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1、第2讲 原子核,知识梳理 一、原子核的衰变 1.(1)衰变:原子核放出粒子或粒子,变成另一种原子核的变化称为原 子核的衰变。衰变时通常伴随着射线放出。 (2)3种射线的比较,2.分类 衰变 X Y+ He 衰变 X Y+ e,3.半衰期:放射性元素的原子核有半数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。,二、原子核的人工转变和核能的释放,1.人工转变 一种原子核在其他粒子作用下变成另一种原子核的变化称为人工转 变。利用人工转变,人们发现了质子、中子,认识了原子结构。 重要的核反应方程式有 发现质子的核反应方程: N He O H (卢瑟福)。 发现
2、中子的核反应方程: Be He C n (查德威克)。 发现正电子的核反应方程: 。,2.重核裂变 重核裂变是重核分裂成 中等质量 的核的反应过程,如 U n Xe Sr+1 n。 由于中子的增值使裂变反应能持续地进行的过程称为 链式 反 应。发生链式反应的条件是:裂变物质的体积 大于或等于 临界体 积。,3.轻核聚变 轻核聚变是 轻核 结合成 质量较大 的核的反应过程,如 H H He n。 发生聚变反应的条件是:超高温(几百万摄氏度以上)热核反应。,4.质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E= mc2 ,核子在结合成原子核时出现质量亏损, 由质量亏损可求出释放的核能E= mc2 ;反之,由
3、核能也可求出 反应过程的质量亏损。,1.已知天然放射现象放出、三种射线。下列说法正确的是 ( ) A.、三种射线分别是氦原子核、电子和中子 B.三种射线中射线速度最快、射线电离作用最强、射线穿透能力 最强 C.射线轰击氮原子核可以产生质子,核反应方程为 He+ O H D.英国物理学家J.J.汤姆孙最早用射线完成著名的“粒子散射实 验”并提出核式结构的原子模型,答案 C 射线是高速光子流,A错误。射线电离作用最强,B错误。 发现质子的核反应方程是 He N O H,C正确。卢瑟福最早用射 线完成著名的“粒子散射实验”并提出原子核式结构模型,D错误。,C,2.下列核反应方程的说法中正确的是 (
4、) A N H C He是衰变方程 B H H He+是核裂变方程 C U Th He是核聚变方程 D He Al P n是原子核人工转变方程,答案 D N H C He是原子核的人工转变方程,A错误 H H He +是核聚变方程, Th He是衰变方程,B、C均错误 He Al P n是原子核的人工转变方程,D正确。,D,3.在一个质子和一个中子结合成一个氘核的核反应过程中亏损的质量 为m,则此核反应过程中 ( ) A.向外界释放的能量为mc2 B.向外界释放的能量为mc C.从外界吸收的能量为mc2 D.从外界吸收的能量为mc,答案 A H n D,此过程为核聚变,有质量亏损,释放能量E=
5、mc2,A 正确。,A,深化拓展,考点一 衰变规律,考点二 核反应的四种类型,考点三 质能方程及核能的释放,考点四 运用爱因斯坦质能方程 分析宇宙的演变,深化拓展 考点一 衰变规律 1.三种射线的本质和特性,2.衰变和衰变的比较,【情景素材教师备用】 三种射线的穿透能力,1-1 (2015北京理综,14,6分,0.89)下列核反应方程中,属于衰变的是 ( ) A N He O H B U Th He C H H He n D Th Pa e,B,答案 B A项属于原子核的人工转变,B项属于衰变,C项属于聚变反 应,D项属于衰变。,1-2 (2017北京昌平二模,18)图为一放射源发出的、射线进
6、入同 一匀强磁场(磁场未画出)中的径迹。表中列出了三种射线的本质和特 性。,答案 A 带电粒子垂直于磁场方向进入磁场,做匀速圆周运动,Bqv= m ,R= , = = 1,图中a的轨迹半径大,a为射 线,b为射线,c不偏转,为射线。由左手定则可知磁场方向垂直纸面向 里。,由此可知 ( ) A.磁场方向垂直纸面向里,a为射线,b为射线 B.磁场方向垂直纸面向里,a为射线,b为射线 C.磁场方向垂直纸面向外,a为射线,b为射线 D.磁场方向垂直纸面向外,b为射线,c为射线,A,考点二 核反应的四种类型,2-1 (2017北京西城一模,14)下列核反应方程中,属于核聚变的是 ( ) A H H He
7、 n B Th Pa e C U Th He D U n Ba Kr+ n,A,答案 A B为衰变,C为衰变,D为核裂变,A为核聚变。,2-2 下列说法正确的是 ( ) A.研制核武器的钚239 Pu)由铀239 U)经过4次衰变而产生 B U在中子轰击下生成 Sr和 Xe的核反应前后核子总数减少 C.20 g的 U经过两个半衰期后未衰变的铀核质量变为15 g D.用射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量,以免对人体正常组织造成 太大的危害,答案 D 由铀239 U)经过2次衰变即可得到钚239 Pu),A错误;核 反应过程中核子数是守恒的,故B错误;20 g 的 U经过两个半衰期后未 衰变的铀核质
8、量应为5 g,C错误;射线是一种放射性射线,超剂量使用对 人体是有害的,D正确。,D,考点三 质能方程及核能的释放 1.质能方程 爱因斯坦的相对论指出,物体的质量和能量存在着密切联系,即E=mc2, 这就是爱因斯坦的质能方程。,2.质能方程的理解 质能方程告诉我们质量和能量之间存在着简单的正比关系,物体的能量 增大了,质量也增大;能量减小了,质量也减小。且核反应中释放的能量 与质量亏损成正比,E=mc2。,3.核反应中释放的核能的计算 (1)根据爱因斯坦质能方程,用核子结合成原子核时质量亏损(m)乘以 真空中光速的平方,即 E=mc2。 (2)根据1原子质量单位(1 u)相当于931.5 Me
9、V,用核子结合成原子核时质 量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV,即 E=m931.5MeV。 【情景素材教师备用】,核反应堆示意图,3-1 (2014北京理综,14,6分)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和 m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时,释放的能量是(c表示真空中 的光速) ( ) A.(m1+m2-m3)c B.(m1-m2-m3)c C.(m1+m2-m3)c2 D.(m1-m2-m3)c2,答案 C 此核反应方程为 H n H,根据爱因斯坦的质能方程得E =mc2=(m1+m2-m3)c2,C正确。,C,3-2 (2017北京理综,23,18分)在磁感应强度为B
10、的匀强磁场中,一个静 止的放射性原子核发生了一次衰变。放射出的粒子 He)在与磁场垂 直的平面内做圆周运动,其轨道半径为R。以m、q分别表示粒子的质 量和电荷量。 (1)放射性原子核用 X表示,新核的元素符号用Y表示,写出该衰变的核 反应方程。 (2)粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环 形电流大小。 (3)设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能,新核的质量 为M,求衰变过程的质量亏损m。,答案 见解析,解析 (1 X Y He (2)设粒子的速度大小为v,由qvB=m ,T= ,得 粒子在磁场中运动周期T= 环形电流大小I= = (3)由qvB=m ,得v= 设
11、衰变后新核Y的速度大小为v,系统动量守恒 Mv-mv=0 v= = 由mc2= Mv2+ mv2,得m= 说明:若利用M= m解答,亦可。,考点四 运用爱因斯坦质能方程分析宇宙的演变 在宇宙中存在许许多多热核反应,也是宇宙星体演变的主要形式和 规律,故爱因斯坦质能方程应用到宇宙天体中,就成为人类探究宇宙奥 秘的主要方法,也是高考命题的常用手法。 【情景素材教师备用】 太阳内部时刻发生着核聚变,4-1 太阳的能量来自下面的反应:四个质子(氢核)聚变成一个粒子,同 时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子e,若太阳辐射能量的 总功率为P,质子 H、氦核 He、正电子 e的质量分别为mp、mHe、
12、me,真 空中的光速为c,求: (1)写出核反应方程式。 (2)核反应所释放的能量E。 (3)在t时间内参与上述热核反应的质子数目。,答案 见解析 解析 (1)核反应方程式为 H He+ e+e,(2)质量亏损m=(4mp-mHe-2me),根据爱因斯坦质能方程得E=mc2,核反 应释放的能量E=(4mp-mHe-2me)c2 (3)设时间t内参与热核反应的质子数为N 依据能量关系Pt=N , 得N= 。,4-2 天文学家测得银河系中氦的含量约为25%。有关研究表明,宇宙 中氦生成的途径有两条:一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的;二是在宇 宙演化到恒星诞生后,由恒星内部的氢核聚变反应生成的。 (
13、1)把氢核聚变反应简化为4个氢核( H)聚变成氦核( He),同时放出2个 正电子( e)和2个中微子(e),请写出该氢核聚变反应的方程,并计算一次 反应释放的能量。 (2)研究表明,银河系的年龄约为t=3.81017 s,每秒钟银河系产生的能量 约为11037 J(即P=11037 J/s)。现假定该能量全部来自上述氢核聚变反 应,试估算银河系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字)。 (3)根据你的估算结果,对银河系中氦的主要生成途径作出判断。 (可能用到的数据:银河系质量约为M=31041 kg,原子质量单位1 u=1.66,10-27 kg,1 u相当于1.510-10 J的能量,电子质量me=0.000 5 u,氦核质量m= 4.002 6 u,氢核质量mp=1.007 8 u,中微子e质量为零。),答案 见解析,解析 (1) H He+ e+2e m=4mp-m-2me E=mc2=4.1410-12 J (2)m= m=6.11039 kg 氦的含量k= = 2% (3)由估算结果可知,k2% 远小于25% 的实际值,所以银河系中的氦主 要是宇宙诞生后不久生成的。,
