第一节_原子核的组成

1、 人们通过什么现象或实验发现原子核是人们通过什么现象或实验发现原子核是由更小的微粒构成的？由更小的微粒构成的？ 人们认识原子人们认识原子核的结构就是核的结构就是从天然放射性从天然放射性开始的。开始的。 1896 1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质发射射线的性质称为发射射线的性质称为放射性放射性具有发射性的具有发射性的元素称为元素称为放射性元素放射性元素元素这种自发的放出元素这种自发的放出射线的现象叫做射线的现象

2、叫做天然放射现象天然放射现象一、天然放射现象一、天然放射现象 放射性不是少数几种元素才有的，研放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于究发现，原子序数大于8282的所有元素，都的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于能自发的放出射线，原子序数小于8383的元的元素，有的也具有放射性素，有的也具有放射性放大了放大了10001000倍的铀矿石倍的铀矿石 在放射性现象中放出的射线是什么东西在放射性现象中放出的射线是什么东西呢？呢？ 它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外，还有些什么性质呢？性质以外，还有些什么性质呢？ 这些射线带不带电呢？这些射线

3、带不带电呢？二、射线到底是什么二、射线到底是什么射线射线射线射线射线射线电离能力电离能力贯穿能力贯穿能力速度速度成分成分氦原子核氦原子核高速高速电子流电子流高能量高能量电磁波电磁波1/101/10光速光速接近光速接近光速光速光速弱弱较强较强很强很强很容易很容易较弱较弱更小更小阅读课文填写表格：阅读课文填写表格：放射型物质发出的射线有三种：放射型物质发出的射线有三种：三种射线三种射线 射线射线 射线射线 射线射线 射线射线 根据射线的偏转方向和磁场方向的关系可根据射线的偏转方向和磁场方向的关系可以确定，偏转较小的一束由带正电荷的粒子组以确定，偏转较小的一束由带正电荷的粒子组成，我们把它叫做成，我

4、们把它叫做射线，射线，射线由带正电的射线由带正电的粒子组成粒子组成.科学家们研究发现每个科学家们研究发现每个粒子带的正粒子带的正电荷是电子电荷的电荷是电子电荷的2倍，倍，粒子质量大约等于氦粒子质量大约等于氦原子的质量原子的质量.进一步研究表明进一步研究表明粒子就是氦原子粒子就是氦原子核核. 由于由于粒子的质量较大，所以粒子的质量较大，所以射线的穿透射线的穿透本领最小，我们用一张厚纸就能把它挡住本领最小，我们用一张厚纸就能把它挡住.射线射线 与与射线偏转方向相反的那束射线带射线偏转方向相反的那束射线带负电荷，我们把它叫做负电荷，我们把它叫做射线射线.研究发现研究发现射线由带负电的粒子（射线由带负

5、电的粒子（粒子）组成粒子）组成.进进一步研究表明一步研究表明粒子就是电子粒子就是电子. 射线的穿透本领较强，很容易穿透射线的穿透本领较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几毫米厚的铝板黑纸，还能穿透几毫米厚的铝板. 射线射线 中间不发生偏转的那束射线叫做中间不发生偏转的那束射线叫做射射线，研究表明，线，研究表明，射线的实质是一种波长射线的实质是一种波长极短的极短的电磁波电磁波，它不带电，是中性的，它不带电，是中性的. 射线的穿透本领极强，一般薄金属射线的穿透本领极强，一般薄金属板都挡不住它，它能穿透几十厘米厚的板都挡不住它，它能穿透几十厘米厚的水泥墙和几厘米厚的铅板水泥墙和几厘米厚的铅板. 三、原子核

6、的组成三、原子核的组成 放射性现象中放出的三种射线都是从放射性元素的原子核内释放出来的，这表明原子核也有内部结构. 原子核内究竟还有什么结构？ 原子核又是由什么粒子组成的呢？ 质子的发现质子的发现 1919年，卢瑟福用年，卢瑟福用粒子粒子轰击轰击氮核氮核，得到，得到了了质子质子。经过研究证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的1836倍.进一步研究表明，质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核.Kgmp27106726231. 1 同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子。出了质子。-质子是原子核的组成部

7、分。质子是原子核的组成部分。原子核是否只是由质子组成呢？原子核是否只是由质子组成呢？核的质量核的质量质子质量质子质量核的电量核的电量质子电量质子电量？ 卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认认核的质量核的质量质子质量质子质量核的电量核的电量质子电量质子电量 中子的发现中子的发现 1932年英国物理学家查德威克又发现了年英国物理学家查德威克又发现了中子中子，通过研究证明中子的质量和质子，通过研究证明中子的质量和质子的质量基本相同，但是不带电的质量基本相同，但是不

8、带电.是中性粒是中性粒子子.在对各种原子核进行的实验中，发现在对各种原子核进行的实验中，发现质子和中子是组成原子核的两种基本粒质子和中子是组成原子核的两种基本粒子子. gK101.6749286m27nXAzX表示表示元素符号元素符号Z表示表示质子数质子数A表示表示质量数质量数)2(, 4,242个中子即有质量数为个质子有表示氦原子核He)143(,235,9223592个中子即有质量数为个质子有表示铀原子核UXAz 如质子数相同，中子数不如质子数相同，中子数不同，（质量数当然不同），同，（质量数当然不同），则互为同位素。则互为同位素。)(11氢H)(21重氢H)(31氚H原子核的组成1142

9、235 92AZ质子中子核子质子数核外电荷数原子序数质量数核子数中子+质子同位素12原子核的组成 氢原子核(H)最简单，它就是一个质子，核外有一个电子绕着它转； 氦原子核(He)是由2个质子和2个中子组成的，核外有2个电子绕着它转； 锂原子核(Li)是由3个质子和4个中子组成的，核外有3个电子分两层绕着它转； 铍原子核(Be)由4个质子和5个中子组成，核外有4个电子分两层绕着它转； 原子核的组成 各种原子核内质子的个数（核的电荷数）和核外电子的个数都相同，它也等于该种元素在元素周期表中的原子序数； 原子核内质子和中子的总数叫做核的质量数，它等于该元素原子量的整数部分. 在某种核反应中，一个中子

10、变成一个电子和一个质子.这就是原子核内没有电子，又会放出电子，产生射线的原因.氘和氚是氢的同位素，关于氢、氘、氚的原子，氘和氚是氢的同位素，关于氢、氘、氚的原子，下列说法哪个正确？下列说法哪个正确？（1）具有相同的质子数、相同的中子数、相同）具有相同的质子数、相同的中子数、相同的电子数；的电子数；（2）具有不同的质子数、相同的中子数、相同）具有不同的质子数、相同的中子数、相同的电子数；的电子数；（3）具有相同的质子数、不同的中子数、相同）具有相同的质子数、不同的中子数、相同的电子数；的电子数；（4）具有相同的质子数、相同的中子数、不同）具有相同的质子数、相同的中子数、不同的电子数的电子数 天然

11、放射性元素：天然放射性元素：能够自发地能够自发地放出射线的元素放出射线的元素。 原子序数原子序数大于大于83的所有元素，都的所有元素，都具有放射性；原子序数具有放射性；原子序数小于小于83的的元素，元素，有的也具有有的也具有放射性。放射性。铅盒铅盒放放射射源源照相底片照相底片带正电不带电带负电He42eo1 氦核流氦核流 电子流电子流高频电磁波高频电磁波（光子流）（光子流） +2e -e不带电不带电 最强最强 较强较强 最弱最弱 最弱最弱 较强较强 最强最强三种射线性质三种射线性质 0.1c 0.9c c原子核的组成原子核的组成 1919年年，卢瑟福卢瑟福用用粒子轰粒子轰击击氮核氮核时，发现了

12、时，发现了质子质子。卢瑟福卢瑟福（18711937）核反应方程式HOHeN1117842147：放射性物质：容器：阀门：放射性物质：容器：阀门：铝箔：荧光屏：显微镜：铝箔：荧光屏：显微镜氮气氮气FA质子的发现质子的发现第一次实现原第一次实现原子核的人工转子核的人工转变变查得威克查得威克（18561940）钋钋o铍铍石蜡石蜡不可见粒子不可见粒子不可见粒子不可见粒子不可见粒子不可见粒子质子质子质子质子质子质子粒子粒子粒子轰击铍产生的不可见粒子是什么？粒子轰击铍产生的不可见粒子是什么？核反应方程式nCHeBe101264294 1定义：我们把一种元素经放射过程变成另定义：我们把一种元素经放射过程变成

13、另一种元素的现象，称为一种元素的现象，称为原子核的衰变原子核的衰变。一、原子核的衰变一、原子核的衰变放出放出射线的衰变叫射线的衰变叫衰变衰变放出放出射线的衰变叫射线的衰变叫衰变衰变放出放出射线的衰变叫射线的衰变叫衰变衰变 衰变衰变伴随着伴随着衰变或衰变或衰变衰变。HeThU4223490238922衰变方程衰变衰变衰变衰变HeYXAZAZ4242eYXAZAZ011衰变规律：衰变规律：质量数和电荷数守恒质量数和电荷数守恒二、核反应方程卢瑟福用卢瑟福用粒子轰击氮核发现质子粒子轰击氮核发现质子查得威克查得威克粒子轰击铍核发现中子粒子轰击铍核发现中子HOHeN1117842147nCHeBe1012

14、64294核反应规律：1质量数和电荷数守恒质量数和电荷数守恒2能量守恒能量守恒2个衰期3个衰期1个衰期TttNN210Tttmm210Tt021 nnt三、三、例例1下列核反应方程中正确的是下列核反应方程中正确的是 （ ）B 例例2粒子粒子轰击轰击硼硼10生成生成氮氮13和和X粒子；粒子；氮氮13具有放射性，放出具有放射性，放出Y粒子粒子并生成并生成碳碳13，则则X粒子和粒子和Y粒子分别是粒子分别是 A质子和中子质子和中子 B质子和电子质子和电子 C中子和电子中子和电子 D中子和正电子中子和正电子 写出核反应方程写出核反应方程 例例3（ 2007上海卷）上海卷） 衰变为衰变为 要经过要经过m次

15、次 衰变和衰变和n次次 衰变，则衰变，则m，n分别为分别为 （A）2，4 （B）4，2 （C）4，6 （D）16，6U23892BRn22286例例4下列说法正确的是下列说法正确的是 （ ）A. 射线与射线与射线都是电磁波射线都是电磁波B. 射线为原子的核外电子电离后形成的电子流射线为原子的核外电子电离后形成的电子流用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能 改变原子核衰变的半衰期改变原子核衰变的半衰期D.原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于 原核的质量原核的质量C课堂练习题课堂练习题 1.关于关于射线射线,

16、射线射线,射线射线,下列说法正确的是下列说法正确的是:A射线是十分之一光速的氦核射线是十分之一光速的氦核,不带电不带电射线是高速电子流射线是高速电子流,穿透能力最强穿透能力最强射线是射线是衰变或衰变或衰变产生的新核辐射出来的衰变产生的新核辐射出来的射线是波长极短的电磁波射线是波长极短的电磁波,电离作用最弱电离作用最弱 2.铋铋210半衰期是半衰期是5天天,100克的铋克的铋210经过经过15天后天后,发生了衰变的有发生了衰变的有 A. 12.5克克 B. 25克克 C. 50克克 D. 87.5克克3. 关于放射元素放出关于放射元素放出、 三种射线的说法中正三种射线的说法中正确的是（确的是（

17、） A. 原子核每放出一个原子核每放出一个粒子，就减少两个质子和粒子，就减少两个质子和两个中子。两个中子。 B. 原子核每放出一个原子核每放出一个粒子，就增加一个质子，粒子，就增加一个质子，减少一个中子。减少一个中子。 C. 原子核每放出一个原子核每放出一个粒子，就增加一个中子，粒子，就增加一个中子，减少一个质子。减少一个质子。 D. 原子核在放出原子核在放出射线、射线、射线的同时，常伴随着射线的同时，常伴随着放出放出射线。射线。答案答案ABD课堂练习题课堂练习题 4粒子轰击硼粒子轰击硼10生成氮生成氮13和和X粒子；粒子；氮氮13具有放射性，放出具有放射性，放出Y粒子并生成碳粒子并生成碳13

18、，则则X粒子和粒子和Y粒子分别是粒子分别是 A质子和中子质子和中子 B质子和电子质子和电子 C中子和电子中子和电子 D中子和正电子中子和正电子 5矿石中含有矿石中含有A，B两种放射性元素，已知两种放射性元素，已知A元素的半衰期为元素的半衰期为10天。天。B元素的半衰期为元素的半衰期为30天，经过天，经过60天后，两种放射性元素的质量恰天后，两种放射性元素的质量恰好相等，则矿石中好相等，则矿石中A，B两种元素原来的质量两种元素原来的质量之比是之比是 A 16：1 B 8：1 C 4：1 D 2：1 7某原子核的衰变过程如下（符号某原子核的衰变过程如下（符号 表示表示放射一个放射一个 粒子，粒子，

19、 表示放射一个表示放射一个 粒子）：粒子）：A B C则可知则可知 ( )A. 核核A的中子数减核的中子数减核C的中子数等于的中子数等于2B . 核核 A的质量数减核的质量数减核C的质量数等于的质量数等于5C. 原子核为原子核为A的中性原子中的电子数比原子的中性原子中的电子数比原子核为核为B的中性原子的电子数多的中性原子的电子数多1D . 核核C的质子数比核的质子数比核A的质子数少的质子数少1D同位素与放射性同位素同位素与放射性同位素 具有相同的质子数和不同的中子数的原子互具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称称同位素同位素 具有放射性的同位素叫做具有放射性的同位素叫做放射性同位素放射性同位

20、素 天然放射性同位素只不过天然放射性同位素只不过40几种，而今天人几种，而今天人工制造的放射性同位素已达工制造的放射性同位素已达1000多种，每种多种，每种元素都有了放射性同位素放射性同位素在元素都有了放射性同位素放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用面得到了广泛的应用 优点：与天然放射性物质相比，人工放射优点：与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的放射强度容易控制，还可以制性同位素的放射强度容易控制，还可以制成各种所需要的形状。特别是，它的半衰成各种所需要的形状。特别是，它的半衰期比天然放射性物质短很多，因此放射性期比天

21、然放射性物质短很多，因此放射性废料容易处理。由于这些优点，凡是用到废料容易处理。由于这些优点，凡是用到射线时，现在用的都是人工放射性同位素，射线时，现在用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物质。而不用天然放射性物质。正电子的发现正电子的发现nPHeAl103015422713约里奥居里伊丽芙伊丽芙居里居里放射性同位素的应用利用它的射线做为示踪原子射线探伤、消除静电、食物射线探伤、消除静电、食物保鲜、保鲜、培育新品种、消毒灭菌、放培育新品种、消毒灭菌、放射疗法射疗法检查输油管道漏油、作物施肥、检查输油管道漏油、作物施肥、药物剂量、生物科学（牛胰岛药物剂量、生物科学（牛胰岛素）素） 1、利用

22、、利用射线的贯穿本领，来检查金属内部有没射线的贯穿本领，来检查金属内部有没有砂眼和裂纹，这叫有砂眼和裂纹，这叫射线探伤。射线探伤。 2、利用射线的电离作用，放射线能使空气电离，、利用射线的电离作用，放射线能使空气电离，从而可以消除静电积累防止静电产生的危害。从而可以消除静电积累防止静电产生的危害。 3、利用、利用射线对生物组织的物理、化学效应使种射线对生物组织的物理、化学效应使种子发生变异，培育优良品种子发生变异，培育优良品种 4、利用放射线的能量，轰击原子核实现原子核、利用放射线的能量，轰击原子核实现原子核人工转变。人工转变。 5、在医疗上，常用以控制病变组织的扩大、在医疗上，常用以控制病变

23、组织的扩大利用它放出的射线利用它放出的射线作为示踪原子 把放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动，迁移，再用放射性探测仪器时行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了。1、在工业上可用示踪原子检查地下输油管道的漏洞情、在工业上可用示踪原子检查地下输油管道的漏洞情况况2、在农业生产中，可用于确定植物在生长过程中所需、在农业生产中，可用于确定植物在生长过程中所需的肥料和合适的施肥时间的肥料和合适的施肥时间3、在医学上，可用于帮助确定肿瘤的部位和范围、在医学上，可用于帮助确定肿瘤的部位和范围 放射性污染 过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。 1945年美

24、国向日本的广岛和长崎投了两枚原子弹，年美国向日本的广岛和长崎投了两枚原子弹，当日炸死了十多万人，另有无数的平民受到辐射当日炸死了十多万人，另有无数的平民受到辐射后患有各种疾病，使无辜的平民痛不欲生后患有各种疾病，使无辜的平民痛不欲生。1987年前苏联切尔诺贝得核电站的泄露造成了大量年前苏联切尔诺贝得核电站的泄露造成了大量人员的伤亡至今大片领土是生物活动的禁区人员的伤亡至今大片领土是生物活动的禁区美国在近几年的两次地区冲突中大量使用了含有美国在近几年的两次地区冲突中大量使用了含有放射性的贫铀弹，使许多人患有莫名其妙的疾病放射性的贫铀弹，使许多人患有莫名其妙的疾病。核力及其性质核力及其性质使核子结

25、合在一起的使核子结合在一起的强相互作用（引力）强相互作用（引力）核子以什么力结合核子以什么力结合成原子核成原子核中子中子质质子子核力存在于质子之间、中核力存在于质子之间、中子之间及中子与质子之间，子之间及中子与质子之间，即核子之间。即核子之间。核力是只在核力是只在1.51015米米距离内起作用的短程强相互距离内起作用的短程强相互作用力。由于核子的大小约作用力。由于核子的大小约为为0.81015米，故只有相邻米，故只有相邻的核子之间才有核力作用。的核子之间才有核力作用。核力的本质仍在研究中。核力的本质仍在研究中。原子核示意图原子核示意图重核和轻核重核和轻核 排在元素周期表比较靠后的元素对应的原排

26、在元素周期表比较靠后的元素对应的原子核叫子核叫重核重核；排在比较靠前的叫；排在比较靠前的叫轻核轻核。 排在排在83号铋之后的原子核都不稳定，它们号铋之后的原子核都不稳定，它们自动分解或衰变成更轻的原子核；排在自动分解或衰变成更轻的原子核；排在92号元素铀之后的原子核十分不稳定，无法号元素铀之后的原子核十分不稳定，无法在自然状态下存在。在自然状态下存在。结合能结合能nHH101121用高能量的用高能量的光子照射氘核，可以使它分解光子照射氘核，可以使它分解为质子和中子，这时的核反应方程为为质子和中子，这时的核反应方程为当光子的能量小于当光子的能量小于2.22MeV时，这个核反应并时，这个核反应并不

27、发生，只有当光子的能量大于或等于不发生，只有当光子的能量大于或等于2.22MeV时，这个核反应才会发生；反过来，时，这个核反应才会发生；反过来，一个质子和一个中子结合成氘核，要放出一个质子和一个中子结合成氘核，要放出2.22MeV的能量，这个能量以的能量，这个能量以光子的形式释光子的形式释放出去。放出去。结合能结合能HHn211110可见，当核子结合成原子核时要放出一可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量这个能量叫做原子核收同样的能量这个能量叫做原子核的的结合能结合能平均结合能平均结合能 原子核的结合能与核子数之比原子核的

28、结合能与核子数之比称为该原子核的平均结合能。称为该原子核的平均结合能。 平均结合能越大，核越稳定。平均结合能越大，核越稳定。爱因斯坦爱因斯坦（18791955） 爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦质能方程：爱因斯坦质能方程： E=mcE=mc2 2 E=E=mcmc2 2反应后反应前mmm质量亏损：质量亏损：1 1原子质量单位原子质量单位u u相当于相当于_Mev_Mev的能量。即的能量。即 1uc1uc2 2= 931= 9315Mev5Mev9319315 5中子的质量中子的质量 =1.008 665 u =1.008 665 u 质子的质量质子的质量 =1.007 276 u=1.007 276

29、u中子和质子的质量和中子和质子的质量和 =2.015 941 u =2.015 941 u 氘核的质量氘核的质量 =2.013 553 u=2.013 553 u质量差质量差 =0.002 388 u=0.002 388 u在上面的计算里，在上面的计算里，u u表示原子质量单位，表示原子质量单位，1u=1.6605661010-27-27kgkg)MeV22. 2E(HHn211110 例如例如:有关问题的理解和注意事项有关问题的理解和注意事项第一第一.核反应过程中核反应过程中: 核子结合成原子核时核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质新核质量小于核子的质量量(质量亏损质量亏损),同时以同时

30、以 光子形式释放核能光子形式释放核能; 原子核分解为核子时原子核分解为核子时,需要吸收一定能量需要吸收一定能量,核子核子的总质量大于原原子核的质量的总质量大于原原子核的质量.第二第二.核反应过程中核反应过程中,质量亏损时质量亏损时,核子个数不亏损核子个数不亏损(即质即质量数守恒量数守恒),可理解为组成原子核后可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛核内每个核子仿佛“瘦了瘦了”一些一些.第三第三.质量亏损并非质量消失质量亏损并非质量消失,而是减少的质量而是减少的质量 m以能以能量形式辐射量形式辐射(动质量动质量),因此质量守恒定律不被破坏因此质量守恒定律不被破坏.第四第四.公式公式 E=E= mm

31、c c2 2 的单位的单位问题问题国际单位国际单位: m用用“kg” C用用“m/s” E E用用“ “J J”常用单位常用单位: m用用“u(原子质量单位原子质量单位)” 1u=1.66056610-27kg E E用用“ “ucuc2 2” 1uc 1uc2 2=931.5MeV =931.5MeV ( (表示表示1u 1u 的质量变化相当于的质量变化相当于931.5Me V931.5Me V的能量改变的能量改变) )第五第五.核反应中释放或吸收的能量比化学反应核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放或吸收的能量大好几个数量级中释放或吸收的能量大好几个数量级. 例：例：指出下列核反应中的错

32、误并更正：指出下列核反应中的错误并更正：（1） N + = O + O + 质子质子（2 2） C + He O + H C + He O + H（3 3） Be + He Be + He C + （4） H + n H + H + 14717714742178119442136110112课堂练习课堂练习:(1)试证明，试证明，1原子质量单位原子质量单位u相当于相当于931.50 MeV的能量的能量1u=1.6606-27kg，光速，光速c=2.9979108m/s，1eV=1.602210-19J (2)碳原子的质量是碳原子的质量是12.000 000 u12.000 000 u，可以看做

33、是由，可以看做是由6 6个氢原子个氢原子( (质量是质量是1.007 825u)1.007 825u)和和6 6个中子个中子(1.008665u)(1.008665u)组成的求核子结合成碳原子核时组成的求核子结合成碳原子核时释放的能量释放的能量( (在计算中可以用碳原子的质量代在计算中可以用碳原子的质量代替碳原子核的质量，用氢原子的质量代替质子的替碳原子核的质量，用氢原子的质量代替质子的质量，因为电子的质量可以在相减过程中消去质量，因为电子的质量可以在相减过程中消去) )出出多多少少能能量量？并并求求出出衰衰变变过过程程中中释释放放）。写写出出核核反反应应方方程程，的的原原子子量量为为（粒粒子

34、子）时时，释释放放出出（原原子子量量为为）衰衰变变为为（原原子子量量为为0026. 4He0287.228Th0372.232U. 3422289023592 19.5 核力与结合能核力与结合能人教版选修人教版选修35一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用20世纪初，人们知道自然界存在和这两种基本相互作用，你能算出相同的距离上，两质子间的质子间的电磁力是万有引力的1035倍这种作用力有哪些特点？人们对这种相互作用的认识还有哪些有待完善？ 原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的。 猜想：有第三种力-核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。一、核

35、力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用人们对这种相互作用的认识还有哪些有待完善？2. 核力是核力是短程力短程力。约在。约在 10-15m量级时起作用，距离大于量级时起作用，距离大于0.810-15m时为时为引力引力, 距离为距离为1.510-15m时核力几乎消失，距时核力几乎消失，距离小于离小于0.810-15m时为时为斥力斥力，因此核子不会融合在一起。，因此核子不会融合在一起。1. 核力是四种相互作用中的核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）强相互作用（强力）的一种表的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。3. 核力具有核力具有饱和性

36、饱和性。每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，。每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称之为核力的饱和性。这种性质称之为核力的饱和性。 特特 点点4. 核力具有核力具有电荷无关性电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。（见书本子电荷无关。（见书本P79图）图）小于0.810-15m时核力的变化规律还不清楚。一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用 弱相互作用是引起原子核发生衰变的原因,即引起中子质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10-18m，作用强度比电磁力弱。 1.1.万有引力：万有引力：引力主要在宏观和宇

37、宙尺度上引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。宙的现状和未来。四四种种相相互互作作用用3.3.强相互作用：强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。在原子核内，强力将核子束缚在一起。2.2.电磁力：电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子，使在原子核外，电磁力使电子结合成分子，使分子结合成液体与固体。分子结合成液体与固体。电磁力和万有引力都是电磁力和万有引力都是“长程力长程力”，即它们可以作用到，即它们可以作用到无限远的距离，当然距离越远，力就越小无限远的距离，当

38、然距离越远，力就越小4.4.弱相互作用：弱相互作用：弱相互作用是引起原子核弱相互作用是引起原子核衰变的原因，衰变的原因，即引起中子质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，即引起中子质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为其力程比强力更短，为10101818m m，作用强度则比电磁力小。，作用强度则比电磁力小。 物理学有一条理论：叫做简单才是美。能否将这四条理论物理学有一条理论：叫做简单才是美。能否将这四条理论统一起来呢？统一起来呢？一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用典例探究典例探究例1（A级）.从以下几个方面

39、比较核反应与化学反应的相同和不同之处（1）它们分别涉及四种基本相互作用的哪一种？（2）每种反应分别改变了或重新安排了什么？二、原子核中质子和中子的比例二、原子核中质子和中子的比例 轻核（原子序数小于20）的质子数和中子数大致相等；对轻核而言，核子数量相对较小，核子间距处于核力作用范围之内，由于核力远大于电磁力，即使质子和中子成对出现，强大的核力也可以将核子紧紧地束缚在原子核的范围之内，形成稳定的原子核。二、原子核中质子和中子的比例二、原子核中质子和中子的比例 重核（原子序数大于20）的质子数小于中子数；对于重核而言，核子数量大，核子间距也大，由于核力的饱和性，核力会因为核子间距的变大而大幅度减

40、小，甚至小于电磁力。如果质子和中子再成对出现，原子核不稳定；如果只增加中子，由于中子之间不存在库仑力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以重核内中子数会明显大于质子数。二、原子核中质子和中子的比例二、原子核中质子和中子的比例 不能；由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果我们我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。三、结合能三、结合能宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能最后撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价失去了

41、一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们这份能量。 微观模型：原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。 类比分析：要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离，需要通过碰撞、施加电场、赋予光子等某种途径让它得到13.6eV 的能量。这个能量实际上就是电子与氢原子核的结合能，不过通常把它叫做氢原子的电离能，而结合能一词只用在原子核中 三、结合能三、结合能 当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量。这个能量叫做原子核的结合能。 结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。 组成原子核的核子

42、数，组成原子核的核子数越多，结合能越大。 结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。因为比结合能越大，将每个核子分开所需的能量越大。三、结合能三、结合能四、质量亏损四、质量亏损 爱因斯坦的质能方程：Emc2， 能量减小E=mc2四、质量亏损四、质量亏损质量减小量: m=( mp+ mn)- mD=0.003910-27kg；能量减小量: E=m c2=3.5110-13J=2.19106eV；结合能:E=m c2=2.19MeV；比结合能为:E/n=E/2=1.10MeV 。四、质量亏损四、质量亏损 没有违反能量守恒定律；减小的

43、这部分能量以光子释放出去。 没有违反质量守恒定律；减小的那部分质量等于光子的动质量。四、质量亏损四、质量亏损 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象称为质量亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。 中等大小的核最稳定，因为这些核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大）。四、质量亏损四、质量亏损 使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等质量的核； 因为使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，即核子将发生新的质量亏损，释放新的核能。OZABCDEFFe核子平均质量典例探究典例探究四、质量亏损四、质量亏损 反应后氘核的

44、质量一定小于反应前质子和反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量和中子的质量和 反应前后质量数不变，因而质量不变反应前后质量数不变，因而质量不变 核子结合成核时，一定释放核能核子结合成核时，一定释放核能 光子具有的能量为光子具有的能量为2mcm例例2（B级）级）.中子和质子结合成氘核，同时释放中子和质子结合成氘核，同时释放光子，核反应方程是光子，核反应方程是 ,下列说下列说法正确的是（法正确的是（ ）为核反应中的质量亏损为核反应中的质量亏损102111HH+n ACD 典例探究典例探究四、质量亏损四、质量亏损例3(B级). 碳原子质量的1/12叫做原子质量单位，用u表示。试证明1u相当于

45、931MeV。证明： 碳原子的摩尔质量为M=12g/mol，所以一个碳原子质量为m=M/NA=1.99310-26kg 所以1u=m/12=M/12NA=1.660610-27kg 代入公式E=mc2得： E=1.492410-10J=931MeV 得证nHHHHn101121211110当核子结合成原子核时要放出一定能量（当核子结合成原子核时要放出一定能量（2.22Mev)；原子核分解成核子时，吸收同样的能量原子核分解成核子时，吸收同样的能量（2.22Mev) 这个能量这个能量叫做原子核的叫做原子核的结合能结合能一、结合能一、结合能平均结合能平均结合能：结合能与核子数之比，称做为：结合能与核

46、子数之比，称做为平均结合能。也叫平均结合能。也叫比结合能比结合能。平均结合能平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。越牢固，原子核越稳定。二、核能计算二、核能计算核子核子在在结合成原子核结合成原子核时出现的时出现的质量亏损质量亏损 mm，正表明它们在互相结合过程中正表明它们在互相结合过程中放出了能量放出了能量 E=E= mmc c2 2后前mmm三、如何释放核能三、如何释放核能三、如何释放核能三、如何释放核能 一、重核裂变与链式反应一、重核裂变与链式反应1938年年 底，德国物理学家哈恩与斯底，德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发特

47、拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现现 了铀核的裂变，向核能的利用迈了铀核的裂变，向核能的利用迈出了第一步出了第一步重核裂变重核裂变：使：使重核重核分裂成中等分裂成中等质量的原子核的核反应叫做质量的原子核的核反应叫做重核的裂变重核的裂变重核裂变重核裂变由裂变生成的中子使裂变一代接由裂变生成的中子使裂变一代接一代继续下去的过程，一代继续下去的过程，叫做核的链式反应。叫做核的链式反应。原子弹原子弹根据根据核裂变的原理制核裂变的原理制成。属于不可控成。属于不可控制的链式反应的制的链式反应的结果！结果！ n3KrBanU109236141561023592铀核裂变（核反应方程）铀核裂变（核反应方程） （1）

48、铀块的体积大于临界体积）铀块的体积大于临界体积。原子核的体积小，原子内部空隙很大，原子核的体积小，原子内部空隙很大，如果铀块不够大，中子在铀块中通过时，如果铀块不够大，中子在铀块中通过时，就有可能碰就有可能碰 不到铀核而跑到铀块外面去，不能不到铀核而跑到铀块外面去，不能发生链式反应。发生链式反应。通常把裂变物质能够发生链式反应的通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量质量叫做临界质量 （2）有足够浓度的铀）有足够浓度的铀235 （3）有足够数量的慢中子）有足够数量的慢中子中子速度不能太快，否则铀核不能中子速度不能太快，否则铀核不能捉住它，不能发生裂变。实验表明，捉住它，不能发生裂变。实验表明，速度与热运动速度相当的中子最适速度与热运动速度相当的中子最