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1、其次局部原子核学问要点梳理学问点-自然放射现象学问梳理1.原子核的组成原子核由质子和中子组成，质子与中子统称核子。2.自然放射现象物质放射出）射线、3 射线、与寸线的性质叫放射性；具有放射性的元素，叫放射性元素。三种射线的性质，如下表：）射线射线y 射线实质氮核流电子流电磁波速度约为光速的格外之一约为光速的格外之几光速电离作用很强较弱很弱穿透力量很弱很强最强衰变方程乳 一 纭Y+：H e学X T/Y+：伴随仪和%线产生疑难导析1.贝克勒耳觉察自然放射现象，揭开了人类争辩原子核构造的序幕。通过对自然放射现象的争辩，人们觉察原子序数大于8 3 的全部自然存在的元素都具有放射性。原子序数小于8 3
2、的全部自然存在的元素也有一些具有放射性。2.争辩放射线的方法(1)在磁场中偏转(如下图)r=-f t s 4x l 8 3 6 x x -3 6 0依据.可得小摩以 1 0 1X CX 2,则在磁场中射线比a 射线偏转的更明显。在电场中偏转（如下图）设 陶 君 初 速 度 方 向 前 进 一 样 的 距 离 L,两者在电场方向上偏转的距离之比:一 冬 匕 一%叼 卜：2x 1 x1 0 0 1q*E L q m V?1 4x1836 1 36-（一）户“,可见在电场中用射线比a射线有较明显的偏转。：如图甲是以 、,三种射线穿透力量的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意
3、图，请问图乙中的检查是利用了哪种射线？（A.d射线 B.射线 C.了射线 D.三种射线都可以a67线线线射射射G）一射线源用板乙答案：C解析：由图甲可知y 射线的穿透力最强，可用来检查金属内部的伤痕。答案为以学问点二一原子核的衰变学问梳理i.原子核的衰变、半衰期原子核由于放射出国线、城线、射斑而转变为核的变化叫做原子核的衰变。放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫半衰期。半衰期是反映衰变快慢的物理量，其长短由核内因素打算，与原子所处的物理状态或化学N号 7状态无关。衰变规律可用公式 2,或 以 表示。式中的M.、必 表 示 元 素 在t=o时的原子核数、质量，丁为半衰期，N、m表示这种元
4、素的原子核在经过时间t后尚未衰变的原子核数与质量。半衰期是一个对放射性元素的大量原子核而言的统计概念，对个别原子核来说没有什么意义，因此上述两式也只适用于大量原子核。2.放射性同位素具有放射性的同位素叫做放射性同位素。放射性同位素有自然和人造两种。放射性同位素的应用(1)利用它放射出的射线利用扇线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹；利用射线的电离作用消退静电积存，防止静电产生的危害；利用扇线对生物组织的物理、化学效应，使种子发生变异，培育优良品种：利用放射线的能量，轰击原子核实现原子核的人工转变；在医疗上，常用以把握病变组织的扩大。(2)作为示踪原子把放射性同位素的原子搀到其他物质中去，让它们一起
5、运动、迁移，再用放射性探测仪器进展追踪，就可知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的等。我们把做这种用途的放射性同位素叫做示踪原子。在工业上可用示踪原子检查地下输油管道的漏油状况；在农业生产中，可用示踪原子确定植物在生长过程中所需的肥料和适宜的施肥时间；在医学上，可用示踪原子帮助确定肿瘤的部位和范围；在生物科学争辩方面，放射性同位素示踪法在生物化学和分子生物学领域应用极为广泛。它为提醒体内和细胞内变化过程的隐秘，说明生命活动的物质根底起了极其重要的作用，使生物化学从静态进入动态，从细胞进入分子水平，说明白一系列重大问题。使人类对生命根本现象的生疏开拓了一条的途径。疑难导析1.原子
6、核衰变规律衰变类型“衰变上数变衰变方程eX-Y+：H e学X-/Y+i衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子2；H +2：n5 He：n T H+,e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒特别提示：（1）射线是伴随着强变和囊变同时产生的，放出翳线不转变原子核的质量数和电荷数，其实质是放射性原子核在发生）衰 变 或/衰 变 时，产生的某些核，由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子。（2）当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生箧变，有的发生+变，同时伴随阵g 射，这时就同时具有三种射线。（3）核反响中一般会发生质量变化，但仍旧遵循质量数守恒。2 .物理学史上的几个核
7、反响方程（1）觉察质子的核反响方程（第一次实现原子核的人工转变）：*N+$H e-r 0+H（卢瑟福）（2）觉察中子的核反响方程：?B+：He4 N+；n，大招小外2 7 n（查德威克）（3）觉察放射性同位素的核反响方程：（同时觉察了正电子）m+：HeMP+：n （约里奥.居里夫妇）注 Y名+*e3 .核反响方程的书写常见的核反响分为衰变、人工转变、裂变、聚变等几种类型。无论写哪种类型的核反响方程，都应留意以下几点：（1）必需遵守电荷数守恒、质量数守恒规律。有些核反响方程还要考虑到能量守恒规律（例如裂变和聚变方程常含能量项）（2）核反响过程一般都不是可逆的，所以核反响方程只能用单向箭头（-）表
8、示反响方向，不能用等号连接。（3）写核反响方程必需要有试验依据，决不能毫无依据地编造。（4）在写核反响方程时，应先将原子核和粒子的符号填入核反响方程一般形式的适当位置上；然后依据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核（或未知粒子）的电荷数和质量数:最终依据未知核（或未知粒子）的电荷数确定它们是哪种元素（或哪种粒子），并在核反响方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号。4 .如何确定、乐 衰 变 次 数设放射性元素Z 人经过n 次 衰 变 和 m次 Q 衰变后变成稳定的元素 Z ,则表示该核反响的方程为：3 X-缥 Y+He+K e依据电荷数守恒和质量数守恒可列方程:M =M+An.Z=Z+2n
9、-m由以上两式联立解得:M-M M-M s rn=-,m=-FZ-Z4 2由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。C：铀裂变的产物之一氨9 0 （Kr）是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的错9 0 （940n 乙7r），这 些 衰 变 是（）A.1次）衰变，6次 衰 变 B.4次/衰 变 C.2次。衰变 D.2次。衰变，2次 冬 变答案：B解析：原子核每经过一次 衰变，质量数减4,核电荷数减2,每 经 一 次“衰变，电荷数加1,质量数不变，设经过x次）衰 变y次 曝 变，可列方程组 4 x=9 0-9 0 J x=0i 2W 4 0-3 6解得b=4可知经过4次尸衰变。应选项
10、B正确。学问点三-核 反 响 核 能学问梳理一、核力1.含义原子核里的核子间存在相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。2.核力的特征(1)核力是强相互作用力(强力)(2)核力是短程力，作用范围在0.8、10“1.5 X lL”m之间。r 0.8 X l0-”m 时表现为吸引力，且随r 增大而减小，超 过 L 5 X l m,核力急剧下降几乎消逝。rC+：n 士心夫1+,-7、2，6 （查德威克觉察中子）:He+*U-a +：n（约里奥居里夫妇觉察放射性同位素，同时觉察正电子）*T 器i +：e重核裂变比较简洁进展人工把握镉U+J n f】；加+祟K r +3拉铠U+M
11、T*l：X e+豪 r+10 M轻核聚变除氢弹外无法把握汨+汨.：He +；n2.核子的平均质量准确的试验说明，原子核由核子组成的，但原子核的质量却不等于全部核子质量之和，也 就是说，原子核的质量虽然会随着数量的增加而增加，但两者并不成比例。例如：氢核由一个核 子（质子）组成；氮核由四个核子（两个中子，两个质子）组成，但氮核的质量却不是氢核的四倍，而是比四倍小。这样在不同的原子核中，用原子核的质量除以核子数所得到的核子的平均质量数就变得不一样了，换一个说法，也就是同样的核子在不同的原子核中质量不同。进一步争辩说明，中等质量的原子核的核子的平均质量较小（铁核的核子平均质量较小），重核和轻核的核子
12、平均质量大，这就为争辩核反响中能量的释放建立了理论根底。当重核分裂成中等质量的原子核时，会发生质量亏损；当轻核聚合成中等质量的原子核时，也会发生质量亏损，由质能方程可知，此时核反响会放出能量。3 .正确区分原子核能和原子能级原子核能是原子核内核力做正功时释放出来的能量。而原子能级是指原子处于各种定态时的能 量（电势能和电子的动能之和），原子跃迁时，库仑力做正功，释放出能量。两种释放出来的能量计算为：核能：A7?=A/!原子跃迁1=加=&一%。4 .怎样理解质能方程用=91（1）质能方程说明，肯定的质量总是跟肯定的能量相联系的。具体地说，肯定质量的物体所具有的总能量是肯定的，等于光速的平方与其质
13、量之积。这里所说的是总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。（2）依据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。物体的质量增加，则总能量随之增加；质量削减，总能量也随之削减，这时质能方程也可写作=内。（3）运用质能方程时应留意单位。一般状况下，公式中各量都应取国际制单位。但在微观领域，用国际制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位。一原子质量单位的质量为l u,l u =1.6 6 06 X 10-k g,由质能方程知，i u的质量所联系的能量为：_ =血 2=1,6 6 06 X 10-*x（3*l 12j =1.
14、49 4X 10-=9 31.5Me V.W：天文学家测得银河系中氮的含量约为5%。有关争辩说明，宇宙中氮生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后2 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响生成的。（1）把氢核聚变简化为4 个氢核J）聚变成氢核，同时放出2 个正电子（）和 2 个中微子,请写出该氢核聚变反响的方程，并计算一次反响释放的能量。）争辩说明，银河系的年龄约为 t=3.8*10*s,每秒银河系产生的能量约为1 x 1 ”J（p=l x 10 j/s）,现假定该能量全部来自上述氢核聚变反响，试估算银河系中氮的含 量（最终结果保存一位有效数字）（3）依据你的估算结果，
15、对银河系中氮的主要、生成途径作出推断。（可 能 用 到 的 数 据：银 河 系 的 质 量 约 为M=31 x1041 kg,原 子 质 量 单 位l u =l.6 6x10-27 k g,l u相 当 于L SX l O-W j的能量，电 子 质 量m=0.0005u,氮核质量溶“=4.0026 u,氢 核 质 量 为=L 008 7 u,中微子片质量为零。解析:4；H+洱e+2；e+2%AE=A-=4 14x10-12 1w=6.1xl039 A嵬 k g,mk=氮的含量 M6.1X10393x10412%（3）由估算结果可知，k 2%远小于25%的实际值，所以银河系中的氮主要是宇宙诞生后
16、不久生成的。典型例题透析题型-衰变及衰变规律N=a t衰变规律可用公式 下或“表示。式中的 小 釐 示 元 素 在t=0时的原子核数、质量，对半衰期，N、m表示这种元素的原子核在经过时间t后尚未衰变的原子核数与质量。说明：（1）半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素打算的，跟原子所处的物理状态（如压强、温度等）或 化 学 状 态（如单质或化合物）无关。（2）半衰期只对大量原子核衰变才有意义，由于放射性元素的衰变规律是统计规律，对少数原子核衰变不再起作用。(3)确定衰变次数的方法：依据电荷数守恒和质量数守恒进展确定。W 1、(1)关于放射性元素的半衰期，以下说法正确的有()A.是原子核质量削减
17、一半所需的时间B.是原子核有半数发生衰变所需的时间C.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D.可以用来测定地质年月、生物年月等(2)设镭2 2 6的半衰期为1.6、1 0 3 年，质量为i o。g的镭2 2 6经过4.8 义 1 0 3 年后，有多少g 镭发生衰变？假设衰变后的镭变为铅2 0 6,则此时镭铅质量之比为多少？思路点拨：半衰期是指原子核有半数发生衰变所经受的时间，它是由原子核内部因素打算北=耿 3 ，河 =舷(3 的，与一般外界环境无关，由 2 2 可进展有关计算。解析：(1)选 B DA T =舷(1)；=1 0 0 x 1(2)经过三个半衰期，剩余镭的质量为
18、 2 X g=i 2.5 g已 衰 变 的 镭 的 质 量 为 1 2 3 g=8 7.5 g设生成铅的质量为m,则 2 2 6:2 0 6=8 7.5:m,得m=79.8 g所以镭铅质量之比为1 2 5:79 8。总结升华：(1)半衰期是原子核有半数发生衰变，变成核，并不是原子核的数量、质量削减一半。(2)要理解半衰期公式中各物理量的含义，在公 2 2中，n、M，式是指剩余的原子核的量，而不是衰变的量。举一反三【变式】在活着的生物体内，由于陈代谢作用，所含的C元素中有肯定比例的,。当14/-I14/-I生物体死亡后，的含量将不再增加，随着时间的推移，的数量将因放射性衰变而逐4014/-I渐削
19、减。因此，测定生物化石中C的含量，与 活 的 生 物 体 中 含量相比较，就可以推断诞生物化石的年龄。的半衰期约为5.7*1 年。关 于 原子核的组成以及在考古学中的应用，以下的推断中正确的选项是（）14A.原子核中包含有1 4 个中子和6 个质子B.原子核中包含有1 4 个核子，其中有6 个中子1 4 0C.假设测定某一块生物化石 的含量是活的生物体内的1/4,这块生物化石的年龄大中约为1.4 年1 4 CD.假设测定某一块生物化石中 的含量是活的生物体内的1/4,这块生物化石的年龄大约为2.3*1 0 年答案：C14 r解析：原子核是由质子和中子组成的，中 有 1 4 个核子，其 中 6
20、个质子，8个中子，应选项A、B错误；14/-I由 于 的含量是活体生物的1/4,说明已经经过了两个半衰期，所以化石的年龄为两个半衰期，即2 X 5.7X 1”年=1.1 4*1 04年，应选项C是正确的。题型二关于核反响方程的理解与分析1.核反响方程应留意以下几点：（1）必需遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有的还要考虑能量守恒规律（如裂变和聚变方程常含能量项）。（2）核反响方程中的箭头（一）表示反响进展的方向，不能把箭头写成等号。（3）写核反响方程必需要有试验依据，决不能毫无依据地编造。2.核反响类型有：衰变、人工转变、裂变、轻核聚变。/9b“2、现有五个核反响：.汨+汨.：He +；n D
21、学 U +：n X+非 r +2MA.B.C N a-Mg+.?e D.智 Ra 一 修 Rn +；He汨 e+?；Al-*+；nb.(1)是觉察中子的核反响方程，是争辩两弹的根本核反响方程。(2)求 B 项中X 的质量数和中子数。(3)推断以上五个核反响的反响类型。思路点拨：依据核反响方程遵循的根本规律，正确书写方程，还要留意衰变、人工转变、裂变、聚变的区分。解析：(1)E是查德威克觉察中子的核反响方程，A是氢弹，B 是原子弹的核反响方程。(2)由电荷数守恒和质量数守恒可以判定X 质量数为1 4 0,电荷数为5 4,所以中子数为:1 4 0-5 4=86。(3)衰变是原子核自发地放心粒子或4
22、 立子的反响，C是 限 变，D是 磴 变，E是人工把握的原子核的变化，属人工转变，裂变是重核吸取中子后分裂成几个中等质量的核的反响，B 是裂变，聚变是几个轻核结合成较大质量的核的反响，A是聚变。总结升华：(1)电荷数守恒和质量数守恒是正确书写核反响方程的关键。(2)熟记几种核反响类型的根本概念。举一反三【变式】现有三个核反响：崛+枭 物 U +nT 恐Ba+%K r+3M 汨+汨-：He +；n以下说法正确的选项是（）A.是裂变，是 衰 变，是聚变 B.是聚变，是裂变，是 冬 变C.尸衰变，裂变，聚变 D.是“衰变，是聚变，是裂变答案：C解析：原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变，衰
23、变是指原子核自发放出“粒子熊粒子等变成的原子核的变化，如此题中的核反响；原子核的人工转变是指用高速粒子轰击原子核使之变成的原子核的变化；裂变是重核分裂成质量较小的核，如核反响;聚变是轻核结合成质量较大的核，如；综上所述，选项C正确。题型三-核能的计算（1）核能的计算是原子物理中的热点问题，在重核裂变、轻核聚变、放射性衰变以及某些核反响中，都伴随着巨大的核能释放，这里依据不同的题设条件和不同的核反响特征，归纳几种计算方法。依据八月二人加/计算。计算时人M 的单位是“k g”，c的单位是“m/s”，豆的单位是“J”。依据A E=&%X 9 3 1.5 M e V 计算。因 1 原子质量单位（u）相
24、当于931.5 M e V 的能量，所以计算时加的单位是“u”，八月的单位是“M e V”。依据比结合能来计算核能。原子核的结合能=核子比结合能X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展计算。3、笊 核（汨）质量为2.0136 u,中子）质 量 为 1.0087U,氮 核 M）质量为 3.015 O u,1 u 相当于 931.5 M e V。（1）写出两个笊核聚变成”2 的核反响方程；（2）计算上述核反响中释放的核能（保存三位有效数字）；(3)假设两个笊核以一样的动能0.35 M e V 做对心碰撞即可发生上述反响，且释放的核能全3H 1部转化为机械能，则反响后生成的氮
25、核()和 中 子(n)的速度大小之比是多少？思路点拨：先依据定义求核反响过程中的质量亏损 AM,再由爱因斯坦质能方程/计 算 核 能。依据动量守恒定律求基核(He)和 中 子(0n 的速度大小之比。解析：(1)依据题中条件，可知核反响方程为：+-；He+：n(2)质量亏损 A2%-即+%)=2.0136u X 2-(3.015 0u+1.008 7u)=0.003 5u由于l u 的质量与931.5 M e V 的能量相对应，所以核反响中释放的核能为八月=0.003 5X 931.5 M e V=3.26 M e V(3)由动量守恒定律有：“郁 ”得%,：%=卜 3.总结升华：核能的计算方法：
26、(1)依据质能方程八月=八.2 计算核能。(2)依据结合能计算核能，利用比结合能时，要承受“先拆散再结合”的方法。(3)依据能量守恒和动量守恒来计算核能。涉及核反响所释放的核能全部转化为生成的粒子的动能而无光子辐射的状况下，承受此法。(4)依据阿伏加德罗常数计算核能。举一反三【变式】某核反响方程为；+X。的质量为2.o i 36u,的质量为 3.0180u,4TT_”的质量为4.002 6u,X的质量为1.0087 u 则(1)X是什么粒子？(2)该反响释放能量还是吸取能量?解析：此题考察了核反响方程中质量数、核电荷数守恒及核能的相关学问，同时考察学生对核反响方程和质能方程的综合应用力量。1依
27、据核反响前后质量数及电荷数守恒可得X为n,反响前的总质量为=2.013 6u+3.0180u=5.0316 u反响后的总质量为%=4.0026u+l.0087u=5.0113u由 于 的，故反响过程中释放能量且释放的能量可由质能方程求得。题型四-原子物理的综合应用(1)原子核的衰变过程又可看作微观的反冲现象，在题设条件中没有涉及质量亏损或者核反响所释放的核能全部转化为粒子的动能而无光子辐射的状况下，利用动量守恒定律和能量转化守恒定律也可确定释放的核能，有的甚至延长到电磁场的学问，从而将力学、电学、原子物理的学问综合在一起。(2)假设衰变是在磁场中进展的，又可利用轨迹示意图并结合相关的各种学问推
28、断衰变的类型和带电粒子的性质。“、内衰变过程中系统的动量守恒，假设原子核是静止的，则普 二活好 叙。由带电粒子在磁场中运动的轨道半径及旋转方向可推断或用粒子的半径大，核的半径小，两圆内切为步衰变，两 圆 外 切 为 衰 变；由两圆半径关系可推知核及原核的核电荷数。“、基变在匀强磁场中的轨迹如下图。a衰变6衰变230 T h牡 核 8 发生衰变生成镭核226 pf t f t a并放出一个粒子。设该粒子的质量为m、电荷量为g，它进入电势差为u的带窄缝的平行平板电极周和房间电场时，其速度为“？经电场加速后，沿 Ox方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面对外的有界匀强磁场，Ox垂直平板电极房,当粒子从
29、P点离开磁场时，其速度方向与O x 方位的夹角0 =6 0,如下图，整个装置处于真空中。(1)写出钻核衰变方程；(2)求粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径R；(3)求粒子在磁场中运动所用时间t。速度方向思路点拨：此题考察考生综合运用所学学问对带电粒子在电场中的加速运动以及带电粒子在磁场中受洛伦兹力做圆周运动的半径和周期进展求解的力量。解析：、工 口 部Th 一2 Ra+：Re 厂、(1)社核技变万程 qU =1 w v 2一冽12(2)设粒子离开电场时速度为v ,对加速过程有 2 2 c V2qvB=m 粒子在磁场中有 K 产产由、得 夕*活E 2JTR =-=(3)粒子做圆周运动的盘旋周期Tt 粒子在磁场中运动时间 6 亿1qB97Dnt-由、得.总结升华：学生失误主要集中在运动时间和周期的关系上，因此要求在复习的过程中应留意洛伦兹力与其他各专题相联系的学科内综合问题，另外带电粒子在磁场中的圆周运动与数学中的平面几何结合格外严密，也应亲热留意。举一反三【变式】一个静止的自然放射性元素的原子核在匀强磁场中发生衰变，所产生的核和所放出的粒子的运动方向均垂直于磁场方向，如下图，能正确反映其轨道的可能是（）答案：A Dr=解析：由 知 衰 变 的 核 与 对 应 的 微4立子具有等大、反向的动量，1r oc 故 q,大 圆 为 或 粒 子，小圆为核的径迹，由左手定则可推断出A、D正确