模块复习课 专题三

1、专题三原子核质子质子 中子中子 核子核子 强相互作用强相互作用 短程力短程力 与电荷无关与电荷无关 射线射线 氦核氦核 射线射线 电子电子 射线射线 光子光子 质量数质量数 电荷数电荷数 半数原子核发生衰变半数原子核发生衰变射线射线 射线射线 示踪示踪 E=mc2 一、原子核的稳定性和结合能一、原子核的稳定性和结合能原子核是由质子和中子组成的原子核是由质子和中子组成的, ,质子之间存在着库质子之间存在着库仑斥力仑斥力, ,但核子并不因此散开但核子并不因此散开, ,是因为核子之间存在着是因为核子之间存在着一种强相互作用一种强相互作用, ,即核力。核力是短程力即核力。核力是短程力, ,核子只跟相核

2、子只跟相邻的核子发生核力作用。随原子核的增大邻的核子发生核力作用。随原子核的增大, ,核子间的距核子间的距离增大离增大, ,核力和电磁力都会减小核力和电磁力都会减小, ,但核力减小得更快但核力减小得更快, ,原子的不稳定性加大。此时中子数增加有利于原子核原子的不稳定性加大。此时中子数增加有利于原子核稳定。但由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱稳定。但由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性和性, ,若再增大原子核若再增大原子核, ,一些核子间的距离会大到其间一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用根本没有核力的作用, ,这时候再增加中子这时候再增加中子, ,形成的核也形成的核也是不稳定

3、的。是不稳定的。由于核子间存在着强大的核力由于核子间存在着强大的核力, ,所以要把原子核拆所以要把原子核拆散成核子散成核子, ,需要克服核力做巨大的功需要克服核力做巨大的功, ,需要巨大的能量。需要巨大的能量。反之反之, ,核子结合成原子核要放出能量核子结合成原子核要放出能量, ,称为结合能。再称为结合能。再与核子数相比与核子数相比, ,称作平均结合能。平均结合能越大称作平均结合能。平均结合能越大, ,表表示原子核中核子结合得越牢固示原子核中核子结合得越牢固, ,原子核越稳定。原子核越稳定。研究表明研究表明, ,中等大小的原子核的平均结合能最大中等大小的原子核的平均结合能最大, ,这些核最稳定

4、这些核最稳定, ,使较重的核分裂成中等大小的核或者把使较重的核分裂成中等大小的核或者把较轻的核合并成中等大小的核较轻的核合并成中等大小的核, ,核子的比结合能都会增核子的比结合能都会增加加, ,都可以释放能量。因此重核裂变及轻核聚变均可放都可以释放能量。因此重核裂变及轻核聚变均可放出巨大能量。出巨大能量。 【典例典例1 1】下列有关原子核的稳定性及结合能的说法正下列有关原子核的稳定性及结合能的说法正确的是确的是( () )A.A.相对而言相对而言, ,质量数越大的原子核越稳定质量数越大的原子核越稳定B.B.原子序数越低的原子核越稳定原子序数越低的原子核越稳定C.C.核子结合成原子核要放出能量核

5、子结合成原子核要放出能量D.D.重核裂变成中等质量的核要放出能量重核裂变成中等质量的核要放出能量, ,轻核聚合成中轻核聚合成中等质量的核要吸收能量等质量的核要吸收能量【正确解答正确解答】选选C C。从比结合能曲线上看。从比结合能曲线上看, ,中等质量的中等质量的原子核的比结合能最大原子核的比结合能最大, ,即中等质量的原子核最稳定即中等质量的原子核最稳定,A,A错误错误; ;原子序数越低的原子核的质量数小原子序数越低的原子核的质量数小, ,比结合能也比结合能也小小, ,原子核不稳定原子核不稳定,B,B错误错误; ;核子结合成原子核要放出能核子结合成原子核要放出能量量,C,C正确正确; ;中等质

6、量的原子核的比结合能大于重核与轻中等质量的原子核的比结合能大于重核与轻核的比结合能核的比结合能, ,所以裂变与聚变时均要放出能量所以裂变与聚变时均要放出能量,D,D错误。错误。【变式训练变式训练】( (多选多选) )对结合能、比结合能的认识对结合能、比结合能的认识, ,下列正确的是下列正确的是( () )A.A.核子结合为原子核时核子结合为原子核时, ,一定释放能量一定释放能量B.B.核子结合为原子核时核子结合为原子核时, ,可能吸收能量可能吸收能量C.C.结合能越大的原子核越稳定结合能越大的原子核越稳定D.D.比结合能越大的原子核越稳定比结合能越大的原子核越稳定【解析解析】选选A A、D D

7、。由于自由核子结合成原子核的过程。由于自由核子结合成原子核的过程中中, ,核力做正功核力做正功, ,释放出能量释放出能量, ,反之反之, ,将原子核分开变为将原子核分开变为自由核子需要吸收相应的能量自由核子需要吸收相应的能量, ,该能量即为结合能该能量即为结合能, ,故故A A正确正确,B,B错误错误; ;对核子较多的原子核的结合能越大对核子较多的原子核的结合能越大, ,但它但它的比结合能不一定大的比结合能不一定大, ,比结合能的大小反映了原子核的比结合能的大小反映了原子核的稳定性稳定性, ,故故C C错误错误,D,D正确。正确。二、原子核的衰变、半衰期二、原子核的衰变、半衰期1.1.原子核衰

8、变原子核衰变: :(1)(1)衰变衰变(2)(2)衰变衰变(3)(3)射线是伴随着射线是伴随着或或衰变产生的衰变产生的,射线不改变射线不改变原子核的电荷数和质量数。原子核的电荷数和质量数。AA 44ZZ 22XYHe。AA0ZZ 11XYe。2.2.遵守规律遵守规律: :(1)(1)质量数守恒。质量数守恒。(2)(2)电荷数守恒。电荷数守恒。(3)(3)动量守恒。动量守恒。(4)(4)能量守恒。能量守恒。3.3.半衰期半衰期: :(1)(1)公式公式:N:N余余=N=N原原 (2)(2)理解理解: :不同元素的半衰期是不同的不同元素的半衰期是不同的, ,它是由核内部的它是由核内部的因素决定的因

9、素决定的, ,与原子所处的物理或化学状态无关与原子所处的物理或化学状态无关, ,它是它是对大量原子核的统计规律。对大量原子核的统计规律。ttTT011 mm22余（ ）（ ）【典例典例2 2】( (多选多选) )放射性衰变有多种可能途径放射性衰变有多种可能途径, ,其其中一种途径是先变成中一种途径是先变成 , ,而而 可以经一次衰变变成可以经一次衰变变成 (X(X代表某种元素代表某种元素),),也可以经一次衰变变成也可以经一次衰变变成和和 最后都变成最后都变成 , ,衰变路径如图所示衰变路径如图所示, ,则可知图中则可知图中 ( () )238 92U210 83Bi210 83Bi210 a

10、X b21081 aTi,X b81Ti206 82PbA.a=84,b=206A.a=84,b=206B.B.是是衰变衰变, ,放出电子放出电子, ,电子是由中子转变成质子时电子是由中子转变成质子时产生的产生的C.C.是是衰变衰变, ,放出电子放出电子, ,电子是由中子转变成质子时电子是由中子转变成质子时产生的产生的D. D. 经过经过1010次次衰变和衰变和8 8次次衰变可变成衰变可变成238 92U206 82Pb【正确解答正确解答】选选A A、B B。在中。在中, ,质量数不变质量数不变, ,可知是可知是衰变衰变, ,根据电荷数守恒知根据电荷数守恒知a=84,a=84,衰变的实质是衰变

11、的实质是 故故B B正确正确,C,C错误错误; ;在中由电荷数守恒在中由电荷数守恒, ,可知是可知是衰衰变变, ,再根据质量数守恒知再根据质量数守恒知b=206,Ab=206,A正确正确; ;设由设由 衰变为衰变为 经过经过m m次次衰变和衰变和n n次次衰变衰变, ,则有则有238=206+4m,238=206+4m,92=82+2m-n,92=82+2m-n,联立解得联立解得m=8,n=6,m=8,n=6,即一共发生了即一共发生了8 8次次衰衰变和变和6 6次次衰变衰变,D,D错误。错误。1101nH01e,238 92U206 82Pb【变式训练变式训练】医院用放射性同位素医院用放射性同

12、位素 放出的放出的射线来治癌。请问射线来治癌。请问其原理是利用了其原理是利用了射线的射线的( () )A.A.电离作用电离作用, ,使肿瘤细胞转化使肿瘤细胞转化B.B.贯穿本领贯穿本领, ,导致基因突变导致基因突变C.C.高能量高能量, ,杀死肿瘤细胞杀死肿瘤细胞D.D.热作用热作用, ,减轻病人痛苦减轻病人痛苦166 67Ho【解析解析】选选C C。利用。利用射线来治癌主要利用了射线来治癌主要利用了射线的射线的穿透能力和高能量穿透能力和高能量, ,目的是杀死癌细胞目的是杀死癌细胞, ,所以只有选项所以只有选项C C正确。正确。三、核能三、核能1.1.原子核的结合能原子核的结合能: :克服核力

13、做功克服核力做功, ,使原子核分解为单使原子核分解为单个核子时吸收的能量或若干单个核子在核力的作用下个核子时吸收的能量或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量。结合成原子核时放出的能量。2.2.质量亏损质量亏损: :核反应中的质量减少。注意核反应中的质量减少。注意: :质量数与质质量数与质量是两个不同的概念。量是两个不同的概念。3.3.质能方程质能方程:E=mc:E=mc2 2即一定的能量和一定的质量相联系即一定的能量和一定的质量相联系, ,物体的总能量和它的质量成正比物体的总能量和它的质量成正比, ,当物体的质量发生变当物体的质量发生变化时化时E=mcE=mc2 2。4.4.核能

14、的计算方法核能的计算方法: :(1)(1)根据爱因斯坦的质能方程根据爱因斯坦的质能方程, ,用核子结合成原子核时用核子结合成原子核时质量亏损质量亏损(m)(m)的千克数乘以真空中光速的平方的千克数乘以真空中光速的平方(c=3(c=310108 8m/s),m/s),即即E=mcE=mc2 2( (焦耳焦耳) )。(2)(2)根据根据1 1原子质量单位原子质量单位(u)(u)相当于相当于931.5931.5兆电子伏兆电子伏(MeV)(MeV)能量能量, ,用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘以乘以931.5MeV,931.5MeV,即即E=mE=

15、m931.5MeV931.5MeV。5.5.释放核能的途径释放核能的途径: :(1)(1)重核的裂变重核的裂变: :重核分裂成中等质量的原子核重核分裂成中等质量的原子核, ,在一定条件下在一定条件下( (超过临超过临界体积界体积),),裂变反应会连续不断地进行下去裂变反应会连续不断地进行下去, ,这就是链式这就是链式反应。反应。(2)(2)轻核的聚变轻核的聚变 ( (需要几百万摄氏度高需要几百万摄氏度高温温, ,所以又叫热核反应所以又叫热核反应) )。2351141921 920 56360UnBaKr3 n23411120HHHen6.6.如果在核反应中无光子辐射如果在核反应中无光子辐射,

16、,核反应中释放的能量将核反应中释放的能量将转化为生成的新核和新粒子的动能转化为生成的新核和新粒子的动能, ,在这种情况下在这种情况下, ,可可利用动量守恒定律和能量守恒定律来处理有关问题。利用动量守恒定律和能量守恒定律来处理有关问题。【典例典例3 3】静止的原子核静止的原子核 发生衰变时发生衰变时, ,放出的能量都放出的能量都转变成了转变成了粒子和新核的动能粒子和新核的动能, ,若测得若测得粒子动能为粒子动能为E,E,则新原子核的动能为多少则新原子核的动能为多少? ?衰变中质量亏损是多少衰变中质量亏损是多少? ?abX【正确解答正确解答】衰变方程为衰变方程为由由E= E= 得得粒子的速度粒子的

17、速度v v1 1= =由动量守恒定律得由动量守恒定律得新核的动能新核的动能E=E=aa 44bb 22XYHe211mv22Em2121a4442Emvmv ,vv4a4a4m222a4a411162E4Emvm2424ma4a4原子核衰变放出的能量原子核衰变放出的能量E=E+E= E=E+E= 由质能方程由质能方程E=mcE=mc2 2得得m=m=答案答案: :4EaEEa4a422EaEca4 c24E aE a4a4 c【变式训练变式训练】首次用实验验证首次用实验验证“爱因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程”的核反应方程的核反应方程是是 已知已知m mLiLi=7.0160u,m=7.0160u,mH H=1.0078u,m=1.0078u,mHeHe= =4.0026u,4.0026u,则该核反应方程中的则该核反应方程中的k k值和释放的能量分别是值和释放的能量分别是多少多少? ?714312LiHk