1、第十二章 近代物理初步第三讲 原子核及其衰变、裂变和聚变知识点 1 天然放射现象 原子核的组成教材温故1天然放射现象(1)天然放射现象元素_地放出射线的现象，首先由_发现天然放射现象的发现，说明_还具有复杂的结构自发贝克勒尔原子核(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_放射性放射性元素2原子核(1)原子核的组成原子核由_和_组成，质子和中子统称为_原子核的核电荷数_，原子核的质量数_X 元素原子核的符号为AZX，其中 A 表示_，Z 表示_质子中子核子质子数中子数质子数质量数核电荷数(2)同位素：具有相同_、不同_的原子，因为在元素周期表中的_相同，同位素
2、具有相同的_性质质子数中子数位置化学思考与讨论天然放射现象使人们认识到原子核是有结构的，为什么说射线来自原子核的内部？为什么说原子核是可分的，是有结构的？提示：因为实验发现，任何一种具有放射性的元素，无论它是以单质形式存在还是以化合物形式存在，都具有放射性，而且放射性的强度也不受温度、外界压强的影响由于元素的化学性质取决于原子的核外电子，这说明射线与核外电子无关，也就是说射线来自原子核的内部，从而说明原子核是可分的，是有结构的易误辨析判断下列说法的正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)1896 年，法国的玛丽居里首先发现了天然放射线()(2)射线是能量很高的电磁波，电离作用很强()(3)原子
3、核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数()答案：(1)(2)(3)知识点 2 原子核的衰变和半衰期教材温故1原子核的衰变(1)原子核放出 粒子或 粒子，变成另一种_的变化称为原子核的衰变(2)分类 衰变：AZXA4Z2Y_ 衰变：AZX AZ1Y_原子核42He 01e2半衰期放射性元素的原子核有_发生衰变所需的时间半衰期由_的因素决定，跟原子所处的_或_无关半数核内部本身物理化学状态思考与讨论原子核发生衰变的实质是什么？提示：衰变的实质是原子核内的 2 个质子和 2 个中子结合成一个粒子放射出来，衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子放射出来可见，放射出的粒子和粒子
4、是原子核内的质子或中子转化而成的易误辨析判断下列说法的正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)和 射线是同时由一个原子核射出的()(2)发生 衰变是原子核中的电子发射到核外()(3)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间，经过两个半衰期原子核就全部发生衰变()答案：(1)(2)(3)知识点 3 核反应与核能教材温故1核反应、核力与核能(1)核反应规律：在核反应中，_守恒，_守恒(2)核力概念：组成原子核的_之间存在的作用力质量数电荷数核子核力特点a核力是_(强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多b核力是_力，作用范围在 1.51015 m 之内c每个核子只跟_的核子发生核力作用
5、，这种性质称为核力的饱和性强相互作用短程相邻(3)质量亏损爱因斯坦质能方程：E_质量亏损：原子核的质量_组成它的核子的质量之和的现象(4)结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个_时需要的能量，或若干个核子在核力作用下结合成原子核时需要的能量mc2小于核子2核裂变和核聚变(1)重核裂变定义：使重核分裂成几个质量较小的原子核的核反应铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，一种典型的反应是生成钡和氪，同时放出三个中子，核反应方程为：235 92U10n144 56Ba8936Kr310n.链式反应：由重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫作核裂变的链式反应链式反应的条件：a.要有足
6、够浓度的235 92U；b.铀块体积需_临界体积，或铀块质量_临界质量大于大于(2)轻核聚变定义：两个轻核结合成_的核，这样的核反应叫_聚变发生的条件：使物体达到几百万度的高温较重聚变思考与讨论有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？提示：不对，在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化易误辨析判断下列说法的正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)核力是弱相互作用力()(2)爱因斯坦质能方程反映了物质的质量就是能量，它们之间可以相互转化()(3)核反应遵循质量数守恒
7、而不是质量守恒，同时遵循电荷数守恒()答案：(1)(2)(3)考点 1 原子核的衰变及半衰期1三种射线的比较种类 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 质量4mp(mp1671027 kg)mp1 836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2.衰变规律及实质(1)衰变和 衰变的比较衰变类型 衰变 衰变衰变方程AZXA4Z2Y42HeAZX AZ1Y 01e 2 个质子和 2 个中子结合成一个整体射出中子转化为
8、质子和电子衰变实质211H210n42He10n11H 01e 衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(2)射线：射线经常是伴随着 衰变或 衰变同时产生的3半衰期半衰期的计算：根据半衰期的概念，可总结出公式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4衰变次数的确定方法因为 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，然后再根据衰变规律确定 衰变的次数典例 1(多选)关于天然放射性，下列说法正确的是()A所有元素都可能发生衰变B放射性元素的半
9、衰期与外界的温度无关C放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D、和 三种射线中，射线的穿透能力最强解析：并不是所有的元素都可能发生衰变，原子序数越大，越易发生，A 错误；放射性元素的半衰期与元素本身内部结构有关，与外界的温度无关，B 正确；放射性元素无论单质还是化合物都具有放射性，C 正确；在、射线中，射线的穿透能力最强，D 正确 答案：BCD(1)一个区别：静止的原子核在磁场中发生 衰变和 衰变时的轨迹不同，分别为相外切圆和相内切圆(2)两个结论 原子核发生衰变时遵循电荷数守恒和质量数守恒 每发生一次 衰变，原子核的质量数减小“4”，每发生一次 衰变，原子核的质子数增加“l”对点训练1
10、.(2015北京卷)实验观察到，静止在匀强磁场中 A 点的原子核发生 衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图则()A轨迹 1 是电子的，磁场方向垂直纸面向外B轨迹 2 是电子的，磁场方向垂直纸面向外C轨迹 1 是新核的，磁场方向垂直纸面向里D轨迹 2 是新核的，磁场方向垂直纸面向里解析：由动量守恒可知，原子核静止在磁场中，发生衰变后的新核与电子的动量大小相等，方向相反由 qBvmv2R，得 RmvqB，粒子运动的半径与电荷量成反比新核带电量大于电子，因此 R 较小，知轨迹 2 为新核轨迹，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里答案：D考点 2 核反应与核反应方
11、程1核反应的四种类型类 型可控性核反应方程典例 衰变自发238 92U234 90Th42He衰变 衰变自发234 90Th234 91Pa 01e 14 7N42He17 8O11H(卢瑟福发现质子)42He94Be12 6C10n(查德威克发现中子)2713Al42He3015P10n人工转变人工控制3015P3014Si 01e约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子235 92U10n144 56Ba8936Kr310n重核裂变比较容易进行人工控制235 92 U10n136 54Xe9038Sr1010n轻核聚变除氢弹外无法控制21H31H42He10n2.注意问题(1)核反应
12、过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒典例 2(多选)(2018连云港质检)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A.31H21H42He10n 是核聚变反应B.31H21H42He10n 是 衰变C.235 92U10n144 56Ba8936Kr310n 是核裂变反应D.235 92U10n140 54Xe9438Sr210n 是 衰变解析：衰变时释
13、放出电子(01e)，衰变时释放出氦原子核(42He)，可知选项 B、D 错误；选项 A 中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项 C 中一个 U235 原子核吸收一个中子，生成一个 Ba 原子核和一个 Kr 原子核并释放出三个中子是核裂变反应，A、C 正确 答案：AC(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(2)掌握核反应方程遵守的规律，是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
14、式时用“”表示反应方向(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒对点训练2.(2017天津卷)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献下列核反应方程中属于聚变反应的是()A.21H31H42He10nB.147N42He178O11HC.42He2713Al3015P10nD.23592U10n14456Ba8936Kr310n解析：A 项是氢元素的两种同位素氘和氚聚变成氦元素的核反应方程，B 项是用 粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程，C 项属于原子核的人工转变，D 项属于重核的裂变，因此只有 A 项符合要求答案：A考点 3 质
15、量亏损及核能的计算1核能(1)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.(2)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核能释放的两种途径的理解(1)使较重的核分裂成中等大小的核(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量典例 3(2017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
16、的核反应方程(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大小(3)设该衰变过程释放的核能都转化为 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.解析：(1)AZXA4Z2Y42He.(2)设 粒子的速度大小为 v，由 qvBmv2R，T2Rv，得 粒子在磁场中运动周期 T2mqB，环形电流大小 IqTq2B2m.(3)由 qvBmv2R，得 vqBRm，设衰变后新核 Y 的速度大小为 v，系统动量守恒 Mvmv0，vmvM qBRM，由 mc212Mv212mv2，得 m（Mm）（qBR）22mMc2.说明：若利用 MA44 m 解答，亦可答案：(1)
17、AZXA4Z2Y42He(2)2mqB q2B2m(3)（Mm）（qBR）22mMc2求解核能问题的三种技巧1根据质量亏损计算：Emc2及 1 u 相当于 931.5 MeV/c2.2根据能量守恒和动量守恒计算 3在计算具有宏观质量的物质中所有原子核发生核反应所释放能量时常用到阿伏加德罗常数对点训练3(多选)(2017江苏卷)原子核的比结合能曲线如图所示根据该曲线，下列判断正确的有()A.42He 核的结合能约为 14 MeVB.42He 核比63Li 核更稳定C两个21H 核结合成42He 核时释放能量D.23592U 核中核子的平均结合能比8936Kr 核中的大解析：由题图可知，42He
18、的比结合能为 7 MeV，因此它的结合能为 7 MeV428 MeV，A 项错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知 B 项正确；两个比结合能小的21H 核结合成比结合能大的42He 时，会释放能量，C 项正确；由题图可知，235 92U 的比结合能(即平均结合能)比8936Kr 的小，D 项错误答案：BC考点 1 原子核的衰变及半衰期1(2018南京模拟)234 90Th(钍)具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为234 91Pa(镤)，同时伴随有 射线产生，其方程为234 90Th234 91Pax，钍的半衰期为 24 天，则下列说法中正确的是()Ax
19、为质子Bx 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C.234 90Th 的比结合能比234 91Pa 的比结合能大D1 g 234 90Th 经过 120 天后还剩 0.2 g 234 90Th解析：根据电荷数和质量数守恒知钍核衰变过程中放出了一个电子，即 x 为电子，故 A 错误；衰变的实质：衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子时产生的，故 B 正确；钍的比结合能比镤的比结合能小，故 C 错误；钍的半衰期为 24 天，1 g 234 90Th 经过 120 天后，发生 5 次衰变，最后还剩 0.031 25 g 234 90Th，故 D 错误答案：B2在轧制钢板时需要动态地监测钢
20、板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图所示该装置中探测器接收到的是()AX 射线 B 射线C 射线D 射线解析：首先，放射源放出的是 射线、射线、射线，无 X 射线，A 项错误；另外 射线穿透本领最弱，一张纸就能挡住，而射线穿透本领较强，能穿透几毫米厚的铝板，射线穿透本领最强，可以穿透几厘米厚的铅板，而要穿过钢板只能是射线，因此 D 项正确.答案：D考点 2 核反应与核反应方程3(2015北京卷)下列核反应方程中，属于 衰变的是()A.14 7N42He17 8O11He B.238 92U234 90Th42HeC.21H31H42He10n D.234 90Th234 91Pa 0
21、1e解析：衰变是指某一原子核自发的变成另一种原子核，并放出 粒子的过程，可以看出选项 B 正确；选项 A 为人工转变方程；选项 C 为轻核聚变；选项D 为 衰变答案：B4(2016江苏卷)贝可勒尔在 120 年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用下列属于放射性衰变的是()A.14 6C14 7N01eB.235 92U10n139 53I9539Y210nC.21H31H42He10nD.42He2713Al3015P10n解析：放射性元素自发地放出射线的现象叫天然放射现象A 选项为 衰变方程，B 选项为重核裂变方程，C选项为轻核聚变方程，D 选项为原子核的人工
22、转变方程，故选 A.答案：A考点 3 质量亏损及核能的计算5(2017湖北恩施一中摸底)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为11H12 6C137CQ1，11H15 7N12 6CXQ2，方程式中 Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见表，则()原子核11H32He42He12 6 C13 7 N15 7 N 质量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1A.X 是32He，Q2Q1BX 是42He，Q2Q1CX 是32He，Q2Q1DX 是42He，Q2Q1解析：11H12 6C13 7NQ1中
23、质量亏损为：m11.007 8 u12.000 0 u13.005 7 u0.002 1 u；根据电荷数守恒和质量数守恒可知11H15 7N12 6CXQ2 中 X 的电荷数为 2、质量数为 4，故 X 为 粒子即42He，质量亏损为：m21.007 8 u15.000 1 u12.000 0 u4.002 6 u0.005 3 u根据爱因斯坦质能方程可知：Q1m1c2，Q2m2c2，则 Q1Q2，故 A、C、D 错误，B 正确答案：B6(2017豫北六校联考)氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：21H31H42Hex，式中 x 是某种粒子已知：21H、31H、42He 和粒子 x 的质量分别为 2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u 和 1.008 7 u；1 u931.5 MeV/c2，c 是真空中的光速由上述反应方程和数据可知，粒子 x 是_，该反应释放出的能量为_ MeV(结果保留三位有效数字)解析：根据电荷数守恒和质量数守恒可知，x 的质量数为 1，电荷数为零，故 x 为中子质量亏损 m2.01 4 1 u3.016 1 u(4.002 6 u1.008 7 u)0.018 9 u，Emc20.018 9931.5 MeV17.6 MeV.答案：10n(或中子)17.6
