选修35第3章第1节原子核结构的探索

1、第十二章第十二章B B节节 物质的放射性及其应用物质的放射性及其应用原子核结构的探索（一）原子核结构的探索（一）一、天然放射现象一、天然放射现象2）1896年，法国物理学家年，法国物理学家贝可勒尔贝可勒尔发现了发现了天然放射天然放射现象现象，揭开了人们研究揭开了人们研究原子核结构原子核结构的序幕。的序幕。3）居里夫妇居里夫妇发现了放射性更强的新元素发现了放射性更强的新元素钋钋和和镭镭。4）1903年，年，贝克勒耳贝克勒耳和和居里夫妇居里夫妇一起获得一起获得诺贝尔物诺贝尔物理学奖。理学奖。1）天然放射现象：）天然放射现象：原子核原子核自发自发放出射线的现象，这种放出射线的现象，这种性质称为性质称

2、为放射性放射性，具有放射性的元素称为，具有放射性的元素称为放射性元素放射性元素。二、放射线的性质二、放射线的性质1、三种射线：、三种射线：射线、射线、射线、射线、射线。射线。实验示意图：实验示意图：下部是一个铅盒，把微下部是一个铅盒，把微量的放射源放在其底部，由于射线不量的放射源放在其底部，由于射线不能穿透很厚的铅板，所以只能沿铅盒能穿透很厚的铅板，所以只能沿铅盒上方的小孔向外射出，整个装置放在上方的小孔向外射出，整个装置放在电场中电场中.实验分析：实验分析：1）照相底片上发现三个暗斑照相底片上发现三个暗斑,这说明在电场的作用下，射线分成了这说明在电场的作用下，射线分成了三束，其中的一束沿原来

3、的方向前进，另外两束向相反方向偏转，三束，其中的一束沿原来的方向前进，另外两束向相反方向偏转，表明了这两束射线是由带电粒子组成的，电荷的符号相反，无偏转表明了这两束射线是由带电粒子组成的，电荷的符号相反，无偏转的射线是电中性的的射线是电中性的2）由三个暗斑的位置可知，带正电的射线偏转较小，带负电的射由三个暗斑的位置可知，带正电的射线偏转较小，带负电的射线偏转较大人们把带正电的射线叫线偏转较大人们把带正电的射线叫射线射线，把带负电的射线叫，把带负电的射线叫射射线线，把无偏转（即不带电）的射线叫，把无偏转（即不带电）的射线叫射线射线说明：说明：1、贯穿本领与速度有关。、贯穿本领与速度有关。2、电离

4、作用与电量有关。、电离作用与电量有关。3、在电场与磁场中的偏折情况与加速度（即质量和电、在电场与磁场中的偏折情况与加速度（即质量和电量）有关。量）有关。2 2、三种射线的成分和性质、三种射线的成分和性质He42射线种类射线种类组成组成速度速度贯穿本领贯穿本领电离作用电离作用射线射线射线射线 高速氦核流高速氦核流高速电子流高速电子流频率很高的频率很高的光子流光子流很小一张薄很小一张薄纸就能挡住纸就能挡住很大能穿过几很大能穿过几毫米厚的铝板毫米厚的铝板最大能穿过几最大能穿过几毫米厚的铅板毫米厚的铅板射线射线 约约接近接近等于等于很强很强很小很小较弱较弱 e01 CC101C 粒子是粒子是粒子是粒子

5、是偏折偏折偏折偏折较大较大不偏折不偏折有偏有偏折折名称构成电量（e）质量(u)射出速度电离能力贯穿本领氦核+240.1c最强最弱电子-11/18361/18360.99c 较强较强光子00c最弱最强射线高速的粒子流，粒子是氦原子核，速度 约为光速1/10，贯穿能力最弱，电离能力最强。射线射线高速的电子流，高速的电子流，粒子是速度接近光速的粒子是速度接近光速的负电子，贯穿能力稍强，电离能力稍弱。负电子，贯穿能力稍强，电离能力稍弱。 射线射线能量很高的电磁波，能量很高的电磁波，粒子是波长极短的粒子是波长极短的 光子光子, 贯穿能力最强贯穿能力最强,电离能力最弱。电离能力最弱。4、三种射线的来源：、

6、三种射线的来源：粒子是核内两个质子和两个中子抱成团一起射出。粒子是核内两个质子和两个中子抱成团一起射出。粒子是原子核内的中子转化成质子时放出的。粒子是原子核内的中子转化成质子时放出的。射线经常是伴随射线经常是伴随射线和射线和射线产生的。射线产生的。11410222eHnH110011nHe射线射线射线请根据洛伦兹力的知识来判断这三束各是什么射线请根据洛伦兹力的知识来判断这三束各是什么射线?三、放射性元素的衰变三、放射性元素的衰变 3、原子核的表示：、原子核的表示：原子核常用符号原子核常用符号 来表示，来表示，X是元素符号，是元素符号，Z为原子核的原子序数，也叫核为原子核的原子序数，也叫核电荷数

7、，电荷数，A为原子核的质量数。为原子核的质量数。XAZ例如：例如： 表示碳核的原子序数为表示碳核的原子序数为6，质量数为，质量数为12，有，有时也可用时也可用 来表示或写成来表示或写成C12（碳（碳12）。）。 C126C121、原子核的衰变：、原子核的衰变：原子核由于自发的放出某原子核由于自发的放出某种射线而转变为新的原子核的变化。种射线而转变为新的原子核的变化。2、原子序数大于、原子序数大于83的所有元素都具有天然放射性；的所有元素都具有天然放射性；原子序数小于原子序数小于83的元素有的也具有放射性。的元素有的也具有放射性。1）衰变：衰变：原子核放出原子核放出粒子粒子的衰变。的衰变。3、三

8、种衰变、三种衰变例如：铀例如：铀238核放出一个核放出一个粒子后成为新核钍粒子后成为新核钍234核反应规律：核反应规律：原子核衰变前后的电荷数原子核衰变前后的电荷数和和质量数都守恒质量数都守恒.HeThU422349023892 衰变规律：衰变规律： 衰变后，新生成的核比原来的核质量数减少衰变后，新生成的核比原来的核质量数减少4，电荷数减少电荷数减少2，即新核在元素周期表中位置比原来核的位置向，即新核在元素周期表中位置比原来核的位置向前移两位其规律可以用通式表示：前移两位其规律可以用通式表示：其中其中X表示原来的原子核，表示原来的原子核，Y为新生成的原子核为新生成的原子核YHeXAZAZ424

9、2 衰变衰变:2）衰变：衰变：原子核放出原子核放出粒子粒子的衰变。的衰变。衰变规律：衰变规律：衰变后，新生成的核与原来的核质量数相衰变后，新生成的核与原来的核质量数相同，电荷数增加同，电荷数增加1，即新核在元素周期表中位置比原来核，即新核在元素周期表中位置比原来核的位置向后移了一位其规律可以用通式表示：的位置向后移了一位其规律可以用通式表示：YeXAZAZ101 衰变衰变:ePaTh012349123490 Th23490例如：钍核例如：钍核也具有放射性，也具有放射性，Pa23491能放出能放出粒子，变成镤核粒子，变成镤核注意：注意：当某一块放射性物质连续发生衰变时，当某一块放射性物质连续发生

10、衰变时，有的原子核发生有的原子核发生衰变，有的发生衰变，有的发生衰变，衰变，同时伴随有同时伴随有辐射，这时在放射线中就会辐射，这时在放射线中就会同时有同时有、和和三种射线三种射线3）衰变：衰变：放射性的原子核在发生放射性的原子核在发生衰变或衰变或衰衰变后，新的原子核往往具有过多的能量，这时变后，新的原子核往往具有过多的能量，这时它就会辐射出它就会辐射出射线射线。因此，。因此，射线是伴随射线是伴随射线射线或或射线产生的。射线产生的。原子核发生衰变时，衰变前后的原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数电荷数和质量数都守恒都守恒 衰变：衰变： 衰变：衰变： HeYXAZAZ4242eYXAZAZ0

11、11说明：说明：1. 1. 中间用单箭头，不用等号；中间用单箭头，不用等号；2. 2. 是质量数守恒，不是质量守恒是质量数守恒，不是质量守恒; ;3. 3. 方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。3 3规律：规律：衰衰变变方方程程例例1：配平下列衰变方程：配平下列衰变方程：)()( Pa 23491234902349023892ThThU例题例题eHe0142,:答案答案答案:四、半衰期四、半衰期1）定义：）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，称为半衰期。的时间，称为半衰期。 2）计算：）计算：用用T来表示

12、某种放射性元素的来表示某种放射性元素的半衰期半衰期，n为半衰期的个数为半衰期的个数原剩NNn21Ttn 公式公式1：N原原为为衰变前衰变前的的原子核的个数原子核的个数， N剩剩为为经过经过时间时间 t 后后剩下的剩下的未衰未衰变变的的原子核的个数原子核的个数例如：例如：氡氡222经过经过衰变变为钋衰变变为钋218，大约每过，大约每过3.8天，就有一半天，就有一半的氡发生了衰变也就是说，经过第一个的氡发生了衰变也就是说，经过第一个3.8天以后，剩有一半天以后，剩有一半的氡，经过第二个的氡，经过第二个3.8天以后，剩有四分之一的氡，再经过天以后，剩有四分之一的氡，再经过3.8天以后，就只剩有八分之

13、一的氡了天以后，就只剩有八分之一的氡了原剩M21nMTtn 公式公式2：另一种表达式：另一种表达式：因为物质的质量与原子核的数量成正因为物质的质量与原子核的数量成正比，所以有比，所以有M原原为为衰变前衰变前的的物质的物质的质量质量， M剩剩为为经过经过时间时间 t 后后剩下的剩下的物质的质量物质的质量3）注意：）注意：a.不要把半衰期错误理解为原子核全部衰变所需时间的一不要把半衰期错误理解为原子核全部衰变所需时间的一半，也不是质量或原子减少一半所需的时间。半，也不是质量或原子减少一半所需的时间。b.半衰期是衰变过程中的一种统计规律，当放射性元素的半衰期是衰变过程中的一种统计规律，当放射性元素的

14、原子核数目极少时，再讨论半衰期就没有意义了。原子核数目极少时，再讨论半衰期就没有意义了。c.半衰期由放射性元素的原子核内部自身的因素决定，跟半衰期由放射性元素的原子核内部自身的因素决定，跟原子所处的物理状态或化学状态无关原子所处的物理状态或化学状态无关2、衰变规律：m0:放射性元素的原有质量；m：经过n个半衰期的时间后剩余的放射性元素的质量，则有 3、决定半衰期的因素： 由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关。大量原子核衰变的统计规律。TtNN)21(0Ttmm)21(0 6.25g； 1.25g； 0.625g； 2.5g是多长？是多长？2.1.例题例题答

15、案：答案：2小时。小时。答案：答案：3五、探测射线的方法五、探测射线的方法 1、用云雾室观察射线的径迹：、用云雾室观察射线的径迹：P2 实验现象：实验现象：1）射线射线的的径迹直而粗径迹直而粗。2）射线射线的的径迹比较细而弯曲径迹比较细而弯曲。3）射线射线能产生一些能产生一些细碎的雾迹细碎的雾迹。2 2、用放射性传感器探测、用放射性传感器探测射线：射线：P50 P50 1）盖革一米勒计数器）盖革一米勒计数器2）半导体探测器）半导体探测器四、放射性的应用四、放射性的应用 2）放射性同位素作为示踪原子）放射性同位素作为示踪原子 射线探伤射线探伤：利用利用射线对金属工件进行透视，射线对金属工件进行透

16、视，检验其内部是否有砂眼或裂纹；检验其内部是否有砂眼或裂纹；培育优育品种：培育优育品种：利用射线可以使生物体内的利用射线可以使生物体内的DNA发生突变而使种子发生变异。发生突变而使种子发生变异。医学医学“放疗放疗”：利用射线对癌细胞的杀伤作用。利用射线对癌细胞的杀伤作用。消除静电：消除静电：利用利用射线很强的电离作用，可以消射线很强的电离作用，可以消除机器在运行中因摩擦而产生的有害静电除机器在运行中因摩擦而产生的有害静电1、利用射线的贯穿本领或电离作用、利用射线的贯穿本领或电离作用 用含有放射性的肥料研究农作物对肥料的吸收作用用含有放射性的肥料研究农作物对肥料的吸收作用 检查地下输油管道破损漏

17、油的位置检查地下输油管道破损漏油的位置3、考古中的应用（碳、考古中的应用（碳14） 过量过量射照射人体，会杀伤正常细胞，产生白射照射人体，会杀伤正常细胞，产生白血病导致死亡；会使孕妇产生畸形怪胎血病导致死亡；会使孕妇产生畸形怪胎 半衰期很长的放射性元素，有的长达几万甚半衰期很长的放射性元素，有的长达几万甚至上亿年，若受到这些元素的放射性污染，至上亿年，若受到这些元素的放射性污染，将对环境产生长期影响。将对环境产生长期影响。例如：例如：1945年美国向日本长崎和广岛投放的原年美国向日本长崎和广岛投放的原子弹；子弹； 1987年前苏联切尔诺贝利核泄漏事故。年前苏联切尔诺贝利核泄漏事故。 生活中首先

18、要对可能有放射性的物质，要生活中首先要对可能有放射性的物质，要有防范意识，其次要尽可能远离放射源。有防范意识，其次要尽可能远离放射源。 从事与放射性有关的工作，一定要遵守操从事与放射性有关的工作，一定要遵守操作规程，做好防护措施作规程，做好防护措施 放射源要放在专门的很厚的铅盒内，严格放射源要放在专门的很厚的铅盒内，严格保管。保管。通用的防辐射的警戒标志通用的防辐射的警戒标志几种探测放射性的方法比较几种探测放射性的方法比较五、辐射的防范五、辐射的防范: : 暴露在过量辐射中的普遍暴露在过量辐射中的普遍症状是恶心、呕吐等，皮肤上会症状是恶心、呕吐等，皮肤上会出现溃烂。一旦沾上放射性物质出现溃烂。

19、一旦沾上放射性物质后要用肥皂和大量清水彻底冲洗后要用肥皂和大量清水彻底冲洗整个身体，并立即寻求医治。整个身体，并立即寻求医治。下列材料可使放射性辐射下列材料可使放射性辐射的穿透力减低一半。的穿透力减低一半。材料材料钢铁钢铁混凝土混凝土砖砖土壤土壤木材木材雪雪厚度厚度d/m0.210.660.601.002.606.00通用的防辐射的警戒标志通用的防辐射的警戒标志第第3 3课时课时 放射性元素的衰变放射性元素的衰变 核能核能考点自清考点自清一、天然放射现象一、天然放射现象1.1.放射性元素放射性元素 发出射线的现象发出射线的现象, ,叫做天然叫做天然 放射现象放射现象,1896,1896年由法国

20、物理学家年由法国物理学家 发现发现. .2.2.放射性说明原子核内部是有结构的放射性说明原子核内部是有结构的 (1)1919(1)1919年年, ,卢瑟福用卢瑟福用粒子轰击氮原子核粒子轰击氮原子核, ,发现发现 了了 , ,并猜想原子核内还存在并猜想原子核内还存在 ,1932,1932年年, , 他的学生查德威克通过实验证实了他的学生查德威克通过实验证实了 的存在的存在. . (2) (2)原子核是由质子和中子组成的原子核是由质子和中子组成的. .常用符号常用符号 X X 表示表示,X,X为元素符号为元素符号,A,A表示核的表示核的 ,Z,Z表示核表示核 的的 . .自发地自发地贝克勒尔贝克勒

21、尔质子质子中子中子中子中子质量数质量数电荷数电荷数AZ二、原子核的衰变二、原子核的衰变1.1.原子核放出原子核放出粒子或粒子或粒子粒子, ,变成另一种原子核变成另一种原子核 的变化称为原子核的衰变的变化称为原子核的衰变. .2.2.分类分类 衰变衰变: : 衰变衰变: :3.3.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 发生衰变发生衰变 所需的时间所需的时间. .半衰期由半衰期由 的因素决定的因素决定, , 跟原子所处的跟原子所处的 无关无关. .HeYX4242AZAZ半数半数核内部本身核内部本身物理或化学状态物理或化学状态eYX011AZAZ三、放射性同位素及应用三、放射

22、性同位素及应用1.1.同位素同位素 具有相同具有相同 而而 不同的原子核不同的原子核, ,在元在元 素周期表中处于同一位置素周期表中处于同一位置, ,互称互称 . . 有些同位素具有放射性有些同位素具有放射性, ,叫做放射性同位素叫做放射性同位素. .天天 然放射性同位素不过四十多种然放射性同位素不过四十多种, ,而人工制造的放而人工制造的放 射性同位素已达射性同位素已达1 0001 000多种多种. .2.2.放射性同位素的应用放射性同位素的应用 (1)(1)放射性同位素放出的射线应用于工业、探放射性同位素放出的射线应用于工业、探 伤、农业、医疗等伤、农业、医疗等. . (2) (2)作示踪

23、原子作示踪原子. .质子数质子数中子数中子数同位素同位素四、核力与核能四、核力与核能1.1.核力核力: :组成原子核的核子之间有很强的相互作用组成原子核的核子之间有很强的相互作用 力力, ,使核子能克服库仑力而紧密地结合在一起使核子能克服库仑力而紧密地结合在一起, , 这种力称为核力这种力称为核力. .其特点为其特点为: : (1) (1)核力是强相互作用的一种表现核力是强相互作用的一种表现, ,在原子核的在原子核的 尺度内尺度内, ,核力比库仑力大得多核力比库仑力大得多. . (2) (2)核力是短程力核力是短程力, ,作用范围在作用范围在1.51.51010-15 -15 m m之内之内.

24、 . (3) (3)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, ,这这 种性质称为核力的饱和性种性质称为核力的饱和性. .2.2.原子核是核子结合在一起构成的原子核是核子结合在一起构成的, ,要把它们分开要把它们分开, , 需要能量需要能量, ,这就是原子核的这就是原子核的 . .3.3.质量亏损质量亏损: :原子核的质量小于组成它的核子的质原子核的质量小于组成它的核子的质 量之和量之和, ,这个现象叫做质量亏损这个现象叫做质量亏损. .4.4.爱因斯坦质能方程为爱因斯坦质能方程为 , ,若核反应中的质量若核反应中的质量 亏损为亏损为m m, ,释放的核能释放的核能

25、E E= = . .结合能结合能E E= =mcmc2 2mcmc2 2 特别提示特别提示 (1)(1)根据根据E E=mcmc2 2计算核能时计算核能时, ,质量亏损质量亏损m m是是 质量不是质量数质量不是质量数, ,其单位是其单位是“kg”,kg”,c c的单位是的单位是 “ “m/s”,m/s”,E E的单位是的单位是“J”.J”. (2) (2)根据根据E E=m m931.5 MeV931.5 MeV计算核能时计算核能时. .因一因一 原子质量单位原子质量单位(u)(u)相当于相当于931.5 MeV931.5 MeV的能量的能量, ,所以所以 计 算 时计 算 时 m m 的 单

26、 位 是的 单 位 是 “ u ” , u ” , E E 的 单 位 是的 单 位 是 “ “MeV”.MeV”.五、重核的裂变与轻核的聚变五、重核的裂变与轻核的聚变1.1.裂变裂变: :重核分裂成质量较小的核的反应重核分裂成质量较小的核的反应. .如如: :2.2.聚变聚变: :轻核结合成质量较大的核的反应轻核结合成质量较大的核的反应. .如如: :3.3.重核裂变和轻核聚变过程中都释放出重核裂变和轻核聚变过程中都释放出 . .核能核能. n10SrXenU109038136541029392. nHeHH10423121热点聚焦热点聚焦热点一热点一 三种射线的比较三种射线的比较种类种类射

27、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高速电子流流光子流光子流( (高高频电磁波频电磁波) )带电量带电量2e2e-e-e0 0质量质量4m4mp p静止质量静止质量为零为零符号符号速度速度0.10.1c c0.990.99c cc c8401pmHe42He01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用纸能挡住挡住穿透几毫穿透几毫米的铝板米的铝板穿透几厘米穿透几厘米的铅板的铅板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、粗、短、直短、直细、长、细、长、曲折曲折

28、最长最长能使能使胶片胶片感光感光感光感光感光感光产生产生机制机制核内两个核内两个中子和两中子和两个质子结个质子结合得比较合得比较紧密紧密, ,有有时会作为时会作为一个整体一个整体从原子核从原子核抛射出来抛射出来核内的中子核内的中子可以转化为可以转化为一个质子和一个质子和一个电子一个电子, ,产生的电子产生的电子从核中发射从核中发射出来出来放射性原子核在放射性原子核在发生发生衰变、衰变、衰变后产生的新衰变后产生的新核如果处于高能核如果处于高能级级, ,当它向低能当它向低能级跃迁时级跃迁时, ,辐射辐射光子光子 特别提示特别提示 (1)(1)自然界中原子序数大于或等于自然界中原子序数大于或等于83

29、83的所有元素的所有元素, , 都能自发地放出射线都能自发地放出射线; ;原子序数小于原子序数小于8383的元素的元素, , 有的也具有放射性有的也具有放射性. . (2) (2)天然放射现象说明原子核是有内部结构的天然放射现象说明原子核是有内部结构的. . 元素的放射性不受单质和化合物存在形式的元素的放射性不受单质和化合物存在形式的 影响影响. .热点二热点二 衰变和衰变和衰变的实质衰变的实质 放射性物质放射出来的放射性物质放射出来的射线和射线和射线是原子射线是原子 核内的质子和中子结合转化而成的核内的质子和中子结合转化而成的. .射线是原射线是原 子核内的两个质子和两个中子结合在一起发射子

30、核内的两个质子和两个中子结合在一起发射 出来的出来的; ;射线是原子核内的中子转化为质子时射线是原子核内的中子转化为质子时 发射出来的发射出来的. . 在原子核衰变的过程中处于激发态的原子核向在原子核衰变的过程中处于激发态的原子核向 低能级跃迁时低能级跃迁时, ,以以光子的形式放出能量光子的形式放出能量, ,形成形成 射线射线. .当放射性物质连续发生衰变时当放射性物质连续发生衰变时, ,原子核原子核 中有的发生中有的发生衰变衰变, ,有的发生有的发生衰变衰变, ,同时就会同时就会 伴随着伴随着辐射辐射. .这时这时, ,放射性物质发出的射线中放射性物质发出的射线中 就会同时具有就会同时具有、

31、和和三种射线三种射线. .热点三热点三 对半衰期的理解对半衰期的理解1.1.根据半衰期的概念根据半衰期的概念, ,可总结出公式可总结出公式 N N余余= =N N原原( )( )t/t/, ,m m余余= =m m原原( )( )t t/ / 式中式中N N原原、m m原原表示衰变前的放射性元素的原子数表示衰变前的放射性元素的原子数 和质量和质量, ,N N余余、m m余余表示衰变后尚未发生衰变的放表示衰变后尚未发生衰变的放 射性元素的原子数和质量射性元素的原子数和质量, ,t t表示衰变时间表示衰变时间, ,表表 示半衰期示半衰期. .2.2.影响因素影响因素: :放射性元素衰变的快慢是由原

32、子核内放射性元素衰变的快慢是由原子核内 部因素决定的，跟原子所处的物理状态部因素决定的，跟原子所处的物理状态( (如温如温 度、压强度、压强) )或化学状态或化学状态( (如单质、化合物如单质、化合物) )无关无关. .2121 特别提示特别提示 (1)(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律半衰期是大量原子核衰变时的统计规律, ,个个 别原子核经多长时间衰变无法预测别原子核经多长时间衰变无法预测; ;对个别或极对个别或极 少数原子核少数原子核, ,无半衰期可言无半衰期可言. . (2) (2)原子核衰变时质量数守恒原子核衰变时质量数守恒, ,但并非质量守恒但并非质量守恒; ; 核反应过程前、

33、后质量发生变化核反应过程前、后质量发生变化( (质量亏损质量亏损) )而而 释放出核能释放出核能, ,质量与能量相联系质量与能量相联系. .热点四热点四 核反应的四种类型核反应的四种类型类型类型可控性可控性核反应方程典例核反应方程典例衰衰变变衰变衰变自发自发衰变衰变自发自发人工转变人工转变人工人工控制控制约里奥约里奥居里居里夫妇发现放射夫妇发现放射性同位素，同性同位素，同时发现正电子时发现正电子HeThU422349023892HOTeN1117842147ePaTh012349123490( (卢瑟福发现质子卢瑟福发现质子) )nCBeHe101269442( (查德威克查德威克发现质子发现

34、质子) )nPHeAl103015422713eSiP0130143015重核裂变重核裂变比较容比较容易进行易进行人工控人工控制制轻核聚变轻核聚变除氢弹除氢弹外无法外无法控制控制n3KrBanU108936144561023592n10SrXenU109038136541023592nHeHH10423121 特别提示特别提示 (1)(1)核反应过程一般都是不可逆的核反应过程一般都是不可逆的, ,所以核反应所以核反应 方程只能用单向箭头表示反应方向方程只能用单向箭头表示反应方向, ,不能用等号不能用等号 连接连接. . (2) (2)核反应的生成物一定要以实验为基础核反应的生成物一定要以实验为

35、基础, ,不能不能 凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核 反应方程反应方程. . (3) (3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒; ;遵遵 循电荷数守恒循电荷数守恒. .题型探究题型探究题型题型1 1 核反应方程及反应类型核反应方程及反应类型【例例1 1】现有五个核反应现有五个核反应: : A. A. B. B. C. C. D. D. E. E.nHeHH10423121n2SrXnU1094381023592eMgNa0124122411eRnRa422168622088nCBeHe101269442 (1)

36、(1) 是发现中子的核反应方程是发现中子的核反应方程, , 是是 研究两弹的基本核反应方程式研究两弹的基本核反应方程式. . (2) (2)求求B B项中项中X X的质量数和中子数的质量数和中子数. . (3) (3)判断以上五个核反应的反应类型判断以上五个核反应的反应类型. . 思路点拨思路点拨 根据核反应方程式遵循的基本规律根据核反应方程式遵循的基本规律, ,正确书写方正确书写方 程式程式, ,还要注意衰变、人工转变、裂变、聚变的还要注意衰变、人工转变、裂变、聚变的 区别区别. . 解析解析 (1)E(1)E是查德威克发现中子的核反应方程是查德威克发现中子的核反应方程, , A A是氢弹是

37、氢弹,B,B是原子核的核反应方程是原子核的核反应方程. . (2) (2)由电荷数守恒和质量数守恒可以判定由电荷数守恒和质量数守恒可以判定X X质量质量 数为数为140,140,电荷数为电荷数为54,54,所以中子数为所以中子数为:140-54=86.:140-54=86. (3) (3)衰变是原子核自发地放出衰变是原子核自发地放出粒子或粒子或粒子的粒子的 反应反应,C,C是是衰变衰变,D,D是是衰变衰变,E,E是人工控制的原是人工控制的原 子核的变化子核的变化, ,属人工转变属人工转变, ,裂变是重核吸收中子裂变是重核吸收中子 后分裂成几个中等质量的核的反应后分裂成几个中等质量的核的反应,B

38、,B是裂变是裂变, ,聚聚 变是几个轻核结合成较大质量的核的反应变是几个轻核结合成较大质量的核的反应,A,A是是 聚变聚变. . 答案答案 (1)E AB (2)140 86 (3)A.(1)E AB (2)140 86 (3)A.聚变聚变 B.B.裂变裂变 C.C.衰变衰变 D.D.衰变衰变 E. E. 人工转变人工转变变式练习变式练习1 1 下面列出的是一些核反应方程下面列出的是一些核反应方程 其中其中 ( )( ) A.X A.X是质子是质子,Y,Y是中子是中子,Z,Z是正电子是正电子 B.XB.X是正电子是正电子,Y,Y是质子是质子,Z,Z是中子是中子 C.XC.X是中子是中子,Y,Y

39、是正电子是正电子,Z,Z是质子是质子 D.XD.X是正电子是正电子,Y,Y是中子是中子,Z,Z是质子是质子ZLiHeHeYBHBeXSiP734242105219430143015 解析解析 根据核反应前后的电荷数守恒和质量数根据核反应前后的电荷数守恒和质量数 守恒可知守恒可知X X为为 ( (正电子正电子),Y),Y为为 n(n(中子中子),Z),Z为为 H(H(质子质子).).解题时由第一式得出解题时由第一式得出X X为正电子为正电子, ,可可 立即将选项立即将选项A A、C C排除排除; ;由由Y Y为中子为中子, ,可判断选项可判断选项D D 对对,B,B错错; ;由由Z Z为质子为质

40、子, ,可进一步确定选项可进一步确定选项D D正确正确. . 本题采用排除法可迅速获得正确结果本题采用排除法可迅速获得正确结果. . 答案答案 De011011题型题型2 2 半衰期的理解与计算半衰期的理解与计算【例例2 2】关于放射性元素的半衰期关于放射性元素的半衰期, ,下列说法正下列说法正 确的有确的有 ( )( ) A. A.是原子核质量减少一半所需的时间是原子核质量减少一半所需的时间 B.B.是原子核有半数发生衰变所需的时间是原子核有半数发生衰变所需的时间 C.C.把放射性元素放在密封的容器中把放射性元素放在密封的容器中, ,可以减慢放可以减慢放 射性元素的半衰期射性元素的半衰期 D

41、.D.可以用于测定地质年代、生物年代等可以用于测定地质年代、生物年代等 思路点拨思路点拨半衰期半衰期定义定义决定因素决定因素 剩余质量计算公式剩余质量计算公式: :m=mm=m0 0t)21( 解析解析 原子核衰变后变成新核原子核衰变后变成新核, ,新核与未衰变新核与未衰变 的核在一起的核在一起, ,故半衰期并不是原子核的数量、质量故半衰期并不是原子核的数量、质量 减少一半减少一半,A,A错错B B对对; ;衰变快慢由原子核内部因素决衰变快慢由原子核内部因素决 定定, ,与原子所处的物理状态或化学状态无关与原子所处的物理状态或化学状态无关, ,常用常用 其测定地质年代、生物年代等其测定地质年代

42、、生物年代等, ,故故C C错错D D对对. . 答案答案 BD变式练习变式练习2 2 约里奥约里奥居里夫妇因发现人工放射性居里夫妇因发现人工放射性 而获得了而获得了19351935年的诺贝尔化学奖年的诺贝尔化学奖, ,他们发现的放他们发现的放 射性元素射性元素 P P衰变成衰变成 SiSi的同时放出另一种粒子的同时放出另一种粒子, , 这种粒子是这种粒子是 . . 30153014 解析解析 衰变方程为衰变方程为 P Si+ e,P Si+ e,这种粒子是这种粒子是 正电子正电子. .由图象可以看出由图象可以看出 P P的半衰期为的半衰期为1414天左天左 右右, ,则则4 4 =0.25,

43、 =0.25,得得t t=56=56天天. . 答案答案 正电子正电子 56天天t)21(30153014013015题型题型3 3 核能的计算核能的计算【例例3】某些建筑材料可产生放射性气体氡某些建筑材料可产生放射性气体氡, ,氡可氡可 以发生以发生或或衰变衰变. .如果人长期生活在氡浓度过如果人长期生活在氡浓度过 高的环境中高的环境中, ,那么，氡经过人的呼吸道沉积在肺那么，氡经过人的呼吸道沉积在肺 部部, ,并放出大量射线并放出大量射线, ,从而危害人体健康从而危害人体健康. .静止质静止质 量为量为M M的氡核的氡核( Rn)( Rn)发生一次发生一次衰变生成新核衰变生成新核 钋钋(P

44、o).(Po).已知衰变后所得已知衰变后所得粒子的质量为粒子的质量为m m、电、电 荷量为荷量为q q、速度为、速度为v v, ,并假高衰变过程中释放的核并假高衰变过程中释放的核 能全部转化为能全部转化为粒子和新核钋的动能粒子和新核钋的动能.(.(注注: :涉及涉及 动量问题时动量问题时, ,亏损的质量可忽略不计亏损的质量可忽略不计) ) (1) (1)写出衰变方程写出衰变方程. . (2) (2)求出衰变过程中的质量亏损求出衰变过程中的质量亏损. .22286 解析解析 (1)(1)衰变方程为衰变方程为: : (2) (2)设新核钋的速度为设新核钋的速度为v v,由动量守恒定律得由动量守恒定

45、律得 m mv v=(=(M-mM-m) )v v 解得解得v v= 衰变过程中释放的核能为衰变过程中释放的核能为E E= = 由爱因斯坦质能方程得由爱因斯坦质能方程得E E=mcmc2 2 解得解得m m= = 答案答案 (1)(1) (2) (2)HePoRn422188422286HePoRn422188422286mMmv22)(2121vvmMm22)(2cmMmMv22)(2cmMmMv 方法归纳方法归纳 写核反应方程注意电荷数守恒和质量数守恒写核反应方程注意电荷数守恒和质量数守恒. .求求 解质量亏损应先求出核反应放出的能量解质量亏损应先求出核反应放出的能量, ,核反应核反应 放

46、出的能量等于放出的能量等于粒子和新核的动能之和粒子和新核的动能之和, ,然后然后 根据质能方程求出质量亏损根据质能方程求出质量亏损. .变式练习变式练习3 3 静止的锂核静止的锂核( Li)( Li)俘获一个速度为俘获一个速度为 7.77.710106 6 m/s m/s的中子的中子, ,发生核反应后若只产生了发生核反应后若只产生了 两个新粒子两个新粒子, ,其中一个粒子为氦核其中一个粒子为氦核( He),( He),它的它的 速度大小是速度大小是8 810106 6 m/s,m/s,方向与反应前中子的速方向与反应前中子的速 度方向相同度方向相同. . (1) (1)写出此核反应的方程式写出此

47、核反应的方程式. . (2) (2)求反应后产生的另一个粒子的速度大小及求反应后产生的另一个粒子的速度大小及 方向方向. . (3) (3)通过计算说明此反应过程中是否发生了质量通过计算说明此反应过程中是否发生了质量 亏损亏损. .6342 解析解析 (1)(1)核反应的方程式为核反应的方程式为: : (2) (2)用用m m1 1、m m2 2和和m m3 3分别表示中子分别表示中子( n)( n)、氦核、氦核( He)( He) 和氚核和氚核( H)( H)的质量的质量, ,用用v v1 1、v v2 2和和v v3 3分别表示中子分别表示中子、 氦核和氚核的速度氦核和氚核的速度, ,由动

48、量守恒定律得由动量守恒定律得 m m1 1v v1 1= =m m2 2v v2 2+ +m m3 3v v3 3 代入数值解得代入数值解得v v3 3=-8.1=-8.110106 6 m/sm/s 即反应后生成的氚核的速度大小为即反应后生成的氚核的速度大小为8.18.110106 6 m/s,m/s, 方向与反应前中子的速度方向相反方向与反应前中子的速度方向相反. .HHenLi31421063104231 (3) (3)反应前的总动能为反应前的总动能为E E1 1= = m m1 1v v1 12 2 反应后的总动能为反应后的总动能为E E2 2= = m m2 2v v2 22 2+

49、+ m m3 3v v3 32 2 经计算可得经计算可得E E2 2 E E1 1 故可知反应中发生了质量亏损故可知反应中发生了质量亏损. . 答案答案 (1)(1) (2)8.1 (2)8.110106 6 m/s, m/s,方向与反应前中子的速度方方向与反应前中子的速度方 向相反向相反 (3)(3)发生了质量亏损发生了质量亏损HHenLi31421063素能提升素能提升1.1.下列说法正确的是下列说法正确的是 ( )( ) A. A.质子和中子的质量不等质子和中子的质量不等, ,但质量数相等但质量数相等 B.B.质子和中子构成原子核质子和中子构成原子核, ,原子核的质量数等于原子核的质量数

50、等于 质子和中子的质量总和质子和中子的质量总和 C.C.同一种元素的原子核有相同的质量数同一种元素的原子核有相同的质量数, ,但中子但中子 数可以不同数可以不同 D.D.中子不带电中子不带电, ,所以原子核的总电量等于质子和所以原子核的总电量等于质子和 电子的总电量之和电子的总电量之和 解析解析 原子和中子的质量不同原子和中子的质量不同, ,但质量数相同但质量数相同, , A A对对. .质子和中子构成原子核质子和中子构成原子核, ,原子核的质量数等原子核的质量数等 于质子和中子的质量数之和于质子和中子的质量数之和,B,B错错. .同一种元素的同一种元素的 原子核有相同的质子数原子核有相同的质

51、子数, ,但中子数可以不同但中子数可以不同,C,C错错. . 中子不带电中子不带电, ,所以原子核的总电量等于质子的总所以原子核的总电量等于质子的总 电量之和电量之和,D,D错错. . 答案答案 A2.2.下列关于放射性现象的说法中下列关于放射性现象的说法中, ,正确的是正确的是 ( )( ) A. A.原子核发生原子核发生衰变时衰变时, ,生成核与原来的原子核生成核与原来的原子核 相比相比, ,中子数减少了中子数减少了4 4 B. B.原子核发生原子核发生衰变时衰变时, ,生成核与生成核与粒子的总质粒子的总质 量等于原来的原子核的质量量等于原来的原子核的质量 C.C.原子核发生原子核发生衰变

52、时衰变时, ,生成核的质量数比原来生成核的质量数比原来 的原子核的质量数多的原子核的质量数多1 1 D. D.单质的铀单质的铀238238与化合物中的铀与化合物中的铀238238的半衰期是的半衰期是 相同的相同的 解析解析 原子核发生原子核发生衰变时衰变时, ,生成核与原来的原生成核与原来的原 子核相比子核相比, ,中子数减少了中子数减少了2,A2,A错误错误; ;生成核与生成核与粒粒 子的总质量小于原来的原子核的质量子的总质量小于原来的原子核的质量,B,B错误错误; ;原原 子核发生子核发生衰变时衰变时, ,生成核的质量数与原来的原生成核的质量数与原来的原 子核的质量数相同子核的质量数相同,

53、C,C错误错误; ;放射性元素的半衰期放射性元素的半衰期 由原子核的内部因素决定由原子核的内部因素决定, ,跟元素的化学状态无跟元素的化学状态无 关关, ,所以单质的铀所以单质的铀238238与化合物中的铀与化合物中的铀238238的半衰的半衰 期是相同的期是相同的,D,D正确正确. . 答案答案 D3.3.原子核原子核E E经经衰变成为衰变成为F,F,再经再经衰变成为衰变成为G,G,再经再经 衰变成为衰变成为H.H.上述系列衰变可记为下式上述系列衰变可记为下式: : 另一系列衰变如下另一系列衰变如下: : 已知已知P P是是F F的同位素的同位素, ,则则 ( )( ) A.Q A.Q是是G

54、 G的同位素的同位素,R,R是是H H的同位素的同位素 B.RB.R是是E E的同位素的同位素,S,S是是F F的同位素的同位素 C.RC.R是是G G的同位素的同位素,S,S是是H H的同位素的同位素 D.QD.Q是是E E的同位素的同位素,R,R是是F F的同位素的同位素 解析解析 同位素是具有相同的质子数和不同的中子数同位素是具有相同的质子数和不同的中子数, ,由由 核反应方程式中各原子核的上下标可得到核反应方程式中各原子核的上下标可得到R R是是E E 的同位素的同位素,S,S是是F F的同位素的同位素, ,所以所以B B选项正确选项正确. . 答案答案 BeGFHeFE0141424

55、242yxyxyxyxeQPHeHG0112428341zxzxyxyxHeSReRQ4242011zxzxzxzx4.4.利用氦利用氦3( He)3( He)和氘进行的聚变反应完全无污染和氘进行的聚变反应完全无污染, , 容易控制容易控制. .月球上有大量的氦月球上有大量的氦3,3,每个航天大国都每个航天大国都 将获取氦将获取氦3 3作为开发月球的重要目标之一作为开发月球的重要目标之一.“.“嫦嫦 娥一号娥一号”探月卫星执行的一项重要任务就是评探月卫星执行的一项重要任务就是评 估月壤中氦估月壤中氦3 3的分布和储量的分布和储量. .已知两个氘核聚变已知两个氘核聚变 生成一个氦生成一个氦3 3

56、和一个中子的核反应方程是和一个中子的核反应方程是: : He+ n+3.26 MeV, He+ n+3.26 MeV,若有若有2 g2 g氘全部发生聚变氘全部发生聚变, , 则释放的能量是则释放的能量是( (N NA A是阿伏加德罗常数是阿伏加德罗常数) ( ) ( ) A.0.5 A.0.53.26 MeV3.26 MeV B.3.26 MeV B.3.26 MeV C.0.5 C.0.5N NA A3.26 MeV3.26 MeV D. D.N NA A3.26 MeV3.26 MeV322123210 解析解析 2 g2 g氘含有的原子核数为氘含有的原子核数为N NA A, ,两个氘核聚

57、两个氘核聚 变放出的能量为变放出的能量为3.26 MeV,3.26 MeV,则则2 g2 g氘全部发生聚氘全部发生聚 变释放的能量为变释放的能量为: :N NA A3.26/2 MeV=0.53.26/2 MeV=0.5N NA A 3.26 MeV,C 3.26 MeV,C正确正确. . 答案答案 C5.5.氘核、氚核、氦核和中子的质量分别为氘核、氚核、氦核和中子的质量分别为m m1 1、m m2 2、 m m3 3和和m m4 4, ,当氘核与氚核结合为氦核并同时放出中子当氘核与氚核结合为氦核并同时放出中子 时时, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( (已知已知c c为光在真空中的为光在真空中的 速度速度) ( ) ( ) A. A.这是轻核聚变这是轻核