1、第 3 节 原子核 一、天然放射现象1放射性元素_发出射线的现象，叫做天然放射现象，1896 年由法国物理学家_发现2放射性说明原子核内部是有复杂的结构的(1)1919 年，卢瑟福用 粒子轰击氮原子核，发现了_，并猜想原子核内还存在_，1932年，他的学生查德威克通过实验证实了_的存在(2)原子核是由质子和中子组成的常用符号 ZAX表示，X 为元素符号，A 表示核的_，Z 表示核的_自发地贝克勒尔质子中子中子质量数电荷数二、原子核的衰变1原子核放出 粒子或 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：AZXA4Z2Y42He 衰变：AZXAZ1Y01e3半衰期：放射性元素的原子核
2、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_无关如果放射性元素初始时刻的质量为 m0，它的半衰期是 T，则经过时间 t，剩下的放射性元素的质量 m.半数核内部本身物理或化学状态012tT m三、放射性同位素及应用1同位素具有相同_而_不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，互称_有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素天然放射性同位素不过四十多种，而人工制造的放射性同位素已达 1 000 多种2放射性同位素的应用(1)放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等(2)作示踪原子质子数中子数同位素四、核力与核能1核力：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能克服库仑
3、力而紧密地结合在一起，这种力称为核力其特点为：(1)核力是强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多(2)核力是短程力，作用范围在 1.51015 m 之内(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性2原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的_3质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损4爱因斯坦质能方程为_，若核反应中的质量亏损为 m，释放的核能 E mc2.结合能_Emc2五、重核的裂变与轻核的聚变1裂变：重核分裂成质量较小的核的反应如：_2聚变：两个轻核结合成质量较大的核的反应如：_3重核裂变和
4、轻核聚变过程中都释放出_核能 235 92U10n136 54Xe9038Sr1010n21H31H42He10n题型一：原子核的衰变规律例1某放射性元素的原子核发生两次 衰变和六次 衰变，关于它的原子核的变化，下列说法正确的是()A.中子数减小 8 B.质子数减小 2C.质子数增加 2 D.核子数减小 10【解析】设该原子核的质量数(核子数)为 m，电荷数(质子数)为 n，衰变后的质量数为 x，电荷数为 y，则有：mx8，n64y，由此可知衰变后核子数减小 8，质子数增加 2，中子数减小 10，故 ABD错误，C 正确.故选 C.【答案】C衰变类型衰变 衰变 衰变方程AZXA4Z2Y42He
5、AZXAZ1Y01e 2个质子和2个中子结合成一个整体射出一个中子转化为一个质子和一个电子衰变实质211H210n 42He10n11H01e 衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒【方法与知识感悟】1.原子核衰变规律确定衰变次数的方法(1)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AZXAZYn42Hem 01 e 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 AA4n，ZZ2nm(2)确定衰变次数，因为 衰变对质量数无影响，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.2.三种射线的比较 种类射线 射线 射线组成高
6、速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2ee0质量4mpmp1840静止质量为零符号42He01e 速度0.1c0.99cc 贯穿本领最弱较强最强贯穿实例用纸能挡住穿透几毫 米的铝板穿透几厘米的铅板对空气的 电离作用很强较弱很弱题型二：核反应方程及核反应类型的判断例2关于以下三个核反应的说法正确的是()238 92U234 90ThX14 7NY17 8O11H235 92UZ144 56Ba8936Kr310nA.X、Y 是同种粒子B.X、Z 是同种粒子C.粒子 Z 是正电子D.反应属于天然放射现象E.反应将释放能量【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可得 X 为42He，Y 为42H
7、e，Z 为10n.所以 X、Y 是同种粒子，A 对，B 错；Z 为中子，不是正电子，C 错；反应是 衰变，D 对；反应是重核裂变，会释放能量，E 对.【答案】ADE 【方法与知识感悟】核反应的四种类型类 型可控性核反应方程典例衰变衰变自发92238U 90234Th24He衰变自发90234Th 91234Pa10e人工转变人工控制714N24He 817O11H(卢瑟福发现质子)24He49Be 612C01n(查德威克发现中子)1327Al24He1530P01n(约里奥居里夫妇发现放射性同位素)1530P1430Si10e重核裂变比较容易进行人工控制92235U01n 56144Ba36
8、89Kr301n92235U01n 54136Xe3890Sr1001n轻核聚变除氢弹外可控核聚变正在研究中12H13H24He01n题型三：核能的计算例3天文学家测得银河系中氦的百分含量约为 25%，有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后二分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的.(1)把氢核聚变反应简化为 4 个氢核(11H)聚变成氦核(42He)，同时放出 2 个正电子(10e)和 2 个中微子(e)，请写出该氢核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量.(2)研究表明，银河系的年龄约为 t3.81017 s，每秒钟银河系产生的能量约为
9、 11037 J(即 P11037 J/s).现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，请估算银河系中氦的百分含量(最后结果保留一位有效数字).(3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断.(可能用到的数据：银河系质量约为 M31041 kg，原子质量单位 1 u1.661027 kg，电子质量 me0.000 5 u，氦核质量 ma4.002 6 u，氢核质量 mp1.007 8 u，中微子 e 质量为零.)【解析】(1)核反应方程为：411H42He201e2e 其质量亏损：m4mpma2me 其释放的能量：Emc2 代入数据得：E4.121012 J.(2)银河系产生的总能量
10、EPt 到目前为止核反应的次数 N EE 核聚变反应生成的氦的质量 mNma，m PtEma6.11039 kg 氦的百分含量 kmM6.1103931041 100%2%.(3)由估算结果可知，k2%远小于 25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的.【答案】(1)4.21012 J(2)2%(3)宇宙诞生后不久生成的【方法与知识感悟】(1)核能的计算方法 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”.根据Em931.5 MeV 计算.因 1 原子质量单位(u)相当于 931.5 MeV 的能量，所以计算时m的单位是“u”，E 的
11、单位是“MeV”.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.(2)利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算.选择题：1、2 题为单选，3、4 题为多选.1.下列说法正确的是()A.两个氚原子组成一个氚气分子，经过 12.5 年后，其中的一个氚核一定会发生衰变B.夜光手表中指针处的氚气灯放出 射线撞击荧光物质发光，可以长时间正常工作C.氚气在 1 个标准大气压下，温度低于 25.04 K时可液化，液化后氚的衰变速度变慢D.氚与氧反应生成的超重水没有放射性B【解析】半衰期具有统计意义，只对大量原子核适用，A 错误；夜光手表中指针处的氚气灯放出射线撞击荧光物质发光，可
12、以长时间正常工作，B 正确；半衰期由核内部本身的因素决定，C 错误；物体具有放射性，与物体处于单质还是化合物状态无关，D 错误.2.典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出 x 个中子：235 92U10n144 56Ba8936Krx10n，铀 235 质量为m1，中子质量为 m2，钡 144 质量为 m3，氪 89 的质量为 m4.下列说法正确的是()A.该核反应类型属于人工转变B.该反应放出能量(m1xm2m3m4)c2C.x 的值是 3D.该核反应使核子的比结合能减少C【解析】该反应是重核裂变反应，选项 A 错误；该反应放出能量m1(x1)m2m3m4c2，选项 B错误；根据质量数守恒可算
13、得 x(2351)(14489)3，选项 C 正确；该反应放出能量，会使核子的比结合能增加，故选项 D 错误.3.下列叙述正确的有()A.天然放射现象说明原子核还具有复杂结构B.卢瑟福通过 粒子散射实验，发现原子核有一定的结构C.查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子D.利用 射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视E.同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长F.放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用ACF【解析】天然放射现象中有粒子从原子核里面释放出来，表明原子核也是可分的、可变的，选项 A 正确；卢瑟福通过 粒子散射实验，
14、发现了原子核，选项 B 错误；中子就是查德威克用人工转变的办法发现的，选项 C 正确；射线可用于金属探伤，但不能用于人体透视，选项 D 错误；半衰期与元素的存在形态无关，选项 E 错误；半衰期不适用与个别原子核，而是一种大量原子核的统计规律，选项 F 正确.4.目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，从而放射出、射线，会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是()A.氡的半衰期为 3.8 天，若取 4 个氡原子核，经7.6 天后就一定剩下一个原子核了B.衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
15、C.射线一般伴随着 或 射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱D.发生 衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了 4BC【解析】氡的半衰期为 3.8 天，经 7.6 天后该放射性物质剩余的质量是原来质量的14，是宏观量，而不是对于微观粒子来说，故选项 A 是错误的.衰变是：baX ba1 Y 01 e，所以选项 B 是正确的.射线是频率很高的电磁波，一般是伴随着或 射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故选项 C 是正确的.衰变是：baXb4a2Y42He，故选项 D 是错误的.一、选择题：14 题为单选，58 题为多选.1.下列说法正确的是()
16、A.235U 的半衰期约为 7 亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短B.原子核内部某个质子转变为中子时，放出 射线C.在、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强D.对于相同质量的核燃料，轻核聚变和重核裂变产生的能量是相同的C【解析】半衰期是由原子核内部自身决定的，与地球环境变化无关，故 A 错误；原子核内部某个中子转变为质子时，放出射线，选项 B 错误；在、这三种射线中，射线的速度最大，故穿透能力最强，射线的电离能力最强，选项 C 正确；相同质量的核燃料，核子的个数相同，而发生轻核聚变时，平均每个核子放出的能量是发生重核裂变时平均每个核子放出的能量的 34 倍，故轻核聚变产生的
17、能量较多，D错误.2.14C 测年法是利用 14C 衰变规律对古生物进行年代测定的方法.若以横坐标 t 表示时间，纵坐标 m 表示任意时刻 14C 的质量，m0 为 t0 时 14C 的质量.下面四幅图中能正确反映 14C 衰变规律的是()C【解析】依 mm012tT，T 一定，m 与 tT成指数函数关系，t，m 也不等于 0，C 对.3.如图甲是、三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查钢板内部伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了哪种射线()A.射线B.射线C.射线D.三种射线都可以C【解析】、三种射线中 射线电离能力最强，射线穿透能力最强，因此用 射线来检查金属内部的
18、伤痕，其原理为当金属内部有伤痕，放射源透过钢板的 射线强度发生变化，计数器就能有不同的显示，从而可知金属内部有伤痕.4.一个静止的放射性同位素的原子核3015P 衰变为3014Si，另一个静止的天然放射性元素的原子核230 90Th 衰变为234 91Pa，在同一磁场中，得到衰变后粒子的运动径迹 1、2、3、4，如图所示，则这四条径迹依次是()A.电子，234 91Pa，3014Si、正电子B.234 91Pa，电子，正电子，3014SiC.3014Si，正电子，电子，234 91Pa D.正电子，3014Si，234 91Pa，电子 B【解析】衰变前后动量守恒，由运动半径 rmvqB知1、4
19、 为反冲核，根据旋转方向知 2 是电子，3 是正电子.选项 B 正确.5.在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3 和 X4各代表某种粒子31HX142He10n 14 7N42He17 8OX294Be42He12 6CX32412Mg42He2713AlX4以下判断正确的是()A.X1 是质子B.X2 是质子C.X3 是质子D.X4 是质子【解析】根据质量数守恒，电荷数守恒，X1 是21H，A 错误；X2 是11H，B 正确；X3 是10n，C 错误；X4 是11H，D 正确.BC6.关于核力与结合能，下列说法正确的是()A.核力是短程力，与核子间的距离有关，有时表现为引力，有时表现为斥力
20、B.核力具有饱和性和短程性，原子核为了稳定，故重核在形成时其中子数多于质子数C.比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时一定释放核能D.原子核的结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定【解析】由核力的概念可知，选项 A、B 正确；比结合能越大，核子的平均质量越小，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时一定发生质量亏损，释放能量，选项 C 正确，结合能大的，比结合能不一定大，D 错误.ABC7.关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有()A.238 92U234 90Th42He 是 衰变B.14 7N42He17 8O11
21、H 是 衰变C.21H31H42He10n 是轻核聚变D.8234Se8236Kr2 01 e 是重核裂变AC【解析】A 中由于有 粒子放出，故为 衰变，选项 A 正确；B 是原子核的人工转变方程，选项 B 错误；C 是轻核聚变方程，选项 C 正确；D 中放射出电子，是 衰变方程，选项 D 错误.8.如图所示，是国家国防科技工业局首次发布的“嫦娥二号”月面虹湾局部影像图，科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦 3).它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为32He32He211H42He.关于32He 聚变下列表述正确的是()A.聚变反应不会释放能量B.聚变反应
22、产生了新的原子核C.聚变反应会有质量亏损D.目前核电站都采用 He 聚变反应发电BC【解析】聚变反应和裂变反应是根据爱因斯坦质能方程所发现的两种亏损质量释放能量的核反应方式，C 对，A 错.聚变反应是两个质量较小的核结合成一个中等质量的核，有新核产生，B 对.与裂变相比，聚变反应目前还不能控制反应速度，使用的仅有氢弹，太阳内部发生聚变反应.都不可控，所以核电站所利用的都是裂变反应，D 错.二、填空题9.贫铀弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀 235 以后的副产品，其主要成分是铀 238，其中238 92U衰变成206 82Pb 要经过 次 衰变和 次 衰变；贫铀弹不仅有很强的穿透能力，而且
23、残留物可长期对环境起破坏作用，这种破坏作用的原因是爆炸的弹片存在 ，且有很长的半衰期.68放射性【解析】因为发生衰变时质量数不变，发生 衰变时质量数减少 4，故由23820648，可知发生 衰变 8 次，而每次 衰变电荷数减少 2，故电荷数减少到 76，每次 衰变电荷数加 1，故发生 衰变 6 次；贫铀弹对环境的破坏作用主要就是弹片中的238 92U 存在放射性，且半衰期很长.10.2011 年 3 月 11 日日本福岛核电站发生核泄漏事故，其中铯 137(137 55Cs)对核辐射的影响最大，其半衰期约为 30 年.(1)请写出铯 137(137 55Cs)发生 衰变的核反应方程 已知 53
24、 号元素是碘(I)，56 号元素是钡(Ba)(2)若在该反应过程中释放的核能为 E，则该反应过程中质量亏损为 (真空中的光速为 c).(3)泄露出的铯 137 约要到公元 年才会有87.5%的原子核发生衰变.137 55Cs137 56Ba 01 eEc22101【解析】(1)核反应方程：137 55Cs137 56Ba 01 e.(2)根据爱因斯坦质能方程：Emc2，则 mEc2.(3)有 87.5%的原子核发生衰变，剩余的没有衰变的量为 12.5%18，根据 mm012t，即 t390 年，故泄露出的铯 137 约要到公元 2011902101 年才会有 87.5%的原子核发生衰变.11.
25、裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核235 92U 为燃料的反应堆中，当235 92U 俘获一个慢中子后发生裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为：235 92U 10n 139 54Xe 9438Sr 310n 235.043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位 u 为单位).已知 1 u 的质量对应的能量为 9.3102 MeV，此裂变反应释放出的能量是MeV.(保留两位有效数字)1.8102【解析】由题给核反应方程及其下面的数据可知：裂变之前的总质量为：235.043 9 u1.008 7 u23
26、6.052 6 u，裂变之后的总质量为：138.917 8 u93.915 4 u31.008 7 u235.859 3 u，质量亏损为：m236.052 6 u235.859 3 u0.193 3 u.因为 1 u 的质 量 对 应 的 能 量 为 9.3102 MeV，所 以 E 0.193.39.3102 MeV1.8102 MeV.三、计算题12.铀 238(238 92U)经历一次 衰变变成 Th 原子核，同时放出一个 光子(频率为)，粒子的质量为 m.(1)写出衰变方程；(2)衰变后，粒子的速度为 v0，而 Th 原子核的运动方向恰好与 粒子的速度方向相反，不考虑 光子的动量，那么
27、 Th 原子核的速度为多大？(3)如果核反应放出的能量全部转化为动能和光子的能量，那么该衰变发生的质量亏损 m 为多大？【解析】(1)238 92U234 90Th42He(2)mv01172 mv，v 2117v0(3)Ek12mv20121172 m21172v20119234mv20 Ekhmc2 m119234mv20c2 hc213.3015P 是人类首先制造出的放射性同位素，其半衰期为 2.5 min，能衰变为3014Si 和一个未知粒子.(1)写出该衰变的方程；(2)已知容器中原有纯3015P 的质量为 m0，求 5 min后容器中剩余3015P 的质量.【解析】(1)根据衰变过程中质量数电荷数的守恒可知该衰变的方程为：3015P3014Si01e.(2)5 min 后容器中剩余3015P 的质量为：m12tTm0122m0m04.