1、【 精品教育资源文库 】 第 4 课时 原子核 一、原子核、天然放射现象 1.原子核的组成 (1)质子的发现： 1919 年 ， 卢瑟福用 粒子 轰击氮原子核发现了质子 ， 质子是 原子核 的组成部分。 (2)中子的发现：卢瑟福猜想原子核内存在着一种质量与质子 相同 ， 但 不带电 的粒子 ， 称为中子。查德威克利用云室进行实验验证了 中子 的存在 ， 中子是原子核的组成部分。 (3)原子核的组成：原子核由 质子和中子 组成 ， 质子和中子统称为 核子 。 (4)原子核的符号 AZX 元素符号原子核的质量数质子数中子数核电荷数原子核的质子数 ， 即原子的原 子序数 (5)同位素：具有相同的
2、质子数 而 中子数 不同的原子核 ， 在元素周期表中处于 同一位置 ， 它们互称为同位素。例如 ， 氢有三种同位素 11H、 21H、 31H。 2.天然放射现象 (1)天然放射现象 元素 自发 地放出射线的现象 ， 首先由贝克勒尔发现。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 放射性 。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 。 (4)放射性同位素的应用与防护 放射性同位素：有 天然 放射性同位素和 人工 放射性同位素两类 ， 放射性同
3、位素的化学性质相同。 应用：消除静电 、工业探伤、作 示踪原子 等。 防护：防止放射性对人体组织的伤害。 3.原子核的衰变 【 精品教育资源文库 】 (1)衰变：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： AZX A 4Z 2Y 42He 衰变： AZX AZ 1Y 0 1e (3)半衰期：放射性元素的原子核有 半数 发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因素决定 ， 跟原子所处的 物理 、 化学状态 无关。 二、放射性同位素的应用与防护 1.应用射线：应用射线可以测厚度、医疗方面的 放射治疗 、照射种子培育优良品种等。 2.示踪原子
4、：有关生物大分子 的结构及其功能的研究，要借助于 示踪原子 。 3.辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中 ， 过量 的射线对人体组织有破坏作用。要防止 放射性物质 对水源、空气、用具等的污染。 三、核力与结合能 1.核力：原子核内部 ， 核子间所特有的相互作用力。 2.核力的特点 (1)核力是强相互作 用的一种表现； (2)核力是短程力 ， 作用范围在 1.510 15m 之内； (3)每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。 3.结合能：核子结合为原子核时 释放 的能量或原子核分解为核子时 吸收 的能量 ， 叫做原子核的结合能 ， 亦称核能。 4.质能方程、质量亏损：爱因斯坦质能方程 E
5、 mc2， 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 mc2。 四、核裂变及核聚变 1.重核裂变 (1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。 (2)典型的裂变反应方程： 23592U10n8936Kr14456Ba 310n。 (3)链式反应： 由重核裂变产生的 中子 使裂变反应一代接一代继续下去的过程。 【 精品教育资源文库 】 (4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生 链式反应 的最小体积及其相应的质量。 (5)裂变的应用： 原子弹 、核反应堆。 (6)反应堆 构造：核燃料、减速剂、
6、 镉棒 、防护层。 2.轻核聚变 (1)定义：两轻核结合成 质量较大 的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行 ， 因此又叫 热核反应 。 (2)典型的聚变反应方程： 21H31H42He10n 17.6 MeV 3.粒子和宇宙 (1)“ 基本粒子 ” 不基本 直到 19 世纪末 ， 人们称光子、电子、 质子 和 中子 是基本粒子。 (2)发现新粒子 1932 年发现了 正电子 ， 1937 年发现了 子 ， 1947 年发现 了 K 介子和 介子 及以后的超子等。 (3)夸克模型 上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它们带的电荷量分别为元电荷的 23或 13， 每种夸克都有
7、对应的 反夸克 。 【思考判断】 1.人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的 ( ) 2.如果某放射性元素的原子核有 100 个 ， 经过一个半衰期后还剩 50 个 ( ) 3.原子序 数小于 83 的元素都没有放射性 ( ) 4. 射线是一种高能粒子流 ， 可以用来工业探伤 ( ) 5.原子核发生 衰变时放出一个电子 ， 说明原子核内有电子 ( ) 6.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量和能量可以相互转化 ( ) 7.核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒 ， 也遵循电荷数守恒 ( ) 8.轻核聚变须达到几百万摄氏度以上的高温 ， 自然界不存在轻核聚变 ( ) 考点一 放射性元素的衰变
8、 ( /c) 要点突破 【 精品教育资源文库 】 1. 衰变和 衰变的比较 衰变类型 衰变 衰变 衰变方程 MNX M 4N 2Y 42He MZX MZ 1Y 0 1e 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 211H 210n 42He 10n 11H 0 1e 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 2. 辐射： 辐射是伴随着 衰变和 衰变同时发生的 ， 辐射不改变原子核的电荷数和质量数。其实质是放射性原子核在发生 衰变或 衰变过程中 ， 产生 的新核由于具有过多的能量 (核处于激发态 )而辐射出光子。 3.半衰期：用 N0、 m0 分别表示衰变前的原子
9、核的数目和质量 ， N、 m 分别表示衰变后剩余的原子核的数目和质量 ， 为半衰期 ， t 表示衰变过程所经历的时间 ， 则 N N0(12) t mm0(12)t 。 典例剖析 【例 1】 在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度 ， 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 ( ) A.X 射线 B. 射线 C. 线射 D. 射线 解析 放射源发出的只有 、 、 三种射线 ， 故选项 A 错误；在 、 、 三种射线中 ，只有 射线能穿过钢板 ， 故选项 B、 C 错误 ， D 正确。 答案 D 【例 2】 238 92U 衰变为 222 86Rn 要经过 m 次 衰
10、变和 n 次 衰变 ， 则 m、 n 分别 为 ( ) A.2、 4 B.4、 2 C.4、 6 D.16、 6 解析 由质量数守恒和电荷数守恒得： 238 222 4m， 92 86 2m n， 联立解得： m 4， n 2。 【 精品教育资源文库 】 答案 B 针对训练 1.(多选 )对天然放射现象 ， 下列说法正确的是 ( ) A. 粒子带正电 ， 所以 射线一定是从原 子核中射出的 B. 粒子带负电 ， 所以 射线有可能是核外电子 C. 粒子是光子 ， 所以 射线有可能是原子发光产生的 D. 射线、 射线、 射线都是从原子核内部释放出来的 解析 粒子是由原子核中 2 个质子与 2 个
11、中子相结合产生的 ， 是氦核 ， 因原子核外只有带负电的电子 ， 所以 A 正确； 粒子是电子流 ， 是核内一个中子转化成一个电子和质子 ， 电子是从核中射出的 ， 所以 B 选项错误； 是光子 ， 是原子核从高能态跃迁到低能态时辐射出来的 ， C 错误 ， 选项 D 正确；天然 放射现象中放射出来的三种射线都是原子核内部发生衰变时释放出来的 ， 故本题正确答案为 A、 D。 答案 AD 2.碘 131 的半衰期约为 8 天 ， 若某药物含有质量为 m 的碘 131， 经过 32 天后 ， 该药物中碘131 的含量大约还有 ( ) A.m4 B.m8 C.m16 D. m32 解析 设剩余质量
12、为 m 剩 ， 则由 m 剩 m(12)t ， 得 m 剩 m(12)328 m24 m16， 选项 C 正确。 答案 C 考点二 核力与结合能 ( /c) 要点突破 1.质能方程的三个易错点 (1)质量亏损并不是质量消失 ， 只是静止质量变成了运动的质量； (2)质量亏损也不是核子个数的减少 ， 核反应中核子个数是不变的； (3)质量和能量这两个量并不可以相互转化 ， 只是这两个量在数值上有联系。 2.核能的计算方法 (1)根据爱因斯坦质能方程列式计算：即 E mc2( m 的单位： kg)。 (2)根据 1 u 相当于 931.5 MeV， 则 E m 931.5 MeV( m 的单位：
13、u， 1 u 1.660 610【 精品教育资源文库 】 27 kg)。 (3)核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律 ， 因此我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能。 典例剖析 【例 1】 (多选 )关于质能方程 ， 下列哪些说法是正确的 ( ) A.质量减少 ， 能量就会增加 ， 在一定条件下质量转化为能量 B.物体获得一定的能量 ， 它的质量也相应地增加一定值 C.物体一定有质量 ， 但不一定有能量 ， 所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系 D.某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的 解析 质能方 程 E mc2 表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的 ， 当物体获得
14、一定的能量 ， 即能量增加某一定值时 ， 它的质量也相应增加一定值 ， 并可根据 E mc2进行计算 ， 故 B、 D 正确。 答案 BD 【例 2】 已知 226 88Ra、 222 86Rn、 42He 的原子质量分别是 226.025 4 u， 222.017 5 u， 4.002 6 u。求出 226 88Ra 在 衰变 226 88Ra 222 86Rn 42He 中放出的能量 (以电子伏特为单位 )。 解析 衰变后的质量亏损为 m (226.025 4 222.017 5 4.002 6)u 0.005 3 u。因为 1 u 相当于 931.5 MeV， 因此释放的能量为 E 0.005 3931.5 MeV 4.937 0 MeV 4.937 010 6 eV。 答案 4.937 010 6 eV 针对训练 1.质子、中子和氘核的质量分别为 m1、 m2和 m3， 当一个质子和一个中子结合成氘核时 ， 释放的能量 是 (c 表示真空中的光速 )( ) A.(m1 m2 m1)c B.(m1 m2 m3)c C.(m1 m2 m3)c2 D.(m1 m2 m3)c2 解析 此核反应方程为 11H 10n 21H， 根据爱因斯坦的质能方程得 E mc2 (m1 m2
