课件27张PPT。章 末 总 结1．原子核是由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．由于原子呈中性，所以原子核的质子数决定了核外电子的数目，也决定了电子在核外分布的情况，进而决定了这种元素的化学性质，所以同位素具有相同的化学性质．
2．关于原子核组成时各关系要牢记以下两公式
(1)核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数．
(2)质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．原子核的组成 例1 下列说法中正确的是( )
A．质子与中子的质量不等，但质量数相等
B．两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力
C．同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同
D．除万有引力外，两个中子之间不存在其他相互作用力
解析：质子与中子的质量数相同，各自质量不等，故A项正确．核子的核力随距离而发生变化，并不总大于库仑力，故B项错误．同位素之间核电荷数相同，中子数不同，质量数不相同，故C项错误．核子之间除引力之外，还存在核力、库仑力，故D错误．
答案：A衰变
3．衰变与轨道
放射性元素在α衰变或β衰变时，若原来的原子核是静止的，则α粒子(或β粒子)与反冲核的运动方向相反，且动量守恒．当它们在垂直于磁场的平面内运动时，其轨迹是内切或外切的两个圆．原子核的变化叫核反应，常见的核反应有：衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型．不论是哪种类型的核反应，都遵守质量数守恒和电荷数守恒，这是写核反应方程的重要依据．但是，写核反应方程时，应以实验事实为依据，而不能仅仅根据这两条守恒定律随意去写实际上不存在的核反应．核反应
需要特别注意的是，核反应通常是不可逆的，方程中只能用箭头符号“→”来连接，并指示反应的方向，而不能用“===”连接核反应方程．
核反应过程通常伴着巨大的能量转化．为了使核能释放，主要的途径有：重核的裂变和轻核的聚变． 例5 一个铀235原子俘获一个中子后，裂变为氙139和锶94，同时放出三个中子．写出核反应方程并算出一个铀核裂变时释放的核能．已知mU＝235.043 94 u，mXe＝138.918 44 u，mSr＝93.915 47 u，mn＝1.008 665 u.核能的计算是原子核物理中的热点问题，在重核的裂变、轻核的聚变、放射性衰变以及某些人工的核反应中，都伴随着巨大的核能释放，如何计算这些核能呢？根据不同的题设条件和不同的核反应特征，今归纳三种计算方法，供同学们参考．
(1)根据质量亏损计算核能
由于原子核及核子的质量大小可用国际单位制中的“kg”作单位，也能用原子质量单位“u”来表示，这样，也就有两种计算方法．核能的计算方法(2)用ΔE＝Δm·c2计算核能
公式中的各物理量必须用国际单位制中的单位来表示其数值，所以，当原子核及核子的质量用“kg”作单位时，用该式计算核能较为方便．
(3)用1 u的质量对应931.5 MeV的能量来计算核能
如果核反应系统中的粒子质量是用原子质量单位“u”表示的，则可直接应用质量与能量的这一数值关系来计算核能． 例6 假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦核的同位素和中子，已知氘核的质量是2.013 6 u，中子的质量是1.008 7 u，氦核同位素的质量是3.015 0 u，则聚变的核反应方程是________，在聚变反应中释放出的能量为________MeV.(保留两位有效数字)阶段测试7 原子核(一)
一、选择题(本题共6小题，每小题7分，共42分．在每小题给出的四个选项中，第1～3题只有一项符合题目要求，第4～6题有多项符合题目要求，全部选对的得7分，选对但不全的得4分，有选错的得0分．)
1．如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，计数器对α粒子、β粒子、γ光子均能计数．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、β和γ的混合放射源
B．纯α放射源
C．α和γ的放射源
D．纯γ放射源
【答案】C
【解析】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的放射源．
2．(2019年武汉模拟)核反应方程N＋H→C＋X＋ΔE中，N的质量为m1，H的质量为m2，C的质量为m3，X的质量为m4，光在真空中的速度为c，则下列判断正确的是( )
A．X是He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
B．X是He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
C．X是He，ΔE＝(m3＋m4－m1－m2)c2
D．X是He，ΔE＝(m3＋m4－m1－m2)c2
【答案】B
【解析】根据核反应方程中质量数和电荷数守恒，有X的质量数m＝15＋1－12＝4，核电荷数z＝7＋1－6＝2，所以X为氦核He，该反应过程中质量亏损为Δm＝(m1＋m2－m3－m4)，所以释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2.故A、C、D错误，B正确．
3．(2019年池州期末)有关核反应方程，下列说法正确的是( )
A．U→Th＋He属于α衰变
B．N＋He→O＋H是β衰变
C．核反应方程Po→X＋He中的y＝206，X的中子个数为128
D．铀核裂变的核反应为U→Ba＋Kr＋5n
【答案】A
【解析】A反应方程放出的是α粒子，这是α衰变；B是人工核反应方程，不是β衰变；C中根据质量数守恒与电荷数守恒可知y＝210－4＝206，故X的中子个数为206－82＝124；裂变是重核吸收一个慢中子后分裂成两个或两个以上的中等质量的原子核的过程，所以裂变方程中裂变的核反应可能为U＋n→Ba＋Kr＋6n，故D错误．
4．氢有三种同位素，分别是氕H，氘H，氚H，则( )
A．它们的质子数相等
B．它们的核外电子数相等
C．它们的核子数相等
D．它们的中子数相等
【答案】AB
【解析】氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都为1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数不相同，所以本题A、B选项正确．
5．原子核A发生α衰变后变为原子核X，原子核B发生β衰变后变为原子核Y，已知原子核A和原子核B的中子数相同，则两个生成核X和Y的中子数以及a、b、c、d的关系可能是( )
A．X的中子数比Y少1
B．X的中子数比Y少3
C．如果a－d＝2，则b－c＝3
D．如果a－d＝2，则b－c＝1
【答案】AC
【解析】原子核发生一次α衰变后，质子数和中子数均减小2，所以原子核A的中子数为(a－b＋2)；原子核发生一次β衰变后，质子数增加1而中子数减小1，质量数不变，所以原子核B的中子数为(d－c＋1)，根据题意有a－b＋2＝d－c＋1，整理得a－d＋1＝b－c，如果a－d＝2，则b－c＝3，选项C正确．X的中子数(a－b)比Y的中子数(d－c)少1，选项A也正确．
6．当一个重核裂变时，它所产生的两个核( )
A．含有的质子数较裂变前重核的质子数减少
B．含有的中子数较裂变前重核的中子数少
C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D．可能是多种形式的两个核的组合
【答案】BD
【解析】由于在裂变反应中吸收一个中子而释放2～3个中子，质子数并没有发生变化，而两个新核的中子数减少，故A错、B对．反应前后质量发生了亏损而释放能量，并不等于俘获中子的能量，在裂变反应中，产物并不是唯一的，而是多种多样的，故C错、D对．
二、非选择题(本题共6小题，共58分，计算题要有必要的文字说明和解题步骤)
7．(5分)地震和海啸引发核电站放射性物质泄漏，其中放射性物质碘131的衰变方程为53I―→54Xe＋Y.根据有关放射性知识，下列说法错误的是________．
A．Y粒子为β粒子
B．若53I的半衰期大约是8天，若取4个碘原子核，经16天就可能剩下1个碘原子核了
C．生成的54Xe处于激发态，放射γ射线．γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强
D．53I中有53个质子和131个中子
E.53I的质量与54Xe和Y粒子的质量之和不相等
【答案】BCD
【解析】53I→54Xe＋Y，根据衰变过程中质量数和电荷数守恒，Y粒子为β粒子，故A正确．半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的，故B错误．生成的54Xe处于激发态，还会放射γ射线．γ射线的穿透能力最强，γ射线是高能光子，即高能电磁波，它是不带电的，所以γ射线的电离作用很弱，故C错误.53I中有53个质子，131表示质量数，所以有78个中子，故D错误．根据质量亏损及质能方程，即可知：53I的质量与54Xe和Y粒子的质量之和不相等，故E正确．
8．(5分)关于天然放射性，下列说法正确的是________．
A．所有元素都可能发生衰变
B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关
C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
D．α、β和γ三种射线，γ射线的穿透力最强
E．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线
【答案】BCD
【解析】有些原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，故A错误；放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度无关，故B正确；放射性元素的放射性与核外电子无关，故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故C正确；α、β和γ三种射线，γ射线的穿透力最强，电离能力最弱，故D正确；一个原子核在一次衰变中不可能同时放出α、β和γ三种射线，故E错误．
9．(5分)下列关于核反应及衰变的表述正确的有________．
A．H＋H―→He＋n是轻核聚变
B．X＋N―→O＋H中，X表示He
C．半衰期与原子所处的化学状态无关
D．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
E．衰变成 要经过6次α衰变和4次β衰变
【答案】ACE
【解析】轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应称聚变反应，故A正确；根据质量数和电荷数守恒得X＋7N→8O＋H中，X表示He，故B错误；放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的，与原子所处的化学状态无关，故C正确；β衰变中产生的β射线实际上是原子核中的中子转变成质子，而放出电子，故D错误；Th衰变成82Pb时，质量数减小24，而质子数减小8，对于β衰变质量数不变，质子数在增加1，因此经过＝6次α衰变，而α衰变质量数减小4，质子数减小2，所以要经过4次β衰变．故E正确．
10．(14分)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( 0＋1e)，即：中微子＋H→n＋ 0＋1e.
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1e＋1e→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__________．
【答案】(1)A (2)8.2×10－14 遵循动量守恒
【解析】(1)根据核反应过程质量数和电荷数守恒可得
中微子的质量数为(1＋0)－1＝0，
电荷数为(0＋1)－1＝0，故选A．
(2)质量亏损Δm＝2me＝2×9.1×10－31 kg，
该反应产生的能量ΔE＝Δmc2＝2×9.1×10－31×(3×108)2 J＝1.64×10－13 J，
每个光子的能量E＝ΔE＝8.2×10－14 J.
由于正电子与电子相遇形成几乎静止的整体，转变成两个光子的过程满足动量守恒，所以不可能只转变为一个光子．
11．(14分)一小瓶含有某种放射性同位素的溶液，它每分钟衰变6 000次．将它注射到一个病人的血液中，经过15 h，从病人身上取出10 cm3的血样，测得每分钟衰变2次．已知这种同位素的半衰期是5 h．试根据上述数据，计算人体血液的总体积．
【答案】3 750 cm3
【解析】根据题意，可求得一开始小瓶中的放射性同位素的总原子核数
N0＝6 000×60×5×2＝3 600 000，
15 h以后，剩余的原子核数为
N1＝N0＝3 600 000×＝450 000.
刚抽出血样时10 cm3血液中原子核的总数为
n＝2×60×5×2＝1 200.
人体内所有血液的总体积为
V＝×10 cm3＝×10 cm3＝3 750 cm3.
12．(15分)天文学家测得银河系中氦的含量约为25%.有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的．
(1)把氢核聚变简化为4个氢核(H)聚变成氦核(He)，同时放出2个正电子( 0＋1e)和2个中微子(νe)，请写出该氢核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量．
(2)研究表明，银河系的年龄约为t＝3.8×1017 s，每秒钟银河系产生的能量约为1×1037 J(P＝1×1037 J/s)，现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量．(最后结果保留一位有效数字)
(3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断．
(可能用到的数据：银河系的质量约为M＝3×1041 kg，原子质量单位1 u＝1.66×10－27 kg,1 u相当于1.5×10－10 J的能量，电子质量me＝0.000 5 u，氦核质量mα＝4.002 6 u，氢核质量mp＝1.007 8 u，中微子νe质量为零)
【解析】(1)4H→He＋2 0＋1e＋2νe，
Δm＝4mp－mα－2me，
ΔE＝Δmc2＝4.12×10－12 J.
(2)m＝＝6.1×1039 kg，
氦的含量k＝×100%＝×100%≈2%.
(3)由估算结果可知，k≈2%远小于25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的．
阶段测试8 原子核(二)
一、选择题(本题共7小题，每小题7分，共49分．在每小题给出的四个选项中，第1～4题只有一项符合题目要求，第5～7题有多项符合题目要求，全部选对的得7分，选对但不全的得4分，有选错的得0分．)
1．物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是( )
A．赫兹通过一系列实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论
B．查德威克用α粒子轰击N获得反冲核O，发现了中子
C．汤姆生发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构
D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型
【答案】A
【解析】麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁理论，选项A正确；卢瑟福用α粒子轰击N，获得反冲核O，发现了质子，选项B错误；贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核具有复杂结构，选项C错误；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，选项D错误．
2．在核反应方程He＋N→O＋(X)的括弧中，X所代表的粒子是( )
A．H B．H
C．e D．n
【答案】A
【解析】根据核反应方程式的两个守恒定律，质量数守恒及电荷数守恒定律，即可推断出X为质子(H)．
3．(2019年宿州三模)下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是( )
A．N＋He→O＋H
B．U→Th＋He
C．H＋H→He＋n
D．U＋n→Ba＋Kr＋3n
【答案】C
【解析】轻核聚变是指把轻核结合成质量较大的核，并释放出核能的反应．A是人工核转变，B是衰变反应，C是轻核聚变，D是核裂变．故A、B、D错误，C正确．
4．(2019年天津模拟)现在太阳向外辐射的能量是由太阳内部氢核聚变产生的，大约在40亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应，其核反应方程为3He→C，到那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应共同产生的．已知He的质量为m1，C的质量为m2，则下列判断正确的是( )
A．3m1＝m2 B．3m1C．3m1>m2 D．m1＝3m2
【答案】C
【解析】太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢核聚变产生的，所以核反应前后质量会减少，反应前的质量为3m1，反应后的质量为m2，所以3m1>m2，故C正确．
5．在下列四个核反应方程中，x1、x2、x3和x4各代表某种粒子，以下判断中正确的是( )
①H＋x1―→He＋n ②N＋He―→8O＋x2 ③Be＋He―→C＋x3
④Mg＋He―→Al＋x4
A．x1是质子 B．x2是质子
C．x3是质子 D．x4是质子
【答案】BD
【解析】根据质量数和电荷数守恒得x1的电荷数为1，质量数为2，所以x1是氘核，故A错误；同理x2的电荷数为1，质量数为1，所以x2为质子，故B正确；x3的电荷数为0，质量数为1，所以x3是中子，故C错误；x4的电荷数为1，质量数为1，所以x4是质子，故D正确．
6.U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次①衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次②衰变变成 Ti，X和 Ti最后都变成Pb，衰变路径如图所示．则图中的( )
A．a＝84，b＝206
B．①是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的
C．②是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的
D．U经过10次β衰变，8次α衰变可变成Pb
【答案】AB
【解析】①是β衰变，②是α衰变，因此a＝84，b＝206. U经过10次β衰变和8次α衰变可变成质量数为206，电荷数为86的元素．
7．如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象，下列说法中正确的是( )
A．若D和E能结合成F，结合过程一定要释放能量
B．若D和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和C，分裂过程一定要释放能量
D．若A能分裂成B和C，分裂过程一定要吸收能量
【答案】AC
【解析】题目图样说明不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数的关系．从图中可以看出，Fe的核子的平均质量最小，D、E的核子的平均质量比F大，故D、E结合成F时，总质量会减少，应释放核能．同样的理由，A分裂成B和C时，总质量也会减少，一定会释放核能．
二、非选择题(本题共5小题，共51分，计算题要有必要的文字说明和解题步骤)
8．(5分)下列说法正确的是________．
A．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
B．氡核(Rn)衰变为铅核Pb的过程中，要经过4次α衰变和6次β衰变
C．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减短
D．卢瑟福通过α粒子的散射实验现象提出了原子的核式结构模图
E．骸骨中C的含量为活着的生物体中C的，C的半衰期为5730年，则该生物死亡时距今11 460年
【答案】ADE
【解析】β衰变时，原子核中的一个中子，转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故A正确；因为β衰变的质量数不变，所以α衰变的次数n＝＝4，在α衰变的过程中电荷数总共少8，则β衰变的次数m＝＝4，故B错误；半衰期由放射性元素本身的性质决定，与物体的温度无关，故C错误；卢瑟福通过α粒子的散射实验现象提出了原子的核式结构模图，故D正确；骸骨中C的含量为活着的生物体中的，设原来C的质量为M0，衰变后剩余质量为M，则有M＝M0×()n，其中n为发生半衰期的次数，由题意可知剩余质量为原来的，故n＝2，所以死亡时间为2×5 730＝11 460年，故E正确．
9．(5分)关于原子结构及原子核的知识，下列判断正确的是________．
A．α射线比γ射线的电离本领强
B．四个核子聚变为一个氦核的过程释放的核能等于四个核子的质量之和与光速平方(c2)的乘积
C．α射线的穿透能力比γ射线弱
D．β衰变中的电子来自原子的内层电子
E．放射性元素的半衰期与压力、温度无关
【答案】ACE
【解析】根据α、γ射线的特点可知，γ射线比α射线的贯穿本领强，故A正确；根据爱因斯坦的质能方程，四个核子聚变为一个氦核的过程释放的核能等于亏损的质量与c2的乘积，不是等于氦核质量与c2的乘积，故B错误；α射线的穿透能力最弱，电离本领最强，故C正确；β衰变中的电子来自原子内部的中子转化为质子同时释放出一个电子，故D错误；放射性元素的半衰期与压力、温度无关，故E正确．
10．(5分)(2018年武威校级期末)在下列描述的核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案的标号)
A．C→N＋e
B．P→S＋e
C．U→Th＋He
D．N＋He→O＋H
E．U＋n→Xe＋Sr＋2n
F．H＋H→He＋n
【答案】C AB E F
【解析】A和B的反应生成物里都有电子，属于β衰变，C的反应生成物里有α粒子，是α衰变，裂变是重核裂变成轻核，属于裂变的是E，聚变是轻核生成重核，属于聚变的是F.
11．(16分)(1)美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用铜和半衰期为100年的放射性同位素镍63(Ni)两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63(Ni)发生一次β衰变变成铜(Cu)，同时释放电子给铜片，把镍63(Ni)和铜片做电池两极．镍63(Ni)的衰变方程为________________________.16 g镍63经过400年还有________g 尚未衰变．
(2)一静止的质量为M的镍核(Ni)发生β衰变，放出一个速度为v0，质量为m的β粒子和一个反冲铜核，若镍核发生衰变时释放的能量全部转化为β粒子和铜核的动能．求此衰变过程中的质量亏损．(亏损的质量在与粒子质量相比时可忽略不计)
【答案】(1)Ni―→e＋Cu 1
(2)
【解析】(1)Ni―→e＋Cu；1.
(2)设衰变后铜核的速度为v，
由动量守恒mv0＝(M－m)v， ①
由能量守恒ΔE＝mv＋(M－m)v2， ②
由质能方程ΔE＝Δmc2， ③
解得Δm＝.
12．(20分)静止的锂核(Li)俘获一个速度为7.7×106 m/s的中子，发生核反应后若只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核(He)，它的速度大小是8×106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相同．
(1)写出此核反应的方程式；
(2)求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向；
(3)通过计算说明此反应过程中是否发生了质量亏损．
【答案】(1)Li＋n→He＋H
(2)8.1×106 m/s，与反应前中子的速度方向相反
(3)发生了质量亏损
【解析】(1)根据质量数守恒和电荷数守恒可以写出方程
Li＋n→He＋H.
(2)用m1、m2和m3分别表示中子(n)、氦核(He)和氚核(H)的质量，用v1、v2和v3分别表示中子、氦核和氚核的速度，由动量守恒定律得
m1v1＝m2v2＋m3v3，
v3＝，
代入数值，得v3＝－8.1×106 m/s.
即反应后生成的氚核的速度大小为8.1×106 m/s，方向与反应前中子的速度方向相反．
(3)反应前的总动能E1＝m1v，
反应后的总动能
E2＝m2v＋m3v，
经计算知E2>E1，
故可知反应中发生了质量亏损．
