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1、第3节 原子核及核反应,-2-,基础夯实,自我诊断,一、原子核的组成 天然放射现象 1.原子核的组成 (1)原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为核子 。质子带正电,中子不带电。 (2)基本关系 核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数 。 质量数(A)=核子数 =质子数+中子数。 (3)X元素的原子核的符号为 ,其中A表示质量数 ,Z表示核电荷数。 2.天然放射现象 (1)天然放射现象 元素自发 地放出射线的现象,首先由贝可勒尔 发现。天然放射现象的发现,说明原子核具有复杂 的结构。,-3-,基础夯实,自我诊断,(2)三种射线,(3)放射性同位素的应用与防护 放射性同位素:有天然
2、 放射性同位素和人工 放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同。 应用:消除静电、工业探伤、做示踪原子 等。 防护:防止放射性对人体组织的伤害。,-4-,基础夯实,自我诊断,二、原子核的衰变、半衰期 1.原子核的衰变 (1)原子核放出粒子或粒子,变成另一种原子核 的变化称为原子核的衰变,原子核衰变时电荷数和质量数都守恒 。 (2)分类,衰变:当放射性物质连续发生衰变时,原子核中有的发生衰变,有的发生衰变,同时伴随着辐射。 (3)两个典型的衰变方程,-5-,基础夯实,自我诊断,2.半衰期 (1)定义:放射性元素的原子核有半数 发生衰变所需的时间。 (2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由核内
3、部 自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有 关系。,-6-,基础夯实,自我诊断,三、裂变反应和聚变反应、核反应方程 1.重核裂变 (1)定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。 (2)典型的裂变反应方程,(3)链式反应:由重核裂变产生的中子 使裂变反应一代接一代继续下去的过程。 (4)临界体积和临界质量:裂变物质能够发生链式反应 的最小体积及其相应的质量。 (5)裂变的应用:原子弹 、核反应堆。 (6)反应堆构造:核燃料、减速剂、镉棒、防护层。,-7-,基础夯实,自我诊断,2.轻核聚变 (1)定义:两个轻核结合成质量较大 的核的反应过程。轻
4、核聚变反应必须在高温下进行,因此又叫热核反应 。 (2)典型的聚变反应方程,-8-,基础夯实,自我诊断,四、核力和核能 1.核力 原子核内部 核子间所特有的相互作用力。 2.核能 (1)核子在结合成原子核时出现质量亏损m,其对应的能量E=mc2 。 (2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加m,吸收的能量为E=mc2 。 3.核能释放的两种途径的理解 (1)使较重的核分裂成中等大小的核; (2)较小的核结合成中等大小的核。核子的比结合能都会增大,都可以释放能量。,-9-,基础夯实,自我诊断,1.通过阅读教材说出放射性元素的衰变与原子核的人工转变有哪些不同和相同之处? 提示：衰变是
5、原子核的自发变化,而人工转变是人工控制的原子核的变化。它们在发生的过程中电荷数和质量数都守恒。 2.在核反应堆中,用什么方法控制核裂变的速度? 提示：用控制棒(镉棒)来控制反应速度,若反应过于激烈,将控制棒插入深一些,让它多吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些。,-10-,基础夯实,自我诊断,1.物理学重视逻辑,崇尚理性,其理论总是建立在对事实观察的基础上。下列说法正确的是( ) A.天然放射现象说明原子核内部是有结构的 B.电子的发现使人们认识到原子具有核式结构 C.粒子散射实验的重要发现是电荷量是量子化的 D.密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的,答案,解析,-11-,基础夯实,自
6、我诊断,2.下列核反应方程中,属于衰变的是( ),答案,解析,-12-,基础夯实,自我诊断,3.雷蒙德戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(c)而获得诺贝尔物理学奖。他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶。电子中微子可以将一个氯核转变为,的质量为0.000 55 u,1 u质量对应的能量为931.5 MeV。根据以上数据,可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为( ) A.0.82 MeV B.0.31 MeV C.1.33 MeV D.0.51 MeV,答案,解析,-13-,考点一,考点二,考点三,原子核的衰变 半衰期(师生共研) 1.衰变规律及实
7、质 (1)衰变、衰变的比较,-14-,考点一,考点二,考点三,(2)射线:射线经常是伴随着衰变或衰变同时产生的。其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变的过程中,产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子。 2.确定衰变次数的方法 因为衰变对质量数无影响,所以先由质量数的改变确定衰变的次数,然后再根据衰变规律确定衰变的次数。 3.半衰期,式中N原、m原表示衰变前放射性元素的原子数和质量,N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t表示衰变时间,表示半衰期。,-15-,考点一,考点二,考点三,例1(多选)关于天然放射性,下列说法正确的是( ) A.所有元素都可能发
8、生衰变 B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关 C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D.、和三种射线中,射线的穿透能力最强,答案,解析,-16-,考点一,考点二,考点三,A.铅核比钍核少8个质子 B.铅核比钍核少16个中子 C.共经过4次衰变和6次衰变 D.共经过6次衰变和4次衰变,答案,解析,-17-,考点一,考点二,考点三,方法归纳衰变次数的计算方法,则A=A+4n,Z=Z+2n-m 解以上两式即可求出m和n。,-18-,考点一,考点二,考点三,突破训练 1.(2017全国卷)一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核,衰变方程为 。下列说法正确的是( ) A.衰变后钍核的动能等于粒
9、子的动能 B.衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小 C.铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间 D.衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量,答案,解析,-19-,考点一,考点二,考点三,核反应方程及核反应类型(师生共研) 1.核反应的四种类型,-20-,考点一,考点二,考点三,-21-,考点一,考点二,考点三,2.核反应方程式的书写,(2)核反应规律:质量数守恒,电荷数守恒。 (3)由于核反应不可逆,所以书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向。,-22-,考点一,考点二,考点三,例3(1)关于核衰变和核反应的类型,下列表述正确的有 。, 是发现中子的核反应方程, 是研究原子弹的
10、基本核反应方程, 是研究氢弹的基本核反应方程。 B项中X的质量数为 ,中子数为 。,答案,解析,-23-,考点一,考点二,考点三,规律总结1.核反应的四种类型:衰变、人工转变、裂变和聚变。 2.核反应过程一般是不可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向,不能用等号连接。 3.核反应的生成物一定要以实验为基础,不能只依据两个守恒规律凭空杜撰。 4.核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应前后的总质量一般会发生变化。,-24-,考点一,考点二,考点三,突破训练 2.(多选)科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得 A.X是中子 B.Y的质子数是3,中子数是6 C.两个核反应
11、都没有质量亏损 D.氘和氚的核反应是核聚变反应,答案,解析,-25-,考点一,考点二,考点三,3.(2018天津卷)国家大科学工程中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,获得中子束流,可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是( ),答案,解析,-26-,考点一,考点二,考点三,核力与核能(师生共研) 1.应用质能方程解题的流程图 书写核反应方程计算质量亏损m利用E=mc2计算释放的核能 (1)根据E=mc2计算时,m的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,E的单位是“J”。 (2)根据E=m931.5 MeV计算时m的单位是“u”
12、,E的单位是“MeV”。 2.根据比结合能来计算核能:原子核的结合能=比结合能核子数。,-27-,考点一,考点二,考点三,例4(多选)关于原子核的结合能,下列说法正确的是 ( ) A.原子核的结合能等于使其完全分开成自由核子所需的最小能量 B.一重原子核衰变成粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能,D.比结合能越大,原子核越不稳定,答案,解析,-28-,考点一,考点二,考点三,同时放出能量为E=0.09 MeV的光子。假设放出的核能完全转变为钋核与粒子的动能,不计光子的动量。已知m氡=222.086 63 u、m=4.002 6 u、m钋=218.076 6 u,1 u
13、相当于931.5 MeV的能量。 (1)写出上述核反应方程; (2)求出发生上述核反应放出的能量; (3)确定钋核与粒子的动能。,答案,解析,-29-,考点一,考点二,考点三,思维点拨1.质量亏损放出的能量等于新核动能、粒子动能与光子能量之和。 2.不计光子的动量,新核与粒子总动量等于衰变前氡核的动量。 特别提醒1.在动量守恒方程中,各质量都可用质量数表示。 2.只有利用E=mc2时,才考虑质量亏损,在动量和能量守恒方程中,不考虑质量亏损。,-30-,考点一,考点二,考点三,突破训练 4.两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素)。已知氘核质量mD=2.013 6 u,氦核质量mHe=3
14、.015 0 u,中子质量mn=1.008 7 u。 (1)写出聚变方程并算出释放的核能(已知质量亏损1 u释放的核能为931.5 MeV)。 (2)若反应前两氘核的动能均为EkD=0.35 MeV。它们正面对撞发生聚变,且反应后释放的核能全部转变为动能,则反应产生的氦核和中子的动能各为多大?,该反应质量亏损m=2mD-mHe-mn=0.003 5 u。 由质能方程得释放核能E=0.003 5931.5 MeV3.26 MeV。,-31-,考点一,考点二,考点三,(2)将两个氘核作为一个系统,由动量守恒定律有,由能量守恒定律有EkHe+Ekn=E+2EkD。 联立以上两式并代入数据可得EkHe0.99 MeV,Ekn2.97 MeV。,