新教材一轮复习鲁科版第16章第2讲原子核学案

第2讲原子核

-------------、必备知识•落实基础性/------------

一、原子核的组成、放射性元素的衰变

1.天然放射现象

元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现,

说明原子核具有复杂的结构。

2.原子核的组成：原子核是由康壬和中子组成的，原子核的电荷数等于核

内的质子数。

3.原子核的衰变

⑴衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化。

⑵分类

α衰变：m+lHe,如：曼U―锚ITh+2He;

0

β衰变：OX-z+?Y+O-IX如：郁Th-钾Pa+-ιeo

(3)半衰期：放射性元素的原子核有生教发生衰变所需的时间。半衰期由原

子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。

4.放射性同位素的应用与防护

(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性

同位素的化学性质相同。

⑵应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。

(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。

思考辨析

1.原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数。(J)

2.β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。(J)

3.半衰期可以通过人工进行控制。(X)

4.某放射性元素的半衰期为4天，若有100个这样的原子核，经过4天后

还剩50个。这种说法对吗？

提示：不对，半衰期是大量放射性元素的原子核衰变时所遵循的统计规律,

不能用于少量的原子核发生衰变的情况，因此，经过4天后，100个原子核有多

少发生衰变是不能确定的，所以这种说法不对。

注意事项/核反应方程：质量数守恒、电荷数守恒，但不是总质量守恒。

二、核力与结合能核裂变与核聚变

1.核力和核能

(1)核力：原子核内部，邻近核壬间所特有的相互作用力。

(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损ʌm,其对应的能量ΔJE=ΔJTIC2O

(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加A∕n,吸收的能

量为AE=AHlC2。

2.裂变反应和聚变反应

⑴重核裂变

①定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较

小的原子核的过程。

②典型的裂变反应方程：

赞U+An-然Kr+第Ba+3g°

③链式反应：重核裂变产生的空子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。

④临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应

的质量。

⑤裂变的应用：原子弹、核反应堆。

⑥反应堆构造：核燃料、慢化剂、控制棒、防护层。

(2)轻核聚变

①定义：两个轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在

高温下进行，因此又叫热核反应。

②典型的聚变反应方程：

?H+|H—^He+⅛n+17.6MeV0

思考辨析

1,核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大。(X)

2.铀核裂变时会吸收大量的能量。(X)

3.核聚变中平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的

能量大。（J）

4.有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？

提示：不对。在核反应中质量数守恒，即核子的个数不变，只是核子组成

原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和,

即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化。

5.2020年12月3日，“嫦娥五号”从月球上带回的⅛e是未来核聚变最理

想的原料，me聚变产生的是？He和质子，不会产生中子，请尝试写由其核反

应方程式。

提示：2。He—^He+21Ho

注意事项/（1）核子数越多，结合能越大，比结合能不一定越大。

（2）质能方程表明质量和能量有着紧密联系，但不能相互转化。

--------------\关键能力•提升综合性/-----------

考点1原子核的组成（基础考点）

「题组通关」

1.关于原子核内部的信息，最早来自天然放射现象。人们从破解天然放射

现象入手，一步步揭开了原子核的秘密。下列说法正确的是（）

A.法国物理学家贝克勒尔发现了X射线

B.德国物理学家伦琴发现，铀和含铀的矿物能够发出α射线

C.卢瑟福用ɑ粒子轰击氮原子核，发现了质子

D.居里夫妇通过实验发现了中子

C解析：法国物理学家贝克勒尔发现了铀和含铀的矿物能够发出射线，A

错误；德国物理学家伦琴，发现了伦琴射线，又叫X射线，B错误；卢瑟福用ɑ

粒子轰击氮原子核，发现了质子，并预言了中子的存在，C正确；查德威克通过

实验发现了中子，D错误。

2.（多选）下列说法正确的是（）

A.JJlX与/1Y互为同位素

B.[X与"飞丫互为同位素

c.AX与片NY的中子数相同

D.受U核内有92个质子，235个中子

BC解析：A选项中，ZX核与"ZLIY核的质子数不同，不是同位素，A错

误；B选项中，％X核与喘IY核的质子数都为根，而质量数不同，则中子数不同，

所以互为同位素，B正确；C选项中，ZX核内的中子数为〃一机，ZWY核内的

中子数为（〃一2）—（»i—2）=〃一山，所以中子数相同，C正确；球U核内有143

个中子，而不是235个中子，D错误。

「题后归纳」

原子核的“数”与“量”的辨析

（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原子核的质量数，原子核的质量等于质子和中子质量的总

和。

考点2放射性元素的衰变（基础考点）

「题组通关」

1.（2020•山东高考）筑核汨发生P衰变成为氮核汨e。假设含瓶材料中i

H发生P衰变产生的电子可以全部定向移动，XIO,Xi（）-8A。Xlor9c,在

这段时间内发生β衰变的僦核m的个数为（）

XlO14XlO16

XlO16XlO18

B解析：根据/=：=半，可得产生的电子数为〃=，=错误！个=IoI6χi（）i6

个。故选B。

2.如图所示，把放射源铀、钵或镭放入用铅做成的容器中，射线从小孔射

出。在射线经过的空间施加磁场（垂直纸面向里），发现射线分裂成三束，下列关

于这三束射线的说法正确的是（）

A.射线①中每颗粒子的质量是射线③中每颗粒子质量的4倍

B.射线②的电离能力最强

C.若加热铅盒，则单位时间内射出的粒子数会增加

D.卢瑟福用射线①轰击氮原子核发现了质子

D解析：根据左手定则可知，①带正电，是α射线GHe核），②是Y射线，

③是β射线（_；e）,而α粒子的质量远大于电子的质量，选项A错误；射线①即ɑ

射线的电离能力最强，选项B错误；放射性元素的半衰期与外界条件无关，若

加热铅盒，则单位时间内发生衰变的原子核数不变，射出的粒子数不变，选项C

错误；卢瑟福用α射线轰击氮原子核发现了质子，选项D正确。

3.（2021•银川模拟）自然界中存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰

变就达到稳定状态，而是要发生一系列连续的衰变，最终达到稳定状态。某些

原子核的衰变情况如图所示（N表示中子数，Z表示质子数），则下列说法正确的

是（）

A.由领iRa到锅iAc的衰变是α衰变

B.已知道Ra的半衰期是T,贝!!8个篇Ra原子核经过2T时间后还剩2个

C.从WTh到迎Pb共发生5次α衰变和2次β衰变

D.图中发生的α衰变和β衰变分别只能产生a和β射线

C解析：由"Ra到避AC放出电子，则此衰变是P衰变，选项A错误；半

衰期是大量原子核衰变遵循的统计规律，对少量的原子核不适用，选项B错误;

WTh变为避Pb,质量数减少20,则发生了5次a衰变，根据5X2-χ=8得，

x=2,知发生了2次β衰变，故C正确；题图中发生的α衰变和β衰变，往往

伴随Y射线产生，选项D错误。

「题后归纳」

1.衰变规律及实质

(l)α衰变和β衰变的比较

衰变类型a衰变β衰变

衰变方程2X7NY+扭e织一zdιY+Je

2个质子和2个中子结合成一个

中子转化为质子和电子

衰变实质整体射出

2∣H+2λn——>iHeAn--lH+4e

匀强磁场

中运动轨Q}

迹的形状

衰变规律电荷数守恒、质量之取守恒、动量守恒

(2)γ射线：经常伴随着a衰变或β衰变同时产生。实质是放射性原子核在发

生a衰变或β衰变过程中辐射出的光子。

2.三种射线的成分和性质

名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领

--

a射线iHe+2e4u~⅛⅛~

1~

电子较强较强

β射线4e~e1837U

γ射线Y00最强

(1)半衰期的公式：N余=N原Qy,机余=机Igeyo式中的N原、机原表示衰

变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后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，T表示半衰期。

(2)对于发生a衰变和β衰变的原子核，设发生a衰变和β衰变的次数分别

为〃、根据电荷数和质量数守恒列方程A=A'+4«,Z=Z'+2n-∕n0两

A-A,,

式联立解得〃=1m=-∑—+Z'-Zo

考点3核力与核能(基础考点)

「题组通关J

1.在自然界稳定的原子核中，中子数(N)和质子数(Z)之间的关系如图所示。

根据图中所提供的信息及原子核的有关知识，对于在自然界中稳定的原子核，

下列说法正确的是()

A.较轻的原子核，质子数和中子数大致相等

B.较重的原子核，质子数大于中子数

C.越重的原子核，质子数和中子数的差值越小

D.在很大的原子核中，可以有质子数和中子数相等的情况

A解析：根据题中给出的中子数(N)和质子数(Z)的关系图像可知，较轻的

原子核，质子数和中子数大致相等，而较重的原子核，中子数明显大于质子数，

A正确，B错误；由题图可知，越重的原子核，中子数和质子数的差值越大，C

错误；在很大的原子核中，由于核力明显减弱，质子和质子间的排斥作用，导

致质子结合到原子核的数目越来越少，不可能出现质子数和中子数相等的情况，

D错误。

2.(多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的

有()

A.IHe核的结合能约为14MeV

B.ZHe核比§Li核更稳定

C.两个汨核结合成ZHe核时释放能量

D.黄U核中核子的平均结合能比瑞Kr核中的大

BC解析：由题图可知，？He核的比结合能约为7MeV,因此它的结合能

约为7MeVX4=28MeV,A项错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得

越牢固，原子核越稳定，结合题图可知B项正确；两个比结合能小的彳H核结合

成比结合能大的2He核时，会释放能量，C项正确；由题图可知，错U核的比

结合能（即平均结合能）比黑Kr核的小，D项错误。

3.（2020∙全国卷∏）兄核汨可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用

反应式6*H―*23He+21H+2An+43.15MeV表示。海水中富含弁I,×1022φ,

若全都发生聚变反应,其释放的能量与质量为M×IO7XIO-13j,则M约为（）

A.40kgB.100kg

C.400kgD.1000kg

C解析：鼠核YH可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式

6汨一＞2iHe÷21H+2An+43.15MeV表示，则平均每个杀核聚变释放的能量为

E

£=W=,6）X1022个，可以放出的总能量为Eo=Nε,由。=〃呵可得，要释放相同

的热量，需栗燃烧标准煤的质量，〃=号=?=397kg。故选C。

「题后归纳」

1.核反应方程式的书写

（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（1H）、

中子（An）、α粒子GHe）、β粒子（。一⑻、正电子（㈣、用核GH）、瓶核（汨）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。由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用

“一”表示反应方向。

⑶核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。

2.核能的计算方法

书写核反计算质量利用LE=AmC2

应方程亏损'm计算释放的核能

（1）根据AE=AmC2计算时，A机的单位是“kg”，C的单位是“m/s”，AE

的单位是“J”0

⑵根据AE=AznX931.5MeV计算时，∖m的单位是“u”，AE的单位是

“MeV”o

（3）根据核子的比结合能来计算核能：

原子核的结合能=核子的比结合能X核子数。

考点4核裂变与核聚变（基础考点）

「题组通关」

1.关于核反应的类型，下列表述正确的是（）

A.赞U—>WTh+lHe是α衰变

B「N+?He—>%O+]H是β衰变

C.2He+4Al-gP+血是核聚变

D.旧Se-聚Kr+23e是核裂变

l11

A解析：WU—►铺Th+?He是a衰变，故选项A正确；为N+yHe--8O

+IH是人工转变，故选项B错误；lHe+uAl―►；*+An是人工转变，故选项C

错误；®Se—>3sKr+2Le是β衰变，故选项D错误。

2.（2020•浙江高考）（多选）太阳辐射的总功率约为4XIO26W,其辐射的能量

来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为1876.1MeV∕c2（c为真空中的光速）

的气核6H）和一个质量为2809.5MeV/的负核GH）结合为一个质量为3728.4

MeV∕c2的氮核GHe）,并放出一个X粒子，同时释放大约17.6MeV的能量。下

列说法正确的是（）

A.X粒子是质子

B.X粒子的质量为939.6MeVZc2

×IO9kg

D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6MeV∕c2

BC解析：由质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1,电荷数为0,则

X为中子，选项A错误；根据能量关系可知叫I=（I876.1+2809.5-3728.4）

2176MeV

MeV∕c--N—,解得孙1=939∙6MeV∕2,选项B正确；太阳每秒放出的能

E4×IO26

量E=Pf=4*1026j,损失的质量Am=.=9χ]016义I。'kg,选项C正确；因

为E=4×IO26J=v√T7^×lθ45×IO39MeV,则太阳每秒因为辐射损失的质量为

AZM=AXIO39MeVZc2,选项D错误。

3.（2021•辽宁模考）中科院近代物理