1、第2讲 原子核 考点 1 天然放射现象、原子核的组成1.天然放射现象(1)天然放射现象贝克勒尔放射性元素自发放出射线的现象，首先由_发现.天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构.(2)放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质叫_.具有放射性的元素叫放射性元素.(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是_射线、_射线、_射线.2.原子核(1)原子核的组成质子中子质子数中子数原子核由_和_组成，质子和中子统称为核子.原子核的核电荷数质子数，原子核的质量数_.质子数中子数(2)同位素：具有相同_、不同_的原子，在元素周期表中的位置相同.同位素具有相同的化学性质.考点 2
2、原子核的衰变和半衰期1.原子核的衰变(1)原子核放出粒子或吸收粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变.(2)分类 衰变：AZX_42He 衰变：AZX_ 01eA4Z2Y AZ1Y2.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.半数(2)衰变规律：NN0_、mm0_.(3)影响因素：由_因素决定，跟原子所处的物理化学状态无关.12t原子核内部12t考点 31.核力核力、核能、质能方程、质量亏损、核反应 (1)定义：原子核内部，_间所特有的相互作用力.(2)特点：核力是强相互作用的一种表现.核力是短程力，作用范围在 1.51015 m 之内.每个核子只跟它的相邻核子间有核力
3、作用.核子2.核能(1)结合能放出吸收核子数大牢固核子结合为原子核时_的能量或原子核分解为核子时_的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能.(2)比结合能定义：原子核的结合能与_之比，叫做比结合能，也叫做平均结合能.特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越_，表示原子核中核子结合得越_，原子核越稳定.3.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程 E_，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小，m 这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能E_.4.原子核的人工转变(1)质子的发现卢瑟福用 粒子轰击 7 号元素147N，发现了_.核反应方程为：147N42He178O_.mc2mc2质子11H
4、(2)中子的发现查德威克用 粒子轰击 4 号元素94Be，发现了_.核反应方程为：94Be42He126C_.(3)放射性同位素的人工合成居里夫妇用 粒子轰击 13 号元素2713Al，人工合成了3115P 的放射性同位素.核反应方程为：2713Al42He_10n.中子10n3015P5.重核的裂变(1)重核是指_很大的原子核.(2)重核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核的反应叫做重核的裂变.在裂变的同时，还会放出几个中子和大量能量.铀 235 裂变时，同时放出 23 个中子，如果这些中子再引起其他铀 235 核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫_反应.铀 235
5、能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的_体积.重核裂变方程式举例：23592U10n14456Ba8936Kr_310n质量数链式临界6.轻核的聚变(1)轻核是指质量数_的原子核，如氢核、氦核等.(2)某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做轻核的_，同时放出大量的能量.轻核聚变只能发生在超高温条件下，故轻核聚变也叫做热核反应.轻核聚变方程举例：21H31H42He_很小聚变10n【基础自测】1.中国承诺到 2020 年碳排放量下降 40%45%.为了实现负责任大国的承诺，我国将新建核电站项目.目前关于核电站获取)核能的基本核反应方程可能是(A.23592U10n9038Sr13654
6、Xe1010nB.2411Na2412Mg 01eC.147N42He178O11HD.23892U23490Th42He解析：重核裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A 选项是裂变反应，A 正确；B 为衰变，C 是发现质子的反应，D 是衰变.答案：A)A.32He21H42He11H 是聚变反应B.23892U23490Th42He 是人工核转变C.23592U10n8936Kr14456Ba310n 是裂变反应D.2411Na2412Mg01e 是裂变反应2.(多选)下列核反应方程及其表述完全正确的是(答案：AC3.(多选)下列关于放射性元素发出的三种射线的说法正确的是(
7、)A.粒子就是氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强B.射线是电子流，其速度接近光速C.射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿过几厘米厚的铅板D.以上三种射线都是从原子核里放射出来的，所有放射性元素都能同时释放三种射线解析：粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A 错误；射线是电子流，其速度接近光速，B 正确；射线的穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C 正确；衰变或衰变有时伴随着辐射，而三种射线并不是同时放出的，D错误.B、C 正确.答案：BC4.当两个中子和两个质子结合成一个 粒子时，放出28.30 MeV 的能量，当三个粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26 MeV 能量，则
8、当 6 个中子和 6 个质子结合成一个碳(C)核时，)释放的能量约为(A.21.04 MeVC.77.64 MeVB.35.56 MeVD.92.16 MeV解析：6 个中子和 6 个质子可结合成 3 个粒子，放出能量328.30 MeV84.9 MeV,3 个粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV 能量，故 6 个中子和 6 个质子结合成一个碳核时，释放能量为 84.9 MeV7.26 MeV92.16 MeV.答案：D种类射线射线射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2ee0热点 1考向 1原子核的衰变规律三种射线热点归纳(1)三种射线的比较：种类射线射线射线质量4m
9、p，mp1.671027 kg静止质量为零速度0.1c0.99cc(光速)在电磁场中偏转与射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱，用纸能挡住较强，能穿透几毫米的铝板最强，能穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱(续表)mp1836(2)衰变、衰变的比较：衰变类型 衰变 衰变衰变方程AZXA4Z2Y42HeAZX AZ1Y 01e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211H210n42He10n11H 01e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒【典题 1】研究某未知元素放射性的实验装置如图 12-2-1所示，实验开始时在薄铝片和荧光屏之间有图示方向的匀强电场 E，通过显
10、微镜可以观察到，在荧光屏的某一位置上每分钟闪烁的亮点数.若撤去电场后继续观察，发现每分钟闪烁的亮点数没有变化；如果再将薄铝片移开，观察到每分钟闪烁的亮点)数大大增加，由此可以判断，放射源发出的射线可能为(图 12-2-1A.射线和射线C.射线和 X 射线B.射线和射线D.射线和射线解析：放射性元素放射出的射线为射线、射线和射线，射线贯穿能力弱，一张薄纸就可挡住，射线贯穿能力较强，可贯穿铝片，射线贯穿能力极强.射线带正电，射线带负电，在电场中偏转，射线不带电.由此可知，放射源发出的射线可能为射线和射线.D 正确.答案：D考向 2 衰变次数的确定方法热点归纳方法一：确定衰变次数的方法是依据两个守恒
11、规律，设放射性元素 AZX 经过 n 次衰变和 m 次衰变后，变成稳定的新元素 AZY，则表示该核反应的方程为 AZXAZYn42Hem01e.根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程AA4n，ZZ2nm由以上两式联立解得 nAA4，mAA2ZZ由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组.方法二：因为衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定衰变的次数，然后根据衰变规律确定衰变的次数.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【典题 2】(多选)23290Th(钍)经过一系列 衰变和 衰变，变成20882
12、Pb(铅).以下说法正确的是()答案：ABD解析：钍核中共有 90 个质子，142 个中子，铅核中共有 82个质子，126 个中子，故铅核比钍核少 8 个质子，少 16 个中子，A、B 均正确；23290Th 衰变为20882Pb 共经过的 衰变的次数为2322084次6 次，共经过的 衰变的次数为2322082(8290)次4 次，C 错误，D 正确.热点 2 半衰期热点归纳1.半衰期公式：N 余N 原 12t，m 余m 原 12t.式中 N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，表示半衰期.2.半衰
13、期的物理意义：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同的放射性元素半衰期不同，有的差别很大.3.半衰期的适用条件：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，无法确定何时发生衰变.【典题 3】(2019 年四川内江二模)真空中一个静止的镭原子核22888Ra 经一次 衰变后变成一个新核 Rn，衰变方程为22888Ra22486Rn42He，下列说法正确的是()A.衰变后22486 Rn 核的动量与 粒子的动量相同B.衰变后22486 Rn 核的质量与 粒子的质量之和等于衰变前镭核22888 Ra 的质量C.若镭元素的半衰期为
14、，则经过 的时间，8 个22888Ra 核中有 4 个已经发生了衰变D.若镭元素的半衰期为，是经过 2 的时间，2kg 的22888Ra核中有 1.5 kg 已经发生了衰变答案：D解析：衰变前，镭原子核22888Ra 的动量为零.根据动量守恒可知，224 86Rn 与 粒子的动量大小相等，方向相反，所以二者动量不同，故 A 错误；镭核衰变的过程中，存在质量亏损，导致衰变后22486Rn 核的质量与 粒子的质量之和小于衰变前镭核22888Ra的质量，故 B 错误；少量放射性元素的衰变是一个随机事件，对于 8 个放射性元素，无法准确预测其衰变的个数，故 C 错误；2 kg 的22888Ra 核衰变
15、，符合统计规律，经过 2 的时间，已有1.5 kg 发生衰变，故 D 正确.热点 3 核反应方程考向 1 核反应的四种类型热点归纳类型可控性核反应方程典例衰变 衰变自发23892 U23490 Th42He 衰变自发23490 Th23491 Pa01e人工转变人工控制147 N42He178 O11H(卢瑟福发现质子)42He94Be126 C10n(查德威克发现中子)2713Al42He 3015P10n(约里奥居里夫妇发现人工放射性)3015P3014Si01e(续表)类型可控性核反应方程典例重核裂变比较容易进行人工控制23592 U10n14456 Ba8936Kr310n23592
16、U10n13654 Xe9038Sr1010n轻核聚变很难控制21H31H42He10n【典题 4】(2019 河南安阳二模)下列说法正确的是()A.23892U23490ThX 中 X 为中子，核反应类型为衰变B.21H31H42HeY 中 Y 为中子，核反应类型为人工核转变C.23592U 10n13654Xe9038SrK，其中 K 为 10 个中子，核反应类型为重核裂变D.147N42He178OZ，其中 Z 为氢核核反应类型为轻核聚变答案：C解析：核反应方程23892U23490Th42He，放出的是 粒子，这是 衰变，故 A 错误；21H31H42HeY 中 Y 为中子，核反应类型
17、为轻核聚变，故 B 错误；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和的过程，根据质量数守恒与电荷数守恒可知，裂变方程中裂变的核反应可能为23592U10n13654Xe9038SrK，其中 K 为 10 个中子，核反应类型为重核裂变，故 C 正确；核反应方程：147N42He178OZ 是人工核反应方程，不是轻核聚变，故 D 错误.考向 2 核反应方程式的书写1.熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础.如质子(11H)、中子(10n)、粒子(42He)、粒子(01e)、正电子(01e)、氘核(21H)、氚核(31H)等.热点归纳2.掌握核反应方程遵守的规律，是
18、正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向.3.核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒.【典题 5】(2018 年新课标卷)1934 年，约里奥居里夫妇用 粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核素 X：2713AlnX.X 的原子序数和质量数分别为()A.15 和 28C.16 和 30B.15 和 30D.17 和 31解析：根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X 的电荷数为 21315，质量数为 427130，根据原子核的电荷数等于原子序数，可知 X 的原子序数为 15，质量数为30，B 正确.答案：
19、B热点 4 质能方程与核能的计算热点归纳1.对质能方程的理解：(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即 Emc2.方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的质量增大，能量增大；物体的质量减少，能量减少.(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其能量也要相应减少，即Emc2.(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加m，吸收的能量为Emc2.2.核能的计算方法：(1)根据Emc2 计算，计算时m 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，E 的单位是“J”.(2)根据Em931.5 MeV 计算.因 1 原子质量单位(u)相当于
20、 931.5 MeV 的能量，所以计算时m 的单位是“u”，E 的单位是“MeV”.(3)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核子数.考向 1 核能的理解【典题 6】(2018 届安徽江南十校质检)我国正在自主研发新型聚变裂变混合反应堆项目.如果此项目得以研究开发并付诸实现，有可能使核资源寿命延长数倍.关于聚变和裂变，下列看法正确的是()B.聚变和裂变反应中都存在质量亏损C.裂变反应以释放核能为主，聚变反应以吸收核能为主D.核越重，比结合能越大A.21H31H42He10n 是裂变反应解析：21H31H42He10n 是轻核聚变反应，A 错误；聚变和裂变反应都释放能量，所以都
21、存在质量的亏损，B 正确；C 错误；组成原子核的核子越多，它的结合能就越高，结合能与核子数之比，称为比结合能，比结合能与质量数的关系如图 D100所示，可知，中等大小的原子核比结合能较大，D 错误.图 D100答案：B考向 2 核能的计算【典题 7】(2019 年新课标卷)太阳内部核反应的主要模式之一是质子质子循环，循环的结果可表示为 411H42He201e2，已知11H 和42He 的质量分别为 mP1.0078u 和 m4.0026u,1 u931 MeV/c2，c 为光速.在 4 个11H 转变成 1 个42He 的过程中，释放的能量约为()A.8 MeVC.26 MeVB.16 Me
22、VD.52 MeV答案：C解析：由 Emc2 知 E(4mpm2m)c2，mEc29311061.61019J910161.71027 kg0.91031 kg，忽略电子质量，则：E(41.0078 u4.0026 u)c226MeV，故 C正确.核反应与动量守恒定律的综合模型模型一原子核衰变后在磁场中的运动轨迹问题热点归纳静止核在磁场中自发衰变，其轨迹为两相切圆，衰变时两圆外切，衰变时两圆内切，根据动量守恒 m1v1m2v2 和rmvqB知，半径小的为新核，半径大的为 粒子或 粒子，其特点对比如下表：衰变AZXA4Z2Y42He匀强磁场中轨迹两圆外切，粒子半径大 衰变AZX AZ1Y01e匀
23、强磁场中轨迹两圆内切，粒子半径大甲乙【典题 8】(多选，2019 年湖南娄底二模)在磁感应强度为 B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核(AZX)发生了一次 衰变.放射出的 粒子(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为 R.以 m、q 分别表示 粒子的质量和电荷量，生成的新核用 Y 表示.下面说法正确的是()丙丁A.新核 Y 在磁场中圆周运动的半径为 RY 2Z2RB.粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为 IBq22mD.发生衰变后产生的粒子与新核 Y 在磁场中运动的轨迹正确的是图丙C.若衰变过程中释放的核能都转化为 粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为 m
24、 AqBR22mA4c2解析：由圆周运动的半径公式 RmvqB可知，RYR 2Z2，A正确；圆周运动周期 T2mqB，环形电流 IqTBq22m，B 正确；对 粒子，由洛伦兹力提供向心力 qvBmv2R可得 vBqRm ，由质量关系可知，衰变后新核 Y 质量为 MA44m，由衰变过程动量守恒可得 Mvmv0 可知 vmMv，系统增加的能量为 E12Mv212mv2，由质能方程得 Emc2，联立可得 m AqBR22mA4c2，C 正确；由动量守恒可知，衰变后 粒子与新核 Y 运动方向相反，所以，轨迹圆应外切，由圆周运动的半径公式 RmvqB可知，粒子半径大，由左手定则可知两粒子圆周运动方向相同
25、，丁图正确，D 错误.答案：ABC【触类旁通】(2019 年湖南衡阳二模)在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆 1 和 2 的径迹照片如图 12-2-2 所示，已知两个相切圆半径分别 r1、r2，则下列说法正确的是()A.原子核可能发生衰变，也可能发生衰变B.径迹 2 可能是衰变后新核的径迹图 12-2-2C.若衰变方程是23891U23490Th42He，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为 1172D.若衰变方程是2389123490Th42He，则 r1r2145解析：原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相
26、反，粒子速度方向相反，由左手定则知：若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，所以为电性相同的粒子，可能发生的是衰变，但不是衰变，故 A 错误；核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变后生成的两核动量 P 大小相等、方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvBmv2r，解得：rmvqB PqB，由于 P、B都相同，则粒子电荷量 q 越大，其轨道半径 r 越小，由于新核的电荷量大于粒子的电荷量，则新核的轨道半径小于粒子的轨道半径，则半径为 r1 的圆为放出新核的运动轨迹，半径为
27、 r2 的圆为粒子的运动轨迹，故 B 错误；根据动量守恒定律知，新核答案：DTh 和 粒子的动量大小相等，则动能 EkP22m，所以动能之比等于质量之反比，新核与粒子的动能比为 2117，故 C 错误；由 B 选项的分析知：r1r2290145，故 D 正确.规律总结：由以上两例解答过程可知，当静止的原子核在匀强磁场中发生衰变时，大圆轨道一定是释放出的带电粒子(粒子或粒子)的，小圆轨道一定是反冲核的.衰变时两圆外切，衰变时两圆内切.如果已知磁场方向，还可根据左手定则判断绕行方向是顺时针还是逆时针.模型二核反应中的动量与能量综合问题热点归纳解决核反应与动量及能量守恒定律综合的问题时，首先应用质能
28、方程求出核反应释放出的核能，其次根据动量守恒定律和能量守恒定律列出相应的方程，最后联立求解.(2)粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流的大小.(3)设该衰变过程释放的核能都转为为 粒子和新核的动能，新核的质量为 M，求衰变过程的质量亏损m.【典题 9】(2017 年北京卷)在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次 衰变.放射出的 粒子(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为 R.以m、q 分别表示 粒子的质量和电荷量.(1)放射性原子核用AZX 表示，新核的元素符号用 Y 表示，写出该 衰变的核反应方程.解：(1)根据核反应中质量数与电荷数守恒可知，该 衰变的核反应方程为AZXA4Z2Y42He.(2)设 粒子在磁场中做圆周运动的速度大小为 v，由洛伦兹力提供向心力有 qvBmv2R根据圆周运动的参量关系有 T2Rv得 粒子在磁场中运动的周期 T2mqB根据电流强度定义式，可得环形电流大小为 IqTq2B2m.(3)由 qvBmv2R，得 vqBRm设衰变后新核 Y 的速度大小为 v，核反应前后系统动量守恒，有 Mvmv0可得 vmvM qBRM根据爱因斯坦质能方程和能量守恒定律有mc212Mv212mv2解得 mMmqBR22mMc2.
