4　放射性的应用与防护课件配套优秀公开课教案设计

原子核

1.理解原子的结构、衰变及质能方程等知识。 2.学会运用原子知识及力学分析和动量知识界解决相关问题。

原子核

1. 原子核的组成

（1）天然放射现象. 物质发射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，放射性元素自发地发出射线的现象，叫做天然放射现象. （2）三种射线

①射线是速度约为十分之一光速的氦核流，穿透本领很弱，电离作用很强. ②射线是高速运动的电子流，穿透本领很强，电离作用较弱. ③射线是能量很高的电磁波，波长很短，它的穿透本领极强，电离作用很弱.

（3）原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，原子核常用符号ZAX表示，X为元素符号，A表示核的质量数，Z表示核的电荷数. 2. 放射性元素的衰变

（1）衰变：原子核放出粒子或粒子，核电荷数发生改变，变成另外一种原子核，这种变化叫衰变. （2）种类

①衰变：原子核放出由两个质子和两个中子组成的粒子（即氦核），AZA44XZ2Y+2He．

AA0XZ1Y+1e．

②衰变：原子核内的一个中子变为一个质子并放射出一个电子，Z ③衰变：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．

（3）衰变规律：电荷数和质量数都守恒．由此可确定衰变次数. （4）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．

1t ①NN0()，其中N0表示衰变前放射性元素的原子核的个数，N表示衰变后尚未2发生衰变的放射性元素的原子核的个数，t表示衰变时间．表示半衰期．

②半衰期只适用于大量的原子核，对数量较少的原子核不适用，如10个原子核经过一个半衰期并不一定恰好有5个发生衰变．

③半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关．

3. 核力和结合能

（1）核力：核力将核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核. 核力是强相互作用的一种表现；核力是短程力；每个核子只与相邻的核子发生核力作用，即核力具有饱和性.

（2）结合能：原子核由核子结合在一起构成，要将它们分开需要能量，这个能量就是原子核的结合能. 结合能不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量. （3）质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫质量亏损. 4. 核反应

（1）原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应. （2）常见的核反应有人工转变、重核裂变、轻核聚变．可用核反应方程来表示核反应过程. （3）核反应遵循的规律：质量数守恒、电荷数守恒．

5. 核能

（1）爱因斯坦质能方程Emc2，若核反应中的质量亏损（参加核反应的原子核总质量与生成新原子核的总质量之差）为m，释放的核能Emc2. （2）重核裂变和轻核聚变过程中都释放出核能．

（3）在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成的新核和新粒子的动能．因而在此情况下可应用动量守恒和能量守恒来计算核能．

类型一：射线问题

例1.一置于铅盒中的放射源发射的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔后，铝箔后的空间有一匀强电场．进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图所示，则图中的射线a为______射线，射线b

为______射线在电场中不会偏

转，故a为γ射线；

因α粒子无法穿透铝箔，故打在底片上的只有β和γ两种射线，因γ光子不带电，故β射线带负电，故在电场中会向正极偏转，故b为β射线；

答案: γ，β．

类型二:核反应方程

例2．下列说法正确的是

A． B． C． D．226 88238 92232 90238 92Ra衰变为U衰变为222 88RU要经过1次α衰变和1次β

234 91Pa要经过1次α衰变和1次βＰb要经过6次α衰变和4次βTh衰变为U衰变为

208 82

222 86RU要经过4次α衰变和4次β解析：

先根据质量数的变化规律确定α衰变的次数，然后再确定β答案： BC类型三：综合应用质量方程及有关的力学规律分析

例3.已知氘核质量为2.0136 u，中子质量为1.0087 u，32He核的质量为3.0150 u

（1）写出两个氘核聚变成32He（2（3）若两氘核以相等的动能0.35 MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的3

2He核和中子的动能各是多少?22解析：

应用质量数守恒和核电荷数守恒不难写出核反应方程为：1H＋1H→32He＋0n

1由题给条

Δm＝2.0136 u×2－（3.0150＋1.0087）u＝0.0035 uΔE＝Δm

c＝931.5×0.0035 MeV＝3.26 MeV2

因为该反应中释放的核能全部转化为机械能——即转化为32He核和中子的动能．

若设32He核和中子的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，则由动量守恒及能的转化

m1v1－m2v2＝0

Ek1＋Ek2＝2Ek0＋ΔE

Ek1＝1（2Ek0＋ΔE）

41×（2×0.35＋3.26）MeV4

＝0.99 MeV

Ek2＝＝3（2Ek0＋ΔE）

43×（2×0.35＋3.26）MeV 42.97 MeV

类型四：氢原子能及问题

例4 ①用10.2 eV ②用11 eV ③用14 eV ④用11 eV A．①②

D

B

C．①③④

解析: 由原子的跃迁条件知①对，基本氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子能量越大，原子电离后的自由电子的动能越大，故③对．对于入射粒子和原子碰撞情况，只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，也可以使原子受激发而向较高能级跃迁，故④对，应选C答案: C