1　原子核的组成ppt课件教学实录

19．1 原子核的组成

【学习目标】

1.知道什么是天然放射现象．

2．知道三种射线的本质和区分方法．

3．知道原子核的组成，知道什么是同位素．

【重点难点】

1.三种射线的本质特征和区分方法．

2．原子核的组成．

【易错问题】

根据发生β衰变时放出电子，误认为电子是原子核的组成部分．

【自主学习】

一、天然放射现象

1．1896年，法国物理学家________发现，铀和含铀矿物都能发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底版感光．物质发射射线的性质称为_______，具有放射性的元素称___________．

2．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为___、___．

3．放射性元素自发地发出射线的现象叫____________，原子序数大于或等于___的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线．

二、射线到底是什么

1．α射线实际上就是_________，速度可达到光速的1/10，其_____能力强，穿透能力较差，在空气中只能前进几厘米，用_________就能把它挡住．

2．β射线是高速_______，它速度很大，可达光速的99%，它的穿透能力较强，_____能力较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的_____．

3．γ射线呈电中性，是能量很高的______，波长很短，在10－10 m以下，它的_____作用更小，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的_____和几十厘米厚的混凝土．

三、原子核的组成

1．质子的发现：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了_____，质子的实质是氢原子核．

2．中子的发现：卢瑟福的学生查德威克通过实验证实了____的存在．

3．原子核的组成：原子核是由____组成，质子和中子统称为____．

A4．原子核的符号：ZX，其中X表示元素的符号，A表示核的______，Z表示_______．

5．同位素：具有相同______而______不同的原子核，在元素周期表中处于_________．它123们互称为同位素．例如，氢有三种同位素1H、1H、1H. 【基础达标】

1．最早发现天然放射现象的科学家为(

) A．卢瑟福

B．贝可勒尔

C．爱因斯坦

D．查德威克

解析：选B.卢瑟福发现质子，查德威克发现中子，爱因斯坦发现了光电效应，贝可勒尔发现天然放射现象，故B正确，A、C、D不正确．

2．放射性元素发射出α、β、γ三种射线，以下说法中正确的是(

) 1

A．α射线是由不带电的粒子组成

B．β射线是由带正电的粒子组成

C．γ射线的贯穿本领最强

D．γ射线的电离本领最强

解析：选C.α射线是氦核组成的粒子流，所以选项A错误；β射线是高速电子流，所以选项B错误；γ射线的贯穿本领最强，电离本领最弱，所以选项C正确，D错误．

3．人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从(

) A．发现电子开始的

B．发现质子开始的

C．进行α粒子散射实验开始的

D．发现天然放射现象开始的

解析：选D.自从贝克勒尔发现天然放射现象后，科学家对放射性元素、射线的组成、产生的原因进行了大量研究，逐步认识到原子的复杂结构，故D正确．

1234．氢有三种同位素，分别是氕1H、氘1H、氚1H，则(

) A．它们的质子数相等

B．它们的核外电子数相等

C．它们的核子数相等

D．它们的中子数相等

123解析：选AB.氕1H、氘1H、氚1H的质量数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都为1，中子数等于质量数减去质子数，故中子数各不相同，所以本题A、B选项正确．

2105．一个原子核为 83Bi，关于这个原子核，下列说法中正确的是(

) A．核外有83个电子，核内有127个质子

B．核外有83个电子，核内有83个质子

C．核内有83个质子，127个中子

D．核内有210个核子

解析：选CD.根据原子核的表示方法得质子数为83，质量数为210，故中子数为210－83＝127个，而质子和中子统称核子，故核子数为210个，因此C、D正确．由于不知道原子的电性，就不能判断核外电子数，故A、B不正确．

【作业布置】理解课文、做好问题与练习

【课后反思】

19．2 放射性元素的衰变

【学习目标】

1.知道衰变的概念，知道原子核衰变时遵守的规律．

2．知道α、β衰变的实质，知道γ射线是怎样产生的．

3．知道什么是半衰期，知道半衰期的统计意义，会利用半衰期解决相关问题．

【重点难点】：

1.α、β衰变的实质及衰变规律．

2．对半衰期概念的理解和利用半衰期解决相关问题．

【易错问题】：因认识不到半衰期是一个统计规律概念而出错．

【自主学习】

一、原子核的衰变

2

1．衰变：原子核由于放出______或_______而转变为新核的变化．

2．衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为______，放出β粒子的衰变叫β衰变，而γ射线是伴随α射线或β射线产生的．

23823443．衰变方程：(1)α衰变：92U→90Th＋2He 2342340(2)β衰变：90Th→91Pa＋－1e 4．衰变规律

原子核衰变时，遵循两个守恒定律，其一是_______守恒，其二是_______守恒．

二、半衰期

1．概念：放射性元素的原子核有____发生衰变需要的时间叫半衰期，放射性元素的半衰期描述的是大量原子核的统计规律．

2．特点：半衰期与放射性元素的物理、化学状态_______，只由核的内部因素决定，不同的元素有____的半衰期．

1．关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是(

) A．原子核全部衰变所需时间的一半

B．原子核有半数发生衰变所需的时间

C．相对原子质量减少一半所需的时间

D．元素质量减少一半所需的时间

解析：选B.原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期，它与原子核全部衰变所需时间的一半不同，放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核．发生不同的衰变，其质量数减小规律不同，原子核衰变时，原来的放射性元素原子核的个数不断减少，那么放射性元素的原子核的质量也不断减小，故上述选项只有B正确．

2．如果某种元素发生β衰变，则下列说法中正确的是(

) A．质量数发生变化

B．质子数增加，中子数不变

C．质子数不变，中子数增加

D．质子数增加，中子数减少

解析：选D.由于原子核放出一个高速电子，对质量的影响非常小，质量数不发生变化，A错误；原子核内放出的电子是来自于中子释放一个电子而转变为一个质子的反应，因此，质子数增加，中子数减少，核子数保持不变，故D正确，B、C错误．

3．关于放射性元素的半衰期，以下说法中正确的是(

) A．同种放射性原子核在化合物中的半衰期比在单质中长

B．升高温度可使放射性元素的半衰期缩短

C．氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩1个了

D．氡的半衰期为3.8天，若有4 g氡，经过7.6天就只剩1 g了

解析：选D.半衰期与原子所处的物理状态或化学状态均无关，故选项A、B错误；半衰期只适用于大量的原子核，故C错误．由m余＝m12t原()τ知，D正确．

4．近段时间，朝鲜的“核危机”引起了全球的瞩目，其焦点问题是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆，重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239239239239( 94Pu)，这种 94Pu可由铀239( 92U)经过n次β衰变而产生，则n为(

) A．2

B．239 C．145

D．92 239239239解析：选A.由于 92U和 94Pu的质量数相等，而核电荷数增加2，因此， 92U经2次β3

衰变，变为 94Pu，故A正确．

5．一小瓶含有放射性同位素的液体，它每分钟衰变6000次．若将它注射到一位病人的血管中，15 h后从该病人身上抽取10 mL血液，测得此血样每分钟衰变2次．已知这种同位素的半衰期为5 h，求此病人全身血液总量．

解析：设衰变前原子核的个数为N0,15 h后剩余的原子核个数为N，则

239N＝N0×(12t)τ131＝()N0＝N0，①

282×10N设人血液的总体积为V，衰变的次数跟原子核的个数成正比，即＝，②

N06000V1由①②得＝，所以V＝3750 mL＝3.75 L. 300008原子核的个数越多，衰变的次数越多，两者成正比关系．

答案：3.75 L

19.3 探测射线的方法 19.4 放射性的应用与防护

【学习目标】

1.知道探测射线的方法．

2．掌握核反应的概念和原子核的人工转变．

3．知道放射性同位素，了解放射性的应用和防护．

【重点难点】

1.原子核的人工转变．

2．放射性同位素的特点和应用．

【易错问题】：误认为只要遵守质量数和电荷数守恒写出的核反应方程都是正确的．

【自主学习】

一、探测射线的方法

探测器材的设计思路：粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和气体会产生_____，过热液体会产生气泡．射线中的粒子会使照相乳胶感光．射线中的粒子会使_________产生荧光．

1．威耳逊云室

其结构为一个圆筒状容器，上盖透明，底部是一个可在小范围活动的____．实验时先往容器内加入少量的酒精，使容器内形成饱和蒸汽，然后迅速下拉活塞，气体迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到_______状态．粒子穿过该空间时，沿途使气体分子______产生离子，过饱和蒸气就会以这些离子为核心__________，于是显示出射线的径迹．

2．气泡室

与云室原理类似，只是容器里装的是液体，并控制里面液体的温度和压强，使温度略低于液体的沸点．当气泡室内的_____突然降低时，液体的_____变低，因此液体过热，粒子通过液体时在它周围有气泡形成，显示出粒子的径迹来．

3．盖革－米勒计数器

4 V

它的主要部分是一个计数器，外面是玻璃管，里面有一个接在电源负极上的________，筒内中间有一根接电源正极的_______，里面充入惰性气体以及少量_________蒸气．

当射线通过管内时，会使气体______，产生的_____在电场中加速，再与气体分子碰撞，又使气体电离，产生电子……一个粒子进入玻璃管内就会产生大量的电子，这些电子到达阳极，就形成一次瞬间导电，电路中形成一次_________，电子仪器把这次脉冲记录下来．

二、核反应

1．定义：原子核在_________的轰击下产生________的过程．

2．原子核的人工转变

(1)1919年_______用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生一个质子．

(2)卢瑟福发现质子的核反应过程：

__________________. 3．遵循规律：_______守恒，_______守恒．

三、人工放射性同位素

1．放射性同位素的定义：有些同位素具有________，叫做放射性同位素．

2．人工放射性同位素的发现

(1)1934年约里奥­居里夫妇发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性同位素____. (2)发现磷同位素的过程：_________________. 四、放射性同位素的应用

共有两个方面：一方面是应用它的______．另一方面是作___________．

五、辐射与安全

人类从来就生活在有放射性的环境之中，_____的射线对人体组织有破坏作用．要防止_____________对水源、空气、用具等的污染．

【基础达标】

141．医学界通过C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂14DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则C的用途是(

) A．示踪原子

B．电离作用

C．催化作用

D．贯穿作用

14解析：选A.用C标记C60来查明元素的行踪，发现可以通过断裂DNA抑制艾滋病病14毒的繁殖，因此C的作用是作示踪原子，故A正确．

2．近几年，我国北京、上海、山东、洛阳、广州各地引进了十多台γ刀，治疗患者5000余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器，令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时内完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”．据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务．问：γ刀治疗脑肿瘤主要是利用(

) A．γ射线具有很强的贯穿本领

B．γ射线具有很强的电离作用

C．γ射线具有很高的能量

D．γ射线能很容易地绕过阻碍物达到目的地

解析：选AC.γ射线是一种波长很短的电磁波，具有较高的能量，它的贯穿本领很强，甚至可以穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用很小．γ刀治疗肿瘤是应用了其贯穿本领和很高的能量，故A、C正确．

3．贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹贯穿5

力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物可长期危害环境．下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是(

) A．由于爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害

B．爆炸后的弹片不会对人体产生危害

C．铀238的衰变速率很快

D．铀的半衰期很长

解析：选AD.天然放射现象周期很长，会对环境和生物造成长期的影响，故A、D两项正确，B、C两项错．

862084．用高能36Kr(氪)离子轰击 82Pb(铅)，释放出一个中子后，生成了一个新核．关于新核的推断正确的是(

) A．其质子数为122

B．其质量数为294 C．其原子序数为118

D．其中子数为90 208861293解析：选C.核反应方程为 82Pb＋36Kr―→0n＋118X 新核质量数为293，质子数为118，中子数为293－118＝175.故正确选项为C. 5．写出下列原子核人工转变的核反应方程．

23(1)11Na(钠核)俘获1个α粒子后放出1个质子；

27(2)13Al(铝核)俘获1个α粒子后放出1个中子；

16(3) 8O(氧核)俘获1个中子后放出1个质子；

30(4)14Si(硅核)俘获1个质子后放出1个中子．

234261答案：(1)11Na＋2He―→12Mg＋1H；

274301(2)13Al＋2He―→15P＋0n；

161161(3) 8O＋0 n―→ 7N＋1H；

301301(4)14Si＋1H―→15P＋0n.

6．关于放射性同位素的作用，下面说法正确的是(

) A．利用射线的穿透性检查金属制品，测量物体的密度和厚度

B．利用射线的电离本领消除有害的静电积累

C．利用射线的生理效应来消毒、杀菌和治疗肿瘤

D．利用放射性同位素作示踪原子

解析：选BD.放射线的应用主要表现在利用放射线的穿透能力、电离能力和物理、化学能力以及利用放射线同位素作为示踪原子，所以选项D正确；利用射线能够检测金属制品的厚度，但不能测量密度，所以选项A错误；利用射线的电离作用可以消除静电，所以选项B正确；治疗肿瘤是利用了射线的贯穿能力和高能量，所以选项C错误．

307．下列有关放射性同位素15P的说法中正确的是(

) 3030A.15P与14X互为同位素

30B.15P与其同位素有相同的化学性质

30C．用15P制成化合物后它的半衰期变长

30D．含有15P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响

解析：选BD.同位素具有相同的质子数，所以选项A错误；同位素有相同的化学性质，30所以选项B正确；半衰期与元素属于化合物还是单质没有关系，所以用15P制成化合物后30它的半衰期不变，即选项C错误；含有15P的磷肥由于衰变，可记录磷的踪迹，所以选项D正确．

8．关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是(

) A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的

6

B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视

C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种

D．用γ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

解析：选D.利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电导走，故A错；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，故B错；作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优秀品种，故C错；用γ射线治疗肿瘤对人体有副作用，因此要严格控制剂量，故D正确．

9．以下几个核反应方程中，粒子X代表中子的方程是(

) 14417A. 7N＋2He―→ 8O＋X 9412B.4Be＋2He―→ 6C＋X 3030C.15P―→14Si＋X 1414D. 6C―→ 7N＋X 解析：选B.由核反应过程中质量数和电荷数守恒可以判断出B正确．

10．三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应4生成Z核并放出一个氦核(2He)．则下面说法正确的是(

) A．X核比Z核多一个质子

B．X核比Z核少一个中子

C．X核的质量数比Z核质量数大3 D．X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍

a

aa

0

a1

a解析：选CD.设原子核X的符号为bX，则原子核Y为b－1Y，bX―→＋1e＋b－1Y，1H＋b－1Y―4a－3a－3→2He＋b－2Z，故原子核Z为b－2Z. 274111．铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应：→ X＋0n.下列判断正确的是13Al＋2He―(

) 11A.0n是质子

B.0n是中子

2831C．X是14Si的同位素 D．X是15P的同位素

30解析：选BD.由核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知，X是15P，故选项C错误，1选项D正确；0n为中子，故选项A错误，选项B正确．

161a012．用中子轰击氧原子核的核反应方程式 8O＋0n→7N＋bX，对式中X、a、b的判断正确的是(

) A．X代表中子，a＝17，b＝1 B．X代表电子，a＝17，b＝－1 C．X代表正电子，a＝17，b＝1 D．X代表质子，a＝17，b＝1 解析：选C.根据质量数、电荷数守恒可知a＝17，b＝8＋0－7＝1，因此X可表示为01e，为正电子，故C项正确，A、B、D三项错．

13．用中子轰击铝27，产生钠24和X粒子，钠24具有放射性，它衰变后变成镁24，则X粒子和钠的衰变过程分别是(

) A．质子、α衰变

B．电子、α衰变

C．α粒子、β衰变

D．正电子、β衰变

解析：选C.利用一些射线轰击某些原子核，能实现原子核的人工转变，并可以得到一些元素的放射性同位素，它们和天然存在的放射性元素一样不断地衰变，也有半衰期，且核反应前后质量数和电荷数守恒，中子轰击铝27的核反应方程为：

271244→11Na＋2He 13Al＋0n―钠24衰变后成镁24的核反应方程为：

2424

011Na→12Mg＋－1e 7

故X粒子是α粒子，即2He，钠24衰变放出电子，发生的是β衰变，所以上述选项C正确．

14. 4

图19－3－2 如图19－3－2所示，带电粒子在“云室”中运动时，可呈现运动径迹，将“云室”放在匀强电场中，通过观察带电粒子的径迹，可以研究原子核发生衰变的规律．现将一14静止的放射性C放入上述装置中，当它发生衰变时，可能放出α粒子或电子或正电子．所放射的粒子与反冲核经过相等的时间所形成的径迹如图所示(发生衰变后瞬间放射出的粒子和反冲核的速度方向与电场强度E垂直，a、b均表示长度)．则

14(1)C发生衰变时所放射出的粒子是________．

14(2)C发生衰变时所放射出的粒子的运动轨迹是________(填“①”或“②”)．

14(3)C的衰变方程是

________________________________________________________________________．

(4)简要推导发生衰变后的瞬间放出的粒子与反冲核的动能之比．

解析：(1)由轨迹可以看出，反冲核与放出的射线的受力方向均与电场强度方向一致，所以放出的粒子为α粒子．

(2)由动量守恒得，α粒子的动量和反冲核的动量相同，α粒子的质量小，速度必然大，在垂直于电场方向上的位移大，即②轨道为α粒子．

14104(3)根据电荷数与质量数守恒可得 6C→ 4Be＋2He. v2m1105(4)由动量守恒可得：＝＝＝

v1m242121又Ek＝mv＝pv

22Ek2v25所以＝＝. Ek1v1214104答案：(1)α粒子

(2)②

(3) 6C→ 4Be＋2He (4)5∶2 15．1930年科学家发现钋放出的射线贯穿能力极强，它甚至能穿透几厘米厚的铅板，1932年，英国年轻物理学家查德威克用这种未知射线分别轰击氢原子和氮原子，结果打出一些氢核和氮核．若未知射线均与静止的氢核和氮核正碰，测出被打出的氢核最大速76度为vH＝3.5×10 m/s，被打出的氮核的最大速度vN＝4.7×10 m/s，假定正碰时无机械能损失，设未知射线中粒子质量为m，初速度为v，质子的质量为m′. (1)推导被打出的氢核和氮核的速度表达式；

(2)根据上述数据，推算出未知射线中粒子的质量m与质子的质量m′之比(已知氮核质量为氢核质量的14倍)．

解析：(1)碰撞满足动量守恒和机械能守恒，与氢核碰撞时有

8

2mv＝mv1＋mHvH，mv2＝mv21＋mHvH

1212122m2mv，同理可得vN＝v. m＋mHm＋mNvHm＋mNmm(2)由上面可得＝，代入数据得＝＝1.0165. vNm＋mHm′mH2m2m答案：(1)vH＝v，vN＝v

m＋mHm＋mN(2)1.0165 【作业布置】理解课文、做好问题与练习

【课后反思】

解之得vH＝

19．5 核力和结合能

【学习目标】

1.知道核力是只存在于相邻核子间的短程强相互作用力．

2．会根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程．

3．认识原子核的结合能，并能根据质量亏损利用质能方程计算结合能．

【重点难点】：1.对爱因斯坦质能方程的理解．

2．原子核的结合能的计算．

【易错问题】：误认为在核反应中质量与能量发生了相互转化．

【自主学习】

一、核力与四种基本相互作用

1．核力：原子核里的____间存在着相互作用的核力，_____把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核．

2．核力特点：(1)核力是___相互作用的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．

(2)核力是______，作用范围在___________之内．

(3)每个核子只跟_____的核子发生核力作用，这也称为核力的________．

3．基本相互作用：(1)长程力：一种是________，另一种是________．

(2)短程力：一种是____，另一种是_____．弱力是引起β衰变的原因．

二、原子核中质子与中子的比例

自然界中较轻的原子核，质子数与中子数________，但对于较重的原子核，中子数_____质子数，越重的元素，两者相差____．

三、结合能

原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能．结合能并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．

四、质量亏损

9

1．爱因斯坦质能方程_______. (1)物体具有的能量与它的质量成正比，物体的能量增大了，质量也_____；能量减小，质量也_____．

(2)任何质量为m的物体都具有大小相当于 ___的能量．

(3)在国际单位制中E、m、c的单位分别取___、____、______．

(4)由E＝mc2得ΔE＝_____，ΔE对应着Δm质量的能量．

2．质量亏损：原子核的质量_____组成它的核子的质量之和的现象．

【基础达标】

1．(2009年高考浙江卷)氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是(

) A．核力、万有引力、库仑力

B．万有引力、库仑力、核力

C．库仑力、核力、万有引力

D．核力、库仑力、万有引力

解析：选D.核力是强相互作用力，氦原子核内的2个质子是靠核力结合在一起的，可见核力远大于库仑力；微观粒子的质量非常小，万有引力小于库仑力．故D选项正确．

2．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为(

) A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力

B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力

C．核子间存在着强大的核力

D．核子间存在着复杂的电磁力

解析：选C.核力是短程力，由于核力很强大，所以将核子拆开需要大量的能量克服核力做功．相反，若核子结合成原子核，则放出大量的能量，所以选项C正确．

23．对公式ΔE＝Δmc，下列说法中正确的是(

) A．能量可以转化为质量

B．质量可以转化为能量

C．能量的转化与质量的转化是成比例的

D．在核反应中，能量与质量都不守恒

2解析：选C.方程ΔE＝Δmc中只说明质量亏损与释放核能这两种现象间的数值关系，并不能说明质量和能量可以相互转化，故A、B错，C正确，在核反应中遵循质量和能量守恒定律，故D错．

74．用质子轰击锂核(3Li)生成两个α粒子，以此进行有名的验证爱因斯坦质能方程的实验．已知质子的初动能是0.6 MeV，质子、α粒子和锂核的质量分别是1.0073 u、4.0015 u和7.0160 u．已知1 u相当于931.5 MeV，则下列叙述中正确的是(

) A．此反应过程质量减少0.0103 u B．生成的两个α粒子的动能之和是18.3 MeV，与实验相符

C．核反应中释放的能量是18.9 MeV，与实验相符

D．若生成的两个α粒子的动能之和是19.5 MeV，与实验相符

解析：选CD.可先求得质量亏损，再由质能方程计算出核反应所释放出的能量，并进行逐项判定．

75．一个锂核(3Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知一个氢原子核的质量－27－27是1.6736×10 kg，一个锂核的质量是11.6505×10 kg，一个氦核的质量是6.646610

×10 kg. (1)试写出这一过程的核反应方程；

(2)计算这一过程中的质量亏损；

(3)计算这一过程中所释放的核能．

解析：(1)这一过程的核反应方程为：

7143Li＋1H→22He (2)质量亏损Δm＝mLi＋mH－2mα

－27－27－27－29＝11.6505×10 kg＋1.6736×10 kg－2×6.6466×10 kg＝3.09×10 kg 2－2982－12(3)释放核能ΔE＝Δmc＝3.09×10×(3×10)J＝2.781×10 J. 答案：见解析

【能力提升】

1．关于结合能，下列说法中正确的有(

) A．核子结合成原子核时，需吸收的能量

B．核子结合成原子核时，能放出的能量

C．不同的核子结合成原子核时，所需吸收的能量相同

D．使一个氘核分解成一个中子和一个质子时，吸收的能量是一个恒定值

答案：BD 2．关于爱因斯坦质能方程的下列看法中正确的是(

) 2A．E＝mc中的E是物体以光速运动的动能

2B．E＝mc是物体的核能

2C．E＝mc反映了一定的质量与一定的能量有相当的关系

2D．ΔE＝Δmc表示发生的质量亏损Δm变为能量放出去

答案：CD 234233．某核反应方程为1H＋1H→2He＋X.已知1H的质量为2.0136 u，u，1H的质量为3.0180 42He的质量为4.0026 u，X的质量为1.0087 u．则下列说法中正确的是(

) A．X是质子，该反应释放能量

B．X是中子，该反应释放能量

C．X是质子，该反应吸收能量

D．X是中子，该反应吸收能量

解析：选B.设X的质量数为a，核电荷数为b，则由质量数守恒和电荷数守恒知：2＋3＝4＋a,1＋1＝2＋b.所以a＝1，b＝0，故X为中子．核反应方程的质量亏损为Δm＝(2.0136 u＋3.0180 u)－(4.0026 u＋1.0087 u)＝0.0203 u，由此可知，该反应释放能量．

4．质子的质量为mp，中子的质量为mn，它们结合成质量为m的氘核，放出的能量应为(

) 2A．(mp＋mn－m)c

2B．(mp＋mn)c

2C．mc

2D．(m－mp)c

22解析：选A.质量亏损为Δm＝mp＋mn－m，由质能方程得：ΔE＝Δmc＝(mp＋mn－m)c，故A正确．

5．下列说法中正确的是(

) A．爱因斯坦质能方程反映了物体质量就是能量，它们之间可以互相转化

2B．由E＝mc可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴含能量的量度

11 －27

C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的

D．因在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒

2解析：选B.E＝mc说明能量与质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是说明了能量与质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，而B项正确．核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实验上是从静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变为能量，故C项错误．在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质由静质量变为动质量，故D错误．

6．(2010年北京西城区抽样)为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E2＝mc，科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的能量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性．设捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一实验需验证的关系式是(

) 2A．ΔE＝(m1－m2－m3)c

2B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c

2C．ΔE＝(m2－m1－m3)c

2D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c

解析：选B.反应前的质量总和为m1＋m3，质量亏损Δm＝m1＋m3－m2，核反应释放的能2量ΔE＝(m1＋m3－m2)c，选项B正确．

7．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD.现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，反应方程为

γ＋D→p＋n.若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是(

) 12A.[(mD－mp－mn)c－E] 212B.[(mp＋mn－mD)c＋E] 212C.[(mD－mp－mn)c＋E] 212D.[(mp＋mn－mD)c－E] 22解析：选C.核反应因质量亏损释放的的核能ΔE＝(mD－mp－mn)c，再加上原光子的能ΔE＋E量也转化成动能，又两个粒子动能相等，所以有：Ek＝，选项C正确．

228．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc＝2.2 MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是(

) A．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子

B．用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零

C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零

D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零

12

解析：选AD.根据核的结合能概念，核子结合成核所释放的核能与逆过程所需要的能p2量相等，A、D正确．根据动量守恒定律，用光子照射静止氘核时总动量不为零，Ek＝，2m故照射后总动能不为零，B、C错．

234139．氘核和氚核聚变时的核反应方程为1H＋1H→2He＋0n.已知1H的平均结合能是2.78 24MeV，1H的平均结合能是1.09 MeV，2He的平均结合能是7.03 MeV，试计算核反应时释放的能量．

解析：聚变反应前氘核和氚核的总结合能

E1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV＝10.52 MeV，

反应后生成的氦核的结合能

E2＝7.03×4 MeV＝28.12 MeV. 由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量

ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52) MeV＝17.6 MeV. 答案：17.6 MeV 210206410．已知 84Po原子核质量为209.98287u， 82Pb原子核的质量为205.97446 u，2He原210206子核的质量为4.00260u，静止的 84Po核在α衰变中放出α粒子后变成 82Pb，求：

(1)在衰变过程中释放的能量；

(2)α粒子从Po核中射出时的动能；

(3)反冲核的动能(已知1 u＝931.5 MeV，且核反应释放的能量只转化为动能)．

2102064解析：(1)衰变方程为 84Po―→ 82Pb＋2He. 衰变过程中质量亏损为

Δm＝(209.98287－205.97446－4.00260)u ＝0.00581u. 反应后释放的能量为ΔE＝0.00581×931.5 MeV＝5.412 MeV. (2)因衰变前、后动量守恒，则衰变后α粒子和铅核的动量大小相等、方向相反，而p＝mv＝2mEk，

则2mαEkα＝2mPbEkPb，

即mαEkα＝mPbEkPb，

则4Ekα＝206EkPb，

又因核反应释放的能量只转化为两者的动能，故

Ekα＋EkPb＝ΔE＝5.412 MeV. 由上式得α粒子从钋核中射出的动能

Ekα＝5.31 MeV. (3)反冲核即铅核的动能EkPb＝0.102 MeV. 答案：(1)5.412 MeV (2)5.31 MeV (3)0.102 MeV 【作业布置】理解课文、做好问题与练习

【课后反思】

19．6 重核的裂变

19．5 核力和结合能

13

19．5 核力和结合能

【学习目标】

1.知道什么是裂变、什么是聚变，了解裂变和聚变的特点．

2．知道链式反应，并能计算裂变释放的核能．

3．会写出聚变反应方程并能计算聚变释放的核能．

4．了解基本粒子、夸克模型及宇宙的演化．

【重点难点】：裂变、聚变释放的核能的计算．

【易错问题】：对聚变比裂变反应释放的能量的大的说法认识不清．

【自主学习】

一、核裂变

1．定义：重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应．

2．链式反应：当一个_____引起一个铀核裂变后，裂变中放出的中子再引起其他铀核裂2351144变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应．典型反应方程：92U＋0n→56Ba891＋36Kr＋30n. 3．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于_________或裂变物质的质量大于等于临界质量．

二、核电站

1．工作原理

现以压水式反应堆核电站为例，讨论电站的工作原理，压水式反应堆核电站包括：压水堆本体，由蒸汽发生器、称压器、主泵构成的一回路系统，二回路系统，汽轮发电机组以及为支持系统正常运行并保证反应堆安全而设置的辅助系统，回路系统是蒸汽供应系统，将反应堆释放的内能，由冷却剂带到蒸汽发生器中，产生蒸汽；二回路系统是蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的系统，与常规火电厂汽轮发电系统基本相同．

2．核燃料：目前核电站反应堆以_____为燃料．

3．___________是核电站的心脏，它是一种用人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作原理。

三、核聚变

1．定义：轻核结合成质量_____的核的反应．轻核聚变反应必须在________下进行，因此又叫热核反应．

2342．氢弹爆炸的核反应方程：1H＋1H→2He＋__. 3．在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变能释放更__的能量．热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．

74．太阳内部和许多恒星内部，温度高达10K以上，其反应就是____反应的实例．

四、受控热核反应

聚变与裂变相比有很多优点，第一，轻核聚变产能效率高；第二，地球上聚变燃料的储量丰富；第三，轻核聚变更为安全、清洁．

五、粒子和宇宙

1．“基本粒子”不基本

在19世纪末，人们认为光子、____、_____和____是组成物质的不可再分的最基本的粒子，20世纪后半期，科学家发现质子、中子也有着自己的复杂结构，于是基本粒子不再14

“基本”．

2．发现新粒子

(1)新粒子：1932年发现正电子，1937年发现μ子，1947年发现K介子和π介子；以后又发现了质量比质子大的叫做_____．

(2)反粒子：实验中发现，对应着许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质______的粒子，叫做反粒子．例如，电子的反粒是正电子，质子的反粒子是反质子等．

(3)粒子分类：按照粒子与各种相互作用的关系分为三大类：______、轻子和________．

3．夸克模型

(1)什么是夸克：强子(质子、中子)有着自己复杂的结构，它们有更为基本的成分组成，科学家认为这种成分叫夸克．

(2)分类：上夸克、_______、奇异夸克、粲夸克、_______、顶夸克共有六种，它们带的电荷分别为元电荷的_________.每种夸克都有对应的反夸克．

(3)意义：夸克理论的最大突破是________不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷．

(4)夸克禁闭：夸克不能以___________________，这种性质称为夸克的禁闭．

4．宇宙的演化：宇宙起源于一次大爆炸，这种理论被称为宇宙________理论．

5．恒星的演化

恒星的最后归宿是：质量小于太阳质量的1.4倍的恒星会演变成_______，即体积很小，质量不太小的恒星；质量大于1.4倍小于2倍太阳质量的恒星，会演变成________；更大质量的恒星，会演变成“______”．

【基础达标】

1．关于铀核的裂变，下列说法正确的是(

) A．铀核裂变的产物是多种多样的

B．铀核裂变时能同时释放出2～3个中子

C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用浓缩铀235 D．铀块的体积对产生链式反应无影响

解析：选ABC.铀核受到中子的轰击会引起裂变，裂变的产物是多种多样的，具有偶然性，裂变成两块的情况较多，也可能分裂成多块，并放出2～3个中子．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用浓缩铀235，并且要使铀块的体积超过临界体积，故A、B、C正确，D错误．

2．下列核反应中，表示核裂变的是(

) 2344A．23892U→90Th＋2He 1144891B．23592U＋0n→56Ba＋36Kr＋30n 300C．3015P→14Si＋1e 4121D.94Be＋2He→6C＋0n 解析：选B.裂变是重核俘获中子后变成中等质量的原子核，同时还要放出几个中子．

3．以下核反应方程中属于核聚变的是(

) 34A.2→2He＋11H＋1H―0n 14417B.

7N＋2He―→

8O＋11H 112C.1H＋0n―→1H＋γ

10D．41H―→42He＋21e 15

解析：选ACD.轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变．

4．目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成．u夸21克带电荷量为e，d夸克带电荷量为－e，e为元电荷．下列论断可能正确的是(

) 33A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成

B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成

C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成

D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成

解析：选B.质子带正电，电荷量为＋e，中子为中性．B选项中的2个u夸克和1个2ee2eed夸克电荷量之和为(2×－)＝＋e；1个u夸克和2个d夸克电荷量之和为(－2×)3333＝0，故选项B正确．

5．在铀核裂变成钡和氪的裂变反应中，质量亏损Δm＝0.2153 u，那么，

(1)一个铀核裂变释放的能量为多少？

(2)反应中平均每个核子释放的能量为多少？

解析：(1)由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时放出的能量：

ΔE＝Δmc2＝0.2153×931.5 MeV＝200.6 MeV. 200.6 MeV(2)铀核中含有235个核子，所以平均每个核子放出的能量为：＝0.85 MeV. 235答案：(1)200.6 MeV

(2)0.85 MeV 【能力提升】

139941.235

92U吸收1个慢中子后，分裂成

54Xe和38Sr，同时还放出(

) A．1个α粒子

B．1个氘核

C．3个中子

D．2个中子

235941解析：选C.写出核反应方程

92U＋1→139由质量数守恒可知x＝(2350n―

54Xe＋38Sr＋x0n，＋1)－(139＋94)＝3. 2．下列核反应方程及其表述都正确的是(

) 341A.21H＋2He→2He＋1H是聚变反应

1141921B.

23592U＋0n→

56Ba＋36Kr＋30n是裂变反应

341C.21H＋1H→2He＋0n是聚变反应

024D.2411Na→12Mg＋－1e是裂变反应

解析：选ABC.核反应中把重核分裂成质量较小的核并释放出核能的反应称为裂变，把轻核结合成质量较大的核并释放出核能的反应称为聚变．根据以上裂变和聚变的定义可判断出A、B、C是正确的．

3．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是(

) A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多

B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大

C．聚变反应中粒子的结合能变大

D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加

解析：选B.在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A错误，B正确；由于聚变反应中释放能量，则结合能一定减小，质量发生亏损，故C、D错误．

23514．一个

23592U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为

92U＋01n→X＋9438Sr＋20n，则下列叙述正确的是(

) A．X原子核中含有86个中子

16

B．X原子核中含有141个核子

C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加

D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少

1解析：选A.核反应方程必须遵循电荷数和质量数守恒，则该核反应方程为：235

92U＋0941n→

140则X原子核中有140个核子，有140－54＝86个中子，所以A正确，54X＋38Sr＋20n，2B错误．因为裂变时放出能量，由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc，一定有质量的减少，而原子核反应中的质量数仍守恒，所以C、D均错误．

5．北京奥委会接受专家的建议，大量采用对环境有益的新技术．如奥运会场馆周围80%～90%的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水将采用全玻璃真空太阳能集热技术．太阳能的产生是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变反应形成的，其核反应方程是(

) 10A．41H―→42He＋21e 41B.

14→177N＋2He―

8O＋1H 1901C.

235→13692U＋0n―

54Xe＋38Sr＋100n 4D.

238→23492U―

90Th＋2He 解析：选A.热核聚变是指轻核结合为质量较重的核的反应，故A正确；B项中为实现原子核人工转变的反应，C项中为裂变，D项中为衰变，均不属于聚变反应，故B、C、D不正确．

6．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是(

) 13A．核反应方程是11H＋0n→1H＋γ

B．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3

C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c

hD．γ光子的波长λ＝

m1＋m2－m3c212解析：选B.此核反应的核反应方程为11H＋0n→1H＋γ，A错；由质能方程，γ光子的ch能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，C错；由E＝h

知，波长λ＝，D错；故B正λm1＋m2－m3c确．

11369017．一个铀235吸收一个中子后发生的反应式是23592U＋0n→54Xe＋38Sr＋100n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于(

) A．(M－m1－m2)c2

B．(M＋m－m1－m2)c2

C．(M－m1－m2－9m)c2

D．(m1＋m2＋9m－M)c2

解析：选C.铀235裂变时的质量亏损：Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m，由质能方程可得：E＝Δmc2＝(M－9m－m1－m2)c2. 8．在天体演变过程中，红色巨星发生“超新星爆炸”后，可以形成中子星(电子被迫同原子核中的质子结合而形成中子)，中子星具有极高的密度．

(1)写出质子演变成中子的反应方程；

(2)若已知某中子星的密度为1017 kg/m3，该中子星的卫星绕它做圆轨道运动，试求该中子星的卫星运行的最小周期．

解析：

17

01(1)11H＋－1e→0n.

(2)如图所示，设中子星的卫星圆轨道半径为R，质量为m，由万有引力提供向心力，可得

GMm4π2mR2＝mωR＝2. R2T4又当R＝r(中子星的半径)时，卫星运行周期最小，注意到M＝πr3ρ，由此可得Tmin3－3＝1.2×10 s.

0－31答案：(1)11H＋－1e→0n

(2)1.2×10 s 9．已知一个铀235核裂变时能释放200 MeV的能量，问1 kg铀完全裂变能释放多少能量？相当于多少t热值为2.94×107 J/kg的煤所放出的能量？

解析：首先求出1 kg铀235中含有的原子核数，然后即可根据已知求解．

(1)1 kg铀235中含有的原子核数为：

1000×6.02×1023个＝2.562×1024个

235

每个铀核裂变能放出200 MeV的能量，则1 kg铀核裂变能释放ΔE＝－2.562×1024×200 MeV＝5.124×1026 MeV＝5.124×1032×1.6×1019 J＝8.2×1013 J. (2)设与1 kg铀235相当的优质煤是m kg，则有：

m×2.94×107 J/kg＝8.2×1013 J 8.2×10136m＝7

kg＝2.789×10 kg＝2789 t. 2.94×10答案：8.2×1013 J

2789 t 10．已知氘核的质量为2.0136 u，中子的质量为1.0087 u，32He核的质量为3.0150 u. 3(1)写出两个氘核聚变成2He的核反应方程．

(2)计算上述核反应中释放的核能．

(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3能全部转化为机械能，则反应中生成的2He核和中子的动能各是多少？

解析：(1)由质量数和电荷数守恒可知：

223→2He＋11H＋1H―0n. (2)由题设条件可求出质量亏损为：

Δm＝2.0136 u×2－(3.0150＋1.0087) u＝0.0035 u 所以释放的核能为

ΔE＝931.5×0.0035 MeV＝3.26 MeV. 13(3)核反应中释放的核能全部转化为机械能，即3设2He和12He和0n的动能，0n的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，则由动量守恒和能量守恒有：m1v1－m2v2＝0 Ek1＋Ek2＝2Ek0＋ΔE

解之得：

1Ek1＝(2Ek0＋ΔE)＝0.99 MeV 418

3Ek2＝(2Ek0＋ΔE)＝2.97 MeV. 421答案：(1)2→31H＋1H―2He＋0n (2)3.26 MeV

(3)0.99 MeV

2.97 MeV

【作业布置】理解课文、做好问题与练习

【课后反思】

19