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1、第二十二讲原子核第1页，此课件共46页哦【知识要点】w一、天然放射现象一、天然放射现象w二、原子核的人工转变、原子核的组成二、原子核的人工转变、原子核的组成w三、原子核能三、原子核能第2页，此课件共46页哦【知识要点】一、天然放射现象一、天然放射现象1、天然放射现象的发现、天然放射现象的发现w 1896年贝克勒尔发现铀U和含铀的矿物能发射某种看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照像底片感光。w 像这样物质自发地发出射线的现象叫天然放射现象。物质的这种性质叫天然放射性，具有放射性的元素，叫放射性元素。w 后来居里夫妇又发现两种放射性更强的新元素，叫做钋Po和镭Ra。第3页，此课件共46页哦2、三
2、种射线、三种射线w（1)射线：本质是氦原子核流，符号是 ，带电量为+2e，质量为4u(1u=1.6610-27千克)，贯穿本领最弱，电离本领最强。w（2）射线：本质是电子流，符号是 ，带电量为-e(1e=1.910-19库仑)，质量为 ，贯穿本领较强，电离本领较强。w（3）射线：本质是高能光子流，符号是，不带电，静止质量为零，贯穿本领最强，电离本领最弱。第4页，此课件共46页哦3、放射性元素的衰变、放射性元素的衰变 原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。在衰变中电荷数和质量数都守恒。（1）衰变：原子核放出一个粒子，原子序数（核电荷数）就比原来少2，而质量数少4。例如，写成一
3、般式为第5页，此课件共46页哦 （2）衰变：原子核放出一个粒子，原子序数（核电荷数）就比原来多1，而质量数不变。例如，写成一般式为 （3）衰变：要引起核的能量发生变化，而原子序数（核电荷数）和质量数都不改变。第6页，此课件共46页哦4、半衰期、半衰期 半衰期是放射性元素的大量原子核有半数发生衰变需要的时间。w 每一种放射性元素都有一定的半衰期，不同的放射性元素，半衰期不同。放射性元素半衰期的长短是由原子核的内部因素决定的，它不受外部因素的影响。例如温度的高低，物态的变化，化学结构的变化等等，都不能改变它的半衰期。w 衰变公式，如果用N0表示原耒的原子核数，Nt表示t时刻还未衰变的原子核数，T表
4、示半衰期，那么w 如果用M0表示原耒的原子的总重量，Mt表示t时刻还未变的原子的总质量，那么第7页，此课件共46页哦二、原子核的人工转变、原子核的组成二、原子核的人工转变、原子核的组成1、质子的发现、质子的发现w 1919年卢瑟福做了用粒子轰击氮原子核的实验。实验现象表明粒子击中氮核后产生了新的粒子。后来测出了这种粒子的质量和电量，确定它就是氢原子核，又叫做质子，通常用 或 表示。质子发现的核反应方程是 质子的发现表明，可以用人工的方法实现原子核转变；还表明，质子是原子核的组成部分。第8页，此课件共46页哦2、中子的发现、中子的发现 1930年发现用射线轰击铍时，会产生一种看不见的贯穿能力很强
5、的不带粒子。1932年用这种射线轰击石蜡时，竟能从石蜡中打出质子，如图所示。第9页，此课件共46页哦 查德威克经过进一步研究，证明放射性元素钋放出的射线轰击铍时发出的贯穿力极强的射线，不是射线，而是一种质量差不多与质子相等的不带电粒子，即中子。中子的质量数是1，电荷数是零，用 表示。发现中子的核反应方程是 实验证明，从许多原子核里都能打出中子来，可见中子也是原子核的组成部分。第10页，此课件共46页哦3、原子核的组成、原子核的组成w 原子核是由质子和中子组成的。质子和中子统称为核子。原子核的电荷数等于它的质子数；原子核的质量数就等于它的核子数，即质子数与中子数的和。w 不论是原子核的衰变还是原
6、子核的人工转变，统称为核反应。在核反应的过程中电荷数和质量数都守恒。第11页，此课件共46页哦4、放射性同位素、放射性同位素 同位数，具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素。（1）人工放射同位素的发现 1934年小居里夫妇用粒子轰击铝核，发生了下面的核反应，核反应生成物 是磷的一种同位素它具有放射性，衰变时放出正电子，下面是它的反应方程 这是用人工方法得到的放射性同位素。第12页，此课件共46页哦（2）放射性同位素的应用：利用它的射线探伤、消除静电、育种、消毒、防腐等。做为示踪原子：把放射性同位素的原子搀到其它物质中去，让它们一起运动、迁移，再利用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射
7、性原子通过什么路径，运动到哪里了，怎样分布的，从而可以了解某些不容易察明的情况或规律。我们把这种用途的放射性同位素叫示踪原子。第13页，此课件共46页哦三、原子核能三、原子核能1、原子核的结合能、原子核的结合能w （1）核力：原子核内的核子间有一种很强的力把它们结合在一起，这种力称为核力。核力是强作用力。它与电荷无关，质子与质子、质子与中子、中子与中子间都存在核力作用。它是短程力，只在2.010-15 米距离内起作用，即使在半径很小的原子核内，每个核子也只跟与它相邻的核子间才有核力的作用。w （2）结合能：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。这个能量叫做
8、原子核的结合能。第14页，此课件共46页哦（3）爱因斯坦质能方程：w这个方程是爱因斯坦从相对论得出的，它表明物体的质量与它的能量间有一定的联系。当物体的能量增加（或减少）E时，它的质量也会相应地增加(或减少)m，二者满足的关系是E=mc2，式中c表示光在真空中的传播速度。（w在使用该公式进行有关计算时，要注意单位的统一，见下表。第15页，此课件共46页哦 （4）质量亏损：核子结合成原子核时要放出结合能，原子核的能量要比组成核的核子未组合成核时的能量小，所以原子核的质量也要比组成核的核子的质量小。我们把组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损。如果知道核的质量亏损，根据质能方程就
9、可以求出原子核的结合能。（5）平均结合能：用核子数去除核的结合能，就得到每个核子的平均结合能。平均结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量，也是把原子核分解成核子时每个核子平均吸收的能量。平均结合能越大，原子核就越难拆开。可见平均结合能的大小能够反映核的稳定程度。第16页，此课件共46页哦如图所示为核子的平均结合能随原子核的质量数变化规律的图象。从图中可以看出，质量数较小的轻核和质量数较大的重核，平均结合能都比较小。中等质量数的原子核平均结合能大。第17页，此课件共46页哦2、重核的裂变、重核的裂变 重核的核子平均结合能比中等质量的核的核子平均结合能小。因此，重核分裂成中等质量的核时，
10、会有一部分结合能释放出来。这种核反应叫做裂变。w（1）铀核的裂变的核反应方程裂变后：w反应过程中质量减少m=0.2153u，反应中释放的能量第18页，此课件共46页哦（2）链式反应：w 铀核裂变时，同时放出23个中子，如果这些中子再引起其它铀核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去。这种反应叫做链式反应。w 铀块的体积对于产生链式反应也是重要因素。能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积。对于铀块如果超过了临界体积，就会引起铀核的链式反应，发生猛烈的爆炸。第19页，此课件共46页哦（3）核反应堆：它是人工控制链式反应的装置，主要的构成有做为核燃料的浓缩铀，做为中子减速济的石墨，起控制作用的
11、镉棒，起冷却和输出势能作用的液体金属钠或水，以及防止射线对人体的危害而修建的水泥防护层。第20页，此课件共46页哦3、轻核聚变、轻核聚变w 轻核的结合能更小，某些轻核结合成质量较大的核时，能释放出更多的结合能。轻核结合成质量较大的重核叫聚变。w 轻核聚变的核反应方程第21页，此课件共46页哦w 使核发生聚变；必须使它们接迈到10-15米，也就是接近到核力能够发生做用的范围。由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服电荷之间的很大斥力作用，这就要使核具有很大的动能。只有在几百万度的高温以上，原子核才有足够的动能克服相互间的库仑斥力，在碰撞中接近到可以发生聚变的程度。所以这种轻核聚变的反
12、应又叫做热核反应。w 和平利用核能则要求人们要实现可控热核反应，即用人工的方法，有控制地使氘核发生聚变反应，缓慢而稳定地释放能量。第22页，此课件共46页哦【典型例题】例例1：(钍 )经过一系列和衰变，成为(铅 )，下列说法正确的是A铅核比钍核少8个质子B、铅核比钍核少16个中子C、共经过4次衰变和6次衰变D、共经过6次衰变和4次衰变 分析：分析：因为核 中的Z是核的电荷数，实际上Z等于核中的质子数，M是核的质量数，实际上M等于核中的核子(即质中和中子)数。在知道两个核的质子数之差后，可以用核子数差减于质子数差，就是中子数差。所以从 和 可知，铅核比钍核少8个质子，铅核比钍核少(232-208
13、)-(90-82)=16个中子第23页，此课件共46页哦判断衰变和衰变的次数有两种方法。方方法法（1）设发生衰变的次数为x，发生衰变的次数为y。根据在衰变过程中电荷数守恒，质量数守恒，所以 方法（方法（2）考虑到衰变会引起核的质量数发生变化，而衰变不会引起核的质量数发生变化。因此可以根据钍和铅的质量数的变化判断衰变的次数是6。6次衰变应使核电荷数减少12，但上述两核的电荷数只减少8，说明上述核衰变时，有(12-8)=4次衰变。答：答：选项A、B、D正确。解得x=6，y=4。第24页，此课件共46页哦 例例2：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
14、质量之比，即mA：mB 是 A、3031 B、3130 C、12 D、21 分析：分析：放射性元素每经过一个半衰期T，其质量就衰变成原耒的1/2，经过了N个半衰期，余下的质量就是原耒质量的 。根据半衰期的这个定义，针对本题意 列方程求解。解：解：因为TA=4天，TB=5天，t=20天。原耒A和B的质量相等，用m表示，则答：答：选项C正确。第25页，此课件共46页哦 例例3：一个铀衰变为钍核时释放出一个粒子，已知铀核的质量为 千克，钍核的质量 为 千克，粒子的质量为 千克，在这个衰变过种中释放出的能量等于_ J （取2位有效数字）。写出此衰变方程_。分析：分析：原子核发生变化时如果质量减小（减小
15、的质量称为质量亏损）m，根据爱因斯坦质能方程 ，可以算出核变释放的能量E。第26页，此课件共46页哦说说明明：本题没给出铀核的质量数，所以用M表示铀核的质量数，这样钍核的质量数为M-4。另外衰变释放的能表现为粒子的动能E和钍核反冲运动的动能ETh，由于衰变过程动量守恒，则答答:衰变过程中释放出的能量等于 这个衰变的方程为：这里的M是衰变前核的质量数。因为M4，所以E接质E。由于能量守恒，则解这两个方程可得粒子的动能第27页，此课件共46页哦【反馈练习】1、某放射性元素的原子核发生2次衰变和6次衰变，关于它的原子核的变化，下列说法中正确的是 A、中子数减少8 B、质子数减少2 C、质子数增加2
16、D、核子数减少10答案答案:C第28页，此课件共46页哦2、放射性元素的半衰期决定于A放射性元素质量的多少B、放射性元素所处的物理状态C、放射性元素外界的化学条件D、由核本身内部因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关答案答案:D第29页，此课件共46页哦3、放射性无素 经过2h后有半数原子核发生了衰变，若再经过2h未衰变原子核的数目将是最初的答案答案:B第30页，此课件共46页哦4、天然放射性现象中 发生衰变后变成 。已知 、和粒子的质量分别是m1、m2和m3，它们之间应满足答案答案:B 第31页，此课件共46页哦5、太阳辐射能量主要来自太阳内部的A、化学反应 B、放射性衰变C、裂变反应 D
17、、热核反应答案答案:D第32页，此课件共46页哦6、以下几个原子核反应式中，X代表粒子的反应式是答案答案:C第33页，此课件共46页哦7、用中子轰击硼()核发生的核反应是：其中的X粒子应是A、粒子 B、粒子C、质子 D、中子答案答案:A第34页，此课件共46页哦8、铀235的原子核符号常写成 ，由此可知A铀235的原子核中有质子92个B、铀235的原子核中有电子92个C、铀235的原子核中有中子235个D、铀235的原子核中有中子143个答案答案:AD第35页，此课件共46页哦 9、关于原子核的能，下面说法正确的是 A只指原子核分解为核子时放出的能量 B、只指核子结合为原子核时需要供给的能量
18、C、核子结合成原子核时吸收的能量或原子核分解为核子时放出的能量 D、核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量答案答案:D第36页，此课件共46页哦 10、在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中的a、b所示，由图可以判定 A该核发生的是衰变 B、该核发生的是衰变 C、磁场方向一定垂直纸面向里 D、磁场方向向里还是向外不能判定答案答案:BD第37页，此课件共46页哦【课后练习】一、填空题一、填空题1铀核 经过_次衰变和_次衰变后变成稳定的铅2、放射性元素 经过2h，只剩1/2的核没有衰变再经过_h，将只剩下1/8的核
19、没有衰变。答案答案:6 答案答案:8；6 第38页，此课件共46页哦3、在中子、质子、电子、正电子和粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应式的横线上：答案答案:第39页，此课件共46页哦4、一个铀核衰变为钍核时释放出一个粒子。已知:铀核的质量为 粒子的质量为 钍核的质量为这个衰变过程中释放出的能量等于_J。（保留二位有效数字）答案答案:8.710-13第40页，此课件共46页哦二、选择题二、选择题5、关于射线，下列说法中正确的是A它是波长极短的电磁波B、它是高速运动的电子流C、它是贯穿本领比射线弱D、它对空气的电离作用比射线强答案答案:B第41页，此课件共46页哦6、放射性同位素 的样品
20、经过6h后还剩下1/8没有衰变，它的半衰期是A、2h B、1.5hC、1.17hD、0.75h答案答案:A第42页，此课件共46页哦 7、目前能够在实际上作为巨大能源应用的原子核能是 A.重核裂变时放出的能量 B热核反应时放出的能量 C.氘和氚聚变时放出的能量 D放射性同位素放出射线的能量答案答案:A第43页，此课件共46页哦 8、质子质量为mp、中子的质量为mn、氦核的质量为m，下列关系式正确的是 Am=2mp+mn Bm2mp+mn D以上的关系都不对答案答案:A第44页，此课件共46页哦三、计算三、计算 9、已知氘核的质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，氦3的质量为3.0150u。(1)写出两个氘核聚变生成氦3的反应方程。(2)求上述聚变释放出的核能。(3)若两个氘核以相同的动能Ek=0.36MeV正碰，求碰后生成物的动能。(2)3.27MeV(2)3.27MeV答案答案:第45页，此课件共46页哦答案答案:一、填空题一、填空题1、8；6 2、63、4、8.710-13二、选择题二、选择题5、A 6、A 7、A 8、B三、计算题三、计算题9、(2)3.27MeV第46页，此课件共46页哦