高考物理原子核

●自主学习1．电子的发现：1897年，

通过对阴极射线的研究发现了电子，从而说明电子是原子的组成部分，即原子是可再分的．汤姆生2．核式结构模型(1)1909～1911年，英国物理学家

进行了α粒子散射实验，提出了核式结构模型．(2)α粒子散射实验①实验装置：如图所示．卢瑟福②实验条件：金箔是由重金属原子组成，很薄，厚度接近单原子的直径．全部设备装在真空环境中，因为α粒子很容易使气体电离，在空气中只能前进几个厘米．显微镜可在底盘上旋转，要在360°的范围内进行观察．③实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数沿前进，少数发生

偏转，极少数偏转角度大于90°，甚至被弹回．原方向较大角度(3)核式结构模型：原子中心有一个很小的

，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的

在核外空间绕核旋转．电子核●深化拓展卢瑟福对α粒子散射实验的解释(1)用α粒子作为“炮弹”的理由：①质量和速度都较大；②可以使荧光物质发光．(2)选用金箔作为“靶子”的理由：①金原子核的电荷量较大；②金原子核的质量较大，与α粒子作用可视为静止；③金的延展性好，可制成很薄的箔，能减少α粒子与金原子核发生二次碰撞的可能性．(3)电子质量远远小于α粒子的质量(电子质量约为α粒子质量的1/7300)，对α粒子的运动基本没有影响，使α粒子发生大角度散射的只能是原子中带正电的部分．因为原子核很小，原子的大部分空间是空的，大部分α粒子穿过金箔时离核很远，受到的库仑力很小，运动几乎不受影响，只有少数α粒子从原子核附近飞过，受到原子核的库仑力较大，才发生较大角度的偏转．离原子核越近的α粒子受到的库仑力越大，偏转角越大．●针对训练如下图所示，X表示金的原子核，α粒子射向金核时被散射，设入射时的动能相同，其偏转轨道可能是图中的 (

)解析：α粒子受库仑斥力而偏转，斥力的方向沿X与α粒子的连线方向，且α粒子离原子核越近，偏转角越大，如图所示，故D正确．答案：D●自主学习1．定义：元素

地放出射线的现象，由法国物理学家贝克勒尔在1896年发现．2．原子核的衰变：放射性元素的

在放出某种粒子后，本身变成新原子核的变化．(1)α衰变——(新核的

数少2，

数少4)(2)β衰变—— (新核的

数增加1，

数不变)(3)γ衰变是伴随α衰变或β衰变同时发生的．自发原子核电荷质量电荷质量3．半衰期τ：放射性元素原子核有

发生衰变所需的时间．(1)对大量原子核而言，是一种统计规律，对少量原子核研究没有意义．剩余原子核数目n剩＝n原(1/2)t/τ，其中t为衰变时间．(2)半衰期由放射性元素原子核内部

的因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度等)或化学状态(如单质、化合物等)无关，不同的放射性元素半衰期不同．(3)放射性同位素的应用：利用它的射线；作为示踪原子．半数本身●深化拓展原子核的衰变1．三种衰变的实质(1)α衰变实质：原子核中两个中子和两个质子组成α粒子．发生一次α衰变，新元素与原元素比较，核电荷数少2，质量数少4，即(2)β衰变实质：原子核中一个中子变成质子时放出一个电子．发生一次β衰变，新元素与原元素比较，核电荷数增加1，质量数不变，即(3)γ衰变γ衰变是伴随着α衰变和β衰变同时发生的，γ衰变不改变原子核的电荷数和质量数．2．三种射线的比较项目名称组成粒子符号电荷量粒子质量贯穿本领(速度)电离能力α射线氦核He＋2e4u最弱(约十分之一光速)最强β射线电子e－eu/1840较强(接近光速)较强γ射线光子γ00最强(光速)最弱说明(1)其中e为元电荷，1e＝1.6×10－19C，u为原子质量单位，1u＝1.66×10－27kg.(2)贯穿本领看速度大小，速度大，贯穿本领强．α粒子在空气中只能飞行几厘米，一张薄纸就能把它挡住；β射线很容易穿透黑纸，甚至几毫米厚的铝板；γ射线的贯穿本领比X射线大得多，能穿透几厘米厚的铅板．(3)电离能力看电荷量多少，电荷量多，电离能力强3.衰变次数的确定特点：α衰变一次原子核质量数少4，β衰变不改变原子核的质量数．先确定α衰变的次数后，再确定β衰变的次数．方法：设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后为稳定的新元素Y，则核反应的方程为：4．对半衰期的理解(1)放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间称为半衰期．它是大量原子核发生衰变的一种统计规律，对单个或少数原子核无意义．(2)半衰期由核内部因素决定，与原子所处的物理或化学状态无关．(3)若用N表示尚未衰变的原子核数，N0表示衰变前的原子核数，t表示衰变的时间，τ表示半衰期，则有N＝由于元素的质量与其相对原子质量成正比，所以若用m0表示衰变前的物质的质量，m表示未衰变的物质的质量，上式可变为m＝●针对训练

“朝核危机”引起全球瞩目，其焦点就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆．重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239(Pu)，这种钚239可由铀239(U)经过n次β衰变而产生，则n为 (

)A．2

B．239

C．145

D．92解析：由β衰变规律，质量数不变，质子数增加1， Pu比U质子增加2，所以发生2次β衰变．答案：A●自主学习1．核反应：某种元素的原子核变为另一种元素原子核的过程.2．核能：由于原子核间存在

，所以原子核分裂成核子或核子结合成原子核都伴随着巨大的

变化，这种能量叫原子的结合能，称为核能．核力能量3．质量亏损：组成原子核的核子的质量与原子核的质量

(或参加核反应的原子核总质量与生成新原子核的总质量之差)．4．爱因斯坦质能方程：E＝

，若原子核质量亏损Δm，对应释放的能量为：ΔE＝

.5．获得核能的途径：重核

、轻核

．之差mc2Δmc2裂变聚变●深化拓展典型的核反应方程【特别提醒】(1)表示原子核的符号中，左下角Z表示核的电荷数，左上角A表示核的质量数．(2)原子核的质子数＝核电荷数＝原子序数＝中性原子的核外电子数＝质量数(核子数)一中子数．●规律方法1．熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础，如质子()、中子()、α粒子()、β粒子()、正电子()、氘核()、氚核()等．2．掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，所以要理解应用好质量数守恒和电荷数守恒的规律．3．熟悉核反应的四种基本类型，可以帮助我们理清思路，很快写出正确的核反应方程．【特别提醒】(1)核反应方程一般都不是可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．(2)核反应生成物一定要以实验为基础，不能只依两个守恒杜撰出生成物来臆造核反应方程．例1某原子核吸收一个中子后，放出一个电子，分裂为两个α粒子．由此可知 (

)A．A＝7，Z＝3

B．A＝7，Z＝4C．A＝8，Z＝3 D．A＝8，Z＝4[思维点拔]

只要写出此核反应的核反应方程式便可得出正确答案．[解析]

其核反应方程为 ，由核反应方程的质量数守恒和电荷数定恒可知：A＋1＝4×2，Z＝2×2－1，解得A＝7，Z＝3.[答案]

A[总结提升]

无论写哪种类型的核反应方程，都应注意以下几点：(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有的还要考虑能量守恒规律(如裂变和聚变方程常含能量项)．(2)核反应方程中的箭头(→)表示反应进行的方向，不能把箭头写成等号．(3)写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造．

(2009·安徽理综)原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量．这几种反应的总效果可以表示为 ，由平衡条件可知 (

)A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3解析：本题考查的是原子核反应方程的有关知识，意在考查考生对核反应过程中质量和电荷数守恒这一知识点的理解和应用能力；根据质量数和电荷数守恒可知：

.解得：k＝2，d＝2；故B正确．答案：B例2

(2008·皖南八校联考)目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，从而放射出α、β、γ射线，会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病．根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是 (

)A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个原子核了B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4[解析]

半衰期是统计规律，需对大量原子核而言，选项A错误．原子核内不可能有电子存在，β衰变释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，选项B正确．由三种射线的特性可知，选项C正确．发生α衰变时新生成的原子核质子数减少2，质量数减少4，中子数减少2，选项D错误．[答案]

BC[分析]

此类题目的特点是对基本知识点加以理解应用，对考点要求的基本知识点要非常熟悉．(2008·高考天津理综)一个氡核Rn衰变成钋核Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天.1g氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及Rn衰变成Po的过程放出的粒子是 (

)A．0.25g，α粒子 B．0.75g，α粒子C．0.25g，β粒子 D．0.75g，β粒子解析：7.6天是两个半衰期，剩下的质量占原来的1/4,1g氡衰变掉的质量为0.75g，又由质量数和电荷数守恒可知，放出的粒子质量数是4，核电荷数是2，该粒子是α粒子，因而B对．答案：B●规律方法(1)应用ΔE＝Δmc2；先计算质量亏损Δm，注意Δm的单位1u＝1.66×10－27kg,1u相当于931.5MeV的能量，u是原子质量单位．(2)核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能．【特别提醒】(1)质量数与质量是两个不同的概念．核反应中质量数、电荷数都守恒，但核反应中依然有质量亏损．(2)爱因斯坦的质能方程反映了原子质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的转变关系(即：核反应中的质量亏损，并不是这部分质量消失或质量转化为能量)．质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子的个数是不变的．(3)质量亏损并不否定质量守恒定律．

例3一个静止的氡核Rn，放出一个α粒子后衰变为钋核Po.假设放出的核能完全转变为钋核与α粒子的动能．已知M氡＝222.08663u、mα＝4.0387u、M钋＝218.0766u,1u对应的能量为931.5MeV.(1)写出上述核反应方程．(2)求出发生上述核反应放出的能量．(2)确定钋核与α粒子的动能．[解析]

(2)质量亏损Δm＝222.08663u－4.00387u－218.0766u＝0.00616u.ΔE＝0.00616u×931.5MeV≈5.74MeV①(3)设α粒子、钋核的动能分别为Ekα、Ek钋，动量分别为pα、p钋，由能量守恒定律得：ΔE＝Ekα＋Ek钋②由动量守恒定律得：0＝pα＋p钋③又Ek＝ ④故Ekα:Kk钋＝21