原子核的组成
知识结构导图
核心素养目标
物理观念：天然放射现象、放射性元素、α射线、β射线、γ射线．
科学思维：三种射线的本质、特点及应用．
科学探究：三种射线的穿透本领．
科学态度与责任：了解发现天然放射现象的相关史实.
知识点一、天然放射现象
1．1896年，法国物理学家________发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，它能穿透黑纸使照相底片感光．
2．物质发出射线的性质称为________，具有放射性的元素称为________，放射性元素________发出射线的现象叫作天然放射现象．
3．原子序数大于83的元素，都能________地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能放出射线．
知识点二、射线的本质
1．α射线：实际上就是________，速度可达到光速的，其________能力强，________能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用________就能把它挡住．
2．β射线：是________，它速度很大，可以接近光速，它的________能力较弱，穿透能力较强，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10－10m以下，它的________作用更弱，________更强，甚至能穿透几厘米厚的________和几十厘米厚的混凝土．
4．放射线来自原子核，说明________是有复杂结构的．
知识点三、原子核的组成
1．质子的发现：1919年，卢瑟福用________轰击氮原子核发现了质子，质子是________的组成部分．
2．中子的发现：卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与质子________，但________的粒子，这种粒子叫作中子．________通过实验证实了这个猜想．
3．原子核的组成：原子核由________组成，质子和中子统称为________．
4．原子核的符号：
5．同位素：具有相同的______而______不同的原子核，在元素周期表中处于________，因而互称同位素．例如，氢有三种同位素氕、氘、氚，符号是H、H、H.
拓展：
研究表明，元素的放射性与它以单质还是化合物形式存在无关，只要含有这种元素就会出现放射现象，且不受物理变化、化学变化的影响．
警示：
阴极射线的电子来源于核外电子，β射线的电子来源于原子核．
质子的发现
要点一 天然放射现象的三种射线
三种射线的组成、性质
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)
速度
0.1c
0.99c
c
质量
4mp，mp＝1.67×10－27kg
静止质量为0
在电磁场中
偏转
与α射线偏转方向相反
不偏转
穿透本领
最弱
较弱
最强
对空气的电离作用
很强
较弱
很弱
点睛：
某原子核放出α射线或β射线后，就变成另一种元素的原子核——发生了核反应，说明原子核还有其内部结构；通常γ射线是伴随着α射线或β射线放出的．α射线和β射线不一定同时放出．
题型1 三种射线的性质
【例1】 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
变式训练1 α、β和γ射线穿透物质的能力是不同的，为把辐射强度减到一半，所需铝板的厚度分别为0.
000
5
cm、0.05
cm和8
cm.工业部门可以使用射线来测厚度．如图所示，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关，轧出的钢板越厚，透过的射线越弱．因此，将射线测厚仪接收到的信号输入计算机，就可以对钢板的厚度进行自动控制．如果钢板的厚度需要控制为5
cm，请推测测厚仪使用的射线是( )
A．α射线
B．β射线
C．γ射线
D．可见光
判断三种射线性质的方法
①射线的电性：α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电．α、β是实物粒子，而γ射线是光子流，它是波长很短的电磁波．
②射线的偏转：在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断α和β射线偏转方向，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线．
③射线的穿透能力：α粒子穿透能力较弱，β粒子穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离作用相反．
题型2 三种射线在磁场或电场中的运动
【例2】
如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是( )
A．①和④是α射线，它们有很强的穿透本领
B．③和⑥是β射线，它们是高速电子流
C．②和⑤是γ射线，它由原子核外的内层电子跃迁产生
D．③和④是α射线，它们有很强的电离本领
变式训练2 如图所示，天然放射性元素，放出α、β、γ三种射线同时射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直，进入场区后发现β射线和γ射线都沿直线前进，则α射线( )
A．向右偏
B．向左偏
C．直线前进
D．无法判断
变式训练3 如图所示，铅盒中的放射性物质从小孔中不断向外辐射含有α、β、γ三种射线的放射线(α射线的速度为0.1c，β射线的
速度约为0.99c)，空间未加电场和磁场时，右边荧光屏M上仅在其中心O处有一光斑，若在该空间施加如图所示的互相垂直的匀强电场和匀强磁场后，荧光屏上显示出了两个亮点，关于此时各种射线在荧光屏上的分布情况，以下说法正确的是( )
A．可能是α、γ射线打在O点，β射线打在O点上方的某一点
B．可能是α、γ射线打在O点，β射线打在O点下方的某一点
C．可能是β、γ射线打在O点，α射线打在O点上方的某一点
D．可能是β射线打在O点，α、γ射线打在O点下方的某一点
区分三种射线性质的方法
①在匀强电场中，γ射线不发生偏转，做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，β粒子的偏移大，如图所示．
位移x可表示为x＝at2＝·2∝
所以，在同样条件下β粒子与α粒子偏移之比为
＝××＝37.
②在匀强磁场中：γ射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径小，如图所示．
根据qvB＝
得R＝∝
所以，在同样条件下β粒子与α粒子的轨道半径之比为
＝××＝.
◆分析原子组成问题的方法要点
(1)原子核的组成
原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电．不同的原子核内质子和中子的个数并不相同．
电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数．
要点二 原子核的组成
【例3】 下列说法正确的是( )
A.Th为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234
B.Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4
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
变式训练4 原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，以下说法中正确的是( )
A．原子核中有质子、中子、还有α粒子
B．原子核中有质子、中子，还有β粒子
C．原子核中有质子、中子，还有γ光子
D．原子核中只有质子和中子
变式训练5 (多选)下列说法正确的是( )
A.X与Y互为同位素
B.X与Y互为同位素
C.X与Y中子数相同
D.U核内有92个质子，235个中子
变式训练6 已知镭的原子序数是88，原子核的质量数为226，求：
(1)镭核中质子数及中子数各为多少？
(2)镭核所带的电荷是多少？
(3)若镭原子呈中性，则它核外有几个电子？
质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．
(2)原子核的书写及其应用的一般要求
①确定原子核的元素符号X：
②确定原子核的电荷数，即核内的质子数，也就是这种元素的原子序数Z；
③确定原子核的质量数，即核内的核子数A.如铀→原子序数92→电荷数92→质子数92；质量数→235→质子数和中子数之和为235.核子数为235，核内中子数为235－92＝143.符号表示为.
原子核通式为X，其中X为元素符号，Z为核电荷数，A为质量数．
1．(多选)氢有三种同位素，分别是氕(H)、氘(H)、氚(H)，则下列说法中正确的是( )
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．它们的化学性质相同
2．(多选)在贝可勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入研究，发现在天然放射现象中共放出了三种射线，图为这种射线贯穿物体情况的示意图，①、②、③各代表一种射线，以下说法正确的是( )
A．射线①的电离能力最弱
B．射线②为高速的质子流
C．射线③可以用来检查金属内部有无砂眼和裂纹
D．射线③是一种高能的电磁波
3．(多选)近几年来，我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地引进了十多台γ刀，治疗患者5
000余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器．令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”．据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用( )
A．γ射线具有很强的穿透能力
B．γ射线具有很强的电离作用
C．γ射线波长很短，具有很高的能量
D．γ射线能很容易绕过阻碍物到达脑肿瘤位置
4．如图所示，某种元素的不同同位素的原子核内的中子数N与原子核质量数A的关系是( )
5．如图所示是用来监测在核电站工作的人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到了何种辐射．当胸章上1
mm铝片和3
mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，工作人员受到辐射的射线可能是( )
A．α射线和β射线
B．α射线和γ射线
C．β射线和γ射线
D．α射线、β射线和γ射线
第五章 原子核
1．原子核的组成
基础导学 研读教材
一、1.贝克勒尔
2．放射性 放射性元素 自发地
3．自发
二、1.氦原子核 电离 穿透 一张纸
2．电子流 电离 铝板
3．电磁波 电离 穿透能力 铝板
4．原子核
三、1.α粒子 原子核
2．相同 不带电 查德威克
3．质子和中子 核子
4．质子数 中子数 质子数
5．质子数 中子数 同一位置
课堂互动 合作探究
要点一
【例1】 【解析】 将强磁场撤去，荧光屏上的亮点数基本没变，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B正确．
【答案】 B
变式训练1 解析：根据α、β、γ三种射线特点可知，γ射线穿透能力最强，电离能力最弱，α射线电离能力最强，穿透能力最弱，为了够准确测量钢板的厚度，探测射线应用γ射线；随着轧出的钢板越厚，透过的射线越弱，而轧出的钢板越薄，透过的射线越强，故A、B、D错误，C正确上．
答案：C
【例2】 【解析】 α射线实质为氦核，带正电，有很强的电离本领；β射线为高速电子流，带负电，由核内中子转化为质子时放出；γ射线为高频电磁波，不带电，有很强的穿透本领．根据电荷所受电场力特点可知：①为β射线，②为γ射线，③为α射线．根据左手定则可知，α射线受到的洛伦兹力向左，故④是α射线；β射线受到的洛伦兹力向右，故⑥是β射线；γ射线在磁场中不受磁场的作用力，轨迹不会发生偏转，故⑤是γ射线．
【答案】 D
变式训练2 解析：γ射线不带电，故在电磁场中不偏转，β射线不偏转是因为电场力与洛伦兹力是一对平衡力，故Eq＝Bqv，即v＝，而α射线的速度比β射线小，因此α射线受向右的电场力远大于向左的洛伦兹力，故α射线向右偏，选项A正确，B、C、D错误．
答案：A
变式训练3 解析：因γ射线不带电，一定打在O点，若α粒子打到O点，则有Eq＝Bvαq，由于vα＝0.1c，vβ＝0.99c，对β粒子，必有EqBvαq，α粒子必定向下偏转，打到O点下方的某一点，故C错误．
答案：B
要点二
【例3】 【解析】 A错：钍核的质量数为234，质子数为90.
B错：铍核的质子数为4，中子数为5.
C错，D对：同位素的质子数相同而中子数不同，即质量数不同．
【答案】 D
变式训练4 解析：在放射性元素的原子核中2个质子和2个中子结合得比较紧密，有时作为一个整体放出，这就是α粒子的来源，说到底它仍是由质子和中子组成的，不能据此认为它是原子核的组成部分．原子核里是没有电子的，但中子可以转化为质子，并向核外释放一个β粒子．原子核发生衰变后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ光子的形式辐射出来，形成γ射线，故原子核里也没有γ光子．
答案：D
变式训练5 解析：A错：X核与Y核的质子数不同，不能互为同位素．
B对：X核与Y核质子数都为m，而质量数不同，则中子数不同，所以互为同位素．
C对：X核内中子数为n－m，Y核内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同．
D错：U核内有143个中子，而不是235个中子．
答案：BC
变式训练6 解析：(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＝88×1.6×10－19C＝1.408×10－17C.
(3)中性原子的核外电子数等于电荷数，故核外电子数为88.
答案：(1)88 138 (2)1.408×10－17C (3)88
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1．解析：A、B对，C错：氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都是1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，D对：同位素的化学性质相同，只是物理性质不同．
答案：ABD
2．解析：射线①用手可以挡住，说明穿透能力最弱，是α射线，α射线电离能力最强，选项A错误；射线②是高速电子流；射线③是γ射线，γ射线是一种高能的电磁波，选项B错误，D正确；射线③是γ射线，穿透能力最强，可以用来检查金属内部有无砂眼和裂纹，选项C正确．
答案：CD
3．解析：γ射线是波长很短、频率很高的电磁波，具有很高的能量和很强的穿透能力，所以它能穿透皮肉和骨骼到达肿瘤位置并杀死肿瘤细胞．
因γ射线不带电，它的电离作用很弱；因波长很短，衍射能力也很差，B、D选项错误．
答案：AC
4．解析：同一元素的不同同位素的原子核内质子数是一定的，只是中子数不同，设质子数为Q，则N＋Q＝A，故N＝A－Q，Q是定值，故选C.
答案：C
5．解析：α射线的贯穿本领弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住；β射线的贯穿本领较强，能穿透黑纸和几毫米厚的铝板；γ射线的贯穿本领更强，能穿透几厘米厚的铅板．由于本题中射线穿透1
mm和3
mm的铝片，但不能穿透铅片，故一定不含γ射线，但一定含有β射线，可能含有α射线，选项A正确．
答案：A
-
12
-放射性元素的衰变
知识结构导图
核心素养目标
物理观念：半衰期、α衰变、β衰变．
科学思维：衰变方程的书写、半衰期的理解．
科学探究：利用14C的半衰期估算始祖鸟的年龄．
科学态度与责任：根据半衰期的概念，处理实际问题，如推知古生物的年龄，推断时间、测定衰变程度等.
知识点一、原子核的衰变
1．定义：
原子核自发地放出α粒子或β粒子，由于______数变了，它在元素周期表中的____就变了，变成另一种______．我们把这种变化称为原子核的衰变．
2．衰变类型
(1)α衰变：放射性元素放出α粒子的衰变过程．放出一个α粒子，核的质量数______，电荷数______，成为新核．
(2)β衰变：放射性元素放出β粒子的衰变过程．放出一个β粒子后，核的质量数____，电荷数______．
3．衰变规律：原子核衰变时______和______都守恒．
4．衰变的实质
(1)α衰变的实质：2个____和2个____结合在一起形成α粒子．
(2)β衰变的实质：核内的________转化为了一个____和一个____．
(3)γ射线经常的伴随α衰变和β衰变产生的．
点睛：
U→Th＋He——α衰变方程
Th→Pa＋e——β衰变方程
“电荷数之和”指代数和，因为发生β衰变时，电子的电荷数是－1.
知识点二、半衰期
1．定义：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．
2．特点：
(1)不同的放射性元素，半衰期______，甚至差别非常大．
(2)放射性元素衰变的快慢是由____________________决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件________．
3．适用条件：半衰期描述的是________，不适用于单个原子的衰变．
4．半衰期的应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以通过测量衰变程度来推断________．
知识点三、核反应
1．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生________或者发生状态变化的过程．
2．原子核的人工转变：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，核反应方程N＋He―→________.
3．遵循规律：__________守恒，电荷数守恒．
知识点四、放射性同位素的应用
1．应用射线：利用γ射线的________可以测厚度等，还可以用于放射治疗、照射种子培育优良品种等．
2．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．
知识点五、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．
理解：
衰变是微观世界里原子核的行为，而微观世界规律的特征之一在于“单个微观事件不可以预测”．即半衰期只对大量原子核有意义，对少数原子核没有意义，某一个原子核何时发生衰变，是未知的．
衰变和原子核的人工转变的不同
衰变是具有放射性的不稳定核自发进行的变化，原子核的人工转变是用α粒子、质子、中子或光子轰击靶核发生的变化．
拓展：
放射性同位素的发现
1934年，约里奥一居里夫妇用α粒子轰击铝；发现生成物中含有放射性P，这是人类第一次发现放射性的同位素，而约里奥—居里夫妇由此获得1935年诺贝尔化学奖．
要点一 原子核的衰变规律和衰变方程式
题型1 衰变类型的判断
【例1】 (多选)下列核反应方程属于衰变的是( )
A.H＋H→He＋n
B.Th→Pa＋e
C.Cu→Co＋He
D.U＋n→Ba＋Kr＋3n
变式训练1 原子核U经放射性衰变①变为原子核Th，继而经放射性衰变②变为原子核Pa，再经放射性衰变③变为原子核U，放射性衰变①②③依次为( )
A．α衰变、β衰变和β衰变
B．β衰变、α衰变和β衰变
C．β衰变、β衰变和α衰变
D．α衰变、β衰变和α衰变
α衰变与β衰变的比较
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
X→Y＋He
X→Y＋e
衰变实质
2H＋2n→He
n→H＋e
典型实例
U→Th＋He
Th→Pa＋e
衰变规律
质量数守恒，电荷数守恒
题型2 确定衰变的次数
【例2】 在一个放射性元素的原子核Th衰变成一个稳定元素的原子核Pb的过程中，发生α衰变和β衰变的次数分别为( )
A．6,4
B．3,2
C．9,5
D．1,7
变式训练2 放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为Th→Rn＋xHe＋ye，其中( )
A．x＝1，y＝3
B．x＝2，y＝3
C．x＝3，y＝1
D．x＝3，y＝2
变式训练3 某放射性元素的原子核X经α衰变得到新核Y，Y经β衰变得到原子核Z，则( )
A．原子核Z的中子数比X少2
B．原子核Z的质子数比X少1
C．原子核Z的中子数比Y多1
D．原子核Z的质子数比Y少1
确定衰变次数的方法
方法一：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.
方法二：确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，再根据衰变规律确定β衰变的次数．
题型3 衰变粒子在电磁场中运动的综合问题
【例3】 静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个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为44:1，如图所示，则下列说法错误的是( )
A．α粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反
B．原来放射性元素的原子核电荷数为90
C．反冲核的电荷数为88
D．α粒子和反冲核的速度大小之比为1:88
变式训练4 (多选)
在匀强磁场中，有一个原来静止的C原子核，发生衰变后运动轨迹如图所示，大、小圆半径分别为R1、R2.则下列关于此核衰变方程和两圆轨迹半径比值的判断中正确的是( )
A.C→e＋N
B.C→He＋Be
C．R1:R2＝7:1
D．R1:R2＝2:1
变式训练5 一个静止的元素的原子核P衰变为Si，另一个静止的元素的原子核Th衰变为Pa，在同一磁场中，得到衰变后粒子的运动径迹1、2、3、4，如图所示，则这四条径迹依次是( )
A．图中1、2为Th衰变产生的Pa和e的轨迹，其中1是电子e的轨迹
B．图中1、2为P衰变产生的Si和e的轨迹，其中2是正电子e的轨迹
C．图中3、4是P衰变产生的Si和e的轨迹，其中3是正电子e的轨迹
D．图中3、4轨迹中两粒子在磁场中旋转方向相反
在磁场中径迹的特点
α衰变
β衰变
X→Y＋He
X→Y＋e
匀强磁场中的轨迹
匀强磁场中的轨迹
两圆外切，α粒子半径大
两圆内切，β粒子半径大
α粒子和β粒子在磁场中运动问题的求解方法
①原子核在释放α粒子或β粒子的过程中系统的动量守恒．
②由左手定则和轨迹的内切和外切判断释放粒子的电性．
③根据洛仑兹力和牛顿第二定律以及动量守恒定律可知半径和粒子电荷量间的关系．
要点二 半衰期的理解及应用
【例4】 下列关于放射性元素半衰期的说法中，正确的是( )
A．温度升高半衰期缩短
B．压强增大半衰期增长
C．半衰期由该元素质量多少决定
D．半衰期与该元素质量、压强、温度无关
变式训练6 氡(Rn)是一种天然放射性气体，被人吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤，它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一，已知氡(Rn)衰变后产生两种物质，其中一种为钋(Po)．
(1)试写出氡(Rn)的衰变方程；
(2)已知氡(Rn)的半衰期为3.8天，则经过多少天，16
g氡(Rn)衰变后还剩下1
g.
半衰期的理解要点
(1)不同元素的半衰期不同，半衰期越大，衰变越慢，半衰期越小，衰变越快．
(2)半衰期是一个统计规律，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，无法确定它何时发生衰变．
(3)半衰期是放射性元素的性质，只与原子核本身的性质有关，与物理和化学状态无关，即一种放射性元素，不管它以单质存在还是以化合物的形式存在，或者对它加压，或者提高它的温度，都不能改变其半衰期．
半衰期公式的应用要点
应用半衰期公式
N＝，m＝
要点三 核反应及核反应方程
【例5】 (多选)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有( )
A.H＋H→n＋X1
B.H＋H→n＋X2
C.U＋n→Ba＋Kr＋3X3
D.n＋Li→H＋X4
变式训练7 下列核反应方程中，属于β衰变的是( )
A.Th→Pa＋e
B.H＋H→He＋n
C.U→Th＋He
D.N＋He→O＋H
变式训练8 (多选)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为He＋Al→X＋n.X会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Y＋e.则( )
A．X的质量数与Y的质量数相等
B．X的电荷数比Y的电荷数少1
C．X的电荷数比Al的电荷数多2
D．X的质量数与Al的质量数相等
点睛：
(1)书写核反应方程的三条重要原则
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核反应必须是实验中能够发生的．
(2)衰变和人工转变核反应类型的判断：
①衰变是具有放射性的不稳定核自发进行的变化，两种衰变方程
α衰变：X→Y＋He，β衰变：X→Y＋e.
②原子核的人工转变是利用α粒子、质子、中子或γ光子轰击靶核发生的变化．
要点四 放射性同位素的理解与应用
【例6】 (多选)下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是( )
A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况
B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律
C．利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹
D．给怀疑患有甲状腺的病人注射碘131，诊断甲状腺的器质性和功能性疾病
变式训练9 (多选)下列关于放射性同位素的一些应用的说法中正确的是( )
A．利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用
B．利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用
C．利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异
D．在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子的
变式训练10 关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是( )
A．利用γ射线使空气电离，消除静电
B．利用β射线照射植物的种子，使产量显著增加
C．利用α射线来治疗肺癌、食道癌等疾病
D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子
放射性同位素的理解及应用要点
(1)放射性同位素的特点
有些同位素具有放射性，叫作放射性同位素．放射性同位素有天然和人造两种，它们的化学性质相同．用质子、中子、α粒子轰击原子核，可以得到放射性同位素．
(2)放射性同位素的应用
①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透性．
②放射治疗——用γ射线照射病人肿瘤部位，杀死病变组织．
③培优保鲜——用γ射线照射种子，使基因变异．用γ射线照射食品，杀死细菌，抑制发芽．
④作为示踪原子——利用了放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质．
1．下面列出的是一些核反应方程，P→Si＋X，Be＋H→B＋Y，He＋He→Li＋Z，其中( )
A．X是质子，Y是中子，Z是正电子
B．X是正电子，Y是质子，Z是中子
C．X是中子，Y是正电子，Z是质子
D．X是正电子，Y是中子，Z是质子
2．2020年3月20日，电影《放射性物质》在伦敦首映，该片的主角——居里夫人是放射性元素钋(Po)的发现者．已知钋(Po)发生衰变时，会产生α粒子和原子核X，并放出γ射线．下列分析正确的是( )
A．原子核X的质子数为82，中子数为206
B．γ射线具有很强的穿透能力，可用来消除有害静电
C．由α粒子所组成的射线具有很强的电离能力
D．地磁场能使γ射线发生偏转
3．碘131(I)治疗是临床上常用的一种冶疗甲亢的方法，它是通过含有β射线的碘被甲状腺吸收，来破坏甲状腺组织，使甲状腺合成和分泌甲状腺激素水平减少来达到治愈甲亢的目的．已知碘131发生β衰变的半衰期为8天，则以下说法正确的是( )
A．碘131的衰变方程为I―→Xe＋e
B.Xe核比I核多一个中子
C．32
g碘131样品，经16天后大约有8
g样品发生了β衰变
D．升高温度可能会缩短碘131的半衰期
4．匀强电场里有一个原来速度几乎为零的放射性碳14原子核，它所放射的粒子与反冲核经过相等的时间所形成的径迹如图所示(a、b均表示长度)，那么碳14的衰变方程可能是( )
A.C→He＋Be
B.C→e＋B
C.C→e＋N
D.C→H＋B
5．(多选)如图所示，匀强磁场的O点有一静止的原子核Th发生了某种衰变，衰变方程为Th→Y＋e，反应生成的粒子中e的速度方向垂直于磁场方向．关于该衰变，下列说法正确的是( )
A.Th发生的是α衰变
B.Th发生的是β衰变
C．A＝234，Z＝91
D．新核Y和粒子e在磁场中的轨迹外切于O点
2．放射性元素的衰变
基础导学 研读教材
一、1.核电荷 位置 原子核
2．(1)减少4 减少2 (2)不变 增加1
3．质量数 电荷数
4．(1)质子 中子 (2)一个中子 质子 电子
二、1.半数
2．(1)不同 (2)核内部自身的因素 没有关系
3．统计规律
4．时间
三、1.新原子核
2.O＋H
3．质量数
四、1.穿透本领
2．相同的
五、有破坏作用
课堂互动 合作探究
要点一
【例1】 【解析】 B、C对：衰变是指生成物中有α、β、γ三种射线，且反应物只有一种核，反应是自发发生的．
D错：此方程为裂变反应，是重核分裂为几个质量较小的核．
A错：此方程为聚变反应，是两个轻核结合成质量较大的核．
【答案】 BC
变式训练1 解析：涉及的核反应方程依次是U→Th＋He、Th→Pa＋e、Pa→U＋e，因此①②③依次是α衰变、β衰变、β衰变．
答案：A
【例2】 【解析】 由Th变为Pb，先由质量数的变化确定α衰交次数，再根据α衰变对电荷数的改变确定β衰变的次数．
解法一：由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数，因为每进行一次α衰变，质量数减少4，所以α衰变的次数为：
x＝次＝6次．
再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判断β衰变的次数.6次α衰变，电荷数应减少2×6＝12个，而每进行一次β衰变；电荷数增加1，所以β衰变的次数为y＝[12－
(90－82)]次＝4次，选项A正确．
解法二：设经过x次α衰变、y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒得：232＝208＋4x,90＝82＋2x－y，两式联立得x＝6，y＝4，选项A正确．
【答案】 A
变式训练2 解析：方法1 由质量数和电荷数守恒可得，解得x＝3，y＝2.
方法2 原子核经过一次α衰变，电荷数减少2，质量数减少4，一次β衰变后电荷数增加1，质量数不变，根据衰变过程中质量数和电荷数守恒：先看质量数减小了12，所以x＝＝3，再看电荷数，所以得出y＝＝2.
答案：D
变式训练3 解析：由α衰变和β衰变的规律可知
X→Y＋He，Y→Z＋e
比较X、Y、Z可知
X的质子数为n，中子数为m－n，
Y的质子数为n－2，中子数为(m－4)－(n－2)＝m－n－2
Z的质子数为n－1，中子数为(m－4)－(n－1)＝m－n－3
由此可判定B正确，A、C、D均不正确．
答案：B
【例3】 【解析】 A对：微粒之间相互作用的过程遵循动量守恒，由于初始总动量为0，则末动量也为0，即α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反．
B对：由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场方向的平面内，且在洛伦兹力作用下做圆周运动，
由Bqv＝m得R＝.
若原来放射性元素的原子核电荷数为Q，则
对α粒子，R1＝，
对反冲核，R2＝.
由于p1＝p2，R1:R2＝44:1，得Q＝90.
C对：反冲核的电荷数为90－2＝88.
D错：α粒子和反冲核的速度大小与质量成反比．
【答案】 D
变式训练4 解析：A对，B错：若是α衰变，则新核和α粒子向相反的方向射出，新核和α粒子偏转方向相反，做匀速圆周运动的轨迹外切，由题意知，两圆内切，所以该核衰变是β衰变，于是根据质量数守恒和电荷数守恒可知，衰变方程为C→e＋N.
C对，D错：由洛伦兹力提供向心力，可求得半径r＝，又由于衰变前后动量守恒，即m1v1＝m2v2，所以半径之比等于电荷量的反比，从而求出半径之比为R1:R2＝7:1.
答案：AC
变式训练5 解析：放射性元素放出正电子时，正粒子与反冲核的速度方向相反，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方向相反，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．放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒，由半径公式R＝＝，可得轨迹半径与动量成正比，与电量成反比，而正电子和β粒子的电量比反冲核的电量小，则正电子和β粒子的半径比反冲核的半径都大，故轨迹1、2、3、4依次是Pa、电子、正电子、Si，选项C正确．
答案：C
要点二
【例4】 【解析】 A、B错，D对：半衰期是对大量放射性元素的统计规律，是由元素自身的结构决定的，与原子核所处物理环境(如温度、压强)、化学状态(单质、化合物)无关，即温度升高、压强增大时半衰期均不变．
C错：对于同一种元素的原子核，其半衰期是固定的，与原子核现在的质量多少无关．
【答案】 D
变式训练6 解析：(1)根据电荷数守恒、质量数守恒知，未知粒子的电荷数为2，质量数为4，为α粒子(He)．其衰变方程为：
Rn→Po＋He；
(2)根据m＝
得：
＝＝
解得：n＝4
则t＝nT＝4×3.8天＝15.2天．
答案：(1)见解析 (2)15.2天
要点三
【例5】 【解析】 A错：H＋H→n＋He.
B对：H＋H→n＋He.
C错：U＋n→Ba＋Kr＋3n.
D对：n＋Li→H＋He.
【答案】 BD
变式训练7 解析：A项衰变过程中释放出e属于β衰变，C项是α衰变，B项是氢核聚变，D项是质子的发现．
答案：A
变式训练8 解析：发生核反应前后满足质量数守恒、电荷数守恒，则可判断X的质量数与Y的质量数相等；X的电荷数比Y的电荷数多1；X的电荷数比Al的电荷数多2；X的质量数比Al的质量数多3.
答案：AC
要点四
【例6】 【解析】 利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况，是利用碘131的放射性，即将碘131作为示踪原子，选项A正确；把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律，是示踪原子的运用，选项B正确；利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹，是利用γ射线穿透能力强，不是示踪原子的运用，选项C错误；给怀疑患有甲状腺的病人注射碘131，诊断甲状腺的器质性和功能性疾病，是将碘131作为示踪原子，选项D正确．
【答案】 ABD
变式训练9 解析：利用放射性消除静电是利用射线的电离作用，故A不正确；人们利用γ射线穿透能力强的特点，可以探查较厚的金属部件内部是否有裂痕，故B正确；人们利用γ射线照射种子，可以使种子内的遗传物质发生变异，经过筛选，培育出新的优良品种，故C正确；在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子的，故D正确．
答案：BCD
变式训练10 解析：γ射线的电离本领最弱，故消除静电的效果最差，而用α射线消除静电最好，选项A错误；人们利用γ射线照射种子，可以使种子内的遗传物质发生变异，培育出新的优良品种，选项B错误；治疗肺癌用的“γ刀”是利用了γ射线具有很高的能量，穿透能力很强的特性，选项C错误；放射性同位素具有相同的化学性质和不同的物理性质，则作为示踪原子，选项D正确．
答案：D
随堂演练 达标检测
1．解析：根据质量数和电荷数守恒可得P→Si＋X，所以X为正电子e，Be＋H→B＋Y，所以Y为中子n，He＋He→Li＋Z，所以Z是质子H.
答案：D
2．解析：根据发生核反应时，质量数与电荷数守恒，可得原子核X的质子数为：84－2＝82，质量数为：210－4＝206，依据质量数等于质子数与中子数之和，得原子核X的中子数为206－82＝124，故A错误；γ射线具有很强的穿透能力，但是电离本领弱，不能用来消除有害静电，故B错误；因为α射线实质是氦核流，具有很强的电离本领，故C正确；γ射线的实质是频率很高的电磁波，本身不带电，所以γ射线在地磁场中不会受力，不能发生偏转，故D错误．
答案：C
3．解析：原子核β衰变过程中放出电子，根据质量数守恒和电荷数守恒可知，碘131的衰变方程为I―→Xe＋e，故A正确；Xe核比I核少一个中子，故B错误；32
g碘131样品，经16天，即经过2个半衰期，大约有8
g样品未发生衰变，衰变的质量为24
g，故C错误；改变温度或改变外界压强都不会影响原子核的半衰期，故D错误．
答案：A
4．解析：由轨迹弯曲方向可以看出，反冲核与放出的射线的受力方向均与电场强度方向相同，均带正电，所以放出的粒子为α粒子，即发生α衰变，则核反应方程是C→He＋Be，故A正确．
答案：A
5．解析：B、C对，A错：Th→Y＋e，根据电荷数、质量数守恒，可得A＝234，Z＝91，该反应是β衰变．
D错：由左手定则判断粒子在磁场中圆周运动，Y核逆时针运动，β粒子顺时针运动，内切于图中O点位置．
答案：BC
-
14
-核力与结合能
知识结构导图
核心素养目标
物理观念：结合能、比结合能、质量亏损．
科学思维：利用质能方程解决原子核衰变问题．
科学探究：结合能、比结合能与原子核的稳定性的关系．
科学态度与责任：关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响.
知识点一、核力与四种基本相互作用
1．核力：原子核中的核子之间存在一种很强的________，即存在一种核力，它使得核子紧密地____在一起，形成____的原子核．
2．核力特点：
(1)核力是核子间的________的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力________．
(2)核力是________，作用范围在________之内．
3．四种基本相互作用
知识点二、结合能
1．结合能：原子核是核子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______之比称为比结合能．比结合能____，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，________的核的比结合能最大、最稳定．
知识点三、质量亏损
1．爱因斯坦质能方程______________________．
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．
3．核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm，与它们在相互结合过程中放出的能量ΔE的关系是________.
图解
对引力相互作用的理解
①引力相互作用是四个基本作用中最弱的，但同时又是作用范围最大的．
②距离增大时，引力会减小，公式F＝G.
[注意]
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．结合能一词通常只用在原子核中．
要点一 核力的理解
【例1】 (多选)关于原子内的相互作用力，下列说法正确的是( )
A．原子核与电子之间的作用力主要是电磁力
B．中子和质子间的作用力主要是核力
C．质子与质子间的核力，在2.0×10－15
m的距离内远大于它们相互间的库仑力
D．原子核与电子之间的万有引力大于它们之间的电磁力
变式训练1 氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是( )
A．核力、万有引力、库仑力
B．万有引力、库仑力、核力
C．库仑力、核力、万有引力
D．核力、库仑力、万有引力
变式训练2 (多选)下列对核力的认识正确的是( )
A．核力是强相互作用的一种表现
B．核力存在于质子和中子之间、中子和中子之间，质子和质子之间只有库仑斥力
C．核力是核子间相互作用的力，是短程力
D．核力只存在于相邻的核子之间
核力的特点
(1)强力：核力是强相互作用(强力)的一种表现．在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．
(2)短程力：核力是短程力，作用范围只有约10－15
m．核力在矩离大于0.8×10－15
m时表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过1.5×10－15
m，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10－15
m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起．
(3)饱和性：每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．
(4)电荷无关性：核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用．
要点二 结合能与原子核的稳定性
结合能、比结合能的对比理解：
(1)核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分解成核子时一定吸收能量．吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大．
(2)比结合能为结合能与核子数的比值，比结合能越大表明原子核越稳定．一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的比结合能大．
【例2】 对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是( )
A．将原子核拆解成自由核子时释放能量
B．自由核子结合为原子核时吸收能量
C．结合能越大的原子核越稳定
D．比结合能越大的原子核越稳定
【例3】 如图为原子核的比结合能曲线．根据该曲线，下列说法正确的是( )
A.Li核比He核更稳定
B.He核的结合能约为7
MeV
C．两个H核结合成He核时释放能量
D．质量数越大的原子核越稳定
变式训练3 (多选)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)与原子序数有如图所示的关系．下列说法正确的是( )
A．原子核A的比结合能比原子核B和C的比结合能要大
B．原子核D和E聚变成原子核F时有质量亏损，要放出能量
C．原子核A裂变成原子核B和C时有质量亏损，要放出能量
D．原子核A裂变成原子核B和C时亏损的质量转化成能量
◆对比结合能的理解
(1)比结合能曲线
不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线如图所示．
从图中可以看出：中等质量的原子核的比结合能较大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小．
(2)比结合能与原子核的稳定性
①比结合能的大小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核子数较少的轻核与核子数较多的重核，比结合能都比较小，中等核子数的原子核，比结合能较大，表示中等核子数的原子核较稳定．
③当比结合能较小的原子核反应生成比结合能较大的原子核时，释放核能．
要点三 质量亏损与质能方程
题型1 对质能方程的理解与应用
【例4】 (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，下列说法中正确的是( )
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
【注意】
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．
警示
质量不是能量，能量也不是质量，质量不能转化为能量，能量也不能转化为质量，质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度．
题型2 核能的计算
【例5】 用质子轰击锂核Li，生成2个α粒子，已知质子的初动能是E1＝0.6
MeV，质子、α粒子和锂核的质量分别为mH＝1.007
3
u，mα＝4.001
5
u，mLi＝7.016
0u，试回答：
(1)写出核反应方程．
(2)核反应前后发生的质量亏损？
(3)核反应中释放的能量为多少？
(4)若核反应释放的能量全部用来增加两个α粒子的总动能，则求核反应后两个α粒子具有的总动能．
变式训练4 (多选)核电池是通过半导体换能器，将放射性同位素衰变过程中释放出的能量转变为电能．某种核电池使用放射性同位素Pu，静止的Pu衰变为铀核Pu和α粒子，并放出频率为ν的γ光子，已知Pu、Pu和α粒子的质量分别为mPu、mU、mα.下列说法正确的是( )
A.Pu的衰变方程为Pu→U＋He＋γ
B．此核反应过程中质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα
C．释放出的γ光子的能量为(mPu－mU－mα)c2
D．反应后U和α粒子结合能之和比Pu的结合能大
变式训练5 氘核与氚核的聚变反应：H＋H→He＋X＋17.6×106
eV，已知普朗克常量h＝6.6×10－34
J·s，求：
(1)核反应式中的X是什么粒子？
(2)这一过程的质量亏损是多少？
(3)1
g氘核完全参与上述反应，共释放核能多少？阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023
mol－1.
核能的计算方法
(1)根据爱因斯坦质能方程
E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能．
注意：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“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＝1×106×1.6×10－19J＝1.6×10－13J.
(2)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．
题型3 核反应中的动量与能量综合问题
【例6】 静止的氡核Rn放出α粒子后变成钋核Po，α粒子动能为Ekα.若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为( )
A.·
B．0
C.·
D.·
变式训练6 一个静止的铀核U(原子质量为232.037
2
u)放出一个α粒子(原子质量为4.002
6
u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028
7
u)．(已知原子质量单位1
u＝1.67×10－27
kg
1
u相当于931.5
MeV的能量，结果均保留两位有效数字)
(1)写出铀核的衰变方程；
(2)算出该衰变反应中释放出的核能；
(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？
◆核反应与动量、能量综合问题的解题思路
核反应类似于宏观上物体的碰撞，在微观世界里，粒子的碰撞类似于宏观物体的弹性碰撞．所以核反应会与力和运动、动能和能量结合到一起构成综合题．处理这类问题时，要根据质能方程，结合动量守恒定律和能量守恒定律列方程计算．
1．(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
2．由图可得出结论( )
A．质子和中子的质量之和小于氘核的质量
B．质子和中子的质量之和等于氘核的质量
C．氘核分解为质子和中子时要吸收能量
D．质子和中子结合成氘核时要吸收能量
3．(多选)放射性元素氡(Rn)的半衰期为T，氡核放出一个X粒子后变成钋核(Po)．设氡核、钋核和X粒子的质量分别为m1、m2和m3，下列说法正确的是( )
A．该过程的核反应方程是Rn→Po＋He
B．发生一次核反应释放的核能为(m1－m2－m3)c2
C．1
g氡经2T时间后，剩余氡的质量为0.5
g
D．钋核的比结合能比氡核的比结合能小
4．一个α粒子轰击硼(B)核变成碳14和一个未知粒子，并放出7.5×105
eV的能量，写出核反应方程并求出反应过程中的质量亏损．
5．情境：假设钚的同位素离子Pu静止在某一匀强磁场中，该离子沿着与磁场垂直的方向放出一个α粒子后，变成了铀的一个同位素离子，同时放出能量为E＝0.09
MeV的光子．若已知钚核的质量为m1＝238.999
655
u，铀核的质量为m2＝234.993
470
u，α粒子的质量为m3＝4.001
509
u．(普朗克常量是h＝6.63×10－34
J·s，光在真空中的速度为c＝3×108
m/s
1
u的质量对应于931.5
MeV的能量)．
问题：(1)写出这一过程的核反应方程式？
(2)放出的光子的波长是多少？
(3)求α粒子和新核获得的总动能是多少？
3．核力与结合能
基础导学 研读教材
一、1.相互作用 结合 稳定
2．(1)强相互作用 大得多 (2)短程力 10－15m
二、1.能量
2．核子数 越大 中等大小
三、1.E＝mc2
2．小于
3．ΔE＝Δmc2
课堂互动 合作探究
要点一
【例1】 【解析】 A对：原子核与电子之间的作用力主要是电磁力．
B对：中子和质子间的作用力主要是核力．
C错：核力与万有引力、电磁力的性质不同，核力是短程力，作用范围在10－15
m之内．
D错：原子核与电子之间的万有引力小于它们之间的电磁力．
【答案】 AB
变式训练1 解析：核力是强相互作用力，氦原子核内的2个质子是靠核力结合在一起的，可见核力远大于质子间的库仑力；质子质量非常小，它们之间的万有引力小于库仑力．
答案：D
变式训练2 ACD
要点二
【例2】 【解析】 A、B错：自由核子结合成原子核的过程中，释放出能量；反之，将原子核分开变为自由核子时，需要吸收相应的能量，该能量即为结合能．
C错，D对：核子较多的原子核的结合能较大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性．
【答案】 D
【例3】 【解析】 He核的比结合能大于Li核的比结合能，因此He核更稳定，故A错误；He核的比结合能约为7
MeV，其结合能为4×7
MeV＝28
MeV，故B错误；He核的比结合能约为7
MeV，H核的比结合能约为1
MeV，说明He比H要稳定，则两个H核结合成He核时释放能量，故C正确；中等质量数的原子核比较稳定，故D错误．
【答案】 C
变式训练3 解析：A错：原子核的核子平均质量越小则越不容易分裂，则比结合能越大，因此原子核A的比结合能比原子核B和C的比结合能要小．
B对：由图像可知，D和E的核子平均质量大于F的核子平均质量，原子核D和E聚变成原子核F时，核子总质量减小，有质量亏损，要释放出核能．
C对，D错：由图像可知，A的核子平均质量大于B与C的核子平均质量，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能，但不是质量转化为能量．
答案：BC
要点三
【例4】 【解析】 E＝mc2中的E表示物体具有的总能量，m表示物体的质量，A正确；ΔE＝Δmc2表示的意义是当物体的质量增加或减少Δm时，它的能量也会相应地增加或减少ΔE，B正确；只有出现质量亏损时，才能释放核能，C正确；公式E＝mc2中，E表示质量为m的物体所对应的总能量，而非发生核反应时释放的能量，D错误．
【答案】 ABC
【例5】 【解析】 (1)根据质量数守恒、电荷数守恒得
H＋Li→2He.
(2)质量亏损：
Δm＝mLi＋mH－2mα＝7.016
0
u＋1.007
3
u－2×4.001
5
u＝0.020
3
u.
(3)由爱因斯坦质能方程得
ΔE＝Δmc2＝0.020
3×931.5
MeV＝18.909
45
MeV
(4)根据题意得Ek＝E1＋ΔE＝0.6
MeV＋18.909
45
MeV＝19.509
45
MeV.
【答案】 (1)H＋Li→2He (2)0.020
3
u (3)18.909
45
MeV (4)19.509
45
MeV
变式训练4 解析：根据质量数守恒与电荷数守恒可知，Pu的衰变方程为Pu→U＋He＋γ，故A正确；此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量之差，为Δm＝mPu－mU－mα，故B正确；释放的γ光子的能量为hν，核反应的过程中释放的能量为E＝(mPu－mU－mα)c2，由于核反应的过程中释放的核能转化为新核与α粒子的动能以及光子的能量，所以γ光子的能量小于(mPu－mU－mα)c2，故C错误；Pu衰变成U和α粒子后，释放核能，将原子核分解为单个的核子需要的能量更大，原子变得更稳定，所以反应后U和α粒子结合能之和比Pu的结合能大，故D正确．故选A、B、D.
答案：ABD
变式训练5 解析：(1)由质量数和电荷数守恒可知，氘核与氚核的聚变反应：H＋H→He＋X＋17.6×106
eV，X的质量数是1，电荷数是0，故X是中子．
(2)根据爱因斯坦的质能方程
ΔE＝Δmc2，得Δm＝＝＝3.1×10－29kg
(3)1
g氘核完全与氚核发生聚变反应释放的核能为：
ΔE＝NA×17.6×106eV＝5.28×1030eV＝8.448×1011J
答案：(1)中子 (2)3.1×10－29kg (3)8.448×1011J
【例6】 【解析】 核反应中动量守恒，钋核与α粒子动量大小相等
由p＝可求出钋核动能：EkPo＝
故释放能量：ΔE＝EkPo＋Ekα＝Ekα
根据ΔE＝Δmc2，可得：Δm＝·，故选C正确．
【答案】 C
变式训练6 解析：(1)U→Th＋He
(2)质量亏损Δm＝mU－mα－mTh＝0.005
9
u
ΔE＝Δmc2＝0.005
9×931.5
MeV≈5.5
MeV.
(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即
pTh＋(－pα)＝0，pTh＝pα，
EkTh＝，Ekα＝，EkTh＋Ekα＝ΔE
所以α粒子获得的动能
Ekα＝ΔE＝×5.5
MeV≈5.4
MeV.
答案：(1)见解析 (2)5.5
MeV (3)5.4
MeV
随堂演练 达标检测
1．解析：由于原子核带正电，不存在只有中子的原予核，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正确．
答案：CD
2．解析：根据题图可知，氘核吸收2.23
MeV的能量分解为质子和中子，C正确；由质能方程知，质量与能量有简单的正比关系，氘核吸收能量，能量增大，质量变大，A、B错误；质子和中子结合成氘核质量亏损，故放出能量，D错误．
答案：C
3．解析：
根据质量数守恒可知，X的质量数是222－218＝4，电荷数是：86－84＝2，所以该过程的核反应方程是：Rn→Po＋He，故A正确；该核反应的过程中释放能量，有质量亏损，所以发生一次核反应释放的核能：为E＝(m1－m2－m3)c2，故B正确；1
g氡经2T时间后，剩余氡原子的质量为：m＝m02＝＝0.25
g，故C错误；该核反应的过程中释放能量，有质量亏损，所以钋核的比结合能比氡核的比结合能大，故D错误．
答案：AB
4．解析：根据质量数守恒和核电荷数守恒可得He＋B→C＋H
由ΔE＝Δmc2可知，
1
u原子质量单位相当于931.5
MeV的能量，所以可得
Δm＝0.000
805
u＝1.3×10－30
kg.
答案：He＋B→C＋H 1.3×10－30
kg
5．解析：铀核相对α粒子做反向运动(反冲)，在磁场中形成相切的圆轨迹，衰变中系统的动量及总能量均是守恒的，释放出的结合能，一部分转变成两个生成核的动能，另一部分以光子的形式辐射出去．
(1)Pu→U＋He
(2)因E＝hν＝h，
所以λ＝＝m≈1.38×10－11m
(3)由质能方程可得衰变中释放的能量：
ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3)×931.5
MeV
根据能量守恒定律得，铀核和α粒子的总动能为：
Ek＝EkU＋Ekα＝ΔE－E＝(m1－m2－m3)×931.5
MeV－0.09
MeV≈4.266
MeV.
答案：(1)Pu→U＋He
(2)1.38×10－11m (3)4.266
MeV
-
12
-4核裂变与核聚变
5
“基本”粒子
知识结构导图
核心素养目标
物理观念：核列变、核聚变、链式反应、核电站、夸克模型．
科学思维：热核反应可能的控制方法．
科学探究：核电站的组成及工作原理．
科学态度与责任：(1)了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点．
(2)了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史，初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子和谐统一.
知识点一、核裂变的发现
1．核裂变：重核被______轰击后分裂成两块质量差不多的碎块的核反应．
2．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多样的，其中一种典型的裂变是U＋n―→Ba＋Kr＋________.
3．链式反应：由重核裂变产生的中子使核裂变反应________继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应．
4．临界体积和临界质量：把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫做临界质量．
5．核裂变的能量：1
kg铀235全部裂变放出的能量相当于________标准煤完全燃烧时释放的化学能．
知识点二、反应堆与核电站
1．核电站：利用核能发电，它的核心设施是________，它主要由以下几部分组成：
(1)燃料：________；
(2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用____、____和________作慢化剂；
(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，可将其插入深一些，多吸收一些____，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒．
(4)水泥防护层：用来____裂变产物放出的各种射线．
2．工作原理：__________释放的能量，使反应区温度升高．
3．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________，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．
4．核污染的处理：为避免____对人体的伤害和________对水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的______，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的________，需要装入特制的容器，________.
拓展：
铀核裂变的一种核裂变反应方程，生成物是Ba和Kr，铀核裂变的另一种核反应方程：
U＋n→Xe＋Sr＋10n
在这个反应式中，生成物是Xe和Sr.
点睛：
石墨：碳原子
重水：两个氘原子与一个氧原子形成的化合物，D2O分子量20
轻水：普通水，H2O分子量18
图解：
知识点三、核聚变
1．核聚变
(1)定义：两个________结合成质量较大的核的核反应．
(2)典型的核聚变：H＋H→____＋n＋17.6
MeV.
(3)条件：要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到____
m以内，核力才能起作用．由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的________．这就要求原子核具有足够的动能，有一种方法就是把它们加热到很高的温度，温度高达______开尔文，因此聚变又叫________．
(4)应用：目前，热核反应主要用在核武器上，那就是____．需要用______爆炸产生的高温高压引发核爆炸．
(5)太阳能：太阳的主要成分是____，太阳中心温度可达1.6×107K，在此高温下，氢核聚变成氮核的反应不停地进行着，太阳能就来自于太阳内部____释放的核能．
2．受控热核反应
(1)聚变的优点：第一：轻核聚变产能效率高．第二：地球上核聚变燃料的储量丰富．第三：轻核聚变更为安全、清洁．
(2)聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温．
(3)控制方法
①磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是______．
②惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，用____从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应．
知识点四、“基本”粒子
1．基本粒子的组成：分子由原子构成，不同原子构成化合物分子，相同原子构成单质分子．原子是由位于中心的原子核和核外高速旋转的电子构成的(电子带负电，原子核带正电)．原子核是由质子和中子构成的(质子带正电，中子不带电)．
最初的基本粒子包括：光子、电子、质子和中子．
2．发现新粒子
1932年发现了______，1937年发现____，1947年发现K介子和π介子及以后的超子、______等．
下表呈现的是自20世纪30年代至今物理学家通过实验发现的一部分新粒子．
3．粒子的分类
分类
参与的相互作用
发现的粒子
备注
强子
强相互作用
质子、中子、介子、超子
质子是最早发现的强子，强子有内部结构
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
现代实验还没有发现其内部结构
规范玻色子
传递各种相互作用
光子、中间玻色子、胶子
光子传递电磁相互作用中间玻色子传递弱相互作用胶子传递强相互作用
希格斯玻色子
/
/
希格斯玻色子又称为标量玻色子
拓展：
我国具有完全自主知识产权的三代百万千瓦级核电技术电站——华龙一号，设置了完善的严重事故预防和缓解措施，其安全指标和技术性能已达到国际最先进的三代水平．我国的核能发电技术已居于世界领先地位．
为什么说基本粒子不基本？
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新粒子都不是由原来认为的那些基本粒子组成的．
点睛：
许多粒子都存在着质量、寿命、自旋等物理性质与它相同而电荷等其他性质相反的粒子，叫作反粒子；按照粒子的对称性，有一个粒子，就应该有一个反粒子．
点睛：
①按质量分类：轻子、介子、核子、超子
↓
质子、中子
②按粒子自旋分类：
费米子和玻色子
↓
↓
自旋为半整数
自旋为整数
要点一 对重核裂变和核能的利用
题型1 对重核裂变及链式反应的理解
【例1】 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．铀块的质量是重要因素，与体积无关
B．为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子
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．裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关
题型2 核裂变方程的理解
【例2】 目前商业运转中的核能发电厂都是利用核裂变反应而发电．下列核反应方程式中，表示重核裂变方程的是( )
A.N＋He→O＋H
B.He＋Be→n＋C
C.U＋n→Ba＋Kr＋3n
D.P→Si＋e
题型3 重核裂变核能的计算
【例3】 裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核U为燃科的反应堆中，当U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为
U ＋ n → Xe ＋ Se＋3n
235．043
9 1.008
7 138.917
8 93.915
4
反应方程下方的数字是中子及有关原子核的静止质量(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，则此裂变反应过程中：
(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？
变式训练1 秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站．在一次核反应中一个中子轰击U变成Xe、Sr和若干个中子，已知U、Xe、Sr的比结合能分别为7.6
MeV、8.4
MeV、8.7
MeV，则( )
A．该核反应方程为U→Xe＋Sr＋9n
B．要发生该核反应需要吸收能量
C.Sr比Xe更稳定
D．该核反应中质量增加
变式训练2 (多选)用中子n轰击铀核U产生裂变反应，会产生钡核Ba和氪核Kr并释放出中子n，当达到某些条件时可发生链式反应；一个铀核U裂变时释放的能量约为200
MeV(1
eV＝1.6×10－19J)．真空中的光速为3×108
m/s，下列说法正确的是( )
A.U的裂变方程为U→Ba＋Kr＋2n
B.U的裂变方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n
C．一个U裂变时，质量亏损约为7.1×10－28
kg
D．一个U裂变时，质量亏损约为3.6×10－28
kg
◆裂变的理解要点
(1)核裂变的特点
①重核裂变是中子轰击质量较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多中子的过程．
②重核裂变需要在人工控制的核反应中进行，自然界不会自发产生，这也是与核衰变的区别之一．
③裂变情形的多样性
用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中两种典型的反应是
U＋n→Ba＋Kr＋3n
U＋n→Xe＋Sr＋2n
(2)链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的2～3个中子(或更多)再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应．
(3)链式反应的条件
①发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的质量大于临界质量．
②有足够浓度的铀235.
③有足够数量的慢中子．
题型4 核电站的结构及工作原理
【例4】 如图是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是( )
A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
B．快中子跟减速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．控制棒主要由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D．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
变式训练3 (多选)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．石墨的作用是吸收中子
D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
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，所能提供的能量大．
(3)对环境的污染要比火力发电小．
核聚变的优点：
(1)轻核聚变产能效率高；
(2)核聚变燃料氘和氚储量丰富；
(3)轻核聚变更为安全、清洁．
要点二 核聚变的特点及应用
1．核聚变发生的条件
要使轻核聚变，必须使轻核间距达到核力发生作用的距离10－15
m以内，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．核聚变利用的难点：地球上没有任何容器能够经受如此高的温度(发生条件达到几百万摄氏度．
3．解决方案：磁约束，惯性约束．
(1)磁约束→将燃料锁定在一定空间
原理：带电粒子运动时，在均匀磁场中受到洛伦兹力的作用而不飞散，因此可利用磁场来约束参加反应的物质．
(2)惯性约束→产生高温
原理：由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应．在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应．
题型1 核聚变反应方程
【例5】 科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚核反应获得能量，核反应方程分别为X＋Y→He＋H＋4.9
MeV和H＋H→He＋X＋17.6
MeV，下列表述正确的有( )
A．X是质子
B．Y的质子数是3，中子数是3
C．两个核反应都没有质量亏损
D．氘和氚的核反应是原子核的人工转变
题型2 核聚变反应的能量问题
【例6】 氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6H→2He＋2H＋2n＋43.15
MeV表示．海水中富含氘，已知1
kg海水中含有氘核约为1.0×1022个．若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1
kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107
J
1
MeV＝1.6×10－13
J，则M约为( )
A．40
kg
B．100
kg
C．400
kg
D．1
000
kg
题型3 核反应类型的判断
【例7】 现有三个核反应方程：
①Na→Mg＋e；②U＋n→Ba＋Kr＋3n；③H＋H→He＋n.
下列说法正确的是( )
A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变
B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变
C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变
D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变
◆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的能量多．
(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．
◆核反应类型及判断方法
(1)常见判核反应类型
类型
概念
典型方程
衰变
原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的过程，也叫天然放射现象
U→Th＋He，
Th→Pa＋e
人工转变
人工用高速粒子轰击原子核，产生另一种新核的过程
N＋He→O＋H，
Be＋He→C＋n
裂变
重核分裂成质量较小的原子核，释放出核能的过程
U＋n→Ba＋Kr＋3n
裂变
轻核结合成质量较大的原子核，释放出能量的过程
H＋H→He＋n
变式训练4 下面列出的是一些核反应方程，针对核反应方程下列说法正确的是( )
①U→Th＋X
②H＋H→He＋Y
③Be＋H→B＋K
④U＋n→Sr＋Xe＋10M
A．核反应方程①是重核裂变，X是α粒子
B．核反应方程②是轻核聚变，Y是中子
C．核反应方程③是太阳内部发生的核聚变，K是正电子
D．核反应方程④是衰变方程，M是中子
变式训练5 太阳辐射的总功率约为4×1026W，其辐射的能量来自聚变反应．在聚变反应中，一个质量为1
876.1
MeV/c2(c为真空中的光束)的氘核(H)和一个质量为2
809.5
MeV/c2的氚核(H)结合为一个质量为3
728.4
MeV/c2的氦核(He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6
MeV的能量．下列说法正确的是( )
A．X粒子是质子
B．X粒子的质量为939.6
MeV/c2
C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109
kg
D．太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6
MeV/c2
(2)判断方法
①衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子，分别为α衰变或β衰变；
②人工核转变方程的左边一般是高能粒子氦原子核与常见原子核的反应，右边也是常见元素的原子核；
③聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等质量的原子核；
④裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等质量的原子核．
要点三 对基本粒子的认识
【例8】 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
变式训练6 (多选)已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷．
π＋
π－
u
d
带电荷量
＋e
－e
＋e
－e
－e
＋e
下列说法正确的是( )
A．π＋由u和组成
B．π＋由和d组成
C．π－由u和组成
D．π－由和d组成
点拨：
①明确粒子带电情况及各种夸克的电性、电量．
②进行夸克组合，使组合成的粒子与原粒子电性、电量完全相同．
1．关于核反应方程，下列说法正确的是( )
A.Ba→Rn＋He，此反应是核裂变，吸收能量
B.U＋n→Xe＋Sr＋2n，此反应是核裂变，放出能量
C.N＋He→O＋H，此反应是核聚变，放出能量
D.H＋H→He＋X，此反应是核聚变，由方程可判断X是质子
2．关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是( )
A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度
B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量
C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量
D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度
3．下列核反应方程中，属于研究“两弹”的基本核反应方程的是( )
①H＋H→He＋n
②U＋n→Se＋Xe＋10n
③U→Th＋He
④N＋He→O＋H
A．①②
B．②③
C．②④
D．③④
4．大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是H＋H→He＋n.已知H的质量为2.013
6
u，He的质量为3.015
0
u，n的质量为1.008
7
u
1
u＝931
MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为( )
A．3.7
MeV
B．3.3
MeV
C．2.7
MeV
D．0.93
MeV
5．(多选)国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图，如图所示．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的方程式为He＋He→2H＋He.关于He聚变下列表述正确的是( )
A．聚变反应不会释放能量
B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应会有质量亏损
D．目前核电站都采用He聚变反应发电
4．核裂变与核聚变
5．“基本”粒子
基础导学 研读教材
一、1.中子
2．3n
3．一代接一代
5．2
800t
二、1.核反应堆 (1)铀棒 (2)石墨 重水 普通水 (3)中子 中子 (4)屏蔽
2．核燃料裂变
3．裂变 循环流动
4．射线 放射性物质 水泥层 放射性 深埋地下
三、1.(1)轻核 (2)He (3)10－15 库仑斥力 几百万 热核反应 (4)氢弹 原子弹 (5)氢 核聚变
2．(3)①环流器 ②激光
四、2.正电子 μ子 反粒子
课堂互动 合作探究
要点一
【例1】 【解析】 要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于等于临界体积(或临界质量)，A、D错误，C正确；铀235俘获慢中子发生裂变的概率大，快中子使铀235发生裂变的几率小，B错误．
【答案】 C
【例2】 【解析】 N＋He→O＋H是卢瑟福发现质子的核反应方程，A错误；He＋Be→n＋C是查德威克发现中子的核反应方程，B错误；U＋n→Ba＋Kr＋3n是重核裂变，C正确；P→Si＋e是约里奥—居里夫妇发现放射性同位素，同时放出正电子的核反应方程，D错误．
【答案】 C
【例3】 【解析】 (1)U裂变成Xe和Sr，同时放出中子n，裂变前后质量变化Δm＝m前－m后＝(235.043
9＋1.008
7－138.917
8－93.915
4－3×1.008
7)u＝0.193
3
u，亏损质量为原子质量单位的0.193
3倍．
(2)由爱因斯坦质能方程，得
ΔE＝Δmc2＝0.193
3×931.5
MeV≈180.06
MeV
【答案】 (1)0.193
3 (2)180.06
MeV
变式训练1 解析：A错：该核反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋10n.
B错：发生该核反应放出能量．
C对：Sr比Xe的比结合能大，则更稳定．
D错：该核反应中放出能量，则有质量亏损，质量减小．
答案：C
变式训练2 解析：A错，B对：U的裂变方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n.
C错，D对：一个铀核裂变时，释放的能量约为200
MeV，根据质能方程得质量亏损Δm＝＝kg≈3.6×10－28kg.
答案：BD
【例4】 【解析】 A错，B对：快中子容易与铀235擦肩而过，快中子跟减速剂(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、D错：控制棒主要由镉做成，镉吸收中子的能力很强，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．
【答案】 B
变式训练3 解析：A对：铀棒是核燃料，裂变时放出能量．
B对：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，即控制反应堆的功率．
C错：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．
D对：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．
答案：ABD
要点二
【例5】 【解析】 A错：由方程H＋H→He＋X＋17.6
MeV，根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为0，质量数为1，故X为中子．
B对：由方程X＋Y→He＋H＋4.9
MeV，根据电荷数守恒、质量数守恒知，Y的电荷数为3，质量数为6，可知Y的质子数为3，中子数为3.
C错：两个核反应都释放能量，可知两个核反应都有质量亏损．
D错：氘和氚的核反应是核聚变反应．
【答案】 B
【例6】 【解析】 根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15
MeV的能量，1
kg海水中的氘核反应释放的能量为
E＝×43.15
MeV≈7.19×1022
MeV≈1.15×1010J，
则相当于标准煤的质量为M＝kg≈400
kg.
【答案】 C
【例7】 【解析】 裂变是重核变为质量较小的核，②是裂变；衰变有α衰变和β衰变，α衰变的结果是释放氦核，β衰变的结果是释放电子，①是β衰变；聚变是质量较小的核结合成质量较大的核，③是聚变，故C正确．
【答案】 C
变式训练4 解析：A错：①不是重核裂变方程，是典型的α衰变方程．
B对：②是轻核聚变方程，H＋H→He＋n，所以Y是中子．
C错：太阳内部发生的核聚变主要是氢核的聚变，Be＋H→B＋n，K是中子，不是正电子．
D错：④不是衰变方程，是重核裂变方程．
答案：B
变式训练5 解析：A错：该聚变反应方程为H＋H→He＋n，X为中子．
B对：由质能方程知，mH＋mH＝mHe＋mX＋ΔE/c2，代入数据知1
876.1
MeV/c2＋2
809.5
MeV/c2＝3
728.4
MeV/c2＋mX＋17.6
MeV/c2，故mX＝939.6
MeV/c2.
C对：太阳每秒辐射能量ΔE＝PΔt＝4×1026
J，由质能方程知Δm＝，故每秒辐射损失的质量Δm＝kg≈4.4×109
kg.
D错：因为ΔE＝4×1026
J＝eV＝2.5×1045
eV＝2.5×1039
MeV，则太阳每秒因为辐射损失的能量为Δm＝＝2.5×1039MeV/c2.
答案：BC
要点三
【例8】 【解析】 A、B错：质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子；不同夸克构成的强子，有的带电，有的不带电．
C错，D对：夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，有±e和±e，说明电子电荷不再是电荷的最小单位．
【答案】 D
变式训练6 解析：根据各种粒子带电情况，π＋的带电荷量为＋e，故由u和组成；π－的带电荷量为－e，故由和d组成．
答案：AD
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1．解析：Ba→Rn＋He是α衰变，放出能量，A错误；U＋n→Xe＋Sr＋2n是核裂变，放出能量，B正确；N＋He→O＋H是原子核的人工转变，C错误；H＋H→He＋X是核聚变，由方程可判断X是中子，D错误．
答案：B
2．解析：镉棒并不能释放中子，也不能使中子减速，对铀核裂变也没有阻碍作用，而是利用其对中子吸收能力强的特点，控制中子数量的多少而控制核反应速度，C正确．
答案：C
3．解析：①是轻核聚变方程，是氢弹的反应方程；②是重核裂变方程，是原子弹的反应方程；③是α衰变方程：④是原子核的人工转变方程．故属于研究“两弹”的基本核反应方程的是①②.
答案：A
4．解析：氘核聚变反应的质量亏损Δm＝2.013
6
u×2－3.015
0
u－1.008
7
u＝0.003
5
u，由爱因斯坦质能方程可得释放的核能E＝0.003
5×931
MeV≈3.3
MeV.
答案：B
5．解析：聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量．但目前核电站都采用铀核的裂变反应．综上所述，选项B、C正确．
答案：BC
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16
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