原子核知识点和练习

1、、历史人物及相关成就1. 汤姆生：发现电子，并提出原子枣糕模型 说明原子可再分2. 卢瑟福： 粒子散射实验说明原子的核式结构模型。发现质子3. 查德威克：发现中子4. 约里奥. 居里夫妇：发现正电子5. 贝克勒尔：发现天然放射现象说明原子核可再分6. 爱因斯坦：质能方程 E mc2 ， E mc27. 玻尔：提出玻尔原子模型，解释氢原子线状光谱8. 密立根：油滴实验测量出电子的电荷量 、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238 234 492 U 90Th 2He衰变自发234 234 090Th 91Pa 1e人工转变人工控制174N 24He 187o 11H 卢瑟福发现

2、质子49Be 24He 162C 01n 查德威克发现中子1273 A l 24He 1350P 01n 约里奥. 居里夫妇1350P 1340Si 10e发现放射性同位素， 同时发现正电子重核裂变比较容易进行人工控制29325U 01n 14546Ba 3869Kr 301n29325U 01n 15346Xe 3980Sr 1001n轻核聚变除氢弹外无 法控制12H 13H 24He 01n1、核反应过程一般都是不可逆的， 所以核反应方程只能用单箭头表示反应方向， 不能用等号连接。1. 核反应的生成物一定要以实验事实为基础， 不能凭空只依据两个守恒定律杜撰出生成物来写出核反应方程2. 核反

3、应遵循质量数守恒而不是质量守恒，遵循电荷数守恒 、三种射线比较种类射线(24He)射线( 01e)射线速度0.1c0.99cC在电磁场中偏转与 a 射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱，用纸能挡住较强，穿透几毫米的铝板最强，穿透几厘米的铅板对空气的电 离作用很强较弱很弱在空气中的 径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光产生机制核内两个中子和两 个质子结合的比较 紧密，有时会作为一 个整体从较大的原 子核抛射出来核内的中子可以转 化为一个质子和一 个电子，产生的电子 从核内发射出来放射性原子核在发 生两种衰变后产生 得新核往往处于高 能级，当它向低能 级跃迁时，辐射 r 光子1、半衰期：

4、表示原子衰变一半所用时间；2、半衰期由原子核内部本身的因素据顶，跟原子所处的物理状态（如压强、温度 ）或化学状态（如单质、化合物）无关；3、半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测，对个别或 极少数原子核，无半衰期而言；4、放射性同位素的应用： （1）工业、摊上、农业、医疗等（ 2）作为示踪原子。三、原子结构1、原子的核式结构模型（1）粒子散射实验结果：绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数 粒子发生了较大偏转，极少数 粒子甚 至被反弹回来。（2）原子的核式结构模型： 在原子中心有一个很小的原子核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电 的电子

5、在核外空间绕核旋转。（3）原子核的尺度：原子核直径的数量级为 10-15m，原子直径的数量级约为 10-10m。（4）原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。2、玻尔原子模型原子处于最低（ 1）原子只能处于一系列能量不连续的状态中， 具有确定能量的未定状态叫定态 能级的状态叫基态，其他的状态叫激发态。（2）频率条件：c高能 m到低能 m态：辐射光子 hv Em En h c（ 3）原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道。五、氢原子光谱波长公式1)氢原子的能级公式：En12 E1 (n 1,2,3.) 其中 E1=-3.6ev n2)氢原子的半径公式：2 r

6、n nr1(n 1,2,3.) ,其中 r1=0.533）注意：×10-10m氢原子能级图：n5432E/eV 0 -0.54 -0.85 -1.51-3.40-13.61图31、氢原子光谱的实验规律 巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其A、原子跃迁条件： hv Em En ，只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情 况。对于光子和原子作用而使原子电离时， 只要入射光的能量 E 13.6eV ，原子就能吸收， 对于实物粒子与原子作用使原子激发时，粒子能量大于或等于能级差即可。B、原子跃迁发出的光谱线条数 N Cn2 n（n2 1） ，是一群氢原子，而不是一个，因为某一个 氢

7、原子有固定的跃迁路径。六、核力与核能1、核力：原子核内核子间存在的相互作用力2、特点：强相互作用、短程力，作用范围 1.5 ×10-15m之内3、核能（1）质能方程：一定的能量和一定的质量相联系， 物体的总能量和他的质量成正比。 即 E mc 2 含义：物体具有的能量与他的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增 大，物体的能量减小，质量也减小。（2）核子在结合成核子时出现质量亏损 m，吸收的能量也要相应减小。 E mc2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，吸收能量 E mc 24、重核的裂变与轻核的聚变（1）重核的裂变 所谓重核即为质量数很大的原子核

8、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过程叫重核的裂变。 在裂变的同时， 还会放出几个中子和大量能量， 产生的中子可使裂变反应不断地进行下去， 这种反应叫链式反应。 核反应堆的构造：A. 核燃料用铀棒； B减速剂用石墨、重水或普通水； C控制棒用镉做成 （镉吸收中子的能力很强） ；D冷却剂用水或液态钠（把反应堆内的热量传递出去）（2）轻核的聚变所谓轻核是指质量数很小的原子核，如氢核、氘核等 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聚变， 同时放出大量的能量 经核聚变只能发生在超高温（需要几百万度高温）条件下，故轻核聚变也叫做热核反应聚变反应比裂变反应平均每个核子

9、放出的能量大约要大 3-4 倍。例题分析例 1 ： 完成下列核反应方程，指出核反应的类型：（1） 150Be 24He173 N 01n（人工转变）（2） 29328U29304C 24He（衰变）（3） 29325U 01n15368 Ba 3965Kr 301n（裂变）（4）37 Li 11H224He（聚变）例 2：18.静止的镭 226（ 28286 Ra）发生衰变，生成氡 222（ 28262 Rn），如果衰变中放出的能量都转化为 粒子和氧核的动能（1）写出衰变方程；（2）求粒子与氡核的动能之比；画出轨迹示意图， 并计算轨道半径（3）若粒子与氡核的运动方向与匀强磁场的方向垂直， 之比

10、解：（ 1）衰变方程为： 28286 Ra 28262 Rn+ 24 He2）衰变时动量守恒： m vmRnvRn 0得：vmRnvRnm因为：mRn1113）因为它们在匀强磁场中的运动方向与磁场方向垂直，所以轨道半径R mv qB2mEk 12mv2， 所以： EEkkRn但衰变时射出的 粒子与反冲核 （Rn） 都带正电荷，且动量大小相等，则它们在匀强磁场做圆 周运动的轨迹是一对外切圆，轨道半径和粒子电量成反比：RqRnRRnq431针对练习一、多选题1.对卢瑟福的 粒子散射实验现象的分析表明了（）A.B.C.D. 原子核只占原子体积的极小部分2. 图中 P 为放在匀强电场中的天然放射源，其

11、放出的射线在电场的作用下分成a、b、c 三束，以下判断正确的是（ ）A.a 为射线、b为C.b 为射线、c 为B. a为射线、b 为D.b为射线、c 为射线3. 原子核 A经过一次衰变和一次 A C，则（）A. 核 A的中子数减核 C的中子数等于 2B. 核 A的质量数减核 C的质量数等于 5C. 原子核为 A 的中性原子中的电子数比原子核为 B的中性原子中的电子数多 1D. 核 C的质子数比核 A 的质子数少 14. 新发现的一种放射性元素 X，它的氧化物 2的半衰期为 8 d ，2与 F2能发生如下反应： 2 2 2F24XF 2，XF（ ）A. 2 d B.4 d C.8 d D.16

12、d5. 如图所示是“原子核人工转变”实验装置示意图，其中 A是粒子放射源， F是铝箔， S是荧光 屏，在容器中充入氮气后，屏 S 上出现闪光，该闪光是（）A. B. 粒子从 FC. D. 放射性物质放出的 射线射到屏上产生的6. 一个质子以 1.0 ×107 m/s 的速度撞入一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变为硅原子核， 已知铝原子核的质量是质子的 27 倍，硅原子核的质量是质子的 28 倍，则下列判断中正确的是 （）A.核反应方程为 1237 Al+ 11 H 1248 SiB.核反应方程为 1237 Al+ 10 n 1248 Si+ 10eC. 硅原子核速度的数量级为 1

13、07 m/s, 方向跟质子的初速度D. 硅原子核速度的数量级为 105 m/s, 方向跟质子的初速度方向一致7. 关于核力，下列说法中正确的有（ ）A.B.C.D. 原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用8. 一个中子和一个质子相结合生成一个氘核，若它们的质量分别是m1、m2、m3，则（）A. 由于反应前后质量数不变，所以 m1m2=m3B. 由于反应时释放出了能量，所以 m1m2>m3C. 由于反应在高温高压下进行从而吸收能量，所以 m1m2< m32D. 反应时产生了频率为 （m1 m2 m3）c 的光子，式中 c 是光速， h是普朗克常量 h二、填空题。9.29304Th

14、 23941 Pa +.29304Th衰变为29314 Pa的半衰期是 1.2 min ，则 64 g 29304Th经过6 min 还有 g尚未衰变.10. 原子核 A经过若干次衰变后变成原子核 B，已知 B核的中子数比 A核少 m， B核的质子数比 A 核少 n，则此衰变过程中共有 次衰变， 次衰变.三、计算题。11、氢原子的核外电子质量为 m，电量为 e，在离核最近的轨道上运动，轨道半径为 r 1 （1）电子运动的动能 Ek 是多少？ （2）电子绕核转动的频率 f 是多少？（3）氢原子核在电子轨道处产生的电场强度 E 为多大？12、铀核（ 23952 U）裂变生成钡（ 14516 Ba）

15、和氪（ 3962 r ），已知29325 U、 14516 Ba、 3962 r 和中子的质量分别是 235.0439 ， 140.9139u ，91.8973u 和 1.0087u.（1） 写出铀裂变反应方程，并计算一个铀 235（2） 我国秦山核电站功率为 3×105 kW，假设铀 235能够完全裂变，其中一半的核能转化为电 能，以上述裂变反应来估算电站一年消耗多少铀 235?13、云室处在磁感应强度为 B的匀强磁场中， 一静止质量为 M的原子核在云室中发生一次 衰变， 粒子的质量为 m，电量为 q，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内， 现测得 粒子运动轨道半径为 R，试求衰变过程中

16、质量亏损 . （涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计）15、太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子的 11H、 24 He等原子核组成，维持太阳辐 射的是它内部的核聚变反应， 核反应方程是 2e411H 24 He释放的核能， 这些核能最后转化为辐 射能，根据目前关于恒星演化的理论， 若由于聚变反应而使太阳中的 11H核数目从现有数减少 10%， 太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段， 为了简化， 假定目前太阳全部由电子和 11H核组 成.(1) 为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量 M，已知地球半径 R=6.4×106 m，地球质 量 m=6.0 × 10

17、24 kg，月地中心的距离 r =1.5 ×1011 m，地球表面处的重力加速度 g= 10m/s2，1 年约为 3.2 × 107 s ，试估算目前太阳的质量 M.(2) 已知质量 mp=1.6726×10 kg，24 He质量 m =6.6458 ×10 kg，电子质量 me=0.9 ×10 kg， 光速 c=3×108 m/s. 求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能 .(3) 又知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能 W=1.35 × 10 3 J/m2. 试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命 .( 估算结果只要求一位有效数字 )四、课堂小结。1、知道三种射线，及其质量电量的区别