子组成，所以原子核所带的电荷量是质子电荷量的整数倍，所带电荷数即为该原子核的质子个数，原子由原子核及核外电子组成，所以原子核的电荷数与核外电子个数相等，即等于该原子的原子序数．
2．与原子核相关的三个整数、两个等式
(1)原子核中的三个整数
①核子数：质子数和中子数之和．
②电荷数：原子核所带电荷量总是质子电荷量的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，也叫原子核的核电荷数，用字母Z表示．
③质量数：原子核的质量通常等于质子和中子质量的总和，而质子和中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个质子或中子的整数倍，这个整数就叫原子核的质量数，用字母A表示．
(2)两个等式
①核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝中性原子的核外电子数．
②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．
3．原子核的组成及规律特点
质子数与中子数之和为质量数，即原子核的核子数，元素左下方数字表示质子数，与中性原子的核外电子数相等，也为该核的核电荷数，也是在元素周期表中的原子序数．即有：原子核的电荷数＝质子数＝核外电子数＝原子序数．
如：Rn的质子数为86，中子数为136，质量数为222，核电荷数为86，在元素周期表中的原子序数为86.
1．卢瑟福发现质子后，预想到原子核中还有中子的存在，其判断依据与下列事实不相符的是( )
A．电子数与质子数相等
B．原子核的质量大约是质子质量的整数倍
C．原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些
D．质子和中子的质量几乎相等
E．原子核中存在不带电且质量与质子相近的中性粒子
【解析】 卢瑟福发现原子核的核电荷数与质子的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或少一些，因此预想到在原子核内还存在有质量而不带电的中性粒子，即中子，故不符合事实的是A、B、D.
【答案】 ABD
2.元素X的原子核可用符号X表示，其中a、b为正整数，下列说法正确的是( )
A．a等于此原子核中的质子数，b等于此原子核中的中子数
B．a等于此原子核中的中子数，b等于此原子核中的质子数
C．a等于此元素的原子处于中性状态时核外电子数
D．b等于此原子核中的质子数加中子数
E．a等于此原子核中的质子数，b等于此原子核中的核子数
【解析】 符号X中，b为质量数，a为核电荷数，中子数为b－a，故A、B均错；当X为中性状态时，核外电子数等于a，又因核子数等于质量数，C、D、E对．
【答案】 CDE
3．如图4 1 1所示为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放出α射线轰击铍时会产生粒子流a，用粒子流a轰击石蜡后会打出粒子流b，则粒子流a为________，粒子流b为________．
图4 1 1
【解析】 不可见的粒子轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见粒子应该是中子，故a为中子，b为质子．
【答案】 中子 质子
4．已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226，试问：
(1)镭核中质子数和中子数分别是多少？
(2)镭核的核电荷数和所带电荷量是多少？
(3)若镭原子呈中性，它核外有多少电子？
【解析】 (1)镭核中的质子数等于其原子序数，其质子数为88，中子数N等于原子核的质量数与质子数之差，
即N＝226－88＝138.
(2)镭核的核电荷数和所带电荷量分别是
Z＝88，Q＝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)88 1.41×10－17
C (3)88
原子核的“数”与“量”辨析
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．第二节 放射性元素的衰变
学
习
目
标
知
识
脉
络
1.知道三种射线的本质和特点．(重点)2.理解原子核的衰变及核反应规律．(难点)3.知道半衰期的概念，会应用半衰期解决有关问题．(重点)
原子核的衰变
1．放射性物体放出的射线常见的有三种：α射线、β射线、γ射线，其实质分别是高速α粒子流、高速电子流、频率很高的电磁波．
2．三种射线的特点
(1)α射线：速度可达光速的，电离作用强，贯穿本领很小．
(2)β射线：速度可达光速的99%，电离作用较弱，贯穿本领较强．
(3)γ射线：是频率很高的电磁波，波长很短，电离作用最小，贯穿本领最强．
3．原子核的衰变
(1)衰变定义：一种元素经放射过程，变成另一种元素的现象，称为原子核的衰变．
(2)衰变分类
①α衰变：放出α粒子的衰变．
②β衰变：放出β粒子的衰变．
(3)衰变方程
U→Th＋He
Th→Pa＋e
(4)衰变规律
①原子核衰变时电荷数和质量数都守恒．
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．
4．γ射线的产生：放射性的原子核在发生α衰变或者β衰变后，产生的新核往往处于高能级，它要向低能级跃迁，并辐射γ光子，故γ射线是伴随α射线或β射线产生的．
1．三种射线都是从原子外层电子激发出来的．(×)
2．放射性物质不可能同时放出α、β和γ三种射线．(×)
3．原子核发生α衰变时，核的质子数减少2，而质量数减少4.(√)
4．原子核发生β衰变时，原子核的质量不变．(×)
5．原子核发生衰变时，质量数和电荷数都守恒．(√)
发生β衰变时，新核的电荷数变化多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？
【提示】 根据β衰变方程Th→Pa＋e知道，新核核电荷数增加了1个，原子序数增加1个，故在元素周期表上向后移了1位．
1．α、β、γ三种射线的性质、特征的比较
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
质量
4mp
mp＝1.67×10－27kg
静止质量为零
速度
0.1c
0.99c
c
贯穿本领
最弱用一张纸就能挡住
较强穿透几毫米的铝板
最强穿透几厘米的铅板
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)不论在电场还是磁场中，γ射线总是做匀速直线运动，不发生偏转．
(2)在匀强电场中，α和β粒子沿相反方向做类平抛运动，且在同样的条件下，β粒子的偏移最大．
如图4 2 1所示．
图4 2 1
(3)在匀强磁场中，在同样的条件下，α和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径最小，偏转最大．
如图4 2 2所示．
图4 2 2
3．衰变实质
α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子，2n＋2H→He
β衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子，n→H＋e
4．衰变方程通式
(1)α衰变：X→Y＋He
(2)β衰变：X→Y＋e
5．确定原子核衰变次数的方法与技巧
(1)方法：设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程为：
X→Y＋nHe＋me
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.
以上两式联立解得：n＝，m＝＋Z′－Z.
由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组．
(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．
1．天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是
( )
A．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线
B．某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核
C．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线
D．β粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子
E．γ射线是波长很长的光子
【解析】 由三种射线的本质和特点可知，α射线穿透本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A正确；γ射线是一种波长很短的光子，不会使原核变成新核．三种射线中α射线电离作用最强，故C正确，E错误；β粒子是电子，来源于原子核，故D正确．
【答案】 ACD
2．原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线．这些射线共有三种：α射线、β射线和γ射线．下列说法中正确的是( )
A．原子核每放出一个α粒子，原子序数减少2
B．原子核每放出一个α粒子，原子序数增加4
C．原子核每放出一个β粒子，原子序数减少1
D．原子核每放出一个β粒子，原子序数增加1
E．原子核放出γ射线时，原子序数不变
【解析】 发生一次α衰变，核电荷数减少2，质量数减少4，原子序数减少2；发生一次β衰变，核电荷数、原子序数增加1，γ射线是光子．
【答案】 ADE
3．如图4 2 3所示，放射性元素镭释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，其中________是α射线，________是β射线，________是γ射线．
图4 2 3
【解析】 由放射现象中α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，结合在电场与磁场中的偏转可知②⑤是γ射线，③④是α射线．
【答案】 ③④ ①⑥ ②⑤
4.U核经一系列的衰变后变为Pb核，问：
(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？
(2)Pb与U相比，质子数和中子数各少了多少？
(3)综合写出这一衰变过程的方程．
【解析】 (1)设U衰变为Pb经过x次α衰变和y次β衰变．由质量数守恒和电荷数守恒可得
238＝206＋4x
①
92＝82＋2x－y
②
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．
(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，而质子数增加1，故Pb较U质子数少10，中子数少22.
(3)衰变方程为U→Pb＋8He＋6e
【答案】 (1)8次α衰变和6次β衰变 (2)10 22
(3)U→Pb＋8He＋6e
衰变次数的判断方法
1．衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．
2．每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2.
3．每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1.
半
衰
期
1．定义：原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间，叫做半衰期．记为T1/2.
2．衰变规律
m＝m0(其中m0为衰变前的质量，m为t时间后剩余的放射性元素的质量)．
3．放射性元素的平均存活时间称为平均寿命．
1．半衰期的大小反映了放射性元素衰变的快慢．(√)
2．放射性元素衰变的速率，与原子所处的物理状态和化学状态有关．(×)
3．半衰期是大量原子核发生衰变的统计规律，少数原子核不符合这一规律．(√)
有10个镭226原子核，经过一个半衰期有5个发生衰变，这样理解对吗？
【提示】 不对.10个原子核，数目太少，它们何时衰变是不可预测的，因为衰变规律是大量原子核的统计规律．
1．意义：半衰期表示放射性元素衰变的快慢．
2．决定因素：半衰期的长短由原子核自身因素决定，与原子核所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关．
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，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核．
5．14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5
700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是( )
A．该古木的年代距今约5700年
B.
12C、13C、14C具有相同的中子数
C．12C、13C、14C具有相同的质子数
D.
14C衰变为14N的过程中放出β射线
E．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
【解析】 古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5
700年，选项A正确．同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项B错误，C正确.14C的衰变方程为C→N＋e，所以此衰变过程放出β射线，选项D正确．放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项E错误．
【答案】 ACD
6．若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比mA∶mB为________．
【解析】 元素A的半衰期为4天，经过20天后剩余原来的，元素B的半衰期为5天，经过20天后剩余原来的，剩下的质量之比mA∶mB＝1∶2.
【答案】 1∶2
有关半衰期的两点提醒
1．半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间而不是样本质量减少一半的时间．
2．经过n个半衰期，剩余核N剩＝N总．第六节 核能利用
第七节 小粒子与大宇宙
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识
脉
络
1.知道什么是核反应堆．(重点)2.知道核电站的工作模式，了解核能的利用．(重点)3.了解宇宙及恒星的演化.
反应堆 核电站
1．核反应堆
(1)核反应堆是人工控制链式反应的装置．
(2)减速剂
反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“减速剂”，常用的减速剂有石墨、重水和普通水．
(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，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒．
(4)能量输出
核燃料裂变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循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．
2．核电站及核能利用
(1)核能发电的效益
一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30吨左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要烧煤250万吨．
(2)核能的利用
①核能发电
②把反应堆小型化，可以使核能作为动力，制造核动力潜艇、核动力破冰船和核动力航空母舰，在某些动力装置上也有利用的可能．
③用来进行各种原子核物理实验，制造各种放射性同位素．
(3)核污染的处理
为了防止铀核裂变物放出的各种射线对人体的危害，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线，不让它们透射出来，对放射性的废料，也要装入特制的容器，埋入深地层来处理．
1．控制棒是通过吸收中子多少来控制链式反应速度的．(√)
2．核裂变释放的大量核能是通过在反应堆外循环流动的液体传输出去的．(√)
3．核电废料难以处理，对环境的污染比火电大．(×)
1．核反应堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？
【提示】 控制棒由镉棒制成，镉吸收中子的能力很强，在铀棒之间插进一些镉棒，可以控制链式反应的速度．
2．减速剂的作用是什么？是为了减慢裂变速度吗？
【提示】 减速剂的作用是使快中子减速，以便于中子与铀核作用发生链式反应，不是为了减慢裂变速度，而是为了提高中子的利用率．
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
减速剂
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
4 6 1 反应堆示意图
(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图4 6 1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)为减速剂，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，减速剂附在铀棒周围．
(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．
1．关于核反应堆，下列说法正确的是( )
A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能
B．镉棒的作用是控制反应堆的功率
C．铀棒的作用是控制反应堆的功率
D．石墨的作用是吸收中子
E．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
【解析】 铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B正确C错误；慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故D错误；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度，故E正确．
【答案】 ABE
2．原子反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装置，它主要由四部分组成，即原子燃料、________、________、控制调节系统．
【解析】 核反应堆的主要部分包括：①燃料，即浓缩铀235；②减速剂，采用石墨、重水和普通水；③控制棒，控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆的热量传输出去用于发电．
【答案】 减速剂 冷却系统
3．每昼夜消耗220
g铀235的原子能发电站，如果效率为25%，它能产生的电功率为多大？(每个铀核裂变时放出的能量是200
MeV)
【解析】 一昼夜消耗的铀所能产生的核能为：
ΔE＝200××6.02×1023×106×1.6×10－19
J
＝1.8×1013
J，
电功率P＝η＝
W＝5.2×107
W.
【答案】 5.2×107
W
1．核电站释放的核能是一个个核反应释放核能积累的结果：E＝n·ΔE，ΔE＝Δmc2，n＝·NA.
2．发电站用于发电的能量只占所释放核能的一部分，则E电＝ηE.
小粒子与大宇宙
1．人类目前能够观测到的最大距离约为140亿光年之远．
2．对宇宙的时空结构、运动形态和物质演化的理论描述，称为宇宙模型，目前普遍被大家接受的模型是大爆炸宇宙模型．
3．人类目前所能研究的物质世界的空间尺度，约从10－15m到1027m，共跨越了约42个数量级．
4．从宇宙大爆炸到现在，以秒为单位，宇宙年龄的数量级约为1018s.
5．目前所知的微观粒子中，寿命最短的只有10－25s.
6．物质世界的时间尺度：约从10－25s到1018s，也跨越了将近43个数量级．
1．质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子．(×)
2．强子是参与强相互作用的粒子．(√)
3．目前发现的轻子有8种．(×)
4．宇宙将一直会膨胀下去．(×)
为什么说基本粒子不基本？
【提示】 一方面是因为这些原来被认为不可再分的粒子还有自己的复杂结构，另一方面是因为新发现的很多种新粒子都不是由原来认为的那些基本粒子组成的．
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.粒子的分类
分类
参与的相互作用
发现的粒子
备注
强子
参与强相互作用
质子、中子、介子、超子
强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又可分为介子和重子
轻子
不参与强相互作用
电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子
未发现内部结构
媒介子
传递各种相互作用
光子、中间玻色子、胶子
光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用
3.夸克的分类
夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，它们带的电荷是电子或质子所带电荷的或.每种夸克都有对应的反夸克．
4．两点提醒
(1)质子是最早发现的强子，电子是最早发现的轻子，τ子的质量比核子的质量大，但力的性质决定了它属于轻子．
(2)粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子，它们相遇时会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子．
4．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．强子中也有不带电的粒子
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
E．超子的质量比质子的质量还大
【解析】 由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A错误，B正确；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为＋e和－，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，C错误，D正确；超子属于强子，其质量比质子质量还大些，E正确．
【答案】 BDE
5．在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在．
(1)中微子与水中的H发生核反应，产生中子(n)和正电子(e)，即中微子＋H―→n＋e.
可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是______．(填写选项前的字母)
A．0和0
B．0和1
C．1和0
D．1和1
(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即e＋e―→2γ.已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31
kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J．正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是________．
(3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小．
【解析】 (1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，A正确．
(2)产生的能量是由于质量亏损．两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则E＝Δmc2，故一个光子的能量为，代入数据得＝8.2×10－14
J．正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒定律．
(3)物质波的波长为λ＝，要比较波长需要将中子和电子的动量用动能表示出来即p＝，因为mn>me，所以pn>pe，故λn<λe.
【答案】 见解析
