資源簡介

1.原子核的組成
素養(yǎng)目標(biāo)
1.知道天然放射現(xiàn)象及三種射線的本質(zhì)，了解核子、同位素的基本觀念，知道原子核的組成．(物理觀念)
2．根據(jù)三種射線的本質(zhì)，能夠利用磁場、電場區(qū)分它們，理解原子核的構(gòu)成，并能分析、解決相關(guān)問題，提高解題能力．(科學(xué)思維)
3．通過利用磁場探究三種射線的本質(zhì)，以及用α粒子轟擊原子核發(fā)現(xiàn)核子，體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，提高觀察與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?科學(xué)探究)
自主落實(shí)·必備知識全過關(guān)
一、天然放射現(xiàn)象及射線的本質(zhì)
1．天然放射現(xiàn)象
(1)1896年，法國物理學(xué)家________發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見的射線．
(2)放射性：物質(zhì)發(fā)出________的性質(zhì)．
(3)放射性元素：具有放射性的元素．與它以單質(zhì)還是化合物的形式存在無關(guān)
(4)原子序數(shù)大于____的元素，都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于或等于____的元素，有的也能發(fā)出射線．
(5)瑪麗·居里和她的丈夫皮埃爾·居里發(fā)現(xiàn)了兩種放射性更強(qiáng)的新元素，命名為________________．
2．三種射線
(1)α射線：是α粒子流．其組成與________相同．速度可達(dá)到光速的，其電離能力強(qiáng)，穿透能力較弱，在空氣中只能前進(jìn)幾厘米，用______就能把它擋住．
(2)β射線：是電子流，速度可以接近光速．它的________作用較弱，穿透能力較強(qiáng)，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的________．
不是原子核外的電子
(3)γ射線：呈電中性，是一種________，波長很短，在10－10m以下，它的________作用更弱，但穿透能力更強(qiáng)，甚至能穿透幾厘米厚的______和幾十厘米厚的混凝土．
二、原子核的組成
1．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)(如圖所示)
氫原子核
2．中子的發(fā)現(xiàn)(如圖所示)
3．原子核的組成
由______和______組成，它們統(tǒng)稱為________．
4．原子核的符號
5．同位素同位素的化學(xué)性質(zhì)相同，物理性質(zhì)一般不同
核中________相同而________不同的______，在元素周期表中處于________，它們互稱同位素．例如，氫有三種同位素分別為、、.
情 境 體 驗(yàn)
氧元素主要有兩種同位素：、.
這兩種同位素中哪一種粒子數(shù)是不相同的？它們的化學(xué)性質(zhì)是否相同？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
合作探究·能力素養(yǎng)全提升
探究一　天然放射現(xiàn)象
核心歸納
1.三種射線的比較：
種類 α射線 β射線 γ射線
組成 高速 氦核流 高速 電子流 光子流(高 頻電磁波)
帶電荷量 2e －e 0
質(zhì)量 4mp (mp＝1.67 ×10－27kg) 靜止質(zhì) 量為零
速度 0.1 c 0.9 c c
貫穿本領(lǐng) 最弱，用 紙能擋住 較強(qiáng)，能穿透幾 毫米厚的鋁板 最強(qiáng)，能穿透幾 厘米厚的鉛板
對空氣的 電離作用 很強(qiáng) 較弱 很弱
注意：雖然三種射線本質(zhì)不同，但它們都可以使膠片感光，或使熒光屏發(fā)出熒光，進(jìn)而顯示出射線照射的位置．
2．元素的放射性：
放射性與元素存在的狀態(tài)無關(guān)，放射性僅與原子核有關(guān)．因此，原子核不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子核也存在著一定結(jié)構(gòu)．
應(yīng)用體驗(yàn)
題型1　三種射線在磁場和電場中的運(yùn)動軌跡
例 1 (多選)將α、β和γ三種射線分別垂直射入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，假設(shè)α粒子與β粒子速度相同，則下列表示射線偏轉(zhuǎn)情況的圖像中正確的是(　　)
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
題型2　三種射線的特點(diǎn)及其應(yīng)用
例 2 (多選)近幾年，我國北京、上海、廣州等地引進(jìn)了多臺γ刀，治療患者數(shù)以萬計(jì)，效果極好，成為目前治療腦腫瘤的最佳儀器．令人感嘆的是，用γ刀治療時(shí)不用麻醉，病人清醒，時(shí)間短，半個(gè)小時(shí)內(nèi)完成手術(shù)，無需住院，因而γ刀被譽(yù)為“神刀”，據(jù)報(bào)道，我國自主研發(fā)的旋式γ刀性能更好．γ刀治療腦腫瘤主要是利用(　　)
A．γ射線具有很強(qiáng)的穿透本領(lǐng)
B．γ射線具有很強(qiáng)的電離作用
C．γ射線具有很高的能量
D．γ射線能很容易地繞過阻礙物到達(dá)目的地
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓(xùn)練
1．天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示，由此可推知(　　)
A．②來自原子核外的電子
B．①的電離作用最強(qiáng)，是一種電磁波
C．③的電離作用較強(qiáng)，是一種電磁波
D．③的電離作用最弱，屬于原子核內(nèi)釋放的光子
探究二　原子核的組成
核心歸納
1.對核子數(shù)、電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)的理解
(1)核子數(shù)：質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小，二者統(tǒng)稱為核子，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù)．
(2)電荷數(shù)(Z)：原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，通常用這個(gè)整數(shù)表示原子核的電荷量，叫作原子核的電荷數(shù)．
(3)質(zhì)量數(shù)(A)：原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和，而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相等，所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個(gè)核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個(gè)整數(shù)叫作原子核的質(zhì)量數(shù)．
2．同位素
原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)決定了核外電子的數(shù)目，進(jìn)而也決定了元素的化學(xué)性質(zhì)，同種元素的質(zhì)子數(shù)相同，核外電子數(shù)也相同，所以有相同的化學(xué)性質(zhì)，但它們的中子數(shù)可以不同，所以它們的物理性質(zhì)不同．把具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子核組成的元素互稱為同位素．
特別提醒
(1)β射線是原子核變化時(shí)產(chǎn)生的，電子并不是原子核的組成部分．
(2)同位素的化學(xué)性質(zhì)相同，但物理性質(zhì)不同．
應(yīng)用體驗(yàn)
例 3 (多選)已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核的質(zhì)量數(shù)是226.下列選項(xiàng)中正確的是(　　)
A．鐳核中有88個(gè)質(zhì)子，138個(gè)中子
B．鐳核所帶的電荷量是138e
C．若鐳原子呈電中性，它核外有88個(gè)電子
88Ra是鐳的一種同位素和以相同速度垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，它們運(yùn)動的軌跡半徑相同
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓(xùn)練
2.(多選)氫有三種同位素，分別是氕)、氘)、氚)，則下列說法中正確的是(　　)
A．它們的質(zhì)子數(shù)相等
B．它們的核外電子數(shù)相等
C．它們的核子數(shù)相等
D．它們的化學(xué)性質(zhì)相同
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
1．原子核中能放出α、β、γ射線，關(guān)于原子核的組成，以下說法中正確的是(　　)
A．原子核中有質(zhì)子、中子、還有α粒子
B．原子核中有質(zhì)子、中子，還有β粒子
C．原子核中有質(zhì)子、中子，還有γ光子
D．原子核中只有質(zhì)子和中子
2．(多選)在貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后，人們對放射線的性質(zhì)進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)在天然放射現(xiàn)象中共放出了三種射線，圖為這種射線貫穿物體情況的示意圖，①、②、③各代表一種射線，以下說法正確的是(　　)
A．射線①的電離能力最弱
B．射線②為高速的質(zhì)子流
C．射線③可以用來檢查金屬內(nèi)部有無砂眼和裂紋
D．射線③是一種高能的電磁波
3．如圖所示，某種元素的不同同位素的原子核內(nèi)的中子數(shù)N與原子核質(zhì)量數(shù)A的關(guān)系是(　　)
4.
如圖所示，天然放射性元素放出的α、β、γ三種射線同時(shí)射入互相垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，射入時(shí)速度方向和電場、磁場方向都垂直，進(jìn)入場區(qū)后發(fā)現(xiàn)β射線和γ射線都沿直線前進(jìn)，則α射線(　　)
A．向右偏 B．向左偏
C．直線前進(jìn) D．無法判斷
5．如圖所示是用來監(jiān)測在核電站工作的人員受到輻射情況的胸章，通過照相底片被射線感光的區(qū)域，可以判斷工作人員受到了何種輻射．當(dāng)胸章上1 mm鋁片和3 mm鋁片下的照相底片被感光，而鉛片下的照相底片未被感光時(shí)，工作人員受到輻射的射線可能是(　　)
A．α射線和β射線
B．α射線和γ射線
C．β射線和γ射線
D．α射線、β射線和γ射線
1．原子核的組成
自主落實(shí)·必備知識全過關(guān)
一、
1．(1)貝克勒爾　(2)射線　(4)83　83　(5)釙(Po)和鐳(Ra)
2．(1)氦原子核　一張紙　(2)電離　鋁板　(3)電磁波　電離　鉛板
二、
1．質(zhì)子　質(zhì)子
2．中子　中子　原子核　
3．質(zhì)子　中子　核子
4．質(zhì)子數(shù)　質(zhì)子數(shù)
5．質(zhì)子數(shù)　中子數(shù)　原子　同一位置
情境體驗(yàn)
提示：中子數(shù)不同；化學(xué)性質(zhì)相同．
合作探究·能力素養(yǎng)全提升
探究一
應(yīng)用體驗(yàn)
[例1]　解析：α射線為高速氦核流，帶正電；β射線為高速電子流，帶負(fù)電；γ射線為能量很高的電磁波，不帶電．根據(jù)左手定則判斷正、負(fù)電荷在磁場中受到的洛倫茲力方向，可知A、B兩圖中α射線和β射線的偏轉(zhuǎn)方向均正確，帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，其軌跡半徑r＝，由于兩粒子速度相同，氦核的比荷小于電子的比荷，所以氦核運(yùn)動的軌跡半徑大于電子運(yùn)動的軌跡半徑，故A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)帶電粒子在電場中的受力分析，可知C、D兩圖中的射線偏轉(zhuǎn)方向均正確，帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)電場，設(shè)初速度為v0，垂直電場線方向的位移為x，沿電場線方向的位移為y，則有x＝v0t，y＝·t2，解得y＝，在x相同的情況下，由于電子質(zhì)量小于氦核質(zhì)量，所以β射線沿電場線偏轉(zhuǎn)的距離大于α射線偏轉(zhuǎn)的距離，故C錯(cuò)誤，D正確．
答案：AD
[例2]　解析：γ射線是能量很高的電磁波，γ射線不帶電，所以電離作用很弱，波長很短，不易發(fā)生衍射，即不會很容易地繞過阻礙物，但穿透物質(zhì)的本領(lǐng)極強(qiáng)，能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土．A、C正確．
答案：AC
針對訓(xùn)練
1．解析：因?yàn)棣蒙渚€的穿透本領(lǐng)最強(qiáng)，α射線的穿透本領(lǐng)最弱，由圖可知①為α射線，②為β射線，③為γ射線；β射線是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)放出的電子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；α射線電離作用最強(qiáng)，但它不是電磁波，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；γ射線的電離作用最弱，屬于原子核內(nèi)釋放的光子，是一種電磁波，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．
答案：D
探究二
應(yīng)用體驗(yàn)
[例3]　解析：鐳核的質(zhì)子數(shù)等于其原子序數(shù)，故質(zhì)子數(shù)為88，中子數(shù)N等于原子核的質(zhì)量數(shù)A與質(zhì)子數(shù)Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138，故A正確；鐳核所帶的電荷量Q＝Ze＝88e，故B錯(cuò)誤；呈電中性的原子，核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88，故C正確；帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動時(shí)洛倫茲力提供向心力，由Bqv＝m可得r＝，兩種粒子的核電荷數(shù)相同，但質(zhì)量數(shù)不同，故它們運(yùn)動的軌跡半徑不同，故D錯(cuò)誤．
答案：AC
針對訓(xùn)練
2．解析：氕、氘、氚的核子數(shù)分別為1、2、3，質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)相同，都是1，中子數(shù)等于核子數(shù)減去質(zhì)子數(shù)，故中子數(shù)各不相同，A、B正確，C錯(cuò)誤；同位素化學(xué)性質(zhì)相同，只是物理性質(zhì)不同，D正確．
答案：ABD
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
1．解析：在放射性元素的原子核中2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合得比較緊密，有時(shí)作為一個(gè)整體放出，這就是α粒子的來源，說到底它仍是由質(zhì)子和中子組成的，不能據(jù)此認(rèn)為它是原子核的組成部分．原子核里是沒有電子的，但中子可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)子，并向核外釋放一個(gè)β粒子．原子核發(fā)生衰變后處于高能級，在回到低能級時(shí)多余的能量以γ光子的形式輻射出來，形成γ射線，故原子核里也沒有γ光子．
答案：D
2．解析：射線①用手可以擋住，說明穿透能力最弱，是α射線，α射線電離能力最強(qiáng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；射線②是高速電子流；射線③是γ射線，γ射線是一種高能的電磁波，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，D正確；射線③是γ射線，穿透能力最強(qiáng)，可以用來檢查金屬內(nèi)部有無砂眼和裂紋，選項(xiàng)C正確．
答案：CD
3．解析：同一元素的不同同位素的原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)是一定的，只是中子數(shù)不同，設(shè)質(zhì)子數(shù)為Q，則N＋Q＝A，故N＝A－Q，Q是定值，故選C.
答案：C
4．解析：γ射線不帶電，在電磁場中不偏轉(zhuǎn)，β射線不偏轉(zhuǎn)是因?yàn)棣律渚€中的粒子所受電場力與洛倫茲力等大反向，即Eq＝ Bqv，可得v＝，而α射線的速度比β射線的小，因此α射線受到向右的電場力大于向左的洛倫茲力，故α射線向右偏，A正確．
答案：A
5．解析：α射線的貫穿本領(lǐng)弱，在空氣中只能前進(jìn)幾厘米，用一張紙就能把它擋住；β射線的貫穿本領(lǐng)較強(qiáng)，能穿透黑紙和幾毫米厚的鋁板；γ射線的貫穿本領(lǐng)更強(qiáng)，能穿透幾厘米厚的鉛板．由于本題中射線穿透1 mm和3 mm的鋁片，但不能穿透鉛片，故一定不含γ射線，但一定含有β射線，可能含有α射線，選項(xiàng)A正確．
答案：A2.放射性元素的衰變
素養(yǎng)目標(biāo)
1.知道衰變、半衰期并掌握原子核衰變的規(guī)律．了解核反應(yīng)及放射性同位素應(yīng)用的基本觀念和實(shí)驗(yàn)證據(jù)．(物理觀念)
2．理解原子核的衰變規(guī)律及半衰期的計(jì)算方法．掌握核反應(yīng)方程的寫法與放射性同位素的應(yīng)用，培養(yǎng)分析、推理能力．(科學(xué)思維)
3．了解放射性同位素帶來的輻射與安全問題．(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)
自主落實(shí)·必備知識全過關(guān)
一、原子核的衰變
1．定義
原子核自發(fā)地放出________或________，由于核電荷數(shù)變了，它在元素周期表中的位置就變了，變成另一種________．我們把這種變化稱為原子核的衰變．
沒有外界影響
2．衰變分類
(1)α衰變：放出α粒子的衰變．
(2)β衰變：放出β粒子的衰變．
3．衰變過程
＋________．
＋________．
4．衰變規(guī)律
(1)原子核衰變時(shí)________和________都守恒．
(2)任何一種放射性元素只有一種放射性，不能同時(shí)既發(fā)生α衰變又發(fā)生β衰變，而γ射線經(jīng)常伴隨α射線和β射線產(chǎn)生．
二、半衰期
1．定義
放射性元素的原子核有________發(fā)生衰變所需的時(shí)間．
只對大量原子核有意義，對少數(shù)原子核沒有意義
2．決定因素
放射性元素衰變的快慢是由____________的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系．
3．應(yīng)用
利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點(diǎn)，可以測量其衰變程度、推斷時(shí)間．
三、核反應(yīng)
1．人工核轉(zhuǎn)變：.
2．定義：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生____________________________或發(fā)生狀態(tài)變化的過程．
人工控制原子核的變化
3．特點(diǎn)：在核反應(yīng)中，________守恒、________守恒．
跟衰變一樣都遵循兩守恒
四、放射性同位素的應(yīng)用與安全
1．放射性同位素：很多元素都存在一些具有________的同位素，它們被稱為放射性同位素．半衰期短，放射強(qiáng)度容易控制，使用更廣泛
2．放射性同位素的應(yīng)用
一是利用射線，二是用作示蹤原子
(1)射線測厚儀．
(2)放射治療．
(3)培優(yōu)、保鮮．
(4)示蹤原子：一種元素的各種同位素具有________化學(xué)性質(zhì)，用放射性同位素代替非放射性的同位素后，可以探測出原子到達(dá)的位置．
3．輻射與安全：人類一直生活在放射性的環(huán)境中，過量的射線對人體組織____________．要防止放射性物質(zhì)對水源、空氣、用具等的污染．
走 進(jìn) 科 學(xué)
我們通常聽到關(guān)于考古的報(bào)道，都會在新聞信息里重重地加上一句，這是某朝代的文物、幾萬年前的人類遺跡、侏羅紀(jì)的化石等，可見考古學(xué)家對年代推斷是非常有信心的，考古學(xué)家是怎樣確定古跡年代的？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
合作探究·能力素養(yǎng)全提升
探究一　原子核的衰變規(guī)律與衰變方程
情境探究
　下圖為α衰變、β衰變示意圖．
(1)當(dāng)原子核發(fā)生α衰變時(shí)，原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)如何變化？為什么？
(2)當(dāng)發(fā)生β衰變時(shí)，新核的核電荷數(shù)相對原來的原子核變化了多少？新核在元素周期表中的位置怎樣變化？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
核心歸納
1.衰變實(shí)質(zhì)：
(1)α衰變：原子核內(nèi)兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，并在一定條件下作為一個(gè)整體從較大的原子核中拋射出來，產(chǎn)生α衰變．轉(zhuǎn)化方程為He.
(2)β衰變：原子核內(nèi)的一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子留在原子核內(nèi)，同時(shí)放出一個(gè)電子，即β粒子放射出來．轉(zhuǎn)化方程為
2．衰變規(guī)律：
原子核發(fā)生衰變時(shí)，遵循三個(gè)守恒定律：
(1)衰變前后的電荷數(shù)守恒．
(2)衰變前后的質(zhì)量數(shù)守恒．
(3)衰變前后的動量守恒．
3．衰變方程通式：
(1)α衰變：He.
(2)β衰變：.
應(yīng)用體驗(yàn)
例 1 (多選)天然放射性元素(釷)經(jīng)過一系列的α衰變和β衰變之后，變成 (鉛)．下列說法正確的是(　　)
A．衰變過程共發(fā)生了6次α衰變和4次β衰變
B．鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子
C．β衰變放出的電子來源于原子核外電子
D．釷核比鉛核多24個(gè)中子
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
規(guī)律方法
確定原子核衰變次數(shù)的方法
(1)方法一：設(shè)放射性元素經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素，則衰變方程為
根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程：
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m
以上兩式聯(lián)立解得n＝，m＝＋Z′－Z
(2)方法二：為了確定衰變次數(shù)，一般先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)(這是因?yàn)棣滤プ兊拇螖?shù)多少對質(zhì)量數(shù)沒有影響)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)．
針對訓(xùn)練
1．下列表示放射性元素碘)發(fā)生β衰變的方程是(　　)
2．由于放射性元素的半衰期很短，所以在自然界一直未被發(fā)現(xiàn)，只是在使用人工的方法制造后才被發(fā)現(xiàn)．已知經(jīng)過一系列α衰變和β衰變后變成，下列說法正確的是(　　)
的原子核比的原子核少28個(gè)中子
B．衰變過程中共發(fā)生了7次α衰變和4次β衰變
C.衰變過程中共發(fā)生了4次α衰變和7次β衰變
D.衰變前比衰變后所有物質(zhì)的質(zhì)量數(shù)少
探究二　半衰期的理解與應(yīng)用
核心歸納
1.對半衰期的理解
半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰變速率一定，不同元素半衰期不同，有的差別很大．
2．公式
N余＝N原　m余＝m原m
式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子核數(shù)或質(zhì)量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子核數(shù)或質(zhì)量，t表示衰變時(shí)間，T表示半衰期．
3．適用條件
半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對于一個(gè)特定的原子核，無法確定其何時(shí)發(fā)生衰變，半衰期只適用于大量的原子核．
4．應(yīng)用
利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點(diǎn)，可以測量其衰變過程、推斷時(shí)間等．
應(yīng)用體驗(yàn)
例 2 關(guān)于放射性元素的半衰期，下列說法正確的是(　　)
A．原子核全部衰變所需時(shí)間的一半
B．原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間
C．原子質(zhì)量數(shù)減少一半所需的時(shí)間
D．原子質(zhì)量減少一半所需的時(shí)間
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　
例 3[2022·全國甲卷]兩種放射性元素的半衰期分別為t0和2t0，在t＝0時(shí)刻這兩種元素的原子核總數(shù)為N，在t＝2t0時(shí)刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為，則在t＝4t0時(shí)刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為(　　)
A．　　　B．C．　　　D．
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓(xùn)練
3.[2022·山東卷]碘125衰變時(shí)產(chǎn)生γ射線，醫(yī)學(xué)上利用此特性可治療某些疾病．碘125的半衰期為60天，若將一定質(zhì)量的碘125植入患者病灶組織，經(jīng)過180天剩余碘125的質(zhì)量為剛植入時(shí)的(　　)
A．　　　B．C．　　　D．
4．現(xiàn)在很多心血管專科醫(yī)院都引進(jìn)了一種被稱為“心臟灌注顯像”的檢測技術(shù)，方法是將若干毫升含放射性元素锝的注射液注入被檢測者的動脈，經(jīng)過40分鐘后，這些含放射性物質(zhì)的注射液通過血液循環(huán)均勻地分布在血液中，這時(shí)對被檢測者的心臟進(jìn)行造影．心臟血管正常的位置由于有放射性物質(zhì)隨血液到達(dá)而顯示有射線射出；心臟血管被堵塞的部分由于無放射性物質(zhì)到達(dá)，將無射線射出，醫(yī)生根據(jù)顯像情況就可以判定被檢測者心血管有無病變，并判斷病變位置．你認(rèn)為檢測用的放射性元素锝的半衰期應(yīng)該最接近下列數(shù)據(jù)中的(　　)
A．10分鐘 B．10小時(shí)
C．10個(gè)月 D．10年
探究三　核反應(yīng)
核心歸納
1.原子核的人工轉(zhuǎn)變
(1)條件：用α粒子、質(zhì)子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變．
(2)實(shí)質(zhì)：用粒子轟擊原子核并不是粒子與原子核碰撞，將原子核打開，而是粒子打入原子核內(nèi)部使原子核發(fā)生了轉(zhuǎn)變．
(3)規(guī)律：反應(yīng)前、后電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒．
2．三個(gè)重要原子核的人工轉(zhuǎn)變方程
(1)1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程：
+.
(2)1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程：
.
(3)1934年約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素并探測到正電子的核反應(yīng)方程：
；
注意：原子核的人工轉(zhuǎn)變必須要有一定的裝置和條件，不會自發(fā)產(chǎn)生．
3．人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)與衰變的比較
(1)不同點(diǎn)：原子核的人工轉(zhuǎn)變是一種核反應(yīng)，是其他粒子與原子核相碰撞的結(jié)果，需要一定的裝置和條件才能發(fā)生，而衰變是原子核的自發(fā)變化，它不受物理和化學(xué)條件的影響．
(2)相同點(diǎn)：人工轉(zhuǎn)變與衰變過程一樣，在發(fā)生過程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒，反應(yīng)前后粒子總動量守恒．
應(yīng)用體驗(yàn)
例 4[2022·湖北卷]上世紀(jì)四十年代初，我國科學(xué)家王淦昌先生首先提出證明中微子存在的實(shí)驗(yàn)方案：如果靜止原子核俘獲核外K層電子e，可生成一個(gè)新原子核X，并放出中微子νe，即.根據(jù)核反應(yīng)后原子核X的動能和動量，可以間接測量中微子的能量和動量，進(jìn)而確定中微子的存在．下列說法正確的是(　　)
A．原子核X是
B．核反應(yīng)前后的總質(zhì)子數(shù)不變
C．核反應(yīng)前后總質(zhì)量數(shù)不同
D．中微子νe的電荷量與電子的相同
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓(xùn)練
5.(多選)下列核反應(yīng)方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有(　　)
6．(多選)1934年，約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔，首次產(chǎn)生了人工放射性同位素X，反應(yīng)方程為.X會衰變成原子核Y，衰變方程為e.則(　　)
A．X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)相等
B．X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)少1
C．X的電荷數(shù)比的電荷數(shù)多2
D．X的質(zhì)量數(shù)與的質(zhì)量數(shù)相等
探究四　放射性同位素及其應(yīng)用
核心歸納
1.放射性同位素
具有放射性的同位素，叫作放射性同位素．有天然存在的和人工放射性同位素兩類．
2．放射性同位素的應(yīng)用
(1)利用放射性同位素放出的射線
①探傷：射線穿透金屬部件時(shí)，如果遇到砂眼、裂痕等傷痕，接收到的射線將與正常處不同，因此可利用放射性同位素放出射線探傷．
②測厚：射線穿透某些物質(zhì)的能力與物質(zhì)的厚度、密度有關(guān)，因此可用射線來檢查某些產(chǎn)品的厚度，技術(shù)上可用作自動控制．
③利用射線電離作用，可以使空氣電離，除去紡織車間的靜電，或制成報(bào)警器．
輻照：利用射線照射，可以殺死癌細(xì)胞，用以治病；用射線照射植物，引起植物變異，用以育種等．
(2)作示蹤原子
由于放射性同位素跟同種元素的非放射性同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)，如果在某種元素里摻進(jìn)一些放射性同位素，那么元素?zé)o論走到哪里，它的放射性同位素也經(jīng)過同樣的過程．而放射性同位素不斷地放出射線，再用儀器探測這些射線，即可知道元素的行蹤，這種用途的放射性同位素叫作示蹤原子．
3．人工放射性同位素的優(yōu)點(diǎn)
(1)天然放射性元素不過40多種，但人工放射性同位素已達(dá)3 000多種，目前每種元素都有了自己的放射性同位素．
(2)和天然放射性物質(zhì)相比，人工放射性同位素的放射強(qiáng)度容易控制，還可以制成各種所需的不同形狀，特別是它的半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，因此放射性廢料容易處理．由于這些優(yōu)點(diǎn)，所以在生產(chǎn)和科研中凡是用到射線時(shí)，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物質(zhì)．
應(yīng)用體驗(yàn)
例 5 下列應(yīng)用中，屬于將放射性同位素作為示蹤原子的是(　　)
A．γ射線探傷儀
B．利用60Co治療腫瘤等疾病
C．檢測古生物體中14C與非放射性碳的含量比，以確定該生物的死亡年代
D．把含有放射性同位素的肥料施給農(nóng)作物，用以檢測確定農(nóng)作物吸收養(yǎng)分的規(guī)律
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓(xùn)練
7.[2021·河北卷]銀河系中存在大量的鋁同位素26Al.26Al核β＋衰變的衰變方程為，測得26Al核的半衰期為72萬年．下列說法正確的是(　　)
A．26Al核的質(zhì)量等于26Mg核的質(zhì)量
B．26Al核的中子數(shù)大于26Mg核的中子數(shù)
C．將鋁同位素26Al放置在低溫低壓的環(huán)境中，其半衰期不變
D．銀河系中現(xiàn)有的鋁同位素26Al將在144萬年后全部衰變?yōu)?6Mg
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
衰變?yōu)檫^程中釋放出某種粒子流，該粒子流(　　)
A．沒有質(zhì)量
B．速度與光速相同
C．能夠穿透1 cm厚的鉛板
D．與陰極射線電性相同
2．在核反應(yīng)方程式O＋Z中(　　)
A．X是質(zhì)子，Y是中子，Z是正電子
B．X是正電子，Y是中子，Z是質(zhì)子
C．X是正電子，Y是質(zhì)子，Z是中子
D．X是中子，Y是正電子，Z是質(zhì)子
3．[2021·湖南卷]核廢料具有很強(qiáng)的放射性，需要妥善處理．下列說法正確的是(　　)
A．放射性元素經(jīng)過兩個(gè)完整的半衰期后，將完全衰變殆盡
B．原子核衰變時(shí)電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)不守恒
C．改變壓力、溫度或濃度，將改變放射性元素的半衰期
D．過量放射性輻射對人體組織有破壞作用，但輻射強(qiáng)度在安全劑量內(nèi)則沒有傷害
4．天然放射性元素經(jīng)過一系列α衰變和β衰變后，變成.下列判斷中正確的是(　　)
A．U(鈾)元素發(fā)生α衰變的半衰期隨溫度升高而變短
B．共發(fā)生了4次α衰變和2次β衰變
C．α射線比β射線的穿透能力強(qiáng)，但電離作用比較弱
D．β粒子來源于原子的核外內(nèi)層電子，β射線是高速的電子流
5．醫(yī)學(xué)治療中常用放射性核素113In產(chǎn)生γ射線，而113In是由半衰期相對較長的113Sn衰變產(chǎn)生的．對于質(zhì)量為m0的113Sn，經(jīng)過時(shí)間t后剩余的113Sn質(zhì)量為m，其 t圖線如圖所示．從圖中可以得到113Sn的半衰期為(　　)
A．67.3 d B．101.0 d
C．115.1 d D．124.9 d
6．[2022·浙江6月](多選)秦山核電站生產(chǎn)的核反應(yīng)方程為的衰變方程為下列說法正確的是(　　)
A．X是
C可以用作示蹤原子
e來自原子核外
D．經(jīng)過一個(gè)半衰期，10個(gè)將剩下5個(gè)
2．放射性元素的衰變
自主落實(shí)·必備知識全過關(guān)
一、
1．α粒子　β粒子　原子核
He　
4．電荷數(shù)　質(zhì)量數(shù)
二、
1．半數(shù)
2．核內(nèi)部自身
三、
2．新原子核
3．質(zhì)量數(shù)　電荷數(shù)
四、
1．放射性
2．相同的
3．有破壞作用
走進(jìn)科學(xué)
提示：根據(jù)古跡中物體所含碳14的含量及其半衰期確定的．
合作探究·能力素養(yǎng)全提升
探究一
情境探究
提示：(1)當(dāng)原子核發(fā)生α衰變時(shí)，原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各減少2個(gè)．因?yàn)棣亮Ｗ邮窃雍藘?nèi)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合在一起發(fā)射出來的．
(2)當(dāng)原子核發(fā)生β衰變時(shí)，新核的核電荷數(shù)相對于原來增加了1個(gè)．新核在元素周期表中的位置向后移動了1個(gè)位次．
應(yīng)用體驗(yàn)
[例1]　解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，α衰變的次數(shù)m＝＝6，所以發(fā)生了6次α衰變，β衰變次數(shù)n＝2×6－(90－82)＝4，所以發(fā)生了4次β衰變，A正確；鉛核有82個(gè)質(zhì)子，釷核有90個(gè)質(zhì)子，所以鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子，B正確；β衰變是原子核中的中子變成質(zhì)子而放出的電子，不是原子核外電子，C錯(cuò)誤；釷核的中子數(shù)是232－90＝142，鉛核的中子數(shù)為208－82＝126，所以釷核比鉛核多142－126＝16個(gè)中子，D錯(cuò)誤．
答案：AB
針對訓(xùn)練
1．解析：β衰變必然放射出電子，即，故選B.
答案：B
2．解析：與的中子數(shù)分別為237－93＝144、209－83＝126，故中子數(shù)之差為144－126＝18，即的原子核比（的原子核少18個(gè)中子，A錯(cuò)誤.衰變成（的衰變方程為（，式中x、y分別為α衰變和β衰變的次數(shù)，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得4x＋209＝237，2x－y＋83＝93，解得x＝7，y＝4，即衰變過程中共發(fā)生了7次α衰變和4次β衰變，B正確，C錯(cuò)誤．根據(jù)衰變規(guī)律可知，反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒，D錯(cuò)誤．
答案：B
探究二
應(yīng)用體驗(yàn)
[例2]　解析：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間叫半衰期，它與原子核全部衰變所需時(shí)間的一半不同，放射性元素發(fā)生衰變后變成一種新的原子核．發(fā)生不同的衰變，其質(zhì)量數(shù)減少的規(guī)律不同，原子核衰變時(shí)，原來的放射性元素的原子核個(gè)數(shù)不斷減少，那么放射性元素的原子核的質(zhì)量也不斷減小．綜上所述可知，B正確．
答案：B
[例3]　解析：設(shè)兩種放射性元素的原子核原來總數(shù)分別為N1和N2，則N＝N1＋N2，因?yàn)镹余＝·N原，所以t＝2t0時(shí)刻，＝N1＋N2，聯(lián)立解得N1＝N，N2＝N，故t＝4t0時(shí)刻＝，C項(xiàng)正確．
答案：C
針對訓(xùn)練
3．解析：設(shè)剛植入時(shí)碘的質(zhì)量為m0，經(jīng)過180天后的質(zhì)量為m，根據(jù)m＝，
代入數(shù)據(jù)解得m＝＝m0()3＝m0，B正確．
答案：B
4．解析：如果半衰期太短，首先在放射期內(nèi)，由于放射性物質(zhì)的注射液尚未均勻地分布在血液中而無法完成檢測工作，其次可能因放射強(qiáng)度較大而對人體造成傷害．如果半衰期太長，放射性物質(zhì)長期殘留在人體內(nèi)也會對人體造成傷害．對比四個(gè)選項(xiàng)中的時(shí)間，10小時(shí)最適宜，B符合題意．
答案：B
探究三
應(yīng)用體驗(yàn)
[例4]　解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒有X的質(zhì)量數(shù)為7，電荷數(shù)為3，可知原子核X是，A正確、C錯(cuò)誤；由選項(xiàng)A可知，原子核X是，則核反應(yīng)方程為，則反應(yīng)前的總質(zhì)子數(shù)為4，反應(yīng)后的總質(zhì)子數(shù)為3，B錯(cuò)誤；中微子不帶電，則中微子νe的電荷量與電子的不相同，D錯(cuò)誤．
答案：A
針對訓(xùn)練
5．解析：由質(zhì)量數(shù)守恒及電荷數(shù)守恒知，X1的質(zhì)量數(shù)為2＋2－1＝3，電荷數(shù)為1＋1＝2；X2的質(zhì)量數(shù)為2＋3－1＝4，電荷數(shù)為1＋1＝2；X3的質(zhì)量數(shù)為×(235＋1－144－89)＝1，電荷數(shù)為×(92－56－36)＝0；X4的質(zhì)量數(shù)為1＋6－3＝4，電荷數(shù)為3－1＝2，則X1、X2、X3、X4分別為、、、，代表α粒子)的有X2、X4，B、D正確，A、C錯(cuò)誤．
答案：BD
6．解析：設(shè)X的質(zhì)量數(shù)為A、電荷數(shù)為B，Y的質(zhì)量數(shù)為C、電荷數(shù)為D，根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知4＋27 ＝1＋A，2＋13＝0＋B，A＝C＋0，B＝D＋1，解得A＝C＝30，B＝15，D＝14，所以X的質(zhì)量數(shù)等于Y的質(zhì)量數(shù)，X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)多1，X的電荷數(shù)比的電荷數(shù)多2，X的質(zhì)量數(shù)比的質(zhì)量數(shù)多3，故A、C正確，B、D錯(cuò)誤．
答案：AC
探究四
應(yīng)用體驗(yàn)
[例5]　解析：γ射線探傷儀是利用γ射線的穿透能力，故A錯(cuò)誤；利用60Co治療腫瘤等疾病是利用它放出的γ射線，故B錯(cuò)誤；檢測古生物體中14C與非放射性碳的含量比，以確定該生物的死亡年代，是利用它的半衰期進(jìn)行計(jì)算，故C錯(cuò)誤；把含有放射性同位素的肥料施給農(nóng)作物，用檢測放射性的辦法確定放射性同位素在農(nóng)作物內(nèi)轉(zhuǎn)移和分布情況，找出合理施肥的規(guī)律是示蹤原子的應(yīng)用，故D正確．
答案：D
針對訓(xùn)練
7．解析：26Al發(fā)生衰變的過程中釋放正電子的同時(shí)還有核能釋放，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以26Al核的質(zhì)量大于26Mg核的質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；26Al核的中子數(shù)n1＝26－13＝13，而26Mg核的中子數(shù)n2＝26－12＝14，所以26Al核的中子數(shù)小于26Mg核的中子數(shù)，故B錯(cuò)誤；半衰期是原子核固有的屬性，與物理環(huán)境和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故C正確；鋁同位素26Al的半衰期為72萬年，所以經(jīng)過144萬年也就是兩個(gè)半衰期后還剩下沒有衰變，故D錯(cuò)誤．
答案：C
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
1．解析：衰變?yōu)椋ㄟ^程中，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，放出的粒子流為β射線，即電子流．電子有質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；β射線的速度小于光速，故B錯(cuò)誤；β射線不能夠穿透1 cm厚的鉛板，故C錯(cuò)誤；β射線是電子流，與陰極射線電性相同，故D正確．
答案：D
2．解析：根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知：X的質(zhì)量數(shù)為0，電荷數(shù)為1，則X為正電子；Y的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，則Y為中子；Z的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為1，則Z為質(zhì)子，B正確．
答案：B
3．解析：根據(jù)半衰期的定義可知，放射性元素經(jīng)過兩個(gè)完整的半衰期后，還剩原來的未衰變，A錯(cuò)誤；原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒，B錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系，因此改變壓力、溫度或濃度，放射性元素的半衰期不變，C錯(cuò)誤；過量放射性輻射對人體組織有破壞作用，若輻射強(qiáng)度在安全劑量內(nèi)則不會對人體組織造成傷害，D正確．
答案：D
4．解析：半衰期是由核內(nèi)部自身的因素決定的，與原子所處的外部條件(如壓強(qiáng)、溫度等)無關(guān)，A錯(cuò)誤；第一步計(jì)算α衰變的次數(shù)，m＝×(238—222)＝4，第二步計(jì)算β衰變的次數(shù)，n＝2×4－(92—86)＝2，B正確；三種射線中穿透能力強(qiáng)弱關(guān)系為γ>β>α；電離作用強(qiáng)弱關(guān)系為α>β>γ，C錯(cuò)誤；β射線是高速電子流，β粒子來自原子核內(nèi)部，D錯(cuò)誤．
答案：B
5．解析：原子核衰變剩余質(zhì)量為m＝，變形得＝，由題圖知＝＝，由以上兩式解得T＝115.1 d，C正確，A、B、D錯(cuò)誤．
答案：C
6．解析：根據(jù)核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知X為質(zhì)子，A正確；由于具有放射性，且C是構(gòu)成生物體的主要元素之一，所以可以用作示蹤原子，B正確；β衰變放出的電子來自原子核，C錯(cuò)誤；由于半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對少量原子核不適用，所以經(jīng)過一個(gè)半衰期，10個(gè)不一定剩下5個(gè)，D錯(cuò)誤．
答案：AB3.核力與結(jié)合能
素養(yǎng)目標(biāo)
1.知道四種基本相互作用與核力的特點(diǎn)，了解結(jié)合能、比結(jié)合能和質(zhì)量虧損的基本觀念和相關(guān)實(shí)驗(yàn)．(物理觀念)
2．理解核力是短程力，掌握比結(jié)合能和質(zhì)量虧損，能用質(zhì)能方程進(jìn)行計(jì)算，提高分析、解決問題的能力．(科學(xué)思維)
自主落實(shí)·必備知識全過關(guān)
一、核力與四種基本相互作用
1．強(qiáng)相互作用
(1)定義：原子核中的核子之間存在一種______的相互作用，即存在一種________，它使得核子緊密地結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核，這種作用稱為______________．
(2)特點(diǎn)
①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，在原子核內(nèi)，核力比庫侖力大得多．
②是短程力，作用范圍只有約________．
每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生作用
2．弱相互作用
(1)定義：在某些放射現(xiàn)象中起作用的還有另一種基本相互作用，稱為弱相互作用．
引起原子核β衰變的原因
(2)是短程力，作用范圍只有________．
3．四種基本相互作用
二、結(jié)合能與質(zhì)量虧損
1．結(jié)合能
原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要________，這就是原子核的結(jié)合能．
核子分開吸收的能量，核子結(jié)合放出的能量
2．比結(jié)合能
原子核的結(jié)合能與________之比，叫作比結(jié)合能，也叫作________結(jié)合能．比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越________．
3．質(zhì)能方程
物體的能量與它的質(zhì)量的關(guān)系是E＝________．
4．質(zhì)量虧損
只有在核反應(yīng)中才發(fā)生
原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象．
情 境 體 驗(yàn)
β衰變時(shí)，原子核中會生成一個(gè)電子，并將其以極高的速度拋出．
電子與原子核間為庫侖引力，那么是哪種力將電子拋出的呢？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
合作探究·能力素養(yǎng)全提升
探究一　核力與四種基本相互作用
核心歸納
1.四種基本相互作用在不同尺度上發(fā)揮作用
(1)引力相互作用：引力主要在宏觀和宏觀尺度上“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”．是引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn)，并且聯(lián)系著星系團(tuán)，決定著宇宙的現(xiàn)狀．萬有引力是長程力．
(2)電磁相互作用：電磁力在原子核外，電磁力使電子不脫離原子核而形成原子，使原子結(jié)合成分子，使分子結(jié)合成液體和固體．
(3)強(qiáng)相互作用：在原子核內(nèi)，強(qiáng)相互作用將核子束縛在一起，是短程力．
(4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子—質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因．弱相互作用也是短程力，其力程比強(qiáng)相互作用更短，作用強(qiáng)度則比電磁力小．
2．核力的性質(zhì)
(1)核力是四種相互作用中的強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)．
(2)核力是短程力．約在10－15m的范圍內(nèi)起作用，距離大于10－15m時(shí)為引力，距離小于10－15m時(shí)為斥力．
(3)核力具有飽和性．核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用．
(4)核力具有電荷無關(guān)性．核力與核子帶不帶電、帶正電還是帶負(fù)電無關(guān)．
應(yīng)用體驗(yàn)
例 1 核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí)，都伴隨著巨大的能量變化，這是因?yàn)?　　)
A．原子核帶正電，電子帶負(fù)電，電荷間存在很大的庫侖力
B．核子具有質(zhì)量且相距很近，存在很大的萬有引力
C．核子間存在著強(qiáng)大的核力
D．核子間存在著復(fù)雜的磁力
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓(xùn)練
1.(多選)關(guān)于原子內(nèi)的相互作用力，下列說法正確的是(　　)
A．原子核與電子之間的作用力主要是電磁力
B．中子和質(zhì)子間的作用力主要是核力
C．質(zhì)子與質(zhì)子間的核力，在2.0×10－15m的距離內(nèi)遠(yuǎn)大于它們相互間的庫侖力
D．原子核與電子之間的萬有引力大于它們之間的電磁力
2．氦原子核由兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子組成，這兩個(gè)質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是(　　)
A．核力、萬有引力、庫侖力
B．萬有引力、庫侖力、核力
C．庫侖力、核力、萬有引力
D．核力、庫侖力、萬有引力
探究二　結(jié)合能
核心歸納
1.結(jié)合能與比結(jié)合能：結(jié)合能是原子核拆解成核子時(shí)吸收的能量，而比結(jié)合能是原子核拆解成核子時(shí)平均每個(gè)核子吸收的能量．
2．比結(jié)合能曲線：不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化圖線如圖所示．
從圖中可看出，中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能最大，輕核和重核的比結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核要小．
3．比結(jié)合能與原子核穩(wěn)定的關(guān)系：
(1)比結(jié)合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，比結(jié)合能越大，原子核就越難拆開，表示該原子核就越穩(wěn)定．
(2)核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，比結(jié)合能都比較小．表示原子核不太穩(wěn)定；中等核子數(shù)的原子核，比結(jié)合能較大，表示原子核較穩(wěn)定．
(3)當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時(shí)，就可能釋放核能．例如，一個(gè)核子數(shù)較大的重核分裂成兩個(gè)核子數(shù)小一些的核，或者兩個(gè)核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個(gè)核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能．
應(yīng)用體驗(yàn)
例 2[2021·廣東湛江高二下期末](多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示，根據(jù)該曲線，下列判斷中正確的有(　　)
He核的結(jié)合能約為14 MeV
He核比核更穩(wěn)定
C．兩個(gè)核結(jié)合成核時(shí)釋放能量
核中核子的平均結(jié)合能比核中的大
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓(xùn)練
3.(多選)下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法中正確的有(　　)
A．結(jié)合能是核子結(jié)合成原子核時(shí)放出的能量
B．結(jié)合能是原子核拆解成核子時(shí)所需要的最小的能量
C．比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也一定越大
D．重核與中等大小的原子核相比較，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大
探究三　質(zhì)量虧損與核能的計(jì)算
核心歸納
1.對質(zhì)量虧損的理解
(1)質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成新核的過程中以能量的形式輻射出去了．反過來，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給．
(2)質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律．根據(jù)愛因斯坦的相對論，輻射出的γ光子靜質(zhì)量雖然為零，但它有動質(zhì)量，而且這個(gè)動質(zhì)量剛好等于虧損的質(zhì)量，所以質(zhì)量守恒、能量守恒仍成立．
(3)質(zhì)量虧損只有在核反應(yīng)中才能明顯地表現(xiàn)出來．
(4)質(zhì)量虧損是核反應(yīng)前與核反應(yīng)后的質(zhì)量之差．
2．對質(zhì)能方程E＝mc2的理解
(1)質(zhì)量、能量是物質(zhì)的兩種屬性，它們之間不能相互轉(zhuǎn)變．
(2)質(zhì)能方程建立了質(zhì)量和能量之間的數(shù)量關(guān)系，即物體的總能量與其質(zhì)量成正比．物體質(zhì)量增加，則總能量隨之增加；質(zhì)量減少，總能量也隨之減少，這時(shí)質(zhì)能方程也寫作ΔE＝Δmc2.
3．核能的計(jì)算方法
(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算
①根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損Δm.
②根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計(jì)算核能．其中Δm的單位是千克，ΔE的單位是焦耳．
(2)利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計(jì)算
根據(jù)1 u≈931.5 MeV的能量，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.其中Δm的單位是u，ΔE的單位是MeV.
4．判斷核反應(yīng)過程是釋放能量還是吸收能量的方法
(1)根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量的變化情況進(jìn)行判斷，若質(zhì)量減少即發(fā)生了虧損，則釋放能量；若質(zhì)量增加，則吸收能量．
(2)根據(jù)能量守恒判斷，若不吸收光子而其他形式的能量(如動能)增加則放出能量．
應(yīng)用體驗(yàn)
題型3　對質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程的理解
例 3 下列說法中正確的是(　　)
A．愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化
B．由E＝mc2可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，可以用物體的質(zhì)量作為它所蘊(yùn)藏的能量的量度
C．核反應(yīng)中發(fā)生的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?br/>D．因?yàn)樵诤朔磻?yīng)中能產(chǎn)生能量，有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化，所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒，系統(tǒng)的總能量和總質(zhì)量并不守恒
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
題型2　核能的計(jì)算
例 4 用質(zhì)子轟擊鋰核，生成2個(gè)α粒子，已知質(zhì)子的初動能是E1＝0.6 MeV，質(zhì)子、α粒子和鋰核的質(zhì)量分別為mH＝1.007 3 u，mα＝4.001 5 u，mLi＝7.016 0 u，試回答：
(1)寫出核反應(yīng)方程．
(2)核反應(yīng)前后發(fā)生的質(zhì)量虧損？
(3)核反應(yīng)中釋放的能量為多少？
(4)若核反應(yīng)釋放的能量全部用來增加兩個(gè)α粒子的總動能，則求核反應(yīng)后兩個(gè)α粒子具有 的總動能．
針對訓(xùn)練
4.钚的放射性同位素衰變?yōu)殁櫤撕蚗粒子．已知、和X粒子的質(zhì)量分別為mPu＝239.052 1 u、mU＝235.043 9 u和mX＝4.002 6 u，1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量．則下列說法正確的是(　　)
A．X粒子是α粒子，該核反應(yīng)釋放的核能約為5.22 MeV
B．X粒子是β粒子，該核反應(yīng)釋放的核能約為5.22 MeV
C．X粒子是α粒子，該核反應(yīng)釋放的核能約為3.75 MeV
D．X粒子是β粒子，該核反應(yīng)釋放的核能約為3.75 MeV
5．(多選)太陽輻射的總功率約為4×1026W，其輻射的能量來自聚變反應(yīng)．在聚變反應(yīng)中，一個(gè)質(zhì)量為1 876.1 MeV/c2(c為真空中的光速)的氘核)和一個(gè)質(zhì)量為2 809.5 MeV/c2的氚核)結(jié)合為一個(gè)質(zhì)量為3 728.4 MeV/c2的氦核)，并放出一個(gè)X粒子，同時(shí)釋放大約17.6 MeV的能量．下列說法正確的是(　　)
A．X粒子是質(zhì)子
B．X粒子的質(zhì)量為939.6 MeV/c2
C．太陽每秒因?yàn)檩椛鋼p失的質(zhì)量約為4.4×109kg
D．太陽每秒因?yàn)檩椛鋼p失的質(zhì)量約為17.6 MeV/c2
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
1．[2020·江蘇揚(yáng)州高三聯(lián)考]下列關(guān)于核力與核能的說法正確的是(　　)
A．核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，任意兩個(gè)核子之間都存在核力作用
B．原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定
C．核力是引起原子核β衰變的原因
D．原子核中所有核子單獨(dú)存在時(shí)的質(zhì)量總和等于該原子核的總質(zhì)量
2．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時(shí)其質(zhì)量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近(　　)
A．1036 kg B．1018 kg
C．1013 kg D．109 kg
3．核力與結(jié)合能
自主落實(shí)·必備知識全過關(guān)
一、
1．(1)很強(qiáng)　核力　強(qiáng)相互作用　(2)②10－15m
2．(2)10－18m
二、
1．能量
2．核子數(shù)　平均　穩(wěn)定
3．mc2
情境體驗(yàn)
提示：弱相互作用．
合作探究·能力素養(yǎng)全提升
應(yīng)用體驗(yàn)
[例1]　解析：核子之間存在核力作用，核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí)，核子間的相互作用力做功，故伴隨著巨大的能量變化，C正確．
答案：C
針對訓(xùn)練
1．解析：A對：原子核與電子之間的作用力主要是電磁力．B對：中子和質(zhì)子間的作用力主要是核力．C錯(cuò)：核力與萬有引力、電磁力的性質(zhì)不同，核力是短程力，作用范圍在10－15m之內(nèi)．D錯(cuò)：原子核與電子之間的萬有引力小于它們之間的電磁力．
答案：AB
2．解析：核力是強(qiáng)相互作用力，氦原子核內(nèi)的2個(gè)質(zhì)子是靠核力結(jié)合在一起的，可見核力遠(yuǎn)大于質(zhì)子間的庫侖力；質(zhì)子質(zhì)量非常小，它們之間的萬有引力小于庫侖力．
答案：D
探究二
應(yīng)用體驗(yàn)
[例2]　解析：由圖知核的比結(jié)合能約為7 MeV，所以結(jié)合能約為4×7 MeV＝28 MeV，故A錯(cuò)誤；核比核的比結(jié)合能大，所以核比核更穩(wěn)定，故B正確；兩個(gè)核結(jié)合成核時(shí)，即由比結(jié)合能小的反應(yīng)生成比結(jié)合能大的并釋放能量，故C正確；由圖知核中核子的平均結(jié)合能比核中的小，故D錯(cuò)誤．
答案：BC
針對訓(xùn)練
3．解析：結(jié)合能是核子結(jié)合成原子核時(shí)放出的能量，也是原子核拆解成核子時(shí)所需要的最小的能量，A、B正確；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能大的原子核，其結(jié)合能不一定大，例如中等大小的原子核的比結(jié)合能比重核的大，但由于其核子數(shù)比重核的少，所以其結(jié)合能比重核的小，C、D錯(cuò)誤．
答案：AB
探究三
應(yīng)用體驗(yàn)
[例3]　解析：E＝mc2說明能量和質(zhì)量之間存在著聯(lián)系，即能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，但并不說明能量和質(zhì)量之間可以相互轉(zhuǎn)化，故A錯(cuò)誤，B正確；核反應(yīng)中的“質(zhì)量虧損”并不是質(zhì)量消失，實(shí)際上是由靜止的質(zhì)量變成運(yùn)動的質(zhì)量，并不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量，故C錯(cuò)誤；在核反應(yīng)中，質(zhì)量守恒，能量也守恒，只是在核反應(yīng)前后能量的存在方式不同，總能量不變，在核反應(yīng)前后只是物質(zhì)的一部分質(zhì)量由靜質(zhì)量變成動質(zhì)量，故D錯(cuò)誤．
答案：B
[例4]　解析：(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒得
He.
(2)質(zhì)量虧損：
Δm＝mLi＋mH－2mα＝7.016 0 u＋1.007 3 u－2×4.001 5 u＝0.020 3 u.
(3)由愛因斯坦質(zhì)能方程得
ΔE＝Δmc2＝0.020 3×931.5 MeV＝18.909 45 MeV.
(4)根據(jù)題意得Ek＝E1＋ΔE＝0.6 MeV＋18.909 45 MeV＝19.509 45 MeV.
答案：He　(2)0.020 3 u　
(3)18.909 45 MeV　(4)19.509 45 MeV
針對訓(xùn)練
4．解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，該核反應(yīng)方程為，可知X為α粒子，即，質(zhì)量虧損為Δm＝mPu－mU－mα，放出的能量為ΔE＝(239.052 1－235.043 9－4.002 6)×931.5 MeV＝5.22 MeV，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．
答案：A
5．解析：核聚變反應(yīng)的方程為，故X粒子是中子，A錯(cuò)誤；由能量守恒定律和質(zhì)能關(guān)系E＝Δmc2可得，X粒子的質(zhì)量mX＝MeV/c2＝939.6 MeV/c2，故B正確；根據(jù)質(zhì)能關(guān)系E＝Δmc2可知，太陽因輻射每秒損失的質(zhì)量Δm＝＝kg≈4.4×109 kg，17.6 MeV/c2為一次核聚變反應(yīng)損失的質(zhì)量，故C正確，D錯(cuò)誤．
答案：BC
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
1．解析：核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，但是力的作用范圍很小，只對相鄰的核子有作用，A錯(cuò)誤；原子核的穩(wěn)定程度由比結(jié)合能決定，比結(jié)合能越大，越穩(wěn)定，B正確；引起原子核β衰變的原因是弱相互作用，而核力是強(qiáng)相互作用，C錯(cuò)誤；原子核中所有核子單獨(dú)存在時(shí)的質(zhì)量總和大于該原子核的總質(zhì)量，因?yàn)樽杂珊俗有纬稍雍藭r(shí)要釋放能量，根據(jù)質(zhì)能方程，質(zhì)量要發(fā)生虧損，D錯(cuò)誤．
答案：B
2．解析：由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，
得Δm＝＝ kg≈4.4×109 kg，D正確．
答案：D4.核裂變與核聚變
素養(yǎng)目標(biāo)
1.知道重核的裂變反應(yīng)和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件．(物理觀念)
2．了解裂變反應(yīng)堆的工作原理及核電站和核能利用的優(yōu)缺點(diǎn)．(物理觀念)
3．掌握核聚變的定義及發(fā)生條件．(物理觀念)
4．會判斷和書寫核裂變、核聚變方程，能計(jì)算核反應(yīng)釋放的能量．(科學(xué)思維)
自主落實(shí)·必備知識全過關(guān)
一、核裂變
1．核裂變
人工轉(zhuǎn)變的一種
重核被________轟擊后分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的新核，并放出核能的過程．
2．鈾核裂變
用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)是________．
依據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，不能杜撰核裂變反應(yīng)
3．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
由重核裂變產(chǎn)生的中子使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程．
4．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件
發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于________，裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于________．
鈾塊足夠大，中子才有足夠大的概率打中某個(gè)鈾核
二、核電站
1．核能釋放的控制
通過可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實(shí)現(xiàn)核能釋放的裝置稱為________．
原子彈是不可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
2．慢化劑
反應(yīng)堆中，為了使裂變產(chǎn)生的快中子減速，在鈾棒周圍要放“慢化劑”，常用的慢化劑有________、________和________．
　與慢化劑中的原子核碰撞減速
3．控制棒
為了控制反應(yīng)速度，還需要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒，它吸收________的能力很強(qiáng)，反應(yīng)過于激烈時(shí)，可將其插入________一些，多吸收一些________，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作________．
4．能量輸出
核燃料發(fā)生________釋放的能量使反應(yīng)區(qū)溫度升高，水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外________，把反應(yīng)堆內(nèi)的________傳輸出去，用于發(fā)電．
5．核能發(fā)電的效益
一座百萬千瓦級的核電站，每年只消耗______左右的濃縮鈾，而同樣功率的火電站，每年要燒煤________．
現(xiàn)在的所有核電站都是應(yīng)用核裂變發(fā)電
6．核污染的處理
為避免________對人體的傷害和____________對水源、空氣和工作場所造成放射性污染，在反應(yīng)堆外面需要修建很厚的________，用來屏蔽核裂變產(chǎn)物放出的各種射線．核廢料具有很強(qiáng)的________，需要裝入特制的容器，________．
三、核聚變
1．定義
兩個(gè)輕核結(jié)合成________的核的反應(yīng)．
發(fā)生質(zhì)量虧損
2．條件
(1)輕核的距離要達(dá)到________以內(nèi)．
(2)聚變可能通過________(幾百萬開爾文)來實(shí)現(xiàn)，因此又叫熱核反應(yīng)．
3．核反應(yīng)舉例
(1)目前，熱核反應(yīng)主要應(yīng)用在核武器上，如________.
(2)熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽就是一個(gè)巨大的____________．
(3)典型的核聚變：一個(gè)氘核和一個(gè)氚核的聚變＋17.6 MeV
該反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量比裂變反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量大________倍．
4．聚變與裂變相比有很多優(yōu)點(diǎn)
(1)輕核聚變產(chǎn)能效率________．
(2)地球上聚變?nèi)剂系膬α縚_______．
(3)輕核聚變更為____________．
5．實(shí)現(xiàn)核聚變的方法
(1)難點(diǎn)：地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受核聚變需要的高溫．
(2)方案：科學(xué)家設(shè)想了兩種方案，即________和________，________是目前性能最好的一種磁約束裝置．
情 境 體 驗(yàn)
如圖為鈾核裂變示意圖：
(1)鈾核裂變是如何發(fā)生的？試寫出一種鈾核裂變的核反應(yīng)方程．
(2)只要有中子轟擊鈾塊就可以產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)嗎？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
合作探究·能力素養(yǎng)全提升
探究一　核裂變的原理及應(yīng)用
核心歸納
1.鈾核的裂變和裂變方程
(1)核子受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運(yùn)動，使核變成不規(guī)則的形狀．
(2)核子分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時(shí)放出兩或三個(gè)中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就會不斷地進(jìn)行下去，釋放出越來越多的核能．
(3)常見的裂變方程
①
n
2．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件
(1)鈾塊的體積大于臨界體積．
(2)鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量．
3．裂變反應(yīng)的能量：鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量．一個(gè)鈾235核裂變時(shí)釋放的能量如果按200 MeV估算，1 kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2 800 t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量，裂變時(shí)能產(chǎn)生幾百萬度的高溫．
應(yīng)用體驗(yàn)
題型1　裂變的特點(diǎn)及條件
例 1 (多選)關(guān)于鈾核裂變，下列說法正確的是(　　)
A．鈾核裂變的產(chǎn)物是多樣的，但只能裂變成兩種不同的核
B．鈾核裂變時(shí)一般釋放2～3個(gè)中子
C．為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易進(jìn)行，最好用純鈾235
D．鈾塊的體積對產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無影響
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
題型2　裂變核能的計(jì)算
例 2 裂變反應(yīng)是目前核能利用中常用的反應(yīng)．以原子核為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng)俘獲一個(gè)慢中子后發(fā)生的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為
n.
已知中子及有關(guān)原子核的靜止質(zhì)量(以原子質(zhì)量單位u為單位)mU＝235.043 9 u，mn＝1.008 7 u，mXe＝138.917 8 u，mSr＝93.915 4 u，且1 u的質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5 MeV，則此裂變反應(yīng)過程中：
(1)質(zhì)量虧損為多少？
(2)釋放出的能量是多少？
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓(xùn)練
1.(多選)鈾核裂變是核電站核能的重要來源，其中一種裂變反應(yīng)是n，下列說法正確的有(　　)
A．上述裂變反應(yīng)中伴隨著中子放出
B．鈾塊體積對鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生無影響
C．鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制
D．鈾核的半衰期會受到環(huán)境溫度的影響
探究二　反應(yīng)堆與核電站
核心歸納
1.核電站的主要組成
核電站的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆，它的主要部件列表如下：
部件名稱 鈾棒 慢化劑 控制棒 熱循環(huán)介質(zhì) 保護(hù)層
采用的 材料 濃縮 鈾235 石墨、重水或普通水(也叫輕水) 鎘 水或液態(tài)鈉 很厚的水泥外殼　
作用 核燃料 降低中子速度，便于鈾235吸收 吸收中子，控制反應(yīng)速度 把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去 屏蔽射線，防止放射性污染
2.反應(yīng)堆的工作原理
核反應(yīng)釋放的能量通過水、液態(tài)鈉等作冷卻劑，在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把內(nèi)能傳輸出去，用于推動蒸汽機(jī)，使發(fā)電機(jī)發(fā)電．
3．核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)
(1)消耗的核燃料少．
(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲量大，所能提供的能量大．
(3)對環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小．
應(yīng)用體驗(yàn)
例 3 如圖是慢中子反應(yīng)堆的示意圖，對該反應(yīng)堆的下列說法正確的是(　　)
A．鈾235容易吸收快中子后發(fā)生裂變反應(yīng)
B．快中子跟慢化劑的原子核碰撞后的能量減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng)
C．控制棒由鎘做成，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時(shí)，使控制棒插入淺一些，讓它少吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些
D．要使裂變反應(yīng)更激烈一些，應(yīng)使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后變成慢中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會快一些
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓(xùn)練
2.(多選)關(guān)于核反應(yīng)堆，下列說法正確的是(　　)
A．鈾棒是核燃料，裂變時(shí)釋放核能
B．鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率
C．石墨的作用是吸收中子
D．冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能
3．[2022·臨沂高二檢測]核電站是利用反應(yīng)堆釋放出的能量將水變成高溫高壓的水蒸氣來推動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電的．反應(yīng)堆的核反應(yīng)方程式為、、、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4，真空中光速為c，以下說法正確的是(　　)
A．X原子核中含有中子數(shù)為52
B．該反應(yīng)質(zhì)量虧損Δm＝m1－m3－m4
C．該反應(yīng)釋放的能量為(m1－10m2－m3－m4)c2
的比結(jié)合能大于的比結(jié)合能
探究三　輕核聚變的理解與計(jì)算
核心歸納
1.聚變發(fā)生的條件、方法
(1)條件：要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離為10－15m.
(2)方法：把輕核加熱到幾百萬開爾文的高溫．
2．核聚變方程
＋17.6 MeV.
3．核聚變的特點(diǎn)
(1)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時(shí)，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量．
(2)熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應(yīng)進(jìn)行下去．
(3)普遍性：熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆．
4．核聚變的應(yīng)用
(1)核武器——?dú)鋸棧阂环N不需要人工控制的輕核聚變反應(yīng)裝置．它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸．
(2)可控?zé)岷朔磻?yīng)：目前處于探索階段．
5．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別
比較項(xiàng)目 重核裂變 輕核聚變
放能原理 重核分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等質(zhì)量的原子核，放出核能 兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，放出核能
放能多少 聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量大約要大3～4倍
燃料儲量情況 聚變?nèi)剂蟽α控S富
核廢料處 理難度 聚變反應(yīng)的核廢料處理要比裂變反應(yīng)容易得多
應(yīng)用體驗(yàn)
題型4　對輕核聚變反應(yīng)的理解
例 4 (多選)下列關(guān)于聚變的說法正確的是 (　　)
A．要使聚變發(fā)生，必須克服庫侖斥力做功
B．輕核聚變需要幾百萬開爾文的高溫，因此聚變又叫作熱核反應(yīng)
C．原子彈爆炸能產(chǎn)生幾百萬開爾文的高溫，所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應(yīng)
D．所有恒星中只有太陽內(nèi)部在激烈地進(jìn)行著熱核反應(yīng)
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
題型2　聚變核能的計(jì)算
例 5 (多選)太陽的能量來源于輕核的聚變，太陽中存在的主要元素是氫，核聚變反應(yīng)可以看作是4個(gè)氫核)結(jié)合成1個(gè)氦核同時(shí)放出2個(gè)正電子的過程．下表中列出了部分粒子的質(zhì)量取(1 u＝×10－26kg)：
粒子名稱 質(zhì)子(p) α粒子 正電子(e) 中子(n)
質(zhì)量/u 1.007 8 4.002 6 0.000 5 1.008 7
以下說法正確的是(　　)
A．核反應(yīng)方程為e
B．4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦核時(shí)的質(zhì)量虧損約為0.027 6 kg
C．4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦核時(shí)的質(zhì)量虧損約為4.6×10－29kg
D．聚變反應(yīng)過程中釋放的能量約為4.14×10－12J
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
題型3　核反應(yīng)類型的判斷
例 6[2022·云南保山龍陵一中高二上月考]對于下列各核反應(yīng)方程，表述正確的是(　　)
n是β衰變
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓(xùn)練
4.[2021·浙江1月](多選)如圖所示是我國全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置.2018年11月，該裝置實(shí)現(xiàn)了1×108℃等離子體運(yùn)行等多項(xiàng)重大突破，為未來和平利用聚變能量邁出了重要一步．關(guān)于核聚變，下列說法正確的是 (　　)
A．聚變又叫熱核反應(yīng)
B．太陽就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆
C．高溫能使原子核克服核力而聚變
D．對相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變產(chǎn)能多
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
1．(多選)下列說法正確的是(　　)
A．核聚變比核裂變產(chǎn)能效率高
B．在目前條件下，使原子核聚變要比裂變?nèi)菀?br/>C．氫彈的原理是核裂變反應(yīng)
D．核聚變和核裂變發(fā)生后，產(chǎn)生的新核的比結(jié)合能比反應(yīng)前原子核的比結(jié)合能大
2.
我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國對國際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)．下列核反應(yīng)方程中屬于裂變反應(yīng)的是(　　)
n
3. [2022·黃山高二檢測](多選)我國最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電，顯示了“EAST”裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時(shí)間達(dá)1 000 s，溫度超過1億攝氏度，這標(biāo)志著我國磁約束核聚變研究進(jìn)入國際先進(jìn)水平，合肥也成為世界上第一個(gè)建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置并能實(shí)際運(yùn)行的地方．核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富．已知氘核的質(zhì)量為m1，中子的質(zhì)量為He的質(zhì)量為m3，質(zhì)子的質(zhì)量為m4，則下列說法中正確的是(　　)
A．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是質(zhì)子
B．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是中子
C．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)所釋放的核能為(2m1－m3－m4)c2
D．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)所釋放的核能為(2m1－m3－m2)c2
4．一座發(fā)電能力為P＝1.0×106kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η＝40%.核反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)為n，已知每次核反應(yīng)過程放出的核能ΔE＝的質(zhì)量mU＝390×10－27kg.求：
(1)發(fā)生一次核反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm.
(2)每年(1年＝3.15×107s)消耗的的質(zhì)量．
4．核裂變與核聚變
自主落實(shí)·必備知識全過關(guān)
一、
1．中子
n
4．臨界體積　臨界質(zhì)量
二、
1．核反應(yīng)堆
2．石墨　重水　普通水
3．中子　深　中子　控制棒
4．核裂變　循環(huán)流動　熱量
5．30 t　2.5×106t
6．射線　放射性物質(zhì)　水泥層　放射性　深埋地下
三、
1．質(zhì)量較大
2．(1)10－15 m　(2)高溫　
3．(1)氫彈　(2)熱核反應(yīng)堆　(3)3～4
4．(1)高　(2)豐富　(3)安全、清潔
5．磁約束　慣性約束　環(huán)流器
情境體驗(yàn)
提示：(1)當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運(yùn)動，使核變成不規(guī)則的形狀．核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時(shí)放出中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；
n
(2)不是，鈾塊體積還須大于或等于臨界體積．
合作探究·能力素養(yǎng)全提升
探究一
應(yīng)用體驗(yàn)
[例1]　解析：鈾核受到中子的轟擊，會引起裂變，裂變的產(chǎn)物是多樣的，具有極大的偶然性，裂變成兩塊的情況比較多，也有的分裂成多于兩塊，裂變時(shí)一般會放出2～3個(gè)中子．鈾235受中子的轟擊時(shí)，裂變的概率大，而鈾238只有俘獲能量在1 MeV以上的中子才能引起裂變，且裂變的概率小，而要引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．需使鈾塊的體積不小于臨界體積．綜上所述，選項(xiàng)B、C正確．
答案：BC
[例2]　解析：U裂變成(和，同時(shí)放出中子，裂變前后質(zhì)量虧損Δm＝m前－m后＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7)u＝0.193 3 u．
(2)由愛因斯坦質(zhì)能方程可知
ΔE＝Δm×931.5 MeV/u≈180.06 MeV.
答案：(1)0.193 3 u　(2)180.06 MeV
針對訓(xùn)練
1．解析：由核反應(yīng)方程式可以看出鈾核裂變釋放出3個(gè)中子，A正確；鈾塊體積需達(dá)到臨界體積才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，所以鈾塊體積對鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生有影響，B錯(cuò)誤；鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可以通過控制棒進(jìn)行人工控制，C正確；放射性物質(zhì)的半衰期是元素本身的屬性，與外界物理環(huán)境和化學(xué)環(huán)境均無關(guān)，D錯(cuò)誤．
答案：AC
探究二
應(yīng)用體驗(yàn)
[例3]　解析：快中子容易與鈾235擦肩而過，快中子跟慢化劑的原子核碰撞后能量減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng)，故B項(xiàng)正確，A項(xiàng)錯(cuò)誤；控制棒由鎘做成，鎘吸收中子的能力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時(shí)，使控制棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些，故C、D錯(cuò)誤．
答案：B
針對訓(xùn)練
2．解析：A對：鈾棒是核燃料，裂變時(shí)放出能量．B對：鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng)，作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，即控制反應(yīng)堆的功率．C錯(cuò)：慢中子最容易引發(fā)鈾核裂變，所以在快中子碰到鈾棒前要進(jìn)行減速，石墨的作用是使中子減速．D對：水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時(shí)也使反應(yīng)堆冷卻，控制溫度．
答案：ABD
3．解析：根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可得：X的質(zhì)量數(shù)為A＝235＋1－136－10＝90，電荷數(shù)為Z＝92－54＝38，所以X的中子數(shù)為90－38＝52，故A項(xiàng)正確；質(zhì)量虧損Δm＝m1－9m2－m3－m4，根據(jù)質(zhì)能方程可得釋放的核能，故B、C項(xiàng)錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大原子核越穩(wěn)固，由于核反應(yīng)的過程中釋放熱量，生成物比反應(yīng)物更穩(wěn)固的比結(jié)合能小于的比結(jié)合能，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．
答案：A
探究三
應(yīng)用體驗(yàn)
[例4]　解析：輕核聚變時(shí)，要使輕核之間的距離達(dá)到10－15m以內(nèi)，所以必須克服庫侖斥力做功，選項(xiàng)A正確；在輕核聚變中，原子核必須有足夠的動能，才能克服巨大的庫侖斥力，原子核處在幾百萬開爾文的高溫下可以具有這樣的能量，這樣高的溫度通常利用原子彈爆炸獲得，選項(xiàng)B、C正確；除了太陽，其他恒星內(nèi)部也進(jìn)行著熱核反應(yīng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．
答案：ABC
[例5]　解析：由核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)守恒及電荷數(shù)守恒可知，核反應(yīng)方程為e，故選項(xiàng)A正確；反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝4mP－mα－2me＝(4×1.007 8－4.002 6－2×0.000 5) u＝0.027 6 u＝4.6×10－29 kg，故選項(xiàng)C正確，B錯(cuò)誤；由質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2＝4.6×10－29×(3×108)2 J＝4.14×10－12 J，故選項(xiàng)D正確．
答案：ACD
[例6]　解析：A選項(xiàng)中輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，是核聚變反應(yīng)，A正確；B選項(xiàng)是原子核的人工轉(zhuǎn)變，B錯(cuò)誤；C選項(xiàng)產(chǎn)物中有電子，是β衰變，C錯(cuò)誤；D選項(xiàng)中鈾235是重核，發(fā)生的是裂變，D錯(cuò)誤．
答案：A
針對訓(xùn)練
4．解析：聚變又叫熱核反應(yīng)，選項(xiàng)A正確；太陽就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆，選項(xiàng)B正確；要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們之間的距離達(dá)到10－15m以內(nèi)，核力才能起作用，那么熱核反應(yīng)時(shí)要將輕核加熱到很高的溫度，使它們具有足夠的動能來克服庫侖力而聚變在一起形成新的原子核，即高溫能使輕核克服庫侖力而聚變，但不是使原子核克服核力而聚變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；對相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變產(chǎn)能多，選項(xiàng)D正確．
答案：ABD
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
1．解析：核聚變比核裂變產(chǎn)能效率高，A正確；在目前條件下，核裂變要比核聚變?nèi)菀祝珺錯(cuò)誤；氫彈的原理是核聚變反應(yīng)，C錯(cuò)誤；核聚變和核裂變發(fā)生后都有質(zhì)量虧損，產(chǎn)生的新核更穩(wěn)定些，故產(chǎn)生的新核的比結(jié)合能比反應(yīng)前原子核的比結(jié)合能大，D正確．
答案：AD
2．解析：選項(xiàng)A是質(zhì)量小的核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，屬于核聚變；選項(xiàng)B是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的人工核轉(zhuǎn)變方程；選項(xiàng)C是約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性同位素的人工核轉(zhuǎn)變方程；選項(xiàng)D是鈾核在中子轟擊下分裂為中等質(zhì)量的核的過程，屬于核裂變．
答案：D
3．解析：由核反應(yīng)方程知X應(yīng)為中子，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；釋放的核能應(yīng)為ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確．
答案：BD
4．解析：(1)由ΔE＝Δmc2，解得Δm＝3.1×10－28 kg.
(2)反應(yīng)堆每年提供的核能：
E總＝
(其中T表示1年的時(shí)間)
以M表示每年消耗的的質(zhì)量，得：
M∶mU＝E總∶ΔE
解得：M＝
代入數(shù)據(jù)得：M＝1.1×103 kg
答案：(1)3.1×10－28 kg　(2)1.1×103 kg5.“基本”粒子
素養(yǎng)目標(biāo)
1.知道電子、中子，質(zhì)子并不是組成物質(zhì)的最基本的粒子．(物理觀念)
2．知道粒子的分類及其作用，了解夸克模型．(物理觀念)
3．知道夸克是組成強(qiáng)子的成分．(物理觀念)
自主落實(shí)·必備知識全過關(guān)
一、發(fā)現(xiàn)新粒子
1．直到19世紀(jì)末，人們都認(rèn)為________是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒．
2．后來認(rèn)為________、電子、________和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子，把它們叫作“基本粒子”．從20世紀(jì)后半期起，將“基本”二字去掉，統(tǒng)稱為粒子．
3．1932年發(fā)現(xiàn)了________，1937年發(fā)現(xiàn)了________，1947年發(fā)現(xiàn)了________和________．以及之后的超子等．
二、粒子的分類
1．現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子達(dá)400多種．大體可被分為________、________、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子幾種類別．
2．強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子．質(zhì)子和中子都是強(qiáng)子．
3．輕子不參與強(qiáng)相互作用，最早發(fā)現(xiàn)的輕子是________.
4．1964年，美國科學(xué)家蓋爾曼等人提出了夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子由更基本的成分組成，這種成分叫作________．
合作探究·能力素養(yǎng)全提升
探究　粒子的發(fā)現(xiàn)和分類
核心歸納
1.新粒子的發(fā)現(xiàn)及特點(diǎn)
新粒子 正電子 μ子 K介子與 π介子 超子
發(fā)現(xiàn) 時(shí)間 1932年 1937年 1947年 20世紀(jì) 40年代后
基本 特點(diǎn) 質(zhì)量、壽命、自旋等 性質(zhì)與相對應(yīng)的粒 子相同而電荷等其 他性質(zhì)相反　　　 比質(zhì)子的 質(zhì)量小 質(zhì)量介于 電子與核 子之間 其質(zhì)量比 質(zhì)子大
2.粒子的分類
分類 參與的相互作用 發(fā)現(xiàn)的粒子 備注
強(qiáng)子 參與強(qiáng)相互作用 質(zhì)子、中子、介子、超子 強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由夸克構(gòu)成
輕子 不參與強(qiáng)相互作用 電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
規(guī)范玻 色子 傳遞各種相互作用 光子、中間玻色子、膠子 光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱、強(qiáng)相互作用
希格斯 玻色子 — — 希格斯玻色子是這幾種基本粒子中最后一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的
3.夸克模型
(1)夸克的提出：1964年美國物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的．
(2)夸克的種類：上夸克(u)、下夸克(d)、奇異夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t)．
(3)夸克所帶電荷：夸克所帶的電荷分別為元電荷的－或＋.
(4)意義：電子電荷不再是電荷的最小單位，即存在分?jǐn)?shù)電荷．
應(yīng)用體驗(yàn)
例 關(guān)于粒子，下列說法正確的是(　　)
A．電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子
B．強(qiáng)子都是帶電的粒子
C．夸克模型是探究三大類粒子結(jié)構(gòu)的理論
D．夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單位
[試解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓(xùn)練
(多選)已知π＋介子、π－介子都是由一個(gè)夸克(夸克u或夸克d)和一個(gè)反夸克(反夸克或反夸克)組成的，它們的帶電荷量如下表所示，表中e為元電荷．
π＋ π－ u d
帶電荷量 ＋e －e ＋e －e －e ＋e
下列說法正確的是(　　)
A．π＋由u和組成 B．π＋由和d組成
C．π－由u和組成 D．π－由和d組成
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
1.根據(jù)宇宙大爆炸的理論，在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風(fēng)采的時(shí)期，那么在大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是(　　)
A．夸克、輕子、膠子等粒子
B．質(zhì)子和中子等強(qiáng)子
C．光子、中微子和電子等輕子
D．氫核、氘核、氦核等輕核
2．(多選)下列說法正確的是(　　)
A．強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子
B．輕子是不參與強(qiáng)相互作用的粒子
C．目前發(fā)現(xiàn)的輕子只有8種
D．夸克有6種，它們帶的電荷量分別為元電荷的＋或－
3．目前普遍認(rèn)為，質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成的．u夸克帶的電荷量為＋e，d夸克帶的電荷量為－e，e為元電荷，下列論斷中可能正確的是(　　)
A．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成
B．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成
C．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成
D．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成
4．K－介子的衰變方程為：K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子帶負(fù)電，π0介子不帶電．如圖所示，勻強(qiáng)磁場的方向垂直于紙面向外，一個(gè)K－介子沿垂直于磁場的方向射入，其軌跡為圖中的虛線圓弧，若K－介子在磁場中發(fā)生衰變，則衰變產(chǎn)生的π－介子和π0介子的運(yùn)動軌跡可能是(　　)
5.
[2022·北京卷]正電子是電子的反粒子，與電子質(zhì)量相同、帶等量正電荷．在云室中有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，從P點(diǎn)發(fā)出兩個(gè)電子和一個(gè)正電子，三個(gè)粒子運(yùn)動軌跡如圖中1、2、3所示．下列說法正確的是(　　)
A．磁場方向垂直于紙面向里
B．軌跡1對應(yīng)的粒子運(yùn)動速度越來越大
C．軌跡2對應(yīng)的粒子初速度比軌跡3的大
D．軌跡3對應(yīng)的粒子是正電子
5．“基本”粒子
自主落實(shí)·必備知識全過關(guān)
一、
1．原子
2．光子　質(zhì)子
3．正電子　μ子　K介子　π介子
二、
1．強(qiáng)子　輕子
3．電子
4．夸克
合作探究·能力素養(yǎng)全提升
探究
應(yīng)用體驗(yàn)
[例]　解析：A、B錯(cuò)：質(zhì)子、中子是由不同夸克組成的，它們不是最基本的粒子；不同夸克構(gòu)成的強(qiáng)子，有的帶電，有的不帶電．C錯(cuò)，D對：夸克模型是研究強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的理論，不同夸克帶電不同，有±e和±e，說明電子電荷不再是電荷的最小單位．
答案：D
針對訓(xùn)練
解析：根據(jù)各種粒子帶電情況，π＋的帶電荷量為＋e，故由u和組成；π－的帶電荷量為－e，故由和d組成．
答案：AD
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
1．解析：宇宙形成之初產(chǎn)生了夸克、輕子、膠子等粒子，之后又經(jīng)歷了質(zhì)子和中子等強(qiáng)子時(shí)代，再之后是自由的光子、中微子、電子等輕子大量存在的輕子時(shí)代，再之后是中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核，并形成氦核的核時(shí)代，之后電子和質(zhì)子復(fù)合成中性的氫原子，最后形成恒星和星系，因此A正確，B、C、D錯(cuò)誤．
答案：A
2．解析：粒子可分為強(qiáng)子、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子幾種類別，強(qiáng)子就是所有參與強(qiáng)相互作用的粒子的總稱，A正確；輕子就是不參與強(qiáng)相互作用的粒子的總稱，B正確；目前發(fā)現(xiàn)的輕子只有6種，分別是電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子，C錯(cuò)誤；夸克有6種，它們帶的電荷分別為元電荷的＋或－，D正確．
答案：ABD
3．解析：質(zhì)子帶的電荷量為2×e＋(－e)＝e，中子帶的電荷量為e＋2×(－e)＝0.
答案：B
4．解析：π－介子與K－介子均帶負(fù)電，若二者運(yùn)動方向相同，可知受洛倫茲力的方向相同，圓弧的彎曲方向相同，由動量守恒定律可知，π－介子的動量小于K－介子的動量，由r＝可知，π－介子的軌跡半徑較小；π0介子不帶電，則沿直線運(yùn)動，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤；若π0介子反向運(yùn)動，由動量守恒定律可知，π－介子的動量大于K－介子的動量，由r＝可知，π－介子的軌跡半徑較大；由于π－介子與K－介子均帶負(fù)電，受洛倫茲力的方向相同，圓弧的彎曲方向相同，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤．
答案：C
5．解析：根據(jù)題圖可知，1和3粒子繞轉(zhuǎn)動方向一致，則1和3粒子為電子，2為正電子，電子帶負(fù)電且順時(shí)針轉(zhuǎn)動，根據(jù)左手定則可知磁場方向垂直紙面向里，A正確，D錯(cuò)誤；電子在云室中運(yùn)行，洛倫茲力不做功，而粒子受到云室內(nèi)填充物質(zhì)的阻力作用，粒子速度越來越小，B錯(cuò)誤；帶電粒子若僅在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動，根據(jù)牛頓第二定律可知qvB＝m，解得粒子運(yùn)動的半徑為r＝.根據(jù)題圖可知軌跡3對應(yīng)的粒子運(yùn)動的半徑更大，速度更大，粒子運(yùn)動過程中受到云室內(nèi)物質(zhì)的阻力的情況下，此結(jié)論也成立，C錯(cuò)誤．
答案：A

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