物理第十二章 动量守恒定律 波粒二象性原子结构与原子核 第4课时 原子核

第第4课时原子核课时原子核一、原子核、天然放射现象一、原子核、天然放射现象1.原子核的组成原子核的组成(1)质子的发现：质子的发现：1919年，卢瑟福用年，卢瑟福用_轰击氮原子核发轰击氮原子核发现了质子，质子是现了质子，质子是_的组成部分。的组成部分。(2)中子的发现：卢瑟福猜想原子核内存在着一种质量与质子中子的发现：卢瑟福猜想原子核内存在着一种质量与质子_，但，但_的粒子，称为中子。查德威克利用云的粒子，称为中子。查德威克利用云室进行实验验证了室进行实验验证了_的存在，中子是原子核的组成部分。的存在，中子是原子核的组成部分。(3)原子核的组成：原子核由原子核的组成：原子核由_组成，质子和中组成，质子和中子统称为子统称为_。 粒子粒子原子核原子核相同相同不带电不带电中子中子质子和中子质子和中子核子核子质子数质子数中子数中子数同一位置同一位置2.天然放射现象天然放射现象(1)天然放射现象天然放射现象元素元素_地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明然放射现象的发现，说明_具有复杂的结构。具有复杂的结构。(2)放射性和放射性元素放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫物质发射某种看不见的射线的性质叫_。具有放射性。具有放射性的元素叫的元素叫_元素。元素。 自发自发原子核原子核放射性放射性放射性放射性(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是_、 _ 、 _ 。(4)放射性同位素的应用与防护放射性同位素的应用与防护放射性同位素：有放射性同位素：有_放射性同位素和放射性同位素和_放射性放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。应用：消除静电、工业探伤、作应用：消除静电、工业探伤、作_等。等。防护：防止放射性对人体组织的伤害。防护：防止放射性对人体组织的伤害。 射线射线射线射线射线射线天然天然人工人工示踪原子示踪原子3.原子核的衰变原子核的衰变原子核原子核原子核原子核半数半数物理物理化学状态化学状态二、放射性同位素的应用与防护二、放射性同位素的应用与防护1.应用射线：应用射线：应用射线可以测厚度、医疗方面的应用射线可以测厚度、医疗方面的_、照、照射种子培育优良品种等。射种子培育优良品种等。2.示踪原子：示踪原子：有关生物大分子的结构及其功能的研究，要借助于有关生物大分子的结构及其功能的研究，要借助于_。3.辐射与安全：辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，人类一直生活在放射性的环境中，_的射的射线对人体组织有破坏作用。要防止线对人体组织有破坏作用。要防止_对水源、空气、对水源、空气、用具等的污染。用具等的污染。 放射治疗放射治疗示踪原子示踪原子过量过量放射性物质放射性物质三、核力与结合能三、核力与结合能1.核力核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力。：原子核内部，核子间所特有的相互作用力。2.核力的特点核力的特点(1)核力是强相互作用的一种表现；核力是强相互作用的一种表现；(2)核力是短程力，作用范围在核力是短程力，作用范围在1.51015m之内；之内；(3)每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。3.结合能结合能：核子结合为原子核时：核子结合为原子核时_的能量或原子核分解为核的能量或原子核分解为核子时子时_的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能。的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能。4.质能方程、质量亏损：质能方程、质量亏损：爱因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程E_，原子核，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小的质量必然比组成它的核子的质量和要小m，这就是质量亏，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能损。由质量亏损可求出释放的核能E_。 释放释放吸收吸收mc2mc2中子中子链式反应链式反应原子弹原子弹镉棒镉棒质量较大质量较大热核反应热核反应3.粒子和宇宙粒子和宇宙(1)“基本粒子基本粒子”不基本不基本直到直到19世纪末，人们称光子、电子、世纪末，人们称光子、电子、_和和_是基本是基本粒子。粒子。(2)发现新粒子发现新粒子1932年发现了年发现了_，1937年发现了年发现了_，1947年发现年发现了了K介子和介子和介子及以后的超子等。介子及以后的超子等。(3)夸克模型夸克模型上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它们带的电荷量分别为元电荷的们带的电荷量分别为元电荷的_或或_，每种夸克都，每种夸克都有对应的有对应的_。 质子质子中子中子正电子正电子子子反夸克反夸克【思考判断】【思考判断】1.人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的( )2.如果某放射性元素的原子核有如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩个，经过一个半衰期后还剩50个个( )3.原子序数小于原子序数小于83的元素都没有放射性的元素都没有放射性( )4.射线是一种高能粒子流，可以用来工业探伤射线是一种高能粒子流，可以用来工业探伤( )5.原子核发生原子核发生衰变时放出一个电子，说明原子核内有电子衰变时放出一个电子，说明原子核内有电子( )6.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量和能量可以相互转化爱因斯坦质能方程反映了物体的质量和能量可以相互转化( )7.核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，也遵循电荷数守恒核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，也遵循电荷数守恒( )8.轻核聚变须达到几百万摄氏度以上的高温，自然界不存在轻核轻核聚变须达到几百万摄氏度以上的高温，自然界不存在轻核聚变聚变( ) 考点一放射性元素的衰变考点一放射性元素的衰变(/c)要点突破要点突破1.衰变和衰变和衰变的比较衰变的比较典例剖析典例剖析【例【例1】 在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图所示。该装置中探测器接收到的放射源、探测器等构成，如图所示。该装置中探测器接收到的是是()A.X射线射线 B.B.射线射线C.线射线射 D.D.射线射线解析解析放射源发出的只有放射源发出的只有、三种射线三种射线，故选项故选项A错误；错误；在在、三种射线中三种射线中，只有只有射线能穿过钢板射线能穿过钢板，故选项故选项B、C错误错误，D正确。正确。答案答案D 解析解析由质量数守恒和电荷数守恒得：由质量数守恒和电荷数守恒得：2382224m，92862mn，联立解得：联立解得：m4，n2。答案答案B 针对训练针对训练1.(多选多选)对天然放射现象，下列说法正确的是对天然放射现象，下列说法正确的是()A.粒子带正电，所以粒子带正电，所以射线一定是从原子核中射出的射线一定是从原子核中射出的B.粒子带负电，所以粒子带负电，所以射线有可能是核外电子射线有可能是核外电子C.粒子是光子，所以粒子是光子，所以射线有可能是原子发光产生的射线有可能是原子发光产生的D.射线、射线、射线、射线、射线都是从原子核内部释放出来的射线都是从原子核内部释放出来的 解析解析粒子是由原子核中粒子是由原子核中2个质子与个质子与2个中子相结合产生的个中子相结合产生的，是是氦核氦核，因原子核外只有带负电的电子因原子核外只有带负电的电子，所以所以A正确；正确；粒子是电子粒子是电子流流，是核内一个中子转化成一个电子和质子是核内一个中子转化成一个电子和质子，电子是从核中射出电子是从核中射出的的，所以所以B选项错误；选项错误；是光子是光子，是原子核从高能态跃迁到低能态是原子核从高能态跃迁到低能态时辐射出来的时辐射出来的，C错误错误，选项选项D正确；天然放射现象中放射出来正确；天然放射现象中放射出来的三种射线都是原子核内部发生衰变时释放出来的的三种射线都是原子核内部发生衰变时释放出来的，故本题正确故本题正确答案为答案为A、D。答案答案AD答案答案C考点二核力与结合能考点二核力与结合能(/c)要点突破要点突破1.质能方程的三个易错点质能方程的三个易错点(1)质量亏损并不是质量消失，只是静止质量变成了运动的质质量亏损并不是质量消失，只是静止质量变成了运动的质量；量；(2)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的；变的；(3)质量和能量这两个量并不可以相互转化，只是这两个量在质量和能量这两个量并不可以相互转化，只是这两个量在数值上有联系。数值上有联系。 2.核能的计算方法核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程列式计算：即根据爱因斯坦质能方程列式计算：即Emc2(m的单位：的单位：kg)。(2)根据根据1 u相当于相当于931.5 MeV，则，则Em931.5 MeV(m的的单位：单位：u，1 u1.660 61027 kg)。(3)核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律，因此我们可以核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能。结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能。 典例剖析典例剖析【例【例1】 (多选多选)关于质能方程，下列哪些说法是正确的关于质能方程，下列哪些说法是正确的()A.质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B.物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C.物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系种特殊条件下的数量关系D.某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的解析解析质能方程质能方程Emc2表明某一定量的质量与一定量的能量表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的是相联系的，当物体获得一定的能量当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值即能量增加某一定值时时，它的质量也相应增加一定值它的质量也相应增加一定值，并可根据并可根据Emc2进行计进行计算算，故故B、D正确。正确。答案答案BD 解析解析衰变后的质量亏损为衰变后的质量亏损为m(226.025 4222.017 54.002 6)u0.005 3 u。因为。因为1 u相当于相当于931.5 MeV，因此释放的能量因此释放的能量为为E0.005 3931.5 MeV4.937 0 MeV4.937 0 106 eV。答案答案4.937 0106 eV 针对训练针对训练1.质子、中子和氘核的质量分别为质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和和m3，当一个质子和一，当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速表示真空中的光速)()A.(m1m2m1)c B.(m1m2m3)cC.(m1m2m3)c2 D.(m1m2m3)c2 答案答案C答案答案(1)见解析见解析(2)5.034 MeV考点三核裂变、核聚变考点三核裂变、核聚变(/c)要点突破要点突破1.核反应的四种类型核反应的四种类型2.书写核反应方程时应注意书写核反应方程时应注意(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律。必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律。(2)核反应方程中的箭头核反应方程中的箭头()表示核反应进行的方向，不能把表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号。箭头写成等号。 典例剖析典例剖析【例【例1】 一个氘核和一个氚核经过反应后生成一个氦核和一个中一个氘核和一个氚核经过反应后生成一个氦核和一个中子，同时放出一个子，同时放出一个光子。已知氘核、氚核、中子、氦核的质光子。已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为量分别为m1，m2，m3，m4，普朗克常量为，普朗克常量为h，真空中的光速为，真空中的光速为c。下列说法中正确的是。下列说法中正确的是()答案答案A答案答案B答案答案AC答案答案AC解析解析氕、氘、氚的核子数分别为氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电质子数和核外电子数均相同子数均相同，都是都是1，中子数等于核子数减去质子数中子数等于核子数减去质子数，故中子故中子数各不相同数各不相同，A、B两项正确；同位素化学性质相同两项正确；同位素化学性质相同，只是物只是物理性质不同理性质不同，D正确。正确。答案答案ABD 2.下列有关半衰期的说法正确的是下列有关半衰期的说法正确的是()A.放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快需的时间越短，衰变速度越快B.放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素的半衰期也变短少，元素的半衰期也变短C.把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度衰变速度D.降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度均可减小衰变速度 解析解析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间变所需的时间，它反映着放射性元素衰变速度的快慢它反映着放射性元素衰变速度的快慢，若衰变越若衰变越快快，半衰期越短；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定半衰期越短；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与与它所处的物理状态或化学状态无关它所处的物理状态或化学状态无关，故故A正确正确，B、C、D错误。错误。答案答案A3.图中曲线图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里。以下粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里。以下判断可能正确的是判断可能正确的是()A.a、b为为粒子的径迹粒子的径迹 B.B.a a、b为为粒子的径迹粒子的径迹C.c、d为为粒子的径迹粒子的径迹 D.D.c c、d为为粒子的径迹粒子的径迹 解析解析粒子不带电粒子不带电，不会发生偏转不会发生偏转，故故B错误；由左手定则可判错误；由左手定则可判定定，a、b粒子带正电粒子带正电，c、d粒子带负电粒子带负电，又知又知粒子带正电粒子带正电，粒粒子带负电子带负电，故故A、C均错误均错误，D正确。正确。答案答案D4.医学界通过医学界通过14C标记的标记的C60发现一种发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途的用途是是()A.示踪原子示踪原子 B.B.电离作用电离作用C.催化作用催化作用 D.D.贯穿作用贯穿作用 解析解析用用14C标记标记C60来查明元素的行踪来查明元素的行踪，发现可以通过断裂发现可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖抑制艾滋病病毒的繁殖，因此因此14C的作用是作示踪原子的作用是作示踪原子，故选项故选项A正确。正确。答案答案A 答案答案AD