原子核复习知识概括

1、高 三 第 一 轮-辅 导 讲 坛 原子核复习概括一、原子模型 原子核1汤姆生模型（枣糕模型）汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂结构。2卢瑟福的核式结构模型（行星式模型）粒子散射实验：用粒子轰击金箔，结果是绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数粒子发生了较大的偏转。为解释这一现象必须假设原子中带正电荷的部分集中在一个很小的核上，由于电子质量很小，因此这个很小的核还应该占有原子的绝大多数质量。卢瑟福由粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。由粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子

2、核大小的数量级是10-15m。3玻尔模型（在核式结构模型基础上，将电子轨道和原子能量量子化）4原子核研究表明，原子核由质子和中子组成。质子和中子的质量都非常接近一个原子质量单位（略大于一个原子质量单位），质子带正电，电荷量是一个元电荷；中子不带电。质子和中子统称核子。原子核的电荷数Z等于质子数，等于原子序数，等于中性原子的核外电子数。原子核的质量数A等于核内的核子数。AX表示质量数为A，电荷数为Z的某种元素X的原用Z235U可写成U或写成铀235。 子核，也可写成AX。例如23592原子核的质子数决定了中性原子的核外电子数，也决定了核外电子的排布情况，因此决定了该元素的化学性质。同种元素的原子

3、核中，质子数相同，但中子数可能不同。具有相同质子数而有不同中子数的原子，在元素周期表中处于同一位置，因此互称同位素。同种元素的不同同位素一定具有相同的化学性质，但可以有不同的物理性质。二、天然放射现象 衰变1天然放射现象贝克勒尔发现铀和含铀矿物能够自发地发出看不见的射线。这种性质叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。- - 1高 三 第 一 轮-辅 导 讲 坛这种现象叫天然放射现象。原子序数大于或等于84的所有元素，都具有放射性，原子序数小于84的元素有的也具有放射性。天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构（因为放射性不受单质或化合物的影响，所以与核外电子无关，这些射线只可能是从

4、原子核中放射出来的）。三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较：如上图、所示，在匀强磁场和匀强电场中都是比的偏转大，不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。例1如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂A打在图中a、b、c三点的依次是射线、射线和射线c B射线和射线的轨迹都是抛物线C射线和射线的轨迹都是圆弧D如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b- -高 三 第 一 轮-辅 导 讲 坛解：由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中粒子受的洛伦兹力向上，粒子受的洛伦兹

5、力向下，轨迹都是圆弧。由于粒子速度约是光速的1/10，而粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动（如果一个打在b，则另一个必然打在b点下方。）选C。例2如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。假如放射源能放射出、三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm厚的铝板，那么是三种射线中的_射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调_一些。解：射线不能穿过3mm厚的铝板，射线又很容易穿过3mm厚的铝板，基本不受铝板厚度的影响。而射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的射线

6、的强度发生较明显变化。即是射线对控制厚度起主要作用。若超过标准值，说明铝板太薄了，应该将两个轧辊间的距离调节得大些。3衰变原子核放出粒子或粒子后，就变成新的原子核，这种变化称为原子核的衰变。2344U90Th+2He （核内衰变：2389211421H+20n2He）2340110Th91Pa+-1e （核内0n1H+-1e） 衰变：23490原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。（电荷数以基本电荷e为单位，一定是整数；质量以原子质量单位u为单位，一般不是整数，我们把它的整数部分叫做质量数。质量数不同于质量。以后会了解，在核发生变化时，反应前和反应后的总质量是有微小变化的，不过这种变化不足以影响质

7、量数。）原子核发生衰变后，质量数减小4，电荷数减小2，在元素周期表中的位置向前移2位。原子核发生衰变后，质量数不变，电荷数增加1，在元素周期表中的位置向后移1位。- - 3高 三 第 一 轮-辅 导 讲 坛原子核也有能级，而且能级越低越稳定。发生衰变、衰变后产生的新核往往处于高能级。当它向低能级跃迁时，辐射光子，这种变化也叫做衰变。射线经常是伴随衰变和衰变而产生的。原子核发生衰变后，质量数、电荷数都不变，在元素周期表中的位置也不变。一个放射性的原子核在一次衰变中不可能同时放出粒子和粒子。但一块放射性物质连续发生衰变时，放出的射线中就会同时具有、三种射线。300P14Si+1e +衰变：3015

8、100H0n+1e，其中1e是正电子。（核内1） 1原子核发生+衰变后，质量数不变，电荷数减小1，在元素周期表中的位置向前移1位。原子核发生衰变时，会从核里释放出粒子、正负电子、光子等，但不能说它们是原子核的组成部分，也不能说原子核中含有粒子、正负电子、光子。U经过一系列衰变后成为稳定的例3放射性同位素23892206Pb，其中发生了_次衰变和_次衰变。 82解：因为只有衰变才影响质量数，所以先根据质量数守恒计算衰变的次数为8次，然后再根据电荷数守恒计算衰变的次数为6次。4半衰期放射性元素衰变的快慢是有规律的。我们把放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫做这种元素的半衰期，记做T。设初始

9、时刻放射性元素原子核的个数为N0，经过时间t后，剩余的这种放射性原子核的个数为Nt，则ttNt1T=N0 2t。可演变成 mt1T=m0 2或1Tnt=n0 ，式中m表示该种放射性物质的质量，n 表2示单位时间内放出的射线粒子数。以上各式所表示的都是经历时间t后的剩余量。半衰期是由原子核内部本身的因素决定的，跟原子所处的物理状态、化学状态无关。例4一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m。铀发生一系列衰变，最终生成物为铅。已知铀的半衰期为T，那么下列说法中正确的有A经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了- - 4高 三 第 一 轮-辅 导 讲 坛B经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子

10、核有m/4发生了衰变C经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8D经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M/2解：经过两个半衰期后矿石中剩余的铀应该还有m/4，经过三个半衰期后还剩m/8。因为衰变产物大部分仍然留在该矿石中，所以矿石质量没有太大的改变。本题选C。三、核反应1核反应天然放射现象中原子核会发生变化，用人工的方法也能使原子核发生变化。在核物理学中，把原子核在其他粒子轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。144171N+HeO+H（卢瑟福发现质子的核反应） 7281（查德威克发现中子的核反应）274301Al+2He15P+0n 13300P14Si+1e（人工制造出放射性同位素的核反应）

11、 3015在核反应中，同样遵从电荷数守恒和质量数守恒。用人工的办法使原子核发生变化，从各种元素的原子核94Be+2He4126C+0n1中都能轰击出质子和中子，因此证明原子核是由质子和中子组成的。质子和中子统称为核子。除了天然放射性同位素外，各种元素都已经有了人工制造的放射性同位素。2放射性同位素的应用利用其射线：射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。进行考古研究。利用放射性

12、同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强度容易控制）。3放射性污染和防护放射性物质会对环境造成污染。如核电站核泄露、放射线诊断和治疗时剂量过大、家庭装修中所用石材含有超标的放射性等。- - 52424高 三 第 一 轮-辅 导 讲 坛防护方法：核电站的核反应堆用厚厚的水泥层封住；核废料要放在厚金属箱内深埋；对生活中可能有放射性的物质要注意防范。例5完成下列核反应方程：147N+01n 146C+_ 147N+4He 178O+_ 2 105B+01n _+He 9Be+He

13、 _+01n 456Fe+21H 57Co+_ 2627解：根据质量数守恒和电荷数守恒，可以判定：1H 1H 1173Li 126C 01n四、核能1核能核反应中放出的能叫核能。（本质是核力做功，系统本身能量减小，释放出去成核能。）2质量亏损核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。3质能方程爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系：E = mc2，这就是爱因斯坦的质能方程。质能方程的另一个表达形式是：E=mc2。如果核反应前后系统发生了质量亏损，则系统的能量一定也减小了，所以一定放出了能量。以上两式中的各个物理量都必须采用国

14、际单位。在非国际单位里，可以利用1u相当于931.5MeV的关系。它表示1原子质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。在有关核能的计算中，要根据已知和题解的要求选定单位制。例6已知14N质量是mN=14.00753u，17O质量是mO=17.00454U，4He质量是mHe=4.00387u，1H质量是4171N+HeO+H是吸能反mH=1.00815u，试判断核反应147281应还是放能反应？能量变化多少？解：反应前总质量mN+ mHe=18.01140u，反应后总质量mO+mH=18.01269u可见反应过程质量增加了，是吸能反应。质量增量m=0.00129u由于1u相当于931.5

15、MeV能量，因此吸能为E=0.00129×931.5MeV=1.2MeV例7一个氢原子的质量为1.6736×10-27kg，一个锂原- - 624高 三 第 一 轮-辅 导 讲 坛子的质量为11.6505×10-27kg，一个氦原子的质量为6.6467×10-27kg。一个锂核受到一个质子轰击变为2个粒子，写出核反应方程，并计算该反应释放的核能是多少？1mg锂原子发生这样的反应共释放多少核能？解：1H+73Li 2He，反应前一个氢原子和一个锂原子共1有8个核外电子，反应后两个氦原子也是共有8个核外电子，因此只要将一个氢原子和一个锂原子的总质量减去两个氦

16、原子的质量，得到的恰好是反应前后核的质量亏损，电子质量自然消掉。由质能方程E=mc2得释放核能E=2.76×10-12J1mg锂原子含锂原子个数为10-6÷11.6505×10-27=8.584×1019个，每个锂原子对应的释放能量是2.76×10-12J，所以共释放8.584×1019×2.76×10-12J= 2.37×108J核能。五、重核的裂变和轻核的聚变1核子平均质量核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量是不同的。核子的平均质量随原子序数变化的规律

17、如图所示。在核子组合成原子核的过程中，核子平均质量越小的，每个核子平均放的能越多，原子核就越稳定。铁原子核中核子的平均质量最小，所以铁原子核最稳定。凡是由核子平均质量大的核， e 生成核子平均质量小的核的核反应都是释放核能的。图中由D、E结合为F的反应和由A分解为B、C的反应都是释放核能的。2重核的裂变重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。2351141921U+0n56Ba+36Kr+30n 92在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。注意：不能说“裂变反应又叫链式反应”。3轻核的聚变轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变。- - 7高 三 第 一 轮-辅 导 讲 坛聚变需要几百万度高温，所以又叫热核反应。4核电站目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的。核反应堆的主要组成是：核燃料。用浓缩铀（能吸收慢中子的铀235占3%4%）。减速剂。用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收）。控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出去，同时使反应堆冷却，保证安全）。 21H+1H2He+0n341水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线例8静止的氡