第十九章 原子核

1、第十九章 原子核 1 1 原子核的组成原子核的组成 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？ 人们认识原子核人们认识原子核的结构就是从天的结构就是从天然放射性开始的。然放射性开始的。1.1.放射性和放射性元素放射性和放射性元素: : 18961896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀年，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，这种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，射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质发物质发射射线的性质称为射射线的性质称为放射性放射性具有发射性的元具有发射

2、性的元素称为素称为放射性元素放射性元素一、天然放射现象一、天然放射现象钡铀云母钡铀云母翠砷铜铀矿翠砷铜铀矿斜水钼铀矿斜水钼铀矿铀钙石矿铀钙石矿2.2.天然放射性现象天然放射性现象: : 元素这种自发的放出射线的现象元素这种自发的放出射线的现象叫做叫做天然放射现象天然放射现象 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，究发现，原子序数大于或等于原子序数大于或等于8383的所有的所有元素，都能自发的放出射线元素，都能自发的放出射线，原子序数，原子序数小于小于8383的元素，有的也具有放射性的元素，有的也具有放射性 在天然放射性现象中放出的射线是什么东在天然放射性现象中

3、放出的射线是什么东西呢？西呢？ 它们除了能穿透黑纸使照相底片感光以外，它们除了能穿透黑纸使照相底片感光以外，还有些什么性质呢？还有些什么性质呢？ 这些射线带不带电呢？这些射线带不带电呢？二、射线到底是什么二、射线到底是什么? ?放射性物质发出的射线有三种：放射性物质发出的射线有三种：射线 根据射线的偏转方向和磁场方向的关系可以确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成，我定，偏转较小的一束由带正电荷的粒子组成，我们把它叫做们把它叫做射线，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电荷是电子粒子带的

4、正电荷是电子电荷的电荷的2倍，倍，粒子质量大约等于氦原子的质量粒子质量大约等于氦原子的质量.进一步研究表明进一步研究表明粒子就是氦原子核粒子就是氦原子核. 由于由于粒子的质量较大，所以粒子的质量较大，所以射线的穿透本领射线的穿透本领最小，我们用一张厚纸就能把它挡住最小，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.研究发研究发现现射线由带负电的粒子（射线由带负电的粒子（粒子）组粒子）组成成.进一步研究表明进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

5、，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射线的实质是一种波长极短的电磁波长极短的电磁波，它不带电，是中性，它不带电，是中性的的. 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的水泥墙和几厘米厚的铅板. 种类种类射线射线射线射线射线射线组成组成高速氦核流高速氦核流高速电子流高速电子流光子流光子流(高高频电磁波频电磁波)带电量带电量2ee0质量质量4

6、mp静止质量为零静止质量为零符号符号Hee速度速度0.1C0.99CC在电磁场中在电磁场中偏转偏转偏转偏转不偏转不偏转贯穿本领贯穿本领最弱最弱较强较强最强最强贯穿实例贯穿实例用纸能挡住用纸能挡住穿透几毫米穿透几毫米的铝板的铝板穿透几厘米穿透几厘米的铅板的铅板三种射线的比三种射线的比较较1836pm对空气的对空气的电离作用电离作用很强很强较弱较弱很弱很弱在空气中在空气中的径迹的径迹粗、短、直粗、短、直细、长、曲折细、长、曲折最长最长能使胶片能使胶片感光感光感光感光感光感光产生机制产生机制核内两个中子核内两个中子和两个质子结和两个质子结合得比较紧密，合得比较紧密，有时会作为一有时会作为一个整体从原

7、子个整体从原子核抛射出来核抛射出来核内的中子可核内的中子可以转化为一个以转化为一个质子和一个电质子和一个电子，产生的电子，产生的电子从核中发射子从核中发射出来出来放射性原子核放射性原子核在发生在发生衰变、衰变、衰变后产生的衰变后产生的新核如果处于新核如果处于高能级，当它高能级，当它向低能级跃迁向低能级跃迁时，辐射时，辐射光子光子三、原子核三、原子核 19191919年，年，卢瑟福用卢瑟福用粒子轰击氮核，得到粒子轰击氮核，得到了质子了质子。经过研究证明，质子带正电荷，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等于一个电子

8、质量的18361836倍倍. .进一步研究进一步研究表明，质子的性质和氢原子核的性质完全表明，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相同，所以质子就是氢原子核. .Kgmp27106726231. 11 1、质子的发现、质子的发现质子的符号：质子的符号：p1441717281N+HeOH发现质子的核反应方程：发现质子的核反应方程： 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

9、电量质子电量？ 卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的粒子，并称为卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的粒子，并称为中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实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 2 2、中子的发现、中子的发现 19321932年，卢瑟福的学生查德威克发现了中年，卢瑟福的学生查德威克发现了中子，通过研究证明中子的质量和质子的质子，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，是中性粒子。量基本相同，但是不带电，是中性粒子。在对各种原子核进行的实验中，发现质子在对各种原子核进行的实验中，发现质子和中子是组成原

10、子核的两种基本粒子。和中子是组成原子核的两种基本粒子。 中子的符号：中子的符号：n271.6749286 10nmKg 941214260Be+HeOn发现中子的核反应方程：发现中子的核反应方程：原子核的组成原子核的组成中子中子 质子质子 统称统称核子核子 X AZ（核）电荷数（核）电荷数质量数质量数 原原 子子 核核 的的 组组 成成 1015m 电荷数：电荷数：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，这个倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，这个倍数叫原子核的电荷数倍数叫原子核的电荷数. .符号：符号：Z Z 质量数：质量数

11、：原子核的质量几乎等于单个核子质量的原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫原子核的质量数整数倍，这个倍数叫原子核的质量数. .符号：符号：A A质子质子中子中子核子核子核电荷数核电荷数 Z Z质子数质子数核外电荷数核外电荷数质量数质量数 A A核子数核子数中子数中子数+ +质子数质子数原子序数原子序数X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XAz)2(, 4,242个中子个中子即有即有质量数为质量数为个质子个质子有有表示氦原子核表示氦原子核He)143(,235,9223592个中子个中子即有即有质量数为质量数为个质子个质子有有表示铀原子核表示铀原子

12、核U中子数中子数= = 粒子粒子质子质子中子中子几种常用的原子核的表示几种常用的原子核的表示42He11H10n01e电子 具有相同质子数而中子数不同具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称为同位素。位置，因而互称为同位素。XAz)(11氕H)(21氘H)(31氚H3 3、同位素、同位素同种元素的同位素具有相同的化学性质同种元素的同位素具有相同的化学性质。178O氢氢重氢重氢超重氢超重氢168O2 2 放射性元素的衰变放射性元素的衰变一、原子核的衰变一、原子核的衰变1 1、衰变遵循的原则：、衰变遵循的原则：质量数质量数守恒，电荷数守恒

13、。守恒，电荷数守恒。 原子核放出原子核放出粒子或粒子或粒子，由于核电荷数变粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为子核。我们把这种变化称为原子核的衰变原子核的衰变。（1 1） 衰变衰变: :原子核放出原子核放出 粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做 衰变衰变 HeThU422349023892 HeRnRa422228622688?23892U?23090ThHeRaTh422268823090 2 2、原子核衰变的分类、原子核衰变的分类: :Rn：氡 衰变衰变特点：特点： 1次次 衰变，质子数减小衰变，质子数减小

14、2个，中子数减小个，中子数减小2个；个；即新核的核电荷数减少即新核的核电荷数减少2，质量数减少，质量数减少4。 在元素周期表中，提前在元素周期表中，提前2位位 实质：实质：2个中子和个中子和2个质子结合在一起个质子结合在一起XAZHe42 YAZ42 衰变通式：衰变通式：1140122+2nHHe（2 2）衰变衰变: :原子核放出原子核放出粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做衰衰变变 ePaTh012349123490 eMgNa0124122411 ?2411Na衰变衰变特点：特点： 1次次衰变，新核的核电荷数增加衰变，新核的核电荷数增加1，质量数不变。，质量数不变。 在元素周期表中，提前在元素周期

15、表中，提前1位位 实质：中子转化成一个质子和一个电子实质：中子转化成一个质子和一个电子11001-1+nHe衰变通式：衰变通式：XAZe01 YAZ 1 （3 3）射线射线: :伴随伴随 射线或射线或 射线产生射线产生. . 1、 放射性元素衰变不可能有单独的放射性元素衰变不可能有单独的射线！射线！ 2、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：生成了新的原子核！生成了新的原子核！例：例： 经过一系列经过一系列 衰变和衰变和 衰变后，可以衰变后，可以变成稳定的元素铅变成稳定的元素铅206 206 ，问这一过程，问这一过程 衰变和衰变和 衰变次数？衰变次数？U23

16、892解：设经过解：设经过x次次 衰变，衰变，y次次 衰变衰变eyHexPbU01422068223892 2382064x92 = 82 + 2x - yx8y6)(20682Pb衰变次数的计算衰变次数的计算衰变次数的计算衰变次数的计算 设设 经过经过n次次 衰变和衰变和m次次 衰变后，衰变后，变成稳定的新元素变成稳定的新元素AZXAZY则衰变方程：则衰变方程：402-1+AAZZXY n He m e则则2 -ZZn m4AAn则则4AAn-(Z-2 )mZn钍钍232经过经过6次次 衰变和衰变和4次次 衰变后变成一种稳定的衰变后变成一种稳定的元素，这种元素是什么？它的质量数是多少？它元素

17、，这种元素是什么？它的质量数是多少？它的原子序数是多少？的原子序数是多少？练习：23290Th=90Z=232A=Z-6 2+4 1=90-12+4=82Z=A- 4 6=232-24=A21682Pb二、半衰期二、半衰期1 1、半衰期、半衰期 放射性元素的原子核有放射性元素的原子核有半数半数发生衰变所需的时间，发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。叫做这种元素的半衰期。 tmm)21(0 01( )2tNN 剩余质量：剩余质量：剩余数量：剩余数量：2 2、不同的放射性元素，半衰期不同、不同的放射性元素，半衰期不同例如：例如： 氡氡222222衰变为钋衰变为钋218218的半衰期为的半衰期

18、为3.83.8天天 镭镭226226衰变为氡衰变为氡222222的半衰期为的半衰期为16201620年年 铀铀238238衰变为钍衰变为钍234234的半衰期长达的半衰期长达4.54.510109 9年年3 3、半衰期的计算、半衰期的计算 例：已知钍例：已知钍234234的半衰期是的半衰期是2424天，天，1g1g钍经过钍经过120120天后还剩多少？天后还剩多少？计算表达式计算表达式: : tmm)21(0 放射性元素的剩余质量放射性元素的剩余质量与原有质量的关系：与原有质量的关系： (1)“ (1)“单个的微观事件是不可预测的单个的微观事件是不可预测的”，所以，所以，放射性元素的放射性元素

19、的半衰期，描述的是统计规律。半衰期，描述的是统计规律。 (2)(2)半衰期的长短由核内部自身的因素决定半衰期的长短由核内部自身的因素决定，跟原子所处的物理状态跟原子所处的物理状态( (如温度、压强如温度、压强) )或化学状或化学状态态( (如单质、化合物如单质、化合物) )无关无关4 4、注意：、注意：五、应用五、应用 1 1、人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元、人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的衰变规律，测定地球的年龄为素的衰变规律，测定地球的年龄为4646亿年。地壳亿年。地壳有一部漫长的演变历史，一部不断变化、不断发有一部漫长的演变历史，一部不断变化、不断发展的历史。展的历史。

20、 2 2、碳、碳1414测年技术，测年技术，1414C C是具有放射性的碳的同位是具有放射性的碳的同位素，能够自发的进行素，能够自发的进行衰变，变成氮。衰变，变成氮。例题：在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原例题：在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中a、b所所示，由图可以知（示，由图可以知（ ）A.该核发生的该核发生的衰变衰变B.该核发生的该核发生的衰变衰变C.磁场方向一定垂直纸面向里磁场方向一定垂直纸面向里D.磁场方向向里还是向外不能判定磁场方向向里还是向外不能

21、判定BDab3 3 探测射线的方法探测射线的方法 虽然放射线看不见，但是我们可以根据一些虽然放射线看不见，但是我们可以根据一些现象来探知放射线的存在，这些现象主要是：现象来探知放射线的存在，这些现象主要是：探测射线的方法探测射线的方法1 1、使气体电离、使气体电离2 2、使照相底片感光、使照相底片感光3 3、使荧光物质产生荧光、使荧光物质产生荧光一、威尔逊云室：一、威尔逊云室：构造：一个圆筒状容器，构造：一个圆筒状容器，低部可以上下移动，上低部可以上下移动，上盖是透明的，内有干净盖是透明的，内有干净空气空气实验时，加入少量酒精，实验时，加入少量酒精，使酒精蒸汽达到过饱和使酒精蒸汽达到过饱和状态

22、。状态。利用射线的电离本领利用射线的电离本领a射线在云室中的径迹：直而粗射线在云室中的径迹：直而粗原因：原因：a粒子质量大，不易改变方向，电离本领粒子质量大，不易改变方向，电离本领大，沿涂产生的粒子多大，沿涂产生的粒子多射线在云室中的径迹：比较细，而且常常弯曲射线在云室中的径迹：比较细，而且常常弯曲原因：粒子质量小，跟气体碰撞易改变方向，原因：粒子质量小，跟气体碰撞易改变方向，电离本领小，沿途产生的离子少电离本领小，沿途产生的离子少威耳孙云室威耳孙云室观察威耳孙云室的结构，研究射线在云室中的径迹：观察威耳孙云室的结构，研究射线在云室中的径迹： 射线径迹射线径迹 径迹的长短和径迹的长短和粗细可以

23、知道粒子粗细可以知道粒子的性质；粒子轨迹的性质；粒子轨迹的弯曲方向可以知的弯曲方向可以知道粒子带电的正负道粒子带电的正负 射线径迹射线径迹二、气泡室二、气泡室-高能物理实验的最风行的探测设备高能物理实验的最风行的探测设备 气泡室是由一密闭气泡室是由一密闭容器组成，容器中容器组成，容器中盛有工作液体盛有工作液体 气泡室里装的是液体，控制室内的温度和压强，使室内的气泡室里装的是液体，控制室内的温度和压强，使室内的温度略低于液体的沸点，当气泡室的压强突然降低时，液体的温度略低于液体的沸点，当气泡室的压强突然降低时，液体的沸点降低，因此液体过热，在通过室内时射线粒子轨迹周围就沸点降低，因此液体过热，在

24、通过室内时射线粒子轨迹周围就有气泡形成通过照片上记录的情况，可以分析粒子的带电、有气泡形成通过照片上记录的情况，可以分析粒子的带电、动量、能量等情况动量、能量等情况气泡室气泡室 德国物理学家盖革在德国物理学家盖革在1928年与弥勒合作研制出的计年与弥勒合作研制出的计数器用来检测放射性是非常方便的（一个粒子产生一次数器用来检测放射性是非常方便的（一个粒子产生一次脉冲放电），盖革管的结构如图所示：脉冲放电），盖革管的结构如图所示：窗口窗口阴极阴极阳极阳极接放接放大器大器粒子粒子三、盖革弥勒计数器三、盖革弥勒计数器4 4 放射性的应用与防护放射性的应用与防护一、核反应一、核反应 核反应：原子核在其他

25、粒子的轰击下产生核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。新原子核的过程。 特点：质量数守恒，电荷数守恒特点：质量数守恒，电荷数守恒 与原子核衰变的区别：与原子核衰变的区别：核反应需要一定的核反应需要一定的装置和条件，衰变是自发的装置和条件，衰变是自发的 1932年，居里夫妇（发现镭和钋的年，居里夫妇（发现镭和钋的M.居里和居里和P.居里的女儿和女婿）用居里的女儿和女婿）用粒子轰击铍，粒子轰击铍，铝，硼等元素，发现了前所未有的穿透性强铝，硼等元素，发现了前所未有的穿透性强的辐射，后来被查德威克确定为中子流的辐射，后来被查德威克确定为中子流 1934年，查德威克在用年，查德威克在用粒子

26、轰击铍，铝，硼等元粒子轰击铍，铝，硼等元素，除了测到中子流外，还探测到了正电子。素，除了测到中子流外，还探测到了正电子。nPHeAl103015422713eSiP0130143015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素注意：注意：1、每种元素都有自己的放射性同位素、每种元素都有自己的放射性同位素2、可以用人工的方法得到放射性同位素。、可以用人工的方法得到放射性同位素。3、放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有、放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质。相同的化学性质。发现人工放射性同位素的核反应方程：发现人工放射性同位素的核反应方程：食

27、品保鲜食品保鲜棉花育种棉花育种放射性同位素造影术放射性同位素造影术粮食保存粮食保存“放疗放疗”治疗治疗放射线测厚仪放射线测厚仪放射性同位素的应用放射性同位素的应用 放射性同位素在农业、医疗卫生、和科学研究等许放射性同位素在农业、医疗卫生、和科学研究等许多方面得到了广泛的应用多方面得到了广泛的应用其应用是沿着利用它的射线其应用是沿着利用它的射线和作为示踪原子两个方向展开的和作为示踪原子两个方向展开的放放射射性性的的应应用用射线应用射线应用示踪原子示踪原子探伤仪探伤仪培育新种培育新种保存食物保存食物消除有害静电消除有害静电消灭害虫消灭害虫治疗恶性肿瘤治疗恶性肿瘤农作物检测农作物检测诊断器质性和功能

28、性疾病诊断器质性和功能性疾病生物大分子结构及功能研究生物大分子结构及功能研究放射性污染和防护放射性污染和防护 过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界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产生破坏作用 20 20世纪人们在毫无世纪人们在毫无防备的情况下研究放射防备的情况下研究放射性性遭原子弹炸后的广岛遭原子弹炸后的广岛三、辐射与安全三、辐射与安全放射性污染和防护放射性污染和防护 核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄。核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄。 海南昌江海南昌江核电工程核电工程1RX1RX厂厂房内部结构钢房内部结构钢衬里混凝土保衬里混

29、凝土保护层浇注完成护层浇注完成 。国际通用的放射性标志国际通用的放射性标志注意生活中的辐射注意生活中的辐射 地球上每个角落都存在着辐射地球上每个角落都存在着辐射 日常用品日常用品 建筑材料建筑材料5 5 核力与结合能核力与结合能 原子核的半径约为原子核的半径约为1010-15-15m , m , 只相只相当原子半径的万分之一。在这么小的当原子半径的万分之一。在这么小的空间里带正电的质子与质子间的库仑空间里带正电的质子与质子间的库仑斥力是很大，万有引力太小，只有库斥力是很大，万有引力太小，只有库仑力的仑力的1010-36-36N N。而通常原子核是稳定。而通常原子核是稳定的的, ,于是核内还应有

30、另一种力把各种于是核内还应有另一种力把各种核子紧紧拉在一起核子紧紧拉在一起, , 此力称为此力称为核力核力。核力核力mpmp库仑力库仑力库仑力库仑力万有万有引力引力万有万有引力引力核力核力核子靠什么力结合成原子核？核子靠什么力结合成原子核？能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力特点：特点：一、核力：一、核力：1.1.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）的一种的一种表现。表现。2.2.核力是核力是短程力短程力。约在约在1010-15-15m m数量级时起作用数量级时起作用，距离大于，距离大于0.

31、80.81010-15-15m m时为引力时为引力, , 距离为距离为1.51.51010-15-15m m时核力急剧下降时核力急剧下降几乎消失，距离小于几乎消失，距离小于0.80.81010-15-15m m时为斥力。时为斥力。3.3.核力的饱和性核力的饱和性：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4. 4. 核力与核子的电荷无关。核力与核子的电荷无关。 要真正了解核子间的相互作用还要考虑核子的组成要真正了解核子间的相互作用还要考虑核子的组成物物夸克的相互作用。夸克的相互作用。四种基本相互作用 电磁相互作用电磁相互作用 万有引力万有引力 强相互作用（核力）强相

32、互作用（核力） 弱相互作用：引起原子核衰变的原因，即弱相互作用：引起原子核衰变的原因，即引起中子引起中子质子转变的原因。也是短程力，质子转变的原因。也是短程力，其力程比强力更短，为其力程比强力更短，为1010-18m m，作用强度比，作用强度比电磁力小电磁力小二、原子核中质子与中子的比例二、原子核中质子与中子的比例 自然界中较轻的原自然界中较轻的原子核，质子数与中子子核，质子数与中子数大致相等，但对于数大致相等，但对于较重的原子核，中子较重的原子核，中子数大于质子数，越重数大于质子数，越重的元素，两者相差越的元素，两者相差越多。多。为什么会这样呢？为什么会这样呢？ 核越来越大，有些核子间的距离

33、越来越远。核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以，原子核大到一定程度时，力减小得更快。所以，原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。这时，如果不库仑力，这个原子核就不稳定了。这时，如果不再成对地增加核子，而只增加中子，中子与其他再成对地增加核子，而只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定。由于这个原因，于维系原子核的

34、稳定。由于这个原因，稳定的重稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。原子核里，中子数要比质子数多。 由于核力的作用范围是有限的，如果继续增由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没大原子核，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也无济于事，有核力的作用，这时即使再增加中子也无济于事，这样的核必然是不稳定的。这样的核必然是不稳定的。 在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有只有200200多种稳定的原子核长久地留

35、了下来。现在多种稳定的原子核长久地留了下来。现在观察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。观察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。 由于核子间存在着强大的核力，所以核由于核子间存在着强大的核力，所以核子子结合结合成原子核或原子核成原子核或原子核分解分解为核子时，都为核子时，都伴随着巨大的能量变化伴随着巨大的能量变化 原子核的结合能：原子核的结合能：当核子结合成原子核时要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，要吸放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量收同样的能量三、结合能三、结合能 结合能并不是由于核子结合成原子核而具结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是

36、为把核子分开而需要的能量。有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。 比结合能：结合能与核子数之比，称做为比比结合能：结合能与核子数之比，称做为比结合能。也叫结合能。也叫平均结合能平均结合能。 比结合能越大，表示原子核中核子结合得越比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。牢固，原子核越稳定。四、质量亏损四、质量亏损中子的质量中子的质量 =1.6749=1.6749 10102727Kg Kg 质子的质量质子的质量 = = 1.67261027Kg 中子和质子的质量和中子和质子的质量和 = = 3.34751027Kg 氘核的质量氘核的质量 = = 3.34361027Kg 质量

37、差质量差 = = 0.00391027Kg HHn211110 质量亏损质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。损。 爱因斯坦质能方程：爱因斯坦质能方程：E=mc2 （式中（式中E是物体的能量，是物体的能量， m是物体的质量，是物体的质量， c是是真空中的光速。）真空中的光速。） 核子在结合成原子核时出现的质量亏损核子在结合成原子核时出现的质量亏损 mm，表，表明它们在互相结合过程中放出了能量明它们

38、在互相结合过程中放出了能量 E=E= mm c c2 2 质能方程指出，一定的质量与一定的能量成正质能方程指出，一定的质量与一定的能量成正比。比。质能方程的理解质能方程的理解第一、核反应过程中第一、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量新核质量小于核子的质量( (质量质量亏损亏损),),同时以同时以 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, ,核子的总质核子的总质量大于原原子核的质量量大于原原子核的质量. .第二、核反应过程中第二、核反应过程中, ,质量亏损时质量亏损时,

39、,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、质量亏损并非质量消失第三、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 m以能量以能量形式辐射形式辐射( (动态质量动态质量),),也就是也就是静止质量转变为动态质量静止质量转变为动态质量，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=mcE=mc2 2 的单位问题的单位问题国际单位国际单位: m用用“kg” C用用“m/s” E用用“J”试证明，试证明，1原子质量单位原

40、子质量单位u相当于相当于931.50 MeV的能的能量碳原子质量的量碳原子质量的1/12叫做原子质量单位。叫做原子质量单位。 1u=1.6606-27kg，光速，光速c=2.9979108m/s，1eV=1.602210-19J常用单位常用单位: 若若 m用用“u(原子质量单位原子质量单位)” ，E用用MeV. (表示表示1u 的质量变化相当于的质量变化相当于931.5MeV的能量改变的能量改变) 当然，当然，2.19MeV2.19MeV的能量的绝对数量并不算大，的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成但这只是组成1 1个氘核所放出的能量如果组成的个氘核所放出的能量如果组成的是是6.026.02

41、10102323个氘核时，放出的能量就十分可观了个氘核时，放出的能量就十分可观了（2.112.1110101111J J）与之相对照的是，使）与之相对照的是，使1 1摩尔的碳摩尔的碳完全燃烧放出的能量为完全燃烧放出的能量为3.9353.93510105 5J J折合为每个折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过4eV4eV若跟若跟上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两者相差数十万倍。者相差数十万倍。第五第五. .核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放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

42、数量级或吸收的能量大好几个数量级. . 下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ） A、爱因斯坦质能方程反映了物体质量就是、爱因斯坦质能方程反映了物体质量就是能量，它们之间可以相互转化能量，它们之间可以相互转化 B、由、由E=mc2可知，能量与质量之间存在着可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴含正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴含能量的量度能量的量度 C、核反应中发现的、核反应中发现的“质量亏损质量亏损”是消失的是消失的质量转化成的质量转化成的 D、因在核反应中产生能量，由质量的转化，、因在核反应中产生能量，由质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量核所以系统

43、只有质量数守恒，系统的总能量核总质量并不守恒总质量并不守恒B课后练习 1 1、（、（1 1）核反应：强相互作用；）核反应：强相互作用； 化学反应：电磁相互作用化学反应：电磁相互作用（2 2）核反应：原子核；）核反应：原子核； 化学反应：核外电子排列，改变分子结构化学反应：核外电子排列，改变分子结构 4 4、1.021.0210102323m m6 重核的裂变OZABCDEFFe核子平均质量核子平均质量聚变裂变 铀核裂变的产物是多种多样的，有铀核裂变的产物是多种多样的，有时裂变为氙（时裂变为氙（Xe)和锶和锶(Sr),有时裂变为有时裂变为钡（钡（Ba）和氪（）和氪（Kr）或者锑（）或者锑（Sb）

44、和）和 铌（铌（Nb），同时放出），同时放出23个中子。铀核个中子。铀核还可能分裂成三部分或四部分，不过这还可能分裂成三部分或四部分，不过这种情形比较少见。种情形比较少见。 铀核裂变时，同时释放出铀核裂变时，同时释放出2 23 3个中子，如果个中子，如果这些中子再引起其他这些中子再引起其他U235U235核裂变，就可使裂变反核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫做应不断地进行下去，这种反应叫做链式反应。链式反应。核裂变的链式反应：核裂变的链式反应：由重核裂变产生的中子使裂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变反应一代接一代继续下去的过程使裂变物资能够发生链式反应的最

45、小体积叫使裂变物资能够发生链式反应的最小体积叫做它的做它的临界体积临界体积，相应的质量叫做，相应的质量叫做临界质量临界质量。链式反应的条件 1 1、足够浓度的铀足够浓度的铀235235因为铀因为铀235235可以俘可以俘获各种能量的中子；获各种能量的中子； 2 2、足够数量的慢中子足够数量的慢中子因为铀因为铀235235俘获俘获慢中子的概率大；慢中子的概率大； 3 3、足够体积的铀块足够体积的铀块（大于临界体积）（大于临界体积）不会使中子还未碰到铀核就逸出铀块。不会使中子还未碰到铀核就逸出铀块。 1939 1939年年1212月，德国物理学家哈恩和他的助手月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯

46、曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。铀核裂变的产物是多种多样的，一种典了裂变。铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子，型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：其核反应方程是：U23592n10+Ba14456Kr8936+n310 裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：kg103578. 027mMeV2012mcE1kg1kg铀全部裂变，它放出的能量超过铀全部裂变，它

47、放出的能量超过2000t2000t优优质煤完全燃烧时释放的能量质煤完全燃烧时释放的能量原子弹原子弹 “ “小玩意儿小玩意儿”钚装药重钚装药重6.16.1千克，千克，TNTTNT当量当量2.22.2万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座大气压，致使一座3030米高的铁塔被熔化为气体，并米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑在地面上形成一个巨大的弹坑 在半径为在半径为400400米的范围内，沙石被熔化成了黄米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为绿色的玻璃状物质，半径为16001600米的范围内，所有米的范围内

48、，所有的动物全部死亡的动物全部死亡 “ “原子弹之父原子弹之父” ” 奥本海默在核爆观测站里感奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：到十分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉我是死神，我是世界的毁灭者争辉我是死神，我是世界的毁灭者”美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云伤在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达1212英英里

49、多广岛市区里多广岛市区80%80%的建筑化为灰烬，的建筑化为灰烬，6400064000人人丧生，丧生，7200072000人受伤，伤亡总人数占全市总人口人受伤，伤亡总人数占全市总人口的的53%53%长崎市长崎市60%60%的建筑物被摧毁，伤亡的建筑物被摧毁，伤亡8600086000人，占全市人，占全市37% 37% 原子弹原子弹原子弹原子弹在山田须磨子（一位当年的爆炸目击者）的一幅画：在遥在山田须磨子（一位当年的爆炸目击者）的一幅画：在遥远的广岛上空，原子弹爆炸后发出彩虹一般绚丽的光芒远的广岛上空，原子弹爆炸后发出彩虹一般绚丽的光芒 广岛红十字医院里，一个严重广岛红十字医院里，一个严重烧伤的学

50、生仰面躺在一张草席烧伤的学生仰面躺在一张草席上。他的五官几乎全被原子弹上。他的五官几乎全被原子弹爆炸产生的热浪抹掉了。四天爆炸产生的热浪抹掉了。四天后他死了。后他死了。倒塌的钢架结构建筑物倒塌的钢架结构建筑物 （）核爆炸瞬时效应防护。（）核爆炸瞬时效应防护。 对核袭击的防护大致可分为两大类。对核袭击的防护大致可分为两大类。 利用工事进行掩蔽利用工事进行掩蔽在开阔地面上的人员，当发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可在开阔地面上的人员，当发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可减轻伤害。减轻伤害。（）放射性沾染防护。（）放射性沾染防护。 避开在沾染区或高照射量率的地区行动避开在沾染区或高照射量率的地区

51、行动人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽量缩短时间人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽量缩短时间及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，以减少放射性物质进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，以减少放射性物质在人体内的存留在人体内的存留中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图解决能源危机有效途径解决能源危机有效途径核能核能 可开发的核裂变燃料资源可使用上可开发的核裂变燃料资源可使用上千年。千年。核聚核聚变资源可使用几亿年。变资源可使用几亿年。核电站核电站水泥防护层水泥防护

52、层控制棒控制棒镉棒镉棒燃料棒燃料棒铀棒铀棒慢化剂慢化剂2013广东高考：铀核裂变是核电站核能的重广东高考：铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种要来源，其一种裂变反应式，下列说法正确的有（裂变反应式，下列说法正确的有（ ）A.上述裂变反应中伴随着中子放出上述裂变反应中伴随着中子放出B.铀块体积对链式反应的发生无影响铀块体积对链式反应的发生无影响C.铀核的链式反应可人工控制铀核的链式反应可人工控制D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响铀核的半衰期会受到环境温度的影响nKrBanU10893614456102359237 核聚变一、轻核聚变一、轻核聚变 两个轻核结合成质量较大的核的核反应过程，两个轻

53、核结合成质量较大的核的核反应过程，同时放出大量的核能。同时放出大量的核能。 MeVnHeHH6 .1710422131例：例：1、轻核聚变的条件：、轻核聚变的条件：核子要距核子要距离十分近离十分近10-15m加热加热高温高温热核反应热核反应几百万开尔文几百万开尔文高温高温2、受控热核反应的优点：、受控热核反应的优点：（1）产能效率高。即相同质量的核燃料，反应）产能效率高。即相同质量的核燃料，反应中产生的能量比较多中产生的能量比较多（2）地球上核聚变燃料的储量丰富）地球上核聚变燃料的储量丰富（3）更安全、清洁。即反应后生成的放射性物）更安全、清洁。即反应后生成的放射性物质易处理质易处理已知氘核质

54、量为已知氘核质量为2.0136u，中子质量为，中子质量为1.0087u 核的质量为核的质量为3.0150u。求：。求：（1）写出两个氘核聚变成）写出两个氘核聚变成 的核反应方程式的核反应方程式（2）计算上述核反应中释放的核能。）计算上述核反应中释放的核能。23 He23 He【分析】算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方【分析】算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方程即可求出反应释放的核能。程即可求出反应释放的核能。解答：解答： （1）nHeHH10322121（2）由题给条件可求得质量亏损为：）由题给条件可求得质量亏损为：m=2.01362(3.0150+1.0087)=0.0035u故释放的核能为故释放的核能为 E=mc2 2=931.50.0035=3.26MeV实例和应用实例和应用 太阳太阳 氢弹氢弹8 8 粒子和宇宙粒子和宇宙 道尔顿道尔顿（原子）（原子）汤姆逊汤姆逊（电子）（电子）卢瑟福（质子）卢瑟福（质子）查德威克查德威克（中子）（中子）盖尔曼盖尔曼（夸克夸克）发现