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1、高三物理第一轮复习：原子核粤教版【本讲教育信息】一. 教学内容：原子核二. 要点扫描（一）原子的核式结构模型1、汤姆生的“枣糕”模型（1）1897年汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂结构，揭开了研究原子的序幕. （2）“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里. 2、卢瑟福的核式结构模型（1）粒子散射实验的结果：粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进，少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到. （2）核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核
2、里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转. 原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子是呈电中性的. 电子绕着核旋转所需的向心力就是核对它的库仑引力. （3）从粒子散射实验的数据估算出原子核大小的数量级为1015-1014 m，原子大小的数量级为 1010 m。（二）天然放射性现象1. 放射性现象：贝克勒耳发现天然放射现象，使人们认识到原子核也有复杂的结构，揭开了人类研究原子核结构的序幕. 通过对天然放射现象的研究，人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于83的天然存在的元素有些也具有放射性，它们放射出来的射线共有三种：射线、射线、射线. 2. 三种射线的
3、本质和特性 （1）射线：速度约为光速110的氦核流，贯穿作用很弱，电离作用很强. （2）射线：速度约为光速十分之几的电子流，贯穿作用很强，电离作用较弱. （3）射线：波长极短的电磁波，贯穿作用最强，电离作用最弱. 种 类本 质质 量（u）电 荷（e）速 度（c）电 离 性贯 穿 性射线氦核4+20.1最强最弱，纸能挡住射线电子1/1840-10.99较强较强，穿几mm铝板射线光子001最弱最强，穿几cm铅版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：3. 原子核的衰变规律（1）衰变的一般方程为He每发生一次衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减小2，质量数减少4. 衰变的实质
4、是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子（即氦核）. （核内）（2）衰变的一般方程为e. 每发生一次衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1，质量数不变. 衰变的实质是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子. （核内）， +衰变：（核内）（3）射线是伴随衰变或衰变同时产生的、射线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时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子. （4）半衰期A. 意义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间. 用希腊字母表示公式：，B. 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
5、理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关. （三）原子核的人工转变核能1. 原子核的组成：质子和中子组成原子核。质子和中子统称为核子，原子核的质量数等于其核子数，原子核的电荷数等于其质子数，原子核的中子数N等于其质量数A与电荷数Z之差，即N=AZ。质子质量= 1. 007277u1. 67251027kg; 中子质量=1. 008665u1. 674810-27kg具有相同的质子数、不同的中子数的原子核互称为同位素. 2. 原子核的人工转变：用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程，其核反应方程的一般形式为：。式中是靶核的符号，为入射粒子的符号，是新生核符号，是放射出的粒子
6、的符号。 卢瑟福发现质子的核反应方程为： 查德威克发现中子的核反应方程为：。 约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：，其中，P是放射性同位素，e为正电子. 3. 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，半衰期短，可制成各种形
7、状，强度容易控制）。（四）核力与核能1. 核力：原子核的半径很小，其中的质子之间的库仑力很大，受到这么大的库仑斥力却处于稳定状态，一定还有另外一种力把各核子紧紧地拉在一起. 这种力叫做核力核力是很强的力核力作用范围小，只在2. 01015 m短距离内起作用每个核子只跟它相邻的核子间才有核力作用2. 核能（1）结合能：核子结合成原子核时放出一定的能量，原子核分解成核子时吸收一定的能量，这种能量叫结合能. （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。 也可以认为，在核反应中，参加核反应的总质量m和核反应后生成的核总质量m/之差： m=
8、m-m/（3）爱因斯坦质能方程：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，它们的关系是：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。（4）核能计算：应用公式E=mc 2时应选用国际单位，即E的单位为焦耳，m的单位为千克，c的单位为米秒. 1u相当于931. 5MeV，其中u为原子质量单位：1u=1. 6605661027kg ，lMeV= l06 eV，leV1. 61019J应用公式E=931. 5m时，E的单位为兆电子伏（MeV），m的单位为原子质量单位. （五）重核的裂变与轻核的聚变1. 重核的裂变所谓重核即为质量数很大的原子核.
9、重核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核的反应过程叫重核的裂变。在裂变的同时，还会放出几个中子和大量能量. 裂变方程式例举： 铀235核裂变时，同时放出23个中子，如果这些中子再引起其他铀235核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫链式反应. 铀235核能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积. 核反应堆的构造：A.核燃料用铀棒（含3%-4%的浓缩铀）。B. 减速剂用石墨、重水或普通水（只吸收慢中子）。C. 控制棒用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。D. 冷却剂用水或液态钠（把反应堆内的热量传递出去）2. 轻核的聚变所谓轻核是指质量数很小的原子核，如氢核、氘核等.
10、某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做轻核的聚变，同时放出大量的能量. 轻核聚变方程列举 HHen 轻核聚变只能发生在超高温（需要几百万度高温）条件下，故轻核聚变也叫做热核反应. （六）粒子物理学到19世纪末，人们认识到物质由分子组成，分子由原子组成，原子由原子核和电子组成，原子核由质子和中子组成。20世纪30年代以来，人们认识了正电子、子、K介子、介子等粒子。后来又发现了各种粒子的反粒子（质量相同而电荷及其它一些物理量相反）。现在已经发现的粒子达400多种，形成了粒子物理学。按照粒子物理理论，可以将粒子分成三大类：媒介子、轻子和强子，其中强子是由更基本的粒子夸克组成。从目前的观点看，
11、媒介子、轻子和夸克是没有内部结构的“点状”粒子。用粒子物理学可以较好地解释宇宙的演化。【典型例题】掌握典型的反应方程衰变： 衰变：（核内）衰变：（核内）+衰变：（核内）衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。人工转变：（发现质子的核反应）（发现中子的核反应） （人工制造放射性同位素）重核的裂变： 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。轻核的聚变：（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）【例1】在卢瑟福的粒子散射实验中，有少数粒子发生大角度偏转，其原因是（ ） A. 原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B. 正电荷在原子中是均匀分布的 C.
12、 原子中存在着带负电的电子 D. 原子只能处于一系列不连续的能量状态中解析：粒子散射实验中，有少数粒子发生了较大偏转. 并且有极少数粒子的偏转超过了，有的甚至被反弹回去，偏转角达到，这说明了这些粒子受到很大的库仑力，施力体应是体积甚小的带电实体。根据碰撞知识，我们知道只有质量非常小的轻球与质量非常大的物体发生碰撞时，较小的球才被弹回去，这说明被反弹回去的粒子碰上了质量比它大得多的物质实体，即集中了全部质量和正电荷的原子核. 答案：A【例2】Th（钍）经过一系列和衰变，变成Pb（铅），下列说法正确的是（ ） A. 铅核比钍核少8个质子 B. 铅核比钍核少16个中子 C. 共经过4次衰变和6次衰变
13、 D. 共经过6次衰变和4次衰变解析：由原子核符号的意义，很容易判定A、B是正确的. 至于各种衰变的次数，由于衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定衰变的次数为：x=6（次） 再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定衰变的次数y应满足：2x y90 82= 8 所以y2x84（次） 即D也是正确的. 答案：ABD【例3】如图所示，两个相切的圆表示一个静止原子核发生某种核变化后，产生的两种运动粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可能的是（ ） A. 原子核发生了衰变B. 原子核发生了衰变 C. 原子核放出了一个正电子D. 原子核放出了一个中子；解析：两个相切的圆表示在相切点处是静止的原子核
14、发生了衰变，由于无外力作用，动量守恒，说明原子核发生衰变后，新核与放出的粒子速度方向相反，若是它们带相同性质的电荷，则它们所受的洛仑兹力方向相反，则轨道应是外切圆，若它们所带电荷的性质不同，则它们的轨道应是内切圆. 图示的轨迹说明是放出了正电荷，所以可能是衰变或放出了一个正电子，故A、C两选项正确. 点评：本题仅仅只是判断衰变的种类，而没有判断轨迹是属于哪种粒子的. 处于静止状态时的原子核发生的衰变，它们的动量大小相等，而新核的电量一般远大于粒子（、）的电量，又在同一磁场中，由洛仑兹力提供向心力时，其圆运动的半径RmvqB，此式的分子是相等的，分母中电量大的半径小，电量小的半径大，所以，一般情况下，半径小的是新核的轨迹，半径大的是粒子（、或正电子）的轨迹. 【例4】下面是一核反应方程，用表示光速，则（ ） A. X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘C2B. X是中子，核反应放出的能量等于质子质量乘C2C. X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘C2D. X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘C2解：根据在核反应中，质量数和电荷数都守恒，可知核反应方程中的X为中子，
