原子核的基础知识

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1、原子核的基础知识【学习目标】1知道什么是天然放射性及其规律和发现的意义； 2知道三种射线的本质和区分方法；3了解质子和中子的发现； 4知道原子核是由质子和中子组成的，掌握原子序数、核电荷数、质量数之间的关系；5.知道Q和卩衰变的规律及实质；6理解半衰期的概念；7. 学会利用半衰期解决相关问题；8. 了解探测射线的仪器及原理；9. 了解探测射线的方法；10. 了解原子核人工转变及人工放射性同位素；11. 了解放射性的应用；12. 了解放射性同位素的应用.【要点梳理】 要点一、原子核的组成1. 天然放射现象贝克勒尔的发现1896 年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能发出一种看不见的射线，

2、这种射线能穿 透黑纸而使照相底片感光.这种元素白发地放出射线的现象叫天然放射现象。物质发射看不见的射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素.研究发现，自然 界中原子序数大于或等于83的所有元素，都能、自发地放出射线；原子序数小于83 的元素，有的也 具有放射性.后来居里夫人发现了两种放射性很强的元素钋和镭.虽然具有天然放射性的元素的 种类很多。但它们在地球上的含量很少.2. 对放射线的研究（1）研究方法：让放射线通过电场或磁场来研究其性质. 把样品放在铅块的窄孔中，在孔的对面放着照相底片，在没有电场和磁场时，发现在底片上正对孔的位置感光了.若在铅块和底片之间放一对电极或加上磁场，使

3、电场方向或磁场方向跟射线方向垂 直，结果在底片上有三个地方感光了，说明在电场或磁场作用下，射线分为三束，表明这些射线中有 的带电，有的不带电，如图甲和乙所示.从感光位置知道，带正电的射线偏转较小，这种射线叫a射线；带负电的射线偏转较大，这种射 线叫卩射线；不偏转的射线叫丫射线.（2）各种射线的性质、特征 a射线：卢瑟福经研究发现，a射线粒子带有两个单位正电荷，质量数为4,即a粒子是氦核， 速度约是光速的1/10，有较大的动能.特征：贯穿本领小，电离作用强，能使沿途中的空气电离. 卩射线：贝克勒尔证实，卩射线是电子流，其速度可达光速的99%.特征：贯穿本领大，能穿透黑纸，甚至穿透几毫米厚的铝板，

4、但电离作用较弱. 丫射线是一种波长很短的电磁波一光子流，是能量很高的电磁波，波长九V1010m .特征：贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板.电离作用最弱.3天然放射现象的意义天然放射现象说明原子核是有内部结构的元素的放射性不受单质和化合物存在形式的影响化 学反应决定于核外的电子，能量有限，不可能放出a粒子，也不可能放出高速的电子和丫光子来，因 此三种射线只能是从原子核内放出的说明原子核是有复杂结构的4原子核的组成 卢瑟福建立了原子的核式结构模型，知道核外有带负电的电子，原子核内有带正电的物质，那么， 原子核内的构成又是怎样的呢？（1）质子的发现1919年，卢瑟福又用a粒子轰击氮核，结果从氮核中

5、打出了一种粒子，并测定了它的电荷与质量，知道它是氢原子核，把它叫做质子.符号P或1H .以后又从氟、钠、铝等原子核中打出了质子，所以1断定质子是原子核的组成部分一开始，人们以为原子核只是由质子组成的但是，这不能正确地解释原子核的质量和原子核所 带的电荷量如果原子核只是由质子组成的，那么，某种原子核的质量跟质子质量之比，应该等于这 种原子核的电荷跟质子电荷之比实际上，绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电 荷跟质子电荷之比（2）中子的发现卢瑟福发现质子后，预言核内还有一种不带电的粒子，并给这种还未“出生”的粒子起了一个名字 叫“中子”卢瑟福的预言十年后就变成了现实，他的学生查德威克用

6、实验证明了原子核内含有中子， 中子的质量非常接近于质子的质量（用a粒子轰击铍原子核实验）.（3）原子核的组成原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称核子原子核所带电荷都是质子电荷的整数倍，用 Z 表示，叫做原子核的质子数，或叫核电荷数原子核的质量是核内质子和中子质量的总和由于质子和中子质量几乎相等，所以原子核的质量近似等于核子质量的整数倍，用这个整数代表原子核的质量，叫做原子核的质量数，用A表示，原子核的符号可以表示为aX .其中X为元素符号，A为原Z子核的质量数，Z为核电荷数，例如氦核，可表示为4He .表示氦核的质量数为4，电荷数为2，核2内有2个质子和2个中子.238U代表铀核，质量数

7、为238，电荷数为92，质子数为92，中子数为146，92有时也可写为 238U 或简称为铀 238 .5.同位素 原子核内的质子数决定了元素的化学性质，同种元素的原子质子数相同，核外电子数也相同，所 以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同.定义：具有相同质子数、不同中子数的原子互称同位素.例如氢的三种同位素：氕（1H ）、氘（2H ）、氚（3H ）.111 要点二、放射性元素的衰变1原子核的衰变天然放射现象说明原子核具有复杂的结构.原子核放出a粒子或卩粒子，并不表明原子核内有卩 粒子或卩粒子（卩粒子是电子流，而原子核内不可能有电子存在），放出后“就变成新的原子核”，这 种变化称为原子核的

8、衰变.（1）衰变规律：原子核衰变时，前后的电荷数和质量数都守恒（2）衰变方程：a衰变：卩衰变：（3）两个重要的衰变： 核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化（质 量亏损）而释放出核能 当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生a衰变，有的发生卩衰变同时伴随着Y辐 射（4）a粒子和卩粒子衰变的实质要点诠释：在放射性元素的原子核中， 2个中子和2个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整 体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的仪衰变现象原子核里虽然没有电子，但是 核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是P衰变.a粒子实质就

9、是氦核，它是由两个质子和两个中子组成的.当发挣衰变时，原子核中的质子数 减2，中子数也减2 ，因此新原子核的核电荷数比未发生衰变时的原子核的核电荷数少2 ，为此在元 素周期表中的位置向前移动两位.卩衰变是原子核中的一个中子转化成一个电子，即卩粒子放射出去，同时还生成一个质子留在核 内，使核电荷数增加.但卩衰变不改变原子核的质量数，所以发生卩衰变后，新原子核比原来的原子 核在周期表中的位置向后移动一位.Y射线是在发生a或卩衰变过程中伴随而生，且丫粒子是不带电的粒子，因此丫射线并不影响原 子核的核电荷数，故丫射线不会改变元素在周期表中的位置.但丫射线是伴随a或卩衰变而生，它并 不能独立发生，所以，

10、只要有丫射线必有a衰变或卩衰变发生.因此从整个衰变过程来看，元素在周 期表中的位置可能要发生改变.2.半衰期放射性元素具有一定的衰变速率，例如氡222经a衰变后变成钋218，发现经过3.8天后，有一 半氡发生了衰变，再经过3.8天后，只剩下四分之一的氡，再经3.8天后，剩下的氡为原来的八分之一； 镭226变为氡222的半衰期是1620年.不同元素的半衰期是不一样的.要点诠释：（1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫这种元素的半衰期.半 衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量；不同的放射性元素，其半衰期不同，有的差别很大.（2）公式：用T表示半衰期，m0与N0表示衰变前的质量和原子

11、核数，m和N表示衰变后的质 量和原子核数， n 表示半衰期数，则（3）影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部的因素决定的，跟原子所处的物理状态（如温 度、压强）或化学状态（如单质、化合物）无关.（4）规律理解：半衰期是个统计概念，只对大量原子核有意义，对少数原子核是没有意义的.某 一个原子核何时发生衰变，是不可知的若样品中有四个原子核，它们的半衰期为10天，10天后是否 有两个原子核发生了衰变是无法确定的3. 核反应方程的配平及J、卩衰变次数的确定方法（1）核反应方程中有两个守恒规律：质量数守恒，电荷数守恒（2）确定衰变次数的原理是两个守恒规律.方法是：设放射性元素aX经过n次衰变和m次卩衰

12、变后，变成稳定的新元素aY，则表示该核反应的ZZ 方程为：根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： 以上两式联立解得：由此可见确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组.（3）技巧上，为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定仪衰变的次数，这是因为卩衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定卩衰变的次数.（4）几点说明：核反应过程一般都不是可逆的，所以核反应方程式只能用单向箭头表示反应方 向，不能用等号连接. 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杜撰出生成物来写核反应方程. 核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化（质 量亏

13、损）而释放出核能. 当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生P衰变，同时伴随着丫辐 射.要点三、探测射线的方法1. 威耳逊云室（1）构造：主要部分是一个塑料或玻璃制成的容器，它的下部是一个可以上下移动的活塞，上盖 是透明的，可以通过它来观察和拍摄粒子运动的径迹，云室里面有干净的空气.如图所示.（2）原理：把一小块放射性物质（放射源）放在室内侧壁附近（或放在室外，让放射线从窗口射 入），先往云室里加少量的酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后使活塞迅速向下运动，室内气体由 于迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态.这时如果有射线粒子从室内气体中飞过，使沿途 的气体分子电离，过

14、饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心，凝结成雾滴，这些雾滴沿射线经过的路线 排列，于是就显示出了射线的径迹.这种云室是英国物理学家威耳逊于1912年发明的，故叫威耳逊云 室.（3）放射线在云室中的径迹. 粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向.由于它的电离本领大，沿途产生的离子 多，所以它在云室中的径迹直而粗. 卩粒子的质量小，跟气体分子碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少，所 以它在云室中的径迹比较细，而且常常弯曲. Y粒子的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹. 根据径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质；把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯 曲方向，还可以知道粒子

15、所带电荷的正负.2. 气泡室气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是液体（如液态氢）控制气泡室内液 体的温度和压强，使室内温度略低于液体的沸点当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点变低，因 此液体过热，在通过室内射线粒子周围就有气泡形成，从而显示射线径迹3盖革米勒计数器（1）构造：主要部分是盖革管，外面是一根玻璃管，里面是一个接在电源负极的导电圆筒，筒的 中间有一条接正极的金属丝管中装有低压的惰性气体和少量的酒精蒸气或溴蒸气，如图所示（2）原理：在金属丝和圆筒两极间加上一定的电压，这个电压稍低于管内气体的电离电压当某 种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生电子这样，一个射线粒子进人管中后可以产 生大量电子，这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，在外电路中产生了一次脉冲放电，利用电子仪器 可以把放电次数记录下来（3）优缺点 优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它来检测放射性是很方便的缺点：它对于不同的射线产生的脉冲现象相同，因此只能用来计数，而不能区分射线的种类如 果同时有大量粒子，或两个粒子射来的时间间隔很短（少于200 ms ）时，也不能计数4乳胶照相 放射线能够使照相底片感光放射线中