人教版高中物理选择性必修第三册第五章原子核知识点考点重点难点归纳总结

第五章原子核

1.原子核的组成.......................................................-1-

2.放射性元素的衰变...................................................-6-

3.核力与结合能.......................................................-13-

4.核裂变与核聚变....................................................-19-

5."基本”粒子.........................................................-19-

1.原子核的组成

一、天然放射现象及三种射线

I.天然放射现象

(1)1896年，法国物理学家贝克勒尔发现某些物质具有放射性。

(2)①放射性：物质发射射线的性质。

②放射性元素：具有放射性的元素。

③天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象。

(3)原子序数大于或等于83一的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于9

的元素，有的也能放出射线。

(4)玛丽・居里和她的丈夫皮埃尔・居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为

针(Po)和镭(Ra)。

2.三种射线

(l)a射线：实际上就是氢原子核,速度可达到光速的强，其电离能力强，穿

透能力较差，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。

(2)3射线：是高速电子流,它速度很大，可达光速的99%,它的穿透能力较

强，电离能力较弱,很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。

(3)丫射线：呈电中性，是能量很高的电磁波,波长很短，在lOTOm以下，它

的电离作用更小,但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板或几十厘米厚的

混凝土。

说明：元素的放射性与它以单质还是化合物的形式存在无关，且天然放射现

象不受任何物理变化、化学变化的影响。

二'原子核的组成

1.质子的发现（如图所示）

3.原子核的组成

由质子和中子组成,它们统称为核子。

4.原子核的符号

-原子核的质量数=质子数+中子数

/X—元素符号

1-核电荷数=原子核的质强，即原子的原子序数

5.同位素

具有相同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

们互称同位素。例如，氢有三种同位素分别为;H、沿、阳。

说明：同位素的化学性质相同，物理性质一般不同。

考点一对三种射线的理解

教材PI02页“思考与讨论”答案提示：

由左手定则知，a射线带正电，B射线带负电，当三种射线垂直于电场线射入

电场偏转如图

1896年，法国物理学家贝克勒尔首先发现了天然放射现象。

照相底片

试探究：(1)贝克勒尔是根据什么发现的天然放射现象？

(2)贝克勒尔以后又是谁发现了两种更强的放射性元素？

提示：(1)贝克勒尔是根据铀和含铀的矿物质能使用黑纸包住的照相底片感光,

发现了天然放射现象。

(2)后来玛丽・居里和她丈夫皮埃尔・居里发现了针、镭两种放射性元素。

1.a、0、丫射线性质、特征比较

射线种类组成速度贯穿本领电离作用

很小，一张薄纸就

a粒子是氯原子核约奈

a射线很强

；He能挡住

B粒子是高速电子流』很大，能穿过几毫

B射线接近。较弱

e米厚的铝板

最大，能穿过几厘

y射线波长很短的电磁波等于C很小

米厚的铅板

2.三种射线在电场、磁场中偏转，育况的比较

(1)在匀强磁场中，a射线偏转半径较大，P射线偏转半径较小，丫射线不偏转,

如图所示。

(2)在匀强电场中，a射线偏离较小，0射线偏离较大，丫射线不偏离，如图所

不0

3.元素的放射性

如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化

合物的形式存在，放射性都不受影响。也就是说，放射性与元素存在的状态无关,

放射性仅与原子核有关。因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在

着一定结构。

【例1】(多选)如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端

小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下

列说法中正确的有()

A.打在图中a、b、c三点的依次是a射线、丫射线和0射线

B.a射线和0射线的轨迹是抛物线

C.a射线和p射线的轨迹是圆弧

D.如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只

剩下b

思路点拨：(1)用左手定则可以判出其电性。

(2)洛伦兹力不做功只改变速度方向，故轨迹是圆弧。

AC［由左手定则可知粒子向右射出后，在句强磁场中带正电的a粒子受的洛

伦兹力向上，带负电的0粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧，而丫射线不带

电，做直线运动，故B错误，A、C正确：如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下

的匀强电场时，由于a粒子速度约是光速的七，而p粒子速度接近光速，所以在

同样的混合场中不可能都做直线运动，故D错误。］

三种射线的比较方法

(1)知道三种射线带电的性质，a射线带正电、p射线带负电、丫射线不带电。a、

B是实物粒子，而丫射线是光子流，属于电磁波的一种。

(2)在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断a和p射线，

由于Y射线不带电，故运动轨迹仍为直线。

(3)a射线穿透能力较弱，B射线穿透能力较强，丫射线穿透能力最强。

考点二原子核的组成

卢瑟福发现了质子，猜想预言了中子的存在，1932年卢瑟福的学生查德威克

通过实验证实了这个猜想。

如图为查德威克实验示意图，用天然放射性元素针(Po)放射的a射线轰击钺时

会产生粒子流A,用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流8。

、t2被，石蜡

木口木口W

a粒子

试探究：(1)在这个实验中粒子流A是什么粒子？

(2)粒子流8又是什么粒子？

提示：(1)A为中子流。

(2)8为质子流。因为石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的粒子流为中子流，

从石蜡中打出的是质子流。

1.原子核的组成

原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电。不同的原子核内

质子和中子的个数并不相同。

2.原子核的符号和数量关系

(1)符号:/Xo

(2)基本关系：核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数。质量数

(A)=核子数=质子数+中子数。

3.同位素

原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质，

同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的

中子数可以不同，所以它们的物理性质不同。把具有相同质子数、不同中子数的

原子核互称为同位素。

【例2】已知镭的原子序数是88,原子核的质量数是226。试问：

(1)镭核中有几个质子？几个中子？

(2)镭核所带电荷量是多少？

(3)若镭原子呈电中性，它核外有几个电子？

思路点拨：(1)质子数与原子序数、核电荷数、中性原子的核外电子数相等。

(2)质量数等于质子数与中子数之和。

［解析］(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88,中子数N等于

原子核的质量数A与质子数Z之差，即N=A—Z=226—88=138。

(2)镭核所带电荷量

2=Z^=88X1.6X10-19C^1.41X10-17Co

(3)镭原子呈电中性，则核外电子数等于质子数，故核外电子数为88。

［答案］(1)88138⑵1.41X10Fc⑶88

原子核的“数”与“量”辨析

(1)核电荷数与原子核的电荷量是不同的，组成原子核的质子的电荷量都是相

同的，所以原子核的电荷量一定是质子电荷量的整数倍，我们把核内的质子数叫

核电荷数，而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量。

(2)原子核的质量数与质量是不同的，也与元素的原子量不同。原子核内质子

和中子的总数叫作核的质量数，原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。

2.放射性元素的衰变

一、原子核的衰变

1.定义

原子核自发地放出a粒子或B粒子,由于核电荷数变了，它在元素周期表中

的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。

2.衰变分类

(l)a衰变：放出a粒子的衰变。

(2)0衰变：放出B粒子的衰变。

3.衰变过程

燮Uf掰Th+坦

金Thf锣Pa+□

4.衰变规律

(1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。

(2)任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有a放射性又有P放射

性，而丫射线伴随a衰变或0衰变产生。

说明：原子核衰变时质量数守恒，但不是质量守恒，有质量减少(也叫质量亏

损)。

二'半衰期与核反应

1.半衰期

(1)定义

放射性元素的原子核有生数发生衰变所需的时间。

(2)决定因素

放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状

态和外部条件没有关系。不同的放射性元素，半衰期不同。

⑶应用

利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间。

2.核反应

(1)人工核转变：

VN+；He-VO+；H。

(2)定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。

(3)特点：在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。

说明：半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核有意义，对少

数原子核没有意义。

三、放射性同位素的应用与安全

1.放射性同位素：很多元素都存在一些具有放射性的同位素,它们被称为放

射性同位素。

2.放射性同位素的应用：

(1)射线测厚仪。

(2)放射治疗。

(3)培优、保鲜。

(4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质,用放射性同位素

替换非放射性的同位素后，可以探测出原子到达的位置。

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。

说明：一般放射性同位素半衰期短，而且强度容易控制，使用更广泛。

考点一对原子核衰变的理解

教材PI09“思考与讨论”提示：新核的质量数与原来的核质量数减少4,在元

素周期表中位置向前移两位。a衰变的质量数减少4,核电荷数减少2。

原子核a衰变实质是放出一个氯原子核，0衰变实质是放出一个电子。

试探究：(1)放射性元素能不能一次衰变同时产生a射线和0射线？

(2)丫射线又是怎样产生的？

提示：(1)不能，一次衰变只能是a衰变或B衰变，而不能同时发生a衰变和

(3衰变。

(2)放射性的原子核在发生a衰变、p衰变时产生的新核处于高能级，这时它

要向低能级跃迁，并放出y光子。

1.衰变实质

a衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个a粒子，并在一定条件下作

为一个整体从较大的原子核中抛射出来，产生a衰变。

转化方程为2；n+2；H-；He。

P衰变：原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子,

即0粒子放射出来。

转化方程为;n-|H+'e。

2.衰变规律

原子核发生衰变时，遵循三个守恒定律

(1)衰变前后的电荷数守恒。

(2)质量数守恒。

(3)动量守恒。

3.衰变方程通式

(l)a衰变：炊一在夕Y+；He。

(2)B衰变：%fzdiY+J?e。

4.确定原子核衰变次数的方法与技巧

(1)方法：设放射性元素友经过〃次a衰变和机次0衰变后，变成稳定的新元

素分'Y,则衰变方程为：

今(一夕Y+〃；He+机.9e

根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：

A=A'+4n,Z=Z'+2n-m

A——AfA—Af

以上两式联立解得：〃=F-,〃2=下一+Z—Z

由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。

(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定a衰变的次数(这是

因为P衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定P衰变的次数。

【例1】赞U核经一系列的衰变后变为^Pb核，问：

(1)一共经过几次a衰变和几次p衰变？

(2)锵Pb与赞U相比，质子数和中子数各少了多少？

(3)综合写出这一衰变过程的方程。

思路点拨：(l)a衰变和p衰变方程遵守质量数守恒和电荷数守恒的规律。

(2)在写方程时用“一”而不能用“=”号，因为质量并不相等，且也不可逆。

［解析］(1)设赞U衰变为赞Pb经过x次a衰变和y次B衰变。由质量数守恒

和电荷数守恒可得

238=206+4%①

92=S2+2x~y②

联工■①②解得x=8,y=6

即一共经过8次a衰变和6次0衰变。

(2)由于每发生一次a衰变质子数和中子数均减少2,每发生一次0衰变中子

数减少1,而质子数增加1,故例Pb较避U质子数少10,中子数少22。

(3)衰变方程为避U-*亚Pb+8；He+6」e。

［答案］(1)8次a衰变和6次(3衰变⑵1022

⑶曼Uf徽Pb+8；He+6Ae

衰变次数的判断方法

(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。

(2)每发生一次a衰变，质子数、中子数均减少2。

(3)每发生一次p衰变，中子数减少1,质子数增加1。

考点二半衰期的理解与应用

放射性元素氢(锵Rn)经a衰变成为针(讲Po),半衰期约为3.8天；但勘测表明，

经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素锵Rn的矿石。

试探究：(1)甲同学说谯Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了

它的半衰期，这种说法对吗？

(2)如果不对，那到底是什么原因呢？

提示：(1)不对。放射性元素的半衰期由原子核本身的因素决定，与外界环境

等因素无关。

(2)地壳中原有的锯Rn早已衰变完了，目前地壳中的诏Rn主要来自其他放射

性元素的衰变。

1.对半衰期的理解：半衰期表示放射性元素衰变的快慢。

2.半衰期公式：N余="后(口y，余=加0)7,式中NK(、加()表示衰变前的原

子数和质量，N余、相余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，f表示衰变时

间，7表示半衰期。

3.适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，

对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子

核。

【例2】碘131核不稳定，会发生p衰变，其半衰期为8天。

(1)碘131核的衰变方程：器I-(衰变后的元素用X表示)。

(2)经过________天75%的碘131核发生了衰变。

［解析］⑴劭-熨X+；e

(2)75%的碘发生了衰变，即25%的未衰变。

2

即2=25%=：=停)

mo4\2J

共经历了两个半衰期即16天。

［答案］⑴助一盘x+2e(2)16

有关半衰期的两点提醒

(1)半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是样本

质量减少一半的时间。

(2)经过〃个半衰期，剩余原子核可利=最泮总。

考点三核反应与放射性同位素的应用

用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素

只不过40几种，而今天人工制造的放射性同位素已达1000多种。放射性同位素

在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面都得到了广泛的应用。

试探究：(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失，这是什么原因？

(2)在我国首次用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素结

晶跟天然牛胰岛素结晶是同一种，为此采用放射性同位素14c的作用是什么？

提示：(1)放射线的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之

中和，所以使验电器所带电荷消失。

(2)示踪原子。

1.核反应

(1)原子核人工转变的三大发现

①1919年卢瑟福发现质子的核反应：

^N+jHe-VO+：Ho

②1932年查德威克发现中子的核反应：

(Be+:He［C+()n。

③1934年约里奥一居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：召A1+；

He->?SP+on；心Pf刊Si++Ye。

(2)人工转变核反应与衰变的比较

①不同点：原子核的人工转变是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的

结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物

理和化学条件的影响。

②相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒,

反应前后粒子总动量守恒。

2.放射性同位素的应用

(1)放射性同位素的分类

可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过

40多种，而人工放射性同位素已达1000多种，每种元素都有自己的放射性同位

素。

(2)人工放射性同位素的优点

①放射强度容易控制。

②可以制成各种所需的形状。

③半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理。因此，凡是用到

射线时，用的都是人工放射性同位素。

(3)放射性同位素的主要应用

①利用它的射线。

a.工业部门使用射线测厚度——利用丫射线的穿透特性；

b.农业应用——利用7射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的

细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；

c.医疗上——利用y射线的高能量治疗癌症。

②作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过

探测放射性同位素的射线确定其位置。

【例3】(多选)关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有()

A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静

电的目的

B.利用Y射线的贯穿性可以为金属探伤

C.用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀

的品种

D.用y射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大

的伤害

思路点拨：(l)a射线电离能力强。

(2)y射线的穿透能力强。

BD［利用放射线消除有害静电是利用a射线的电离性，使空气分子电离成导

体，将静电泄出，A错误；利用丫射线的穿透性可以为金属探伤，y射线对人体细

胞伤害太大，因此不能用来人体透视，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，B、D

正确；DNA变异并不一定都是有益的，C错误。］

放射性同位素的两类应用

(1)利用它的射线：a射线的电离作用，y射线的贯穿本领和生物作用，p射线

的贯穿本领。

(2)作为示踪原子：多数情况下用p射线，因为丫射线难以探测到。

3.核力与结合能

一'核力与四种基本相互作用

1.强相互作用

(1)定义：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力,

它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，这种作用称为强相互作用。

(2)特点:

①核力是强相互作用的一种表现,在原子核内，核力比库仑力大得多。

②是短程力，作用范围只有约10fm。

2.弱相互作用

(1)定义：在某些放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互

作用。

(2)也是短程力，作用范围只有KT.m。

3.四种基本相互作用

四一

作用1-

相互

短J强

比

力程

用的

互作

种弱相

金

基力

短,为

强力更

-

作用1

相互

L弱

本一

相

一

磁力|——

互H电

长1

力

，电磁

离上

同距

作江在相

力强

有引

比万

用力大约

一

力—

有引।

U万

10”倍

力

叫核

，也

作用

发生

核子

邻的

跟相

子只

个核

，每

程力

是短

作用

相互

：强

说明

。

和性

的饱

节损

质量

能和

结合

二'

结合能

1.

量,这

要能

也需

开，

们分

把它

，要

成的

起构

在一

结合

核力

凭借

核壬