新教材鲁科版高中物理选择性必修第三册第5章原子核与核能知识点考点重点难点提炼汇总

第5章原子核与核能

第1节认识原子核.....................................................-1-

第2节原子核衰变及半衰期.............................................-8-

第3节核力与核能....................................................-14-

第4节核裂变和核聚变................................................-19-

第5节核能的利用与环境保护..........................................-19-

第1节认识原子核

r知识梳理m

一、天然放射现象的发现

1.天然放射现象：物质能自发地放出射线的现象.

2.放射性：物质放出射线的性质,叫作放射性.

3.放射性元素：具有放射性的元素,叫作放射性元素.

4.天然放射现象的发现：1896年，法国物理学家贝可勒尔发现了天然放射现象.

二、放射线的本质

1.如图所示，让放射线通过强磁场，在磁场的作用下，放射线能分成三束，这表明有三

种射线，且它们电性不同.带正电的射线向左偏转,为a射线；带负电的射线向右偏转,为

B射线；不发生偏转的射线不带电，为Y射线.

2.a射线是高速运动的氢虹核粒子流，有很强的电离作用，但是穿透能力很弱.一

张铝箔或一张薄纸就能将它挡住.

3.B射线是高速运动的电子,穿透能力较强，但电离作用较弱.能穿透几毫米厚的铝

板.

4.Y射线是波长很短的电磁波,穿透能力很强，但电离作用很弱.能穿透几厘米的铅

板.

三、原子和中子的发现

1.质子的发现

(1)实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用a粒子轰击氮原子核发现了虹.

(2)结论：质子是原子核的组成部分.

2.中子的发现

(1)卢瑟福的预想

卢瑟福发现质子后，预想核内还有一种不带电的中性粒子，并给这种“粒子”起名为生

壬.

(2)中子的发现是许多科学家研究的结晶.

①1930年，用针发出的a射线轰击被时，会产生一种不受电场和磁场影响、穿透能力

很强的射线.

②1932年，约里奥一居里夫妇用这种射线轰击五蜡，能从石蜡中打出质子.

③1932年，查德威克对云室中这种射线进行研究，发现这种射线是一种不带电、质量接

近虹的粒子流，即为中子.

四、原子核的组成

1.原子核的组成

(1)组成：原子核由质子和中子组成，并将质子和中子统称为核子.

(2)原子核的符号：/，其中X为元素符号;4表示原子核的质量数,Z表示核电荷数.

(3)两个基本关系

①核电荷数=质子数=原子序数.

②质量数=质子数+中子数=核子•数.

2.同位素

具有相同质子数、不同中子数的原子,如氢的三种同位素;H、加、汨.

3.核反应与核反应方程

(1)核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程.

(2)核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子.

(3)核反应规律：在核反应中，质量数和核电荷数均守恒.

逮点1三种射线的本质特征

畲憎境引入•助学助教

在放射性现象中放出的射线是什么呢？

它们除了有能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外，这些射线带不带电呢？

提示：a射线、B射线、Y射线；a射线带正电，P射线带负电，Y射线不带电.

三种射线的比较如下表

种类a射线B射线Y射线

组成高速氮核流高速电子流光子流（高频电磁波）

带电荷量2e-e0

4码

质量静止质量为零

外=1.67X10-''kg1836

速度0.1c0.9cC

在电场或场中偏转与a射线反向偏转不偏转

较强穿透几毫米的铝最强穿透几厘米的铅

贯穿本领最弱用纸能挡住

板板

对空气的

很强较弱很弱

电离作用

在空气中

粗、短、直细、较长、曲折最长

的径迹

通过胶片感光感光感光

【例1】（多选）将a、B、Y三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线

偏转情况正确的是（）

AB

CD

AD［已知a粒子带正电，P粒子带负电,Y射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运

动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向可知，A、B、C、D四幅图中a、B粒

子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,

mv

其半径

将数据代入，则a粒子与B粒子的半径之比

与=也.巴.如=Jx9卷X<=371,A对，B错；带电粒子垂直进入匀强电场，设

rp,/B昨q«[0.99c2

1836

初速度为%,垂直电场线方向位移为*,沿电场线方向位移为％则有y=嗡孔消

qEe

去大可得_/=

对某一确定的x值,«、B粒子沿电场线偏转距离之比

]

y»q/§rp218360.99c21

nC错，D对.]

ypqani«ri140.lc37.5

厂.......规律c方法..........................

判断三种射线性质的方法

(1)射线的电性：a射线带正电、B射线带负电、Y射线不带电.a、0是实物粒子，

而Y射线是光子流，它是波长很短的电磁波.

(2)射线的偏转：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6射

线偏转方向，由于Y射线不带电，故运动轨迹仍为直线.

(3)射线的穿透能力：a粒子穿透能力较弱，B粒子穿透能力较强，Y射线穿透能力最

强，而电离作用相反.

弋装2质子和中子的发现

畲情境引入，助学助教

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.原子核内究竟是什么结构？原子核又是由什么粒子组成的呢？

提示：原子核还可以再分，原子核由质子和中子组成.

1.质子的发现

(1)实验背景

电子的发现使人们认识到，原子不再是构成物质的基本单位，进一步研究发现，原子的

中心有一个原子核，原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量.原子核的结构如何？

1919年，卢瑟福做了用a粒子轰击氮原子核的实验.

rnrn

c£尸强

(2)实验装置(如图所示)

7进气孔、力放射源、尸铝箔、S荧光屏、材显微镜，C真空容器.

(3)实验过程

容器C里放有放射性物质儿从/放射出的a粒子射到铝箔厂上，适当选取铝箔的厚度，

使a粒子恰好被它完全吸收，而不能透过.在厂的后面放一荧光屏S,材是显微镜，通过M

可以观察到S是否有闪光.

(4)实验现象

开始，S上无闪光(因为a粒子没有穿过铝箔).打开进气孔7的阀门，通入氮气，可以

观察到S上有闪光.

(5)实验分析

容器。中通入氮气后，用显微镜观察到荧光屏上有闪光，闪光一定是a粒子击中氮核后

产生的新粒子透过铝箔引起的.

(6)新粒子性质研究

①把这种粒子引进电磁场中，根据它在电磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，进而

确定它就是氢原子核，又叫质子.用符号表示为或;p.

②人们用同样的办法从其他元素的原子核中也轰击出了质子.

(7)实验结论

质子是原子核的组成部分.

2.中子的发现

(1)科学家在1930年利用Po放出的a射线轰击被原子核时，产生了一种看不见的、贯

穿能力很强、不受电场和磁场影响的射线.

(2)1932年，约里奥一居里夫妇发现如果用来自被的射线去轰击石蜡，能从石蜡中打出

质子，如图所示.

a和小"J见的粒子

(3)1932年，查德威克进一步研究这种射线时发现，这种射线是一种不带电的、质量接

近质子的粒子流，即是卢瑟福猜想的中子.

(4)结论：中子是原子核的组成部分.

【例2】1934年，约里奥一居里夫妇用a粒子轰击铝核助1,产生了第一个人工放射

性核素X：a+；；Al-n+X.X的原子序数和质量数分别为()

A.15和28B.15和30

C.16和30D.17和31

B[据a粒子和中子的质量数和电荷数写出核反应方程：犯e+§Al-；n+?X,结合质量

数守恒和电荷数守恒得，4=4+27—1=30,2=2+13—0=15,原子序数等于电荷数，故B

正确.]

厂........规律＜方法..........一

关于核反应方程的两点注意

(1)核反应前后质量数守恒、核电荷数守恒，而不是质量守恒、总电荷量守恒.

(2)为方便正确地写出核反应方程，应记住常见粒子的符号，如质子;H、中子;n、电子-；e、

a粒子;He等.

2点”原子核的组成

畲情境引入•助学助教

1919年卢瑟福用镭放射出的a粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一种新的粒子(如图

所示)，叫作质子.

甯第

出

9

『a粒子

a粒子轰击氯原子核

(1)人们用a粒子轰击多种原子核，都打出了质子，说明了什么问题?

(2)绝大多数原子核的质量数都大于其质子数，说明了什么问题？

提示：(1)说明质子是原子核的组成部分.

(2)说明原子核内除质子外，还有其他粒子存在.

1.原子核的大小和组成

「半径：10-15-10-14m

‘质子：电荷量e=+l.6X1019C

质量4=1.6726231X102ikg

原子核＜组成小丑耳八

中子：电荷量e=0

、质量-=1.6749286X1027kg

I同位素：质子数相同，中子数不同的原子

2.对核子数、电荷数、质量数的理解

(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和

叫核子数.

(2)电荷数(2)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个数表示原子核的

电荷量，叫作原子核的电荷数.

(3)质量数(⑷：原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎

相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫作原子核的质量数.

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、不同中子数的原子互称为同位素.

【例3】(多选)已知黑Ra是嘘Ra的一种同位素，则下列说法正确的是()

A.它们具有相同的质子数和不同的质量数

B.它们具有相同的中子数和不同的原子序数

C.它们具有相同的核电荷数和不同的中子数

D.它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质

AC[原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核内

的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和.由此知这两种镭的同位素核内的质子数均

为88,核子数分别为228和226,中子数分别为140和138；原子的化学性质由核外电子数决

定，因为它们的核外电子数相同，所以它们的化学性质也相同.故正确答案为A、C.]

厂........规律＜方法..........一

原子核的“数”与“量”辨析技巧

(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.

第2节原子核衰变及半衰期

匚割,梳理口

一、原子核的衰变、半衰期

1.衰变：原子核由于放出a射线或B射线而转变为新核的变化.

2.衰变形式：常见的衰变有两种，放出a粒子的衰变为a衰变,放出B粒子的衰变

为B衰变,而Y射线是伴随a射线或B射线产生的.

3.衰变规律

(1)a衰变:IX-lHe+gY.

(2)P衰变：纪Te+&.

在衰变过程中，电荷数和质量数都守恒.

4.衰变的快慢一一半袁期

(1)放射性元素的原子核有生数发生衰变需要的时间叫作坐衰期.

(2)元素半衰期的长短由原子核自身因素决定,与原子所处的物理、化学状态以及周围压

强、温度无关.

二、放射性的应用

1.放射性同位素的应用主要分为两类：一是利用射线的电离作用、穿透能力等性质；二

是作为示踪原子.

2.射线特性的利用

(1)辐射育利\食品辐射保存、放射性治疗等.

(2)放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置.

(3)y射线探伤：利用了Y射线穿透能力强的特点.

3.作为示踪原子：用仪器探测放射性同位素放出的射线，可以查明放射性元素的行踪，

好像带有“标记”一样.人们把具有这种用途的放射性同位素叫作示踪原子.

三、放射性污染和防护

1.放射性污染的主要来源

(1)核爆炸.(2)核泄漏.(3)医疗照射.

2.为了防止放射线的破坏，人们主要采取以下措施

(1)密封防护.

(2)距离防护.

(3)时间防护.

(4)屏蔽防护.

»点1对原子核衰变的理解

畲情境引入•助学助教

你知道考古学家靠什么推断古化石的年代吗？

提示：只要测出古化石中“C的含量，就可以根据"C的半衰期推断古化石的年龄.

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.2；n+2；H-；He.

B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B粒

子放射出来.

In->；H+-；e.

2.衰变方程通式

(1)a衰变:-TY+lHe.

(2)P衰变：-f/Y+'e.

3.确定原子核衰变次数的方法与技巧

(1)方法：设放射性元素为经过〃次。衰变和0次3衰变后，变成稳定的新元素夕Y,

则衰变方程为：

zX->1Y+7?>He+/z(-?e.

根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：

A—A'+4n,Z—Z1+2〃一勿.

以上两式联立解得：〃=V一，0=气二+/—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6

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B衰变的次数.

【例1】明U核经一系列的衰变后变为2名Pb核，问：

(1)一共经过几次a衰变和几次B衰变？

(2)2嗫Pb与2嘘U相比，质子和中子数各少多少？

(3)综合写出这一衰变过程的方程.

［解析］(D设2嘘u衰变为2%Pb经过*次a衰变和y次8衰变.由质量数守恒和电荷数

守恒可得

238=206+4892=82+2%一%

联立解得x=8,y=6.即一共经过8次a衰变和6次P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B衰变，中子数少

1,而质子数增1,故端Pb较组U质子数少10,中子数少22.

(3)核反应方程为端Uf嘘Pb+8；He+6：e.

［答案］(1)8次a衰变，6次B衰变(2)1022(3)见解析

厂.......规律＜方法..........一

分析衰变次数的解题步骤

(1)先根据已知条件，表示出初、末原子核的符号.如为、夕Y等.

(2)根据衰变规律，写出核反应方程，衰变次数用未知数表示.

如：zX-»zY+®He+z?-?e.

(3)根据核反应方程遵循的规律列方程求解未知数.

A—A'+4卬

根据反应式得:

Z=Z'+2m-n

3点Z半衰期的理解与应用

畲情境引入，助学助教

晋朝初年，南昌人许逊被朝廷任命为旌阳县令，他看到很多老百姓的租税交不了，非常

同情他们，用点石成金的法术，免去百姓的租税.许逊真的能把石头点成金子吗？

提示：不能，衰变需要时间.

1.常用公式：片,错误！，片.嘴误!错误！.

式中MM表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，〃、勿表示尚未发生衰变的放射性

元素的原子数和质量，/表示衰变时间，7表示半衰期.

2.意义：表示放射性元素衰变的快慢.

3.规律的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，由元素的原子核内部因素决定，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.

4.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.

5.规律的用途：利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代.

【例2】恒星向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当温度达到10"K时，

可以发生“氢燃烧”.

⑴完成“氢燃烧”的核反应方程：；He+TBe+丫.

(2)：Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6X10T6s.一定质量的:Be,经7.8义10一%

后所剩;Be占开始时的.

［解析］(1)根据核反应方程和电荷守恒定律可知，

犯e+；Hef；Be+y.

(2)：Be的半衰期为2.6X1CT4,经过7.8X10一飞后，也就是经过3个半衰期后剩余的

质量为

n3

m1必=(3)如所剩:Be占开始时的看

［答案］⑴瓶(2)!或12.5%

O

厂.......规律G方法..........一'

应用半衰期公式片，G)错误!，〃=\错误!错误!的三点注意

(1)半衰期公式只对大量原子核才适用，对少数原子核是不适用的.

(2)明确半衰期公式中办"的含义及二者的关系；〃、力’的含义及二者的关系.

(3)明确发生衰变的原子核与新产生的原子核质量之间的比例关系，每衰变一个原子核,

就会产生一个新核，它们之间的质量之比等于各自原子核的质量之比.

M点3放射性的应用

畲情境引入•助学助教

放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产

和科学领域得以广泛的应用.

经照射未经照射

射线测厚装置射线的照射能延长草链的保质期

(1)能用a射线来测量金属板的厚度吗？

(2)y射线照射食品延长保存期的原理是什么？

提不：(1)不能.

(2)用丫射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期.

1.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.

2.放射性同位素的主要应用

(1)利用它的射线

①工业部门使用射线测厚度一一利用Y射线的穿透特性.

②农业应用一一Y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.

③医疗上一一利用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)下列说法正确的是()

A.给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后

生长更好

B.输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置

C.天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是含量较少，经济上不划算

D.放射性元素被植物吸收，其放射性不会发生改变

BD[放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在

各季节吸收含有哪种元素的肥料.无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，

植物生长是相同的，A错误；人工放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成

永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放

射元素，C错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D正确；放射性

同位素可作为示踪原子，是因为它不改变元素的化学性质，B正确.]

厂......规法............................

放射性同位素的应用技巧

(1)用射线来测量厚度，一般不选取a射线是因为其穿透能力太差，更多的是选取Y射

线，也有部分选取8射线的.

(2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取Y射线.

(3)使用放射线时安全是第一位的.

y点;4放射性的污染和防护

畲情境引入•助学助教

射线在人们心里是一个恶魔，许多人谈“核”色变，怎样对射线进行有效的防护呢?

放射性物质危险警告标志

提示：其实射线并不可怕，可怕的是无知，只要熟知各种射线的特点，就可以避开射线

对我们的危害，如图所示，从图中你可能有所体会.

污染与防护举例与措施说明

核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的丫射线和

核爆炸

中子流，长期存在放射性污染

核工业生产和核科学研究中使用的放射性原材料，一旦泄

污染核泄漏

漏就会造成严重污染

医疗医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，

照射甚至造成病人死亡

密封把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊方法覆盖，以

防护防止射线泄漏

距离距放射源越远，人体吸收放射线的剂量就越少，受到的危

防护害就越轻

防护

时间

尽量减少受辐射的时间

防护

屏蔽在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用，铅的屏蔽

防护作用最好

【例4】(多选)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器.贫铀是提取铀235以后的废料，

其主要成分为铀238.贫铀炸弹有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期

对环境起破坏作用而造成污染.人长期生活在该环境中会受到核辐射而易患上皮肤癌和白血

病.下列结论正确的是()

A.铀238的衰变方程式为-U—如e+\Th

B.周川和23队互为同位素

C.人患皮肤癌和白血病可能是因为核辐射导致了基因突变

D.贫铀炸弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性

ABC[铀238具有放射性，放出一个a粒子，变成针234,选项A正确；铀238和铀235

质子数相同，故互为同位素，选项B正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱

因之一，选项C正确；贫铀炸弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高

韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸

弹，选项D错.]

第3节核力与核能

Tfl.梳理m

一、核力与核的稳定性

1.核力

把原子核中的核壬维系在一起的力.

2.核力特点

(1)核力是短程力,作用范围在空(1fm=10fm)左右，它不能延伸到3fm以外.

(2)当两核子间距离减小时，核力也迅速减小，至一定值时，核力表现为斥力.

(3)核力是一种强相互作用，若两质子之间的距离为1fm,库仑力是200N左右，核力

必须非常强才能抵消所有质子库仑力的作用.

3.核素

具有一定数目质子和一定数目中子的原子核.

4.核素图

用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种核素用一小方块表示,所得到的图象.

5.核的稳定性

(1)核素的稳定区：几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线的两侧区域.

(2)稳定核素的中子数与质子数的关系：随着Z的增加，稳定核素的中子数越来越大于质

子数.

二、四种基本相互作用

四

短J强相互作用1

种

会弱相互作用的力程比

力

基U弱相互作用卜强力更短,为1078m

一

本

相

一

互

长「电磁力|——

在相同距离上，电磁力

程

作

力

用大约比万有引力强

一U万有引力।—

10M倍

三、结合能与平均结合能

1.结合能

核子结合成原子核所释放的能量.

2.平均结合能

(1)定义：原子核的结合能与其质量数之比.

(2)意义：平均结合能越大，原子核越难分离成单个核子.

3.质量亏损

(1)质量亏损：任何一个原子核的质量总是小王组成它的所有核子的质量之和，这一差值

称为质量亏损.

(2)能量计算：质量亏损说明核子组成原子核放出能量，其大小为

甘点____________________________原__子__核_稳定性分析

畲情境引入•助学助教

如图所示为3H和3He的原子核结构示意图.

(1)核子之间都有相互作用的核力，说明核力与电荷有什么关系？

(2)质子之间除了核力外还有什么作用力？

提示：(D核力与电荷无关.

(2)还有库仑力，万有引力.

1.原子核中核子比例关系：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等；对于较

重的原子核，中子数大于质子数.越重的原子核，两者相差越多.

2.形成原因及原子核的稳定性

(1)原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小，较多的质子聚集在一起的

核力不足以平衡它们之间的库仑力，原子核就不稳定了.这时，不再成对地增加质子和中子,

而只增加中子，中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核

的稳定性.

(2)核力的饱和性：稳定的重原子核里，中子数要比质子数多.由于核力的作用范围是有

限的，核力具有饱和性，如果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.所以，原子核的大小也受

到限制.

【例1】关于原子核中质子和中子的说法，正确的是()

A.原子核中质子数和中子数一定相等

B.稳定的重原子核里，质子数比中子数多

C.原子核都是非常稳定的

D.由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，不可能无节制地增大原子核而仍

能稳定存在

D[原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数越大的原子核中，中子数

比质子数大，且原子序数大的和原子序数小的都没有中等质量的原子核稳定，故A、B、C错

误；又由于核力是短程力，以及饱和性的特点，原子核不可能无节制地增大，故D正确.]

1.......规律(方法..........................

核力与带电荷情况无关.无论是质子间、中子间、质子和中子间均存在核力，且是相同的.

冷点2对结合能的理解

畲情境引入•助学助教

如图所示为原子核的比结合能示意图.

(1)比结合能最小的是什么原子核？

(2)随着质量数的增加，比结合能曲线整体上有什么变化规律？

提示：(DiH(2)先增大后减小

1.结合能与比结合能

结合能是原子核拆解成核子吸收的能量，而比结合能是原子核拆解成核子时平均每个核

子吸收的能量.

2.比结合能曲线

不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示.

从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量

的原子核要小.

3.比结合能与原子核稳定的关系

(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表

示该原子核就越稳定.

(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；

中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定.

(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能.例如，

一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一

个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能.

【例2】(多选)关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法中正确的是()

A.原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时核力做的功

B.原子核的结合能等于核子从原子核中分离，外力克服核力做的功

C.平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量

D.不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能大

ABC[原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中分离，需要外力克服

核力做功.当自由核子结合成原子核时，核力将做功，释放能量.对某种原子核，平均每个

核子的结合能称为平均结合能.不同原子核的平均结合能不同.重核的平均结合能比中等质

量核的平均结合能要小.综上所述，正确选项为A、B、C.]

厂.......规律方法...........................

1结合能大的原子核，比结合能不一定大，结合能小的原子核，比结合能不一定小.

2核的大小与原子核稳定的关系方面：中等大小核的比结合能最大、原子核最稳定.

幺点3核能的计算

畲情境引入•助学助教

用a粒子轰击被核;Be发现中子的核反应方程为

;Be+；He-»”uC+jn

甲同学说：核反应过程中核子数没变，所以质量是守恒的；乙同学查找资料，各个原子

核或核子的质量如下：

ffl)e=9.01219u,za—12.000u,=4.0026u,居=1.008665u.

(其中1u=1.660566X10-"kg),他通过计算发现反应之后的质量减少了，于是他得

出结论：核反应过程中质量消失了.

这两个同学的说法对吗？如果不对错在哪里？你对质量亏损是如何理解的？

提示：甲同学的说法错误.核反应过程中质量数守恒而不是质量守恒；乙同学的说法错

误.质量亏损并不是质量的消失.

对质量亏损的理解

(1)在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质

量转变为能量.物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少，减少

的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量.

(2)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的.

L质量亏损

(1)科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等.例如，精确计算表明：笊核的

质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫作质量亏损，质量亏损只有在

核反应中才能明显地表现出来.

(2)Am是核反应前与核反应后的质量之差.

2.质能方程Q/府

爱因斯坦指出，物体的能量(£)和质量(血之间存在着密切的关系，即6=卬占式中。为

真空中的光速.爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比.由于c?这个

数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的.

3.核反应中由于质量亏损而释放的能量

从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化△£与物体的质量变化△面的关系:

AE—Ame.

［例3］三个a粒子结合成一个碳，C,已知碳原子的质量为12.0000u,氮原子的

质量为4.0026u.(111=1.66X1。-"kg)

(D写出核反应方程；

(2)这个核反应放出的能量是多少焦？

(3)这个能量合多少MeV?

［解析］(1)3扭e-1c+A反

(2)△卬=3X4.0026u-12.0000u=0.0078u.

△R=0.0078X1.66X10-27kg=1.2948X10^kg.

△6=Amd.165X1012J.

,、1.165X10-126

(3)△£=eV«=7.28X106eV=7.28MeV.

1，.6〜X10，…

［答案］(1)3况e-”6C+

(2)1.165X1012J(3)7.28MeV

厂.......规律c方法..........................

核能的两种单位换算技巧

(1)若以kg为质量亏损△加的单位，则计算时应用公式△£=△而也

(2)若以原子单位“u”为质量亏损单位，则△d"X931.5MeV.

(3)两种方法计算核能的单位分别为“J”和“MeV”，

1MeV=lX106X1,6X10-19J=1.6X10-13J.

第4节核裂变和核聚变

第5节核能的利用与环境保护

曰a-梳理口

一、重核裂变

1.重核的裂变

(1)核裂变：用中子轰击铀核,铀核分裂成质量相近的两部分,并释放出能量的核反应过

程叫作核裂变.

(2)裂变能：核裂变也放出的能量称为裂变能，也称核能或原子能.核裂变是释放核能的

方法之一.

(3)铀核裂变的产物多种多样，其中有代表性的有：

in+七川―^Sr+l35iXe+2sn

on+2%U-”「Ba+MKT+3sn.

2.链式反应

(1)定义：在2嘘U核裂变释放出巨大能量的同时，平均每次可以放出2〜3个中子，这些

中子称为第1代中子，如果其中至少有一个继续轰击周川，使之发生裂变，就能产生第2代中

子,这样不断继续下去，中子会不断增加，裂变反应就会不断加强，就形成了裂变的链式反

应.能够发生链式反应的铀块的最小体积叫作临界体积.

(2)条件：发生链式反应必须具备两个条件：a.铀核的体积达到临界体积;b.必须存在

持续不断的中子源.

二、裂变反应堆

1.核反应堆：能维持和控制链式反应速度的装置.

2.核反应堆的构成：堆芭、中子反射层、控制系统和防护层等部分.

(1)堆芯：由燃料棒、减速剂和冷却剂组成.

(2)中子反射层：反射核裂变中产生的中子,使其进一步参加链式反应.

(3)控制棒：用能幽慢中子的镉或硼钢制成，以控制链式反应的速度.

三、轻核聚变与可控热核聚变反应

1.轻核聚变

采用轻核聚变成较重核引起结合能变化的方式可获得核能，这样的核反应称为轻核聚变.

2.太阳内部核聚变的反应方程

fH+?H->hle+sn.

3.核子聚变的条件

要使核子发生聚变，必须使核子接近核力能发生作用的范围.

4.物质第四态一一等离子态

在高温下，原子已完全电离，形成了物质第四态一一等离子态.高温等离子体的密度及

高温维持时间达到一定值时才能实现聚变.

5.约束等离子体的三种方式

引力约束、磁约束、惯性约束.

四、核能的利用及环境保护

1.核电站：将核反应堆释放的核能转化为电能的发电厂.

工作流程：将反应堆释放的核能转化为蒸汽的内能，再利用蒸汽驱动汽轮机发电转化为

电能.

燃料：反应堆以券川为燃料.

2.核武器：原子弹和氢弹是众所周知的两种核武器.

3.核能的优势

(1)核能发电比燃煤发电的成本低.

(2)核电站对环境的污染比燃煤发电小得多.

4.核能利用存在的危害

(1)核废料的高辐射性.

(2)放射性物质泄漏，产生核污染.

(3)核武器威力巨大，不仅能摧毁生命，而且会使生态环境受到严重破坏.

9点］铀核裂变及链式反应

畲情境引入•助学助教

(1)铀核裂变是如何发生的？

(2)铀核裂变在自然界中能自发进行吗？

提示：(1)①核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中

由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状.

②核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作

用而分裂成几块，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一

代继续下去，形成链式反应.

(2)重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，在自然界中不会自发地发生.铀核裂变

不会自发地进行，要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂产生更多的

中子，这些中子继续与其他铀核发生反应，再引起新的裂变，这样就形成了链式反应.

1.裂变的解释：重核被中子轰击后，与中子复合成一个处在高激发态的同位素，这种重

核的同位素要发生形变，从一个接近球形的核变为一个拉长的椭球形的核，核子间的距离增

大，核力减小到不足以抵消质子间的库仑斥力而恢复原状，最后分裂成两部分，同时放出中

子.

2.裂变过程核能的计算：智队+；n-9Ba+飘r+3；n.

已知加(嘘U)=235.0439u,a.=1.0087u,卬(吗eBa)=140.9139u,)怎Kr)=91.8973

u,

且1u质量对应的能量为931.56MeV.

裂变前：0=(235.0439+1.0087)u=236.0526u.

裂变后：德=(140.9139+91.8973+3X1.0087)u=235.8373u.

质量亏损：AR=0.2153u

释放能量：△£=0.2153X931.5MeV=200.55MeV.

3.重核裂变的条件

(1)要有足够浓度的铀235.

(2)要有足够数量的慢中子.

(3)铀块的体积要大于临界体积.

【例1】现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：2%u+；n-".Nd+Zr+3；n+8-：e

+v.

(1)核反应方程中的「是中微子，它不带电，质量数为零.试确定生成物错(Zr)的电荷

数与质量数.

(2)已知铀(U)核的质量为235.0439u,中子质量为1.0087u,铉(Nd)核质量为142.909

8u,错核质量为89.9047u.又知1u=1.6606X10-27kg,试计算，1kg铀235大约能产

生的能量是多少？

［解析］(1)根据电荷数和质量数守恒，可得

Zr的电荷数Z=92-60+8=40,

质量数4=236—143—3X1=90.

(2)方法一：质量亏损

△必=(加+陷)一(加+/肪+3偏)=0.212u,

一个铀核裂变释放能量

AE—AmX931.5MeV

=0.212X931.5MeV=197.5MeV

1kg铀核含有的原子核数为

〃=与烂X6.02义1。23个-2.562X1()2"个，

ZOO

1kg铀核产生的能量

£1,&=/?•562X197.5X1021MeV,

一5.06X1026MeV=5.06X1026X106X1.6X10^19J

«8.1X1O'：，J.

方法二：△m=(/zi+za)—(zad+z%r+3za)

=0.212u=0.212X1.6606X1O-27kg

«=3.5X1028kg,

△£1=A®C2=3.5X10-28X(3X108)2J=3.15X10"J,

100023人

02XIO?'个心2.562X10-M'个A，

Zoo

6&=/?A£=2.562X10"X3.15X1011J««8.1X1013J.

［答案］(1)4090(2)8.1X1013J

厂.......规律＜方法..........................、

计算重核裂变释放的核能常用方法

(1)根据爱因斯坦质能方程计算.用裂变反应中质量亏损(△血的千克数乘以真空中的光

速(c=3X10*m/s)的平方，即△E=Ame'.

(2)根据1原子质量单位u相当于931.5MeV能量计算.用裂变反应中质量亏损的原子质

量单位数乘以931.5MeV,即△£=A〃X931.5MeV.

(3)由核能的转化量计算.