原子核的组成放射性和衰变

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1、第三章第三章 原子核原子核 原子核的组成与核力原子核的组成与核力放射性放射性 衰变衰变 人们通过什么现象或实验发现人们通过什么现象或实验发现原子核是由更小的微粒构成的？原子核是由更小的微粒构成的？ 人们认识原子人们认识原子核的结构就是核的结构就是从天然放射性从天然放射性开始的。开始的。 18961896年，法国物理学家年，法国物理学家贝克勒尔贝克勒尔发现，发现，铀和含铀的矿物能够发出铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线看不见的射线. . 这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光. . 物质发射射线的性质称为物质发射射线的性质称为放射性放射性 具有发射性的元素称为具有发

2、射性的元素称为放射性元素放射性元素 元素这种元素这种自发自发 的的放出射线的现象放出射线的现象 叫做叫做 天然放射现象天然放射现象一、天然放射现象一、天然放射现象钡铀云母钡铀云母翠砷铜铀矿翠砷铜铀矿斜水钼铀矿斜水钼铀矿铀钙石矿铀钙石矿 放射性不是少数几种元素才有的。放射性不是少数几种元素才有的。 研究发现，原子序数研究发现，原子序数大于大于82的所有元素，的所有元素，都能自发的放出射线都能自发的放出射线( (大于等于大于等于83)83) 。放大了放大了10001000倍的铀矿石倍的铀矿石天然放射现象天然放射现象 原子序数小于原子序数小于83的的元素，有的也具有放射元素，有的也具有放射性性放射性

3、现象中放出的射线是什么东西？放射性现象中放出的射线是什么东西？它它们们除除了了能能穿穿透透黑黑纸纸使使照照相相底底片片感感光光的的性性质以外，还有些什么性质呢？质以外，还有些什么性质呢？这些射线带不带电？这些射线带不带电？射线到底是什么？射线到底是什么？ 利用什么方法可以将天然放射线分利用什么方法可以将天然放射线分离开来，并加以鉴别？离开来，并加以鉴别？方法一：利用磁场方法一：利用磁场射射线线+射线射线 - - - -射线射线方法二：利用电场方法二：利用电场根根据据射射线线的的偏偏转转情情况况确确定定：偏偏转转较较小小的的一一束束射射线线由由带带正正电电荷荷的的粒粒子子组组成成，我我们们把它叫

4、做把它叫做射线，射线， 射射线线由由带带正正电电的的粒粒子子组组成成。进进一一步研究表明步研究表明粒子就是氦原子核粒子就是氦原子核.由由于于粒粒子子的的质质量量较较大大，所所以以射射线线的的穿穿透透本本领领最最小小，我我们们用用一一张张厚厚纸纸就就能能把把它它挡住挡住.射线射线与与射射线线偏偏转转方方向向相相反反的的那那束束射射线线带带负负电荷电荷，我们把它叫做，我们把它叫做射线射线. 射射线线由由带带负负电电的的粒粒子子（粒粒子子）组组成成，进一步研究表明进一步研究表明粒子就是电子粒子就是电子.射线的穿透本领较强射线的穿透本领较强，很容易穿透黑，很容易穿透黑纸，还能穿透纸，还能穿透几毫米几毫

5、米厚的厚的铝板铝板. 射线射线 中中间间不不发发生生偏偏转转的的那那束束射射线线叫叫做做射射线线，研研究究表表明明，射射线线的的实实质质是是一一种种波波长长极极短短的的电电磁磁波波，它它不不带带电电，是是中中性性的的.射射线线的的穿穿透透本本领领极极强强，一一般般薄薄金金属属板板都都挡挡不不住住它它，它它能能穿穿透透几几十十厘厘米米厚厚的的水水泥泥墙墙和和几几厘厘米米厚厚的的铅铅板板. 射线射线三种射线三种射线射线射线射线射线 射线射线 原子核中质子和中子的比例天然放射现象天然放射现象射线射线射线射线射线射线射线射线射线射线射线射线电离能力电离能力电离能力电离能力贯穿能力贯穿能力贯穿能力贯穿能

6、力速度速度速度速度成分成分成分成分氦原子核氦原子核氦原子核氦原子核高速高速高速高速电子流电子流电子流电子流高能量高能量高能量高能量电磁波电磁波电磁波电磁波1/101/101/101/10光速光速光速光速接近光速接近光速接近光速接近光速光速光速光速光速弱弱弱弱较强较强较强较强很强很强很强很强很强很强很强很强较弱较弱较弱较弱更小更小更小更小放射性现象中放出的三种射线都是从放射放射性现象中放出的三种射线都是从放射性元素的原子核内释放出来的，这表明原性元素的原子核内释放出来的，这表明原子核也有内部结构子核也有内部结构. . 原子核内究竟还有什么结构？原子核内究竟还有什么结构？原子核又是由什么粒子组成的

7、呢？原子核又是由什么粒子组成的呢？ 二、原子核的组成二、原子核的组成1、质子的发现、质子的发现研究表明：质子的性质和氢原子核的性质研究表明：质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核完全相同，所以质子就是氢原子核. .1919年，年，卢瑟福用卢瑟福用粒子粒子轰轰击击氮核，氮核，得到了得到了质子质子 p 同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子。出了质子。原子核是否只是由质子组成呢？原子核是否只是由质子组成呢？核的质量核的质量核的质量核的质量质子质量质子质量质子质量质子质量核的电量核的电量核的电量核的电量质子电量质子电量质子电量质子电量？19

8、201920年，卢瑟福预言：可能有一种质量与质子相近年，卢瑟福预言：可能有一种质量与质子相近年，卢瑟福预言：可能有一种质量与质子相近年，卢瑟福预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子。的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子。的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子。的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子。核的质量核的质量核的质量核的质量质子质量质子质量质子质量质子质量核的电量核的电量核的电量核的电量质子电量质子电量质子电量质子电量-质子是原子核的组成部分。质子是原子核的组成部分。2、中子的发现、中子的发现 1932年英国物理学家年英国物理学家查德威克查德威克用用粒子轰

9、击铍粒子轰击铍发现了发现了中子中子 n。研究证明中子的质量和质子的质量基本相研究证明中子的质量和质子的质量基本相同，但是不带电，是中性粒子同，但是不带电，是中性粒子. .在对各种原子核进行的实验中，发现质子在对各种原子核进行的实验中，发现质子和中子是组成原子核的两种基本粒子和中子是组成原子核的两种基本粒子. . 2、中子的发现、中子的发现 X 表示表示元素符号元素符号Z表示质子数表示质子数A表示质量数表示质量数核电荷数核电荷数= =质子数质子数= =原子序数原子序数= =荷外电子数荷外电子数质量数质量数= =核子数核子数= =质子数质子数+ +中子数中子数氦原子核氦原子核有有有有2 2个质子，

10、个质子，个质子，个质子，2 2个中子。个中子。个中子。个中子。质量数为质量数为质量数为质量数为4 4铀原子核铀原子核有有有有9292个质子，个质子，个质子，个质子，143143个中子。个中子。个中子。个中子。质量数为质量数为质量数为质量数为2352353 3、原子核的组成、原子核的组成质子和中子（质子和中子（统称核子统称核子 ）4、 同位素：同位素： 质子数相同，中子数不同的原子，质子数相同，中子数不同的原子，（质量数自然不同），（质量数自然不同），互为同位素互为同位素。原子核的组成中子中子中子中子 质子质子质子质子 统称统称统称统称核子核子核子核子 U He H 1142235 92X AZ

11、（核）电荷数（核）电荷数（核）电荷数（核）电荷数质量数质量数质量数质量数 原原 子子 核核 的的 组组 成成 1015m 元素符号元素符号元素符号元素符号 1、氘和氚是氢的同位素，关于氢、氘、氘和氚是氢的同位素，关于氢、氘、氚的原子，下列说法哪个正确？氚的原子，下列说法哪个正确？ A.具有相同的质子数、相同的中子数、具有相同的质子数、相同的中子数、相同的电子数；相同的电子数； B.具有不同的质子数、相同的中子数、具有不同的质子数、相同的中子数、相同的电子数；相同的电子数； C.具有相同的质子数、不同的中子数、具有相同的质子数、不同的中子数、相同的电子数；相同的电子数； D.具有相同的质子数、相

12、同的中子数、具有相同的质子数、相同的中子数、不同的电子数不同的电子数C2下下列列有有关关物物理理学学史史的的叙叙说说，正正确确的的是是（ ）A.粒粒子子的的散散射射实实验验揭揭示示了了原原子子内内部部还还有有复复杂杂结构结构B. 天天然然放放射射性性现现象象揭揭示示了了原原子子核核内内部部还还有有复复杂结构杂结构C. 质质子子和和中中子子的的发发现现揭揭示示了了原原子子核核由由质质子子和和中子组成中子组成D. 电子的发现揭示了原子的核式结构模型电子的发现揭示了原子的核式结构模型B C3、将天然放射性物质放入顶端开有小孔的、将天然放射性物质放入顶端开有小孔的铅盒铅盒S里，放射线便从小孔中射出，沿

13、带电里，放射线便从小孔中射出，沿带电平行金属板平行金属板A、B之间的中线垂直于电场方之间的中线垂直于电场方向进入电场，轨道如图所示，则：向进入电场，轨道如图所示，则：轨迹轨迹 是是 射线，射线，轨迹轨迹 是是 射线，射线，轨迹轨迹 是是 射线射线. 板带正电，板带正电， 板带负电板带负电.AB 原子核中有大量质子，它们之间的距离很小，因此库仑斥力很大，为什么它们能稳定地结合在一起，成为一个原子核？核力 原子核中质子和中子的比例1.一一些些较较轻轻的的原原子子核核如如 He、 O、 C、N中中质质子子数数和和中中子数有什么关系？子数有什么关系？答案答案质子数与中子数大致相等质子数与中子数大致相等

14、.2. U、 Th中中各各有有多多少少个个中中子子、多多少少个个质质子子？较较重重的的原子核中中子数和质子数有什么关系？原子核中中子数和质子数有什么关系？答答案案 U中中含含有有92个个质质子子、146个个中中子子； Th中中含含有有90个个质质子子，144个个中中子子.较较重重的的原原子子核核中中中中子子数数大大于于质质子子数数，而且越重的原子核，两者相差越多而且越重的原子核，两者相差越多.3.试试从从核核力力的的特特点点对对上上述述现现象象做做出出解解释释，并并说说明明原原子子核核能能无限地增大吗？无限地增大吗？答答案案由由于于核核力力是是短短程程力力，原原子子核核大大到到一一定定程程度度

15、时时，相相距距较较远远的的质质子子间间的的核核力力非非常常小小.较较多多的的质质子子集集聚聚在在一一起起的的核核力力不不足足以以平平衡衡它它们们之之间间的的库库仑仑力力，原原子子核核就就不不稳稳定定了了.这这时时，如如果果不不再再成成对对地地增增加加质质子子和和中中子子，而而只只增增加加中中子子，中中子子与与其其他他核核子子没没有有库库仑仑斥斥力力，但但有有相相互互吸吸引引的的核核力力，所所以以有有助助于维系原子核的稳定，所以较重的原子核内中子数较多于维系原子核的稳定，所以较重的原子核内中子数较多.由由于于核核力力是是短短程程力力，如如果果继继续续增增大大原原子子核核，一一些些核核子子间间距距

16、离离会会大大到到其其间间根根本本没没有有核核力力作作用用，这这时时即即使使再再增增加加中中子子，形形成成的的核核也也一一定定是是不不稳稳定定的的，所所以以原原子子核核的的大大小小是是受限制的受限制的. 要点提炼要点提炼由由于于核核力力是是 力力，自自然然界界中中较较轻轻的的原原子子核核，质质子子数数与与中中子子数数 ，但但对对于于较较重重的的原原子子核核，中中子子数数 质子数，越重的原子核，两者相差越多质子数，越重的原子核，两者相差越多.短程短程大致相等大致相等大于大于例例关于原子核中质子和中子的说法，正确的是关于原子核中质子和中子的说法，正确的是()A.原子核中质子数和中子数一定相等原子核中

17、质子数和中子数一定相等B.稳定的重原子核里，质子数比中子数多稳定的重原子核里，质子数比中子数多C.原子核都是非常稳定的原子核都是非常稳定的D.对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的，对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的， 如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的解解析析自自然然界界中中较较轻轻的的原原子子核核，质质子子数数与与中中子子数数大大致致相相等等，对对于于较较重重的的原原子子核核，中中子子数数大大于于质质子子数数，越越重重的的原原子核，两者相差越多子核，两者相差越多.因此正确答案选因此正确答案选D.D返回返回要点提炼要点提炼

18、1.原子核人工转变的两大发现原子核人工转变的两大发现(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：年卢瑟福发现质子的核反应： N He H(2)1932年查德威克发现中子的核反应：年查德威克发现中子的核反应： Be He C 三、核反应三、核反应2.核核反反应应的的条条件件：用用一一定定能能量量的的粒粒子子，如如粒粒子子、质质子子、中子甚至用光子去轰击原子核中子甚至用光子去轰击原子核.3.核核反反应应的的实实质质：以以基基本本粒粒子子(粒粒子子、质质子子、中中子子等等)为为“炮炮弹弹”去去轰轰击击原原子子核核(靶靶核核X)，从从而而促促使使原原子子核核发发生生变变化化，生成新原子核生成新原子核(Y)

19、，并，并 .4.核反应遵从的守恒定律：在核反应中，核反应遵从的守恒定律：在核反应中， 和和守恒守恒.放出某一粒子放出某一粒子质量数质量数电荷数电荷数四、原子核的衰变四、原子核的衰变2.2.衰变遵循的原则：衰变遵循的原则：质量数质量数守恒，电荷数守恒。守恒，电荷数守恒。 原子核放出原子核放出粒子或粒子或粒子，由于核粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。了，变成另一种原子核。1.1.原子核的衰变：原子核的衰变：我们把原子核由于放出某我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变变

20、（1 1） 衰变衰变: :原子核放出原子核放出 粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做 衰变衰变 3.3.原子核衰变的分类原子核衰变的分类: :（2 2）衰变衰变: :原子核放出原子核放出粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做衰变衰变 （3 3）衰变衰变: :伴随伴随 射线或射线或 射线产生射线产生. .1、 核反应过程一般不可逆，所以核反应过程核反应过程一般不可逆，所以核反应过程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号。只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号。2、核反应生成物一定要以实验事实为基础，、核反应生成物一定要以实验事实为基础，不能依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核不能依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反

21、应方程。反应方程。3、核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，、核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后总质量一般会发生变核反应过程中反应前后总质量一般会发生变化且会释放出核能。化且会释放出核能。注意：注意：1、 放射性元素衰变不可能有单独的放射性元素衰变不可能有单独的衰变！衰变！2、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：生成了新的原子核！生成了新的原子核！半衰期半衰期 1 1、半衰期、半衰期 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的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。时间，叫做这种元素的半衰期。放射性元素的剩余质量与原有质量的关系：放射性元素的剩余质量与原有质量的关系：2 2、不同的放射性元素，半衰期不同、不同的放射性元素，半衰期不同例如：例如： 氡氡222222衰变为钋衰变为钋218218的半衰期为的半衰期为3.83.8天天 镭镭226226衰变为氡衰变为氡222222的半衰期为的半衰期为16201620年年 铀铀238238衰变为钍衰变为钍234234的半衰期长达的半衰期长达4.5104.5109 9年年