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第十九章 原子核一、原子核的组成1原子核由 和 组成，两者统称为 2原子核常用ZAX表示，X为元素符号，上角标A表示核的质量数，下角标Z表示核的 (原子序数)3同位素是具有相同的 而 不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置二、天然放射现象1天然放射现象：元素 地放出射线的现象，首先由 发现天然放射现象的发现，说明 还具有复杂的结构2放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质叫 ，具有放射性的元素叫 通过对放射现象的研究，人们发现原子序数 的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数 的天然存在的元素有些也具有放射性，它们放射出的射线共有 种3三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是 、 、 三、原子核的衰变1衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变成 的变化可分为 、 ，并伴随着射线放出2半衰期：放射性元素的原子核有 发生衰变所需要的时间 用N0、m0分别表示衰变前的原子数目和质量，N、m分别表示衰变后剩余的原子核的数目和质量，为半衰期，t表示衰变过程所经历的时间，则特别提醒：半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度等)或化学状态(如单质或化合物)无关四、核能1核反应：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新 的过程在核反应中， 守恒， 守恒2核力(1)概念：组成原子核的 之间存在的作用力(2)核力特点核力是 (强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多核力是 力，作用范围在1.51015 m之内每个核子只跟 的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性3.质量亏损(1)爱因斯坦质能方程： .(2)质量亏损：原子核的质量 组成它的核子的质量之和的现象五、核裂变和核聚变1重核裂变(1)定义：使重核分裂成 的原子核的核反应(2)铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，一种典型的反应是生成钡和氪，同时放出三个中子，核反应方程为 92235U01n 56144Ba3689Kr301n.(3)链式反应：由重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫做核裂变的链式反应(4)链式反应的条件：要有足够浓度的235U；铀块体积需 临界体积，或铀块质量 临界质量(5)核反应堆核反应堆是人工控制的 反应的装置铀235俘获慢中子发生链式反应，用来使中子减速的物体叫慢化剂，常见的有石墨、重水、普通水反应堆中的 的作用是控制链式反应的速度2轻核聚变(1)定义：两个轻核结合成 的核，这样的核反应叫聚变(2)聚变发生的条件：使物体达到几百万度的高温一、三种射线的比较与衰变次数的计算1三种射线种类射线射线射线组成高速氦核流高速电子流高频电磁波带电荷量2e-e0质量静止质量为零速度0.1c0.99cc(光速)在电磁场中偏转偏转不偏转贯穿本领弱,用纸能挡住较强,能穿透几毫米厚的铝板最强,能穿透几厘米厚的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长2.衰变次数的计算(1)对象：一个放射性元素的原子核发生衰变(或衰变)变成新的原子核，而新原子核仍有放射性可能又会发生某种衰变，经过若干次变化，最终变为某一稳定的原子核，在此过程中共发生了多少次衰变和衰变，是经常面临的问题 (2)依据：电荷数和质量数守恒(3)方法：根据衰变不改变质量数的特点，可依据反应原子核与最终原子核的质量数改变确定衰变的次数，然后计算出电荷数的改变由其差值可确定衰变的次数3在计算衰变次数时，注意以下方法(1)确定开始时的原子核和最终的原子核(2)确定质量数的改变，得出衰变的次数(3)由衰变次数得出核电荷数的变化，根据实际中电荷数的改变确定衰变的次数例题1(2010年广东江门模拟)天然放射性元素 90232Th(钍)经过一系列衰变和衰变之后，变成 82208Pb(铅)下列论断中正确的是()A铅核比钍核少24个中子 B铅核比钍核少8个质子C衰变过程中共有4次衰变和8次衰变 D衰变过程中共有6次衰变和4次衰变二、核反应四种类型1衰变和衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变方程衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子衰变规律电荷数守恒、质量数守恒2.衰变：衰变是伴随着衰变或衰变同时发生的，衰变不改变原子核的电荷数和质量数其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子3.核反应四种类型比较特别提醒：1.核反应过程一般都是不可逆的，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核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒定律杜撰出生成物来写核反应方程3核反应方程遵循质量数守恒而不是质量守恒例题2(2009年高考天津卷)下列说法正确的是()A. 715N11H 612C24He是衰变方程B11H12H23He是核聚变反应方程C. 92238U 90234Th24He是核裂变反应方程D24He1327Al1530P01n是原子核的人工转变方程三、核能的产生和计算1获得核能的途径(1)重核裂变：某些重核分裂成中等质量的核的反应过程，同时释放大量的核能要使铀235发生链式反应以持续地输出能量，铀块的体积应大于它的临界体积重核的裂变：如 92235U01n3890Sr 54136Xe1001n应用：原子弹、核反应堆(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能，要想使氘核和氚核合成氦核，必须达到几百万度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应轻核的聚变：如12H13H24He01n.应用：氢弹、可控热核反应2核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程列式计算：即Emc2(m的单位：kg)(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏能量，则Em931.5 MeV(m的单位：u,1 u1.66061027 kg)(3)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核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题3(2009年高考山东卷)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5MeV的质子11H轰击静止的ZAX，生成两个动能均为8.9MeV的24He.(1MeV1.61013J)(1)上述核反应方程为_(2)质量亏损为_kg.例题4关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的有()A是原子核质量减少一半所需的时间B是原子核有半数发生衰变所需的时间C把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的半衰期D可以用来测定地质年代、生物年代等例题5现有五个核反应：A12H13H24He01n B. 92235U01nX3689Kr301nC1124Na1224Mg10e D. 88220Ra 86216Rn24HeE24He49Be 612C01n(1)_是发现中子的核反应方程，_是研究原子弹的基本核反应方程，_是研究氢弹的基本核反应方程(2)求B项中X的质量数和中子数(3)判断以上五个核反应的反应类型例题6在各种能源中，核能具有能量密度大、地区适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放大量核能(1)核反应方程式 92235Un 56141Ba3692KraX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为_，a_.以mU、mBa、mKr分别表示 92235U、 56141Ba、3692Kr核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中的传播速度，则在上述核反应过程中放出的核能E_.课时训练1 放射性元素衰变时放出的三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是()A射线，射线，射线B射线，射线，射线C射线，射线，射线 D射线，射线，射线2 氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是()A核力、万有引力、库仑力 B万有引力、库仑力、核力C库仑力、核力、万有引力 D核力、库仑力、万有引力3 现有核反应方程为1327Al24He1530PX，新生成的1530P具有放射性，继续发生衰变，核反应方程为：1530P1430SiY.平行金属板M、N间有匀强电场，且MN，X、Y两种微粒竖直向上离开放射源后正确的运动轨迹是()第3题图4 居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料这些材料都不同程度地含有放射性元素有些含有铀和钍的花岗岩会释放出放射性惰性气体氡，而氡发生衰变，放射出、射线，很容易对人体造成伤害下列有关放射性知识的说法中正确的是()A氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核经过7.6天后只剩下一个氡原子核了B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射线一般伴随射线或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱D发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少45. 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612Hk24Hed11H201n43.15 MeV由平衡条件可知()Ak1，d4 Bk2，d2 Ck1，d6 Dk2，d36 某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为：11H 612C 713NQ111H 715N 612CXQ2方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：原子核11H23He24He 612C 713N 715N质量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推断正确的是()AX是23He，Q2Q1 BX是24He，Q2Q1CX是23He，Q2Q1 DX是24He，Q2Q17 一个氡核 86222Rn衰变成钋核 84218Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天.1 g氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及 86222Rn衰变成 84218Po的过程放出的粒子是()A0.25 g，粒子 B0.75 g，粒子C0.25 g，粒子 D0.5 g，粒子8 一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是()A核反应方程是11H01n13HB聚变反应中的质量亏损mm1m2m3C