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1、第15章第2讲原子核第1页，共55页，编辑于2022年，星期日一、贝可勒尔一、贝可勒尔1896年发现天然放射现象年发现天然放射现象说明原子核具有内部结构（可以再分）；说明原子核具有内部结构（可以再分）；1、卢瑟福、卢瑟福1919年发现质子，符号年发现质子，符号 H 或或 P 1111He +N H +O4214 71117 82、查德威克、查德威克1932年发现中子，符号年发现中子，符号 n 10 He +Be n +C 42941012 63、质子和中子统称核子、质子和中子统称核子 4、原子核常用符号、原子核常用符号 X，其中，其中 AZ X为元素符号为元素符号 A为为质量数质量数（质子数质
2、子数+中子数中子数）中子数中子数为为A-Z 5、电子符号：、电子符号：e 0-142二、原子核的组成二、原子核的组成粒子符号：粒子符号：He Z为为电荷数电荷数（质子数质子数或或核外电子数核外电子数或或原子序数原子序数）第2页，共55页，编辑于2022年，星期日三、核反应三、核反应2、质量数和电荷数质量数和电荷数守恒守恒1、人工转变是一种核反应、人工转变是一种核反应He +N H +O4214 71117 8 He +Be n +C 42941012 63、衰变：、衰变：原子核由于放出原子核由于放出粒子或粒子或粒子而粒子而 转变为新核的变化转变为新核的变化+h+h第3页，共55页，编辑于202
3、2年，星期日4 4、衰变的规律：、衰变的规律：（1）衰变衰变 规律：规律：X He +YAZ42A-4Z-2+h新核质量数比旧核减少新核质量数比旧核减少4，电荷数减少，电荷数减少2，周期，周期表中位置向前移两位表中位置向前移两位 本质：本质：1110422 H+2 n He+h第4页，共55页，编辑于2022年，星期日（3）+衰变衰变 规律：规律：X e +YAZ01 AZ-1+h新核质量数与旧核相比不变，电荷数减少新核质量数与旧核相比不变，电荷数减少1，周期，周期表中位置向前移一位表中位置向前移一位 本质：本质：H e +n10 0 111+h（4）射线是伴随射线是伴随、射线而产生；射线而产
4、生；（2）衰变衰变 规律：规律：X e +YAZ 0-1 AZ+1+h新核质量数与旧核相比不变，电荷数增加新核质量数与旧核相比不变，电荷数增加1，周期，周期表中位置向后移一位表中位置向后移一位 本质：本质：n e +H 10 0-111+h第5页，共55页，编辑于2022年，星期日5、放射性物质放出的射线有三种：、放射性物质放出的射线有三种：射线射线、射线射线和和 射线射线射线射线射线射线射线射线三种射线的比较三种射线的比较 组成组成 符符号号 带电带电量量 质量质量/kg射出射出速度速度 电离电离本领本领 穿透本领穿透本领 射射线线 射射线线 射射线线 高速的氦高速的氦核流核流 高速的电高速
5、的电子流子流 高能的电高能的电磁波磁波 He42e 0-1e 0 1h+2e-e+e 0 6.6410-27 0.9110-30无静止质无静止质量量 0.1c 0.9c c 最强最强 较弱较弱 最弱最弱 最小最小（薄纸）（薄纸）较大较大（几毫（几毫米厚铅板）米厚铅板）最大最大（几厘（几厘米厚铅板）米厚铅板）第6页，共55页，编辑于2022年，星期日四、半衰期：四、半衰期：1、原子核有半数发生衰变所需的时间、原子核有半数发生衰变所需的时间2、N剩剩=N原原()12 tTm剩剩=m原原()12 tTt 为经历时间，为经历时间，T为半衰期为半衰期 3、半衰期由核内部本身的因素决定半衰期由核内部本身的
6、因素决定，跟外界，跟外界 条件（物理或化学状态）无关条件（物理或化学状态）无关 6 6、射线的性质与作用：射线的性质与作用：工业探伤、治疗工业探伤、治疗第7页，共55页，编辑于2022年，星期日六、放射性同位素的应用六、放射性同位素的应用1、利用放射性同位素放出的射线、利用放射性同位素放出的射线 穿透本领穿透本领利用利用射线探伤、自动控制射线探伤、自动控制 电离本领电离本领把空气变成导电气体，带走静电把空气变成导电气体，带走静电 使使DNA突变突变改良植物改良植物 医学治疗医学治疗“放疗放疗”2、做示踪原子、做示踪原子农业、生物研究农业、生物研究3、半衰期的应用、半衰期的应用:考古研究考古研究
7、五、具有放射性的同位素叫放射性同位素五、具有放射性的同位素叫放射性同位素 小居里夫妇首先发现小居里夫妇首先发现第8页，共55页，编辑于2022年，星期日七、核力七、核力 1、核力是一种强相互作用。、核力是一种强相互作用。2、核力是短程力，只有相邻核子才有核力、核力是短程力，只有相邻核子才有核力 3、核力可表现为引力和斥力、核力可表现为引力和斥力 4、质子和质子，质子和中子，中子间都有、质子和质子，质子和中子，中子间都有 核力作用。核力作用。第9页，共55页，编辑于2022年，星期日八、爱因斯坦质能方程：八、爱因斯坦质能方程：表明表明：物体具有的能量跟它的质量之间存在正：物体具有的能量跟它的质量
8、之间存在正 比关系。物体能量越大，质量也越大；比关系。物体能量越大，质量也越大；能量减少，质量也减少。能量减少，质量也减少。九、释放能量与质量亏损关系：九、释放能量与质量亏损关系：十、核能十、核能(结合能结合能)：核反应中放出的能量称为：核反应中放出的能量称为 核能核能 平均结合能（比结合能）：平均结合能（比结合能）：结合能与核子数之比结合能与核子数之比 反映原子核结合紧密程度反映原子核结合紧密程度 平均结合能越大，核越稳定平均结合能越大，核越稳定第10页，共55页，编辑于2022年，星期日核子平均质量核子平均质量平均结合能平均结合能核子的平均结合能随质量数的变化核子的平均结合能随质量数的变化
9、核子的平均结合能随质量数的变化核子的平均结合能随质量数的变化z第11页，共55页，编辑于2022年，星期日质量亏损表明：质量亏损表明：原子核内的确存在着结合能原子核内的确存在着结合能。核子在结合成原子核时出现的质量亏损核子在结合成原子核时出现的质量亏损m 中等大小的中等大小的核的比结合能最核的比结合能最大大（平均每个核（平均每个核子的质量亏损最子的质量亏损最大），这些核最大），这些核最稳定。稳定。核子平均质量核子平均质量第12页，共55页，编辑于2022年，星期日 m =0.3578 10-27 kg E =m C 2 =0.3578 10-27 （3 108）2 J =3.22 10-11
10、J =201 MeV+201 MeV235 U+1 n 90 Sr+136 Xe+10 1 n92038540+141 MeV235 U+1 n 92 Kr+141 Ba+3 1 n920360561938年，德国化学家哈恩和斯特拉斯曼年，德国化学家哈恩和斯特拉斯曼十一、重核的裂变十一、重核的裂变第13页，共55页，编辑于2022年，星期日十一、重核的裂变十一、重核的裂变1、重核重核 俘获中子后分裂成中等质量原子俘获中子后分裂成中等质量原子00 核核，并放出核能的核反应叫重核的裂变，并放出核能的核反应叫重核的裂变2 2、铀核裂变时平均每个核子放出的能量、铀核裂变时平均每个核子放出的能量0 0
11、0 0 约为约为 1 1 MeV，同时放出，同时放出几个中子几个中子。十二、链式反应十二、链式反应第14页，共55页，编辑于2022年，星期日十三、临界体积：十三、临界体积：能发生链式反应的最小体积能发生链式反应的最小体积 临界质量：跟临界体积相对应的质量临界质量：跟临界体积相对应的质量产生链式反应的条件：产生链式反应的条件：1、中子不被杂质吸收；、中子不被杂质吸收；2、中子尽可能不漏失；、中子尽可能不漏失；提高纯度提高纯度增大铀体积增大铀体积第15页，共55页，编辑于2022年，星期日十四、轻核的聚变十四、轻核的聚变2 H+2 H 3 H+1 H+4 MeV 11111 MeV2 H+3 H
12、 4 He+1 n+17.6 MeV 112 03.5MeV4 He+3 H 7Li+28.3 MeV 2 1 3 4MeV1 H+7 Li 2 4 He+17.3 MeV 13 2 2.16MeV轻核聚变时平均每个核子放出的能量约为轻核聚变时平均每个核子放出的能量约为3MeV十五、产生轻核聚变的条件十五、产生轻核聚变的条件 温度极高：几百万摄氏度温度极高：几百万摄氏度（热核反应）（热核反应）第16页，共55页，编辑于2022年，星期日【例例1】关于放射性元素的半衰期，下列关于放射性元素的半衰期，下列说说法正确的有法正确的有()A是原子核是原子核质质量减少一半所需的量减少一半所需的时间时间B是
13、原子核有半数是原子核有半数发发生衰生衰变变所需的所需的时间时间C把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的半衰期元素的半衰期D可以用于可以用于测测定地定地质质年代、生物年代等年代、生物年代等解析：解析：原子核衰变后变成新核，新核与未衰变的核在一起，原子核衰变后变成新核，新核与未衰变的核在一起，故半衰期并不是原子核的数量、质量减少一半，故半衰期并不是原子核的数量、质量减少一半，A错，错，B对；对；衰变快慢由原子核内部因素决定，与原子所处的物理状衰变快慢由原子核内部因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，常用其测定地质年代、生物年代等，态或
14、化学状态无关，常用其测定地质年代、生物年代等，故故C错，错，D对对答案：答案：BD第17页，共55页，编辑于2022年，星期日答案：答案：D第18页，共55页，编辑于2022年，星期日答案：答案：D第19页，共55页，编辑于2022年，星期日解析：解析：由核反应质量守恒电荷守恒可推断出由核反应质量守恒电荷守恒可推断出X为为e，A、B错；错；质量亏损为质量亏损为m4m1m22m3释放的核能为释放的核能为Emc2(4m1m22m3)c2，C错，错，D对选对选D，本题容易，本题容易答案：答案：D第20页，共55页，编辑于2022年，星期日【例例4】如如图图所示甲是所示甲是、三种射三种射线线穿透能力的
15、示意穿透能力的示意图图，图图乙是工乙是工业业上利用射上利用射线线的穿透性来的穿透性来检查检查金属内部的金属内部的伤伤痕的示意痕的示意图图，请问图请问图乙中的乙中的检查检查是利用了是利用了_射射线线解析：解析：由图甲可知由图甲可知射线的穿透力最强，可用来检查金射线的穿透力最强，可用来检查金属内部的伤痕属内部的伤痕答案：答案：第21页，共55页，编辑于2022年，星期日第22页，共55页，编辑于2022年，星期日答案：答案：B第23页，共55页，编辑于2022年，星期日答案：答案：B第24页，共55页，编辑于2022年，星期日答案：答案：(1)AC第25页，共55页，编辑于2022年，星期日_是是
16、发现发现中子的核反中子的核反应应方程，方程，_是研究原是研究原子子弹弹的基本核反的基本核反应应方程，方程，_是研究是研究氢弹氢弹的基本核的基本核反反应应方程方程求求B中中X的的质质量数和中子数量数和中子数答案：答案：(1)AC(2)DBA5688第26页，共55页，编辑于2022年，星期日解析：解析：(1)衰变是原子核自发地放出衰变是原子核自发地放出或或粒子的核反应，衰变方程的特点是箭头的左粒子的核反应，衰变方程的特点是箭头的左边只有一个原子核，箭头的右边出现边只有一个原子核，箭头的右边出现或或粒粒子；聚变反应的特点是箭头的左边是两个子；聚变反应的特点是箭头的左边是两个轻核，箭头的右边是较大质
17、量的原子核；轻核，箭头的右边是较大质量的原子核；裂变方程的特点是箭头的左边是重核与中裂变方程的特点是箭头的左边是重核与中子反应，箭头右边是中等质量的原子核子反应，箭头右边是中等质量的原子核综上所述，综上所述，A、C正确正确第27页，共55页，编辑于2022年，星期日(2)人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核箭头的右边也是常见元素的原子核元素的原子核箭头的右边也是常见元素的原子核D是查德威克发现中子的核反应方程，是查德威克发现中子的核反应方程，B是裂变反应，是研是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程究原子弹的核反应方程A是聚变反应，是研究
18、氢弹的是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程核反应方程由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X质量数为质量数为144，电荷数为，电荷数为56，所以中子数为，所以中子数为1445688.答案：答案：(1)AC(2)DBA5688第28页，共55页，编辑于2022年，星期日答案：答案：BC第29页，共55页，编辑于2022年，星期日解析：解析：本题考查核反应方程本题考查核反应方程(1)式为典型的裂变方程，故式为典型的裂变方程，故A选项错误选项错误(2)为聚变反应，故为聚变反应，故B正确根据质量数正确根据质量数守恒和电荷数守恒定律可得守恒和电荷数守恒定律可得k10，d1，故
19、，故C选项正确选项正确答案：答案：BC第30页，共55页，编辑于2022年，星期日质质量量亏亏损损及核能的及核能的计计算算 【例例】假假设设两个两个氚氚核在一直核在一直线线上相碰上相碰发发生聚生聚变变反反应应生成氦的同位素和中子，已知生成氦的同位素和中子，已知氚氚核的核的质质量是量是2.013 6 u，中子的，中子的质质量是量是1.008 7 u，氦核同位素的，氦核同位素的质质量量是是3.015 0 u.(1)聚聚变变的核反的核反应应方程式是方程式是_，在聚，在聚变变核反核反应应中中释释放出的能量放出的能量为为_MeV(保留两位有效保留两位有效数字数字)第31页，共55页，编辑于2022年，星
20、期日第32页，共55页，编辑于2022年，星期日(1)核能的计算方法核能的计算方法根据根据Emc2计算，计算时计算，计算时m的单位是的单位是“kg”，c的单位的单位是是“m/s”，E的单位是的单位是“J”根据根据Em931.5 MeV计算因计算因1原子质量单位原子质量单位(u)相当相当于于931.5 MeV的能量，所以计算时的能量，所以计算时m的单位是的单位是“u”，E的单位的单位是是“MeV”根据核子比结合能来计算核能根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能核子比结合能原子核的结合能核子比结合能核子数核子数(2)利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行利用质能方程计算核能时，不能用质
21、量数代替质量进行计算计算第33页，共55页，编辑于2022年，星期日第34页，共55页，编辑于2022年，星期日第35页，共55页，编辑于2022年，星期日解析：解析：控制中子数可以控制反应速度；控制中子数可以控制反应速度；mmUmnmBamKr3mn 0.357 81027 kg，Emc23.221011J.第36页，共55页，编辑于2022年，星期日核能与核能与动动量守恒的量守恒的综综合合问题问题(2)求核反求核反应应中中释释放的核能放的核能(3)在两在两氘氘核以相等的核以相等的动动能能0.35 MeV进进行行对对心碰撞，并心碰撞，并且核能全部且核能全部转转化化为为机械能的情况下，求反机械
22、能的情况下，求反应应中中产产生的中生的中子和氦核的子和氦核的动动能能第37页，共55页，编辑于2022年，星期日第38页，共55页，编辑于2022年，星期日第39页，共55页，编辑于2022年，星期日41：1919年，年，卢卢瑟福用瑟福用粒子粒子轰击轰击氮核氮核发现质发现质子科子科学研究表明其核反学研究表明其核反应过应过程是：程是：粒子粒子轰击轰击静止的氮核后静止的氮核后形成了不形成了不稳稳定的复核，复核定的复核，复核发发生衰生衰变变放出放出质质子，子，变变成氧核成氧核设设粒子粒子质质量量为为m1，初速度，初速度为为vO，氮核，氮核质质量量为为m2，质质子子质质量量为为m0，氧核的，氧核的质质
23、量量为为m3，不考，不考虑虑相相对论对论效效应应(1)粒子粒子轰击轰击氮核形成不氮核形成不稳稳定复核的瞬定复核的瞬间间，复核的速度，复核的速度为为多多大？大？(2)求此求此过过程中程中释释放的核能放的核能第40页，共55页，编辑于2022年，星期日第41页，共55页，编辑于2022年，星期日第42页，共55页，编辑于2022年，星期日原子结构、氢原子能级原子结构、氢原子能级1(2010上海单科上海单科)卢瑟福提出了原子的核式结构模型，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是这一模型建立的基础是()A粒子的散射实验粒子的散射实验B对阴极射线的研究对阴极射线的研究C天然放射性现象的发现
24、天然放射性现象的发现 D质子的发现质子的发现解析：解析：卢瑟福根据卢瑟福根据粒子的散射实验的结果，提出原子粒子的散射实验的结果，提出原子的核式结构模型，所以的核式结构模型，所以A项正确项正确答案：答案：A第43页，共55页，编辑于2022年，星期日 放射性元素的衰变核反应核能放射性元素的衰变核反应核能2(2010上海单科上海单科)现已建成的核电站发电的能量来自现已建成的核电站发电的能量来自于于()A天然放射性元素衰变放出的能量天然放射性元素衰变放出的能量B人工放射性同位素放出的能量人工放射性同位素放出的能量C重核裂变放出的能量重核裂变放出的能量D化学反应放出的能量化学反应放出的能量解析：解析：
25、现在核电站所用原料主要是铀，利用铀裂现在核电站所用原料主要是铀，利用铀裂变放出的核能发电，故变放出的核能发电，故C项正确项正确答案：答案：C第44页，共55页，编辑于2022年，星期日答案：答案：B第45页，共55页，编辑于2022年，星期日4(2011浙江卷浙江卷)关于天然放射关于天然放射现现象，下列象，下列说说法法正确的是正确的是()A射射线线是由氦原子核衰是由氦原子核衰变产变产生生B射射线线是由原子核外是由原子核外电电子子电电离离产产生生C射射线线是由原子核外的内是由原子核外的内层电层电子子跃跃迁迁产产生生D通通过过化学反化学反应应不能改不能改变变物物质质的放射性的放射性答案：答案：D第
26、46页，共55页，编辑于2022年，星期日解析：解析：射线是射线是衰变时射出的由氦原子核组成的高速衰变时射出的由氦原子核组成的高速粒子流，故选项粒子流，故选项A错误错误射线是发生射线是发生衰变时从原子核内衰变时从原子核内部射出的高速电子流，故选项部射出的高速电子流，故选项B错误错误射线是原子核受到激射线是原子核受到激发后产生的，故选项发后产生的，故选项C错误物质的放射性由原子核的内错误物质的放射性由原子核的内部结构决定，与物质是以单质形式还是以化合物形式存部结构决定，与物质是以单质形式还是以化合物形式存在无关，也不受温度、压强等外界因素的影响，故选项在无关，也不受温度、压强等外界因素的影响，故
27、选项D正确正确答案：答案：D第47页，共55页，编辑于2022年，星期日5(2011重重庆庆卷卷)核核电电站泄漏的站泄漏的污污染物中含有碘染物中含有碘131和和铯铯137.碘碘131的半衰期的半衰期约为约为8天，会天，会释释放放射射线线铯铯137是是铯铯133的的同位素，半衰期同位素，半衰期约为约为30年，年，发发生衰生衰变时变时会会辐辐射射射射线线下下列列说说法正确的是法正确的是()A碘碘131释释放的放的射射线线由氦核由氦核组组成成B铯铯137衰衰变时辐变时辐射出的射出的光子能量小于可光子能量小于可见见光光子能量光光子能量C与与铯铯137相比，碘相比，碘131衰衰变变更慢更慢D铯铯133和
28、和铯铯137含有相同的含有相同的质质子数子数答案：答案：D第48页，共55页，编辑于2022年，星期日解析：解析：射线由高速电子流组成，选项射线由高速电子流组成，选项A错错误误射线为高频电磁波，光子能量远大于射线为高频电磁波，光子能量远大于可见光光子的能量，选项可见光光子的能量，选项B错误碘错误碘131半衰半衰期小，说明衰变快，选项期小，说明衰变快，选项C错误铯错误铯133和铯和铯137为同位素，具有相同的质子数，不同的中为同位素，具有相同的质子数，不同的中子数，选项子数，选项D正确正确答案：答案：D第49页，共55页，编辑于2022年，星期日 6.(2011上海上海单单科科)天然放射性天然放
29、射性元素放出的三种射元素放出的三种射线线的穿透能力的穿透能力实验结实验结果如果如图图所示，由此可推所示，由此可推知知()A来自于原子核外的来自于原子核外的电电子子B的的电电离作用最离作用最强强，是一种，是一种电电磁波磁波C的的电电离作用离作用较较强强，是一种，是一种电电磁波磁波D的的电电离作用最弱，属于原子核内离作用最弱，属于原子核内释释放的光子放的光子答案：答案：D第50页，共55页，编辑于2022年，星期日解析：解析：放射性元素释放的三种射线分别是放射性元素释放的三种射线分别是射线、射线、射射线和线和射线其中射线其中射线是氦核流，穿透能力最弱，一张普通射线是氦核流，穿透能力最弱，一张普通的
30、纸就能挡住，但其有很强的电离作用；的纸就能挡住，但其有很强的电离作用；射线是高速电子射线是高速电子流，电离作用较弱，穿透力较强，可以穿透几毫米厚流，电离作用较弱，穿透力较强，可以穿透几毫米厚的铝板；的铝板；射线是电磁波，其电离作用很弱，但穿透力很强，射线是电磁波，其电离作用很弱，但穿透力很强，能穿透几厘米厚的铅板三种射线都来自于原子核内部综能穿透几厘米厚的铅板三种射线都来自于原子核内部综上可知：上可知：是是射线，射线，是是射线，射线，是是射线，据此可知射线，据此可知本题只有选项本题只有选项D正确正确答案：答案：D第51页，共55页，编辑于2022年，星期日第52页，共55页，编辑于2022年，
31、星期日第53页，共55页，编辑于2022年，星期日8(2011海南卷海南卷)模模块块35试题试题2011年年3月月11日，日本日，日本发发生九生九级级大地震，造成福大地震，造成福岛岛核核电电站站严严重的核泄漏事故重的核泄漏事故在泄漏的在泄漏的污污染物中含有染物中含有131I和和137Cs两种放射性核素，它两种放射性核素，它们们通通过过一系列衰一系列衰变产变产生生对对人体有危害的人体有危害的辐辐射在下列四个式射在下列四个式子中，有两个能分子中，有两个能分别别反映反映131I和和137Cs的衰的衰变过变过程，它程，它们们分分别别是是_和和_(填入正确填入正确选项选项前的字母前的字母).131I和和137Cs原子核中的中子数分原子核中的中子数分别别是是_和和_第54页，共55页，编辑于2022年，星期日解析：解析：根据核反应方程的质量数、电荷数守恒知，根据核反应方程的质量数、电荷数守恒知，131I的的衰变为选项衰变为选项B,137Cs的衰变为选项的衰变为选项C,131I的中子数为的中子数为1315378,137Cs的中子数为的中子数为1375582.答案：答案：BC7882第55页，共55页，编辑于2022年，星期日