資源簡介

(共20張PPT)
DIWUZHANG
第五章
章末素養提升
再現素養
知識
物理觀念 天然放射現象：三種射線 α射線 氦核流，穿透能力 ，電離作用_____
β射線 高速電子流，穿透能力 ， 電離作用_____
γ射線：是一種電磁波，伴隨α衰變和β衰變而產生，穿透能力 ，電離作用______
原子核的衰變 意義：放射性元素的原子核自發放出某種粒子后變成新的原子核的變化
很弱
很強
較強
較弱
更強
更弱
物理觀念 核反應與核能 核力：短程力，只與 核子發生作用
結合能：原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們 所需要的能量就是原子核的結合能
比結合能(平均結合能)：比結合能越 ，原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定
愛因斯坦質能方程：E＝mc2或ΔE＝_____
重核的裂變：
輕核的聚變：
“基本粒子” 粒子的分類：強子、輕子、規范玻色子、希格斯玻色子
夸克模型
鄰近
分開
大
Δmc2
科學思維 1.能根據質量數守恒和電荷數守恒寫出核反應方程
2．能用半衰期、質量虧損和愛因斯坦質能方程計算核能相關問題
科學態度與責任 1.了解兩類核能應用的利弊，關注受控熱核反應研究的進展
2．關注核技術應用對人類生活和社會發展的影響
　在下列描述核反應的方程中，屬于α衰變的是___，屬于β衰變的是____，屬于核裂變的是____，屬于核聚變的是_____。(填正確答案前的字母)
例1
提能綜合
訓練
C
AB
E
F
核裂變是指一些質量較大的原子核，如鈾、釷和钚等在吸收一個中子后分裂成兩個或多個質量較小的原子核，同時放出多個中子和很大能量的過程，E項符合要求；
核聚變是指兩個輕核結合成質量較大的原子核并釋放大量能量的過程，F項符合要求；
D項屬于人工核轉變的方程。
例2
√
γ射線通常會伴隨α和β衰變而產生，衰變產生的這三種射線中γ射線穿透能力最強，其次是β射線，最差的是α射線，故C錯誤；
半衰期由放射性元素本身決定，與外界環境無關，故D錯誤。
　(2022·常州市高二期末)在勻強磁場中，一個原來靜止的原子核，由于衰變放出一個粒子，結果得到一張兩個相切圓的徑跡照片(如圖)，現測得兩個相切圓半徑之比r1∶r2＝1∶44，則
A.軌道1是α粒子的徑跡
B.軌道2是β粒子的徑跡
C.衰變前原子核所含的質子數為88
D.衰變前原子核所含的質子數為90
例3
√
例4
(1)寫出核反應方程并求核反應過程中的質量虧
損Δm；
(2)求α粒子的核子平均質量mα。
　核電站利用核反應堆工作，鈾核U裂變生成鋇核Ba和氪核Kr。在一個反應堆中用石墨做慢化劑使快中子減速。碳核的質量是中子的12倍，假設中子與碳核的每次碰撞都是彈性正碰，而且認為碰撞前碳核都是靜止的。
(1)試完成鈾核裂變反應方程：
例5
根據電荷數和質量數守恒可得：
(2)已知U、Ba、Kr核以及中子的質量分別是235.043 9 u,140.913 9 u,
91.897 3 u和1.008 7 u，計算一個鈾核裂變放出的核能。1 u＝1.66×10－27 kg，c＝3.0×108 m/s。(結果保留兩位有效數字)
答案　3.2×10－11 J　
核反應過程中的質量虧損為
Δm＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7) u＝0.215 3 u
由愛因斯坦質能方程得一個鈾核裂變放出的能量為
ΔE＝Δmc2＝0.215 3×1.66×10－27×(3×108)2 J≈3.2×10－11 J
(3)設碰撞前中子的動能是E0，經過一次碰撞，中子失去的動能是多少。
設中子和碳核的質量分別為m和M，碰撞前中子的速度為v0，碰撞后中子和碳核的速度分別為v和v′，
根據動量守恒定律，可得mv0＝mv＋Mv′
根據彈性碰撞中能量守恒，
已知M＝12m，
則在碰撞過程中中子損失的能量為
BENKEJIESHU
本課結束(共47張PPT)
DIWUZHANG
第五章
第2課時　核反應　放射性同位素及其應用
學習目標
1.知道核反應及其遵循的規律，會正確書寫核反應方程式(重難點)。
2.知道人工放射性同位素，了解放射性同位素在生產和科學領域的應用。
內容索引
一、核反應
二、放射性同位素及其應用　輻射與安全
課時對點練
一
核反應
1.核反應：原子核在其他粒子的轟擊下產生 或者發生狀態變化的過程。
(1)條件：用α粒子、質子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發生轉變。
(2)實質：用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開，而是粒子打入原子核內部使核發生了轉變。
新原子核
2.原子核人工轉變的三大發現
3.遵循規律： 守恒， 守恒。
質量數
電荷數
衰變和原子核的人工轉變有什么不同？
思考與討論
答案　衰變是具有放射性的不穩定核自發進行的變化，原子核的人工轉變是用α粒子、質子、中子或γ光子轟擊原子核發生的變化。
　完成下列核反應方程，并指出其中哪個是發現質子的核反應方程，哪個是發現中子的核反應方程。
例1
答案　發現質子的核反應方程
答案　發現中子的核反應方程
書寫核反應方程時要注意
1.質量數守恒和電荷數守恒；
2.中間用箭頭，不能寫成等號；
3.核反應方程遵守質量數守恒而不是質量守恒，核反應過程中，一般會發生質量的變化。
總結提升
　(2022·湖北卷)上世紀四十年代初，我國科學家王淦昌先生首先提出證明中微子存在的實驗方案：如果靜止原子核 俘獲核外K層電子，可生成一個新原子核X，并放出中微子νe， 根據核反應后原子核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.核反應前后的總質子數不變
C.核反應前后總質量數不同
D.中微子νe的電荷量與電子的相同
例2
√
二
放射性同位素及其應用　輻射與安全
1.放射性同位素
(1)定義：具有 的同位素。
(2)類型： 放射性同位素和 放射性同位素。
(3)與天然放射性物質相比，人工放射性同位素的資源 ，放射強度容易 ，半衰期比較 ，因此放射性廢料容易 ，獲得了廣泛的應用。
放射性
天然
人工
豐富
控制
短
處理
2.應用：
(1)射線測厚儀：工業部門使用放射性同位素發出的射線來測厚度。
(2)放射治療：利用放射性同位素發出的射線破壞癌細胞組織。
(3)培優、保鮮：利用放射性同位素放出的射線照射種子培養優良品種等。
(4)示蹤原子：一種元素的各種同位素具有相同的化學性質，用放射性同位素替換非放射性的同位素后可以探測出原子到達的位置。
3.輻射與安全：人類一直生活在放射性的環境中，過量的射線對人體組織有 作用。要防止 對水源、空氣、用具等的污染。
破壞
放射性物質
　我國科學家在1965年9月首先用人工方法合成了牛胰島素。為了證明人工合成的牛胰島素與天然的是否為同一物質，在人工合成牛胰島素過程中摻了放射性14C，然后將人工合成的牛胰島素與天然的混合得到了放射性14C分布均勻的結晶物，從而證明了兩者是同一物質，為我國在國際上首先合成具有生物活性牛胰島素提供了有力證據。在人工合成過程中摻入放射性14C的用途是
A.催化劑 B.媒介質
C.組成元素 D.示蹤原子
例3
√
用放射性同位素代替非放射性同位素來制成各種化合物，再用儀器探測“放射性標記”，即用放射性同位素作為示蹤原子。故選D。
　“心臟灌注顯像”的檢測技術是將含放射性元素锝(Tc)的注射液注入被檢測者的動脈中，經40分鐘后，對被檢測者的心臟進行造影，血管被堵塞的部分由于無放射性物質到達而無放射線射出。醫生根據顯像情況判斷被檢測者的心臟血管有無病變。若檢測用的Tc是表中的一種，則可能是
例4
同位素 半衰期
95mTc 61天
96Tc 4.3天
97mTc 91天
99mTc 6.01小時
A.95mTc 　　　　B.96Tc 　　　　 C.97mTc 　　　　 D.99mTc
√
由題意可知，檢測用的Tc半衰期即不能太長，太長了對人體產生的傷害較大，注射液注入被檢測者動脈中40分鐘后對心臟進行造影，99mTc的半衰期為6.01 h，則99mTc最合適。故選D。
　以下關于放射性元素產生的射線的應用，說法錯誤的是
A.經過射線照射的蔬菜可以保存更長時間
B.利用γ射線的穿透性強的特點，可以用它為人體探傷
C.α射線可以用來消除有害的靜電
D.射線可以培育新的優良作物品種
例５
√
射線可以有效殺滅蔬菜中的微生物，經過射線照射的蔬菜可以保存更長時間，故A正確，不符合題意；
γ 射線會造成電離輻射，對人體有巨大傷害，不可以用它為人體探傷，故B錯誤，符合題意；
α射線有很強的電離作用，可以用來消除有害的靜電，故C正確，不符合題意；
可以用γ射線處理種子，誘發其變異，培育出新品種，故D正確，不符合題意。
三
課時對點練
A.15和28 B.15和30
C.16和30 D.17和31
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
基礎對點練
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
2.(2022·宿遷市高二期末)硼10俘獲1個α粒子，生成氮13，放出X粒子，而氮13是不穩定的，它放出Y粒子變成碳13，那么，X粒子和Y粒子分別為
A.中子和正電子 B.中子和電子
C.質子和正電子 D.質子和中子
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
由核反應方程
3.如圖所示，國家大科學工程——中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，可以為諸多領域的研究和工業應用提供先進的研究平臺。下列核反應中放出的粒子為中子的是
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
根據核反應中質量數和電荷數守恒，各選項核反應方程如下：
A.Z＝1，A＝1 B.Z＝1，A＝2
C.Z＝2，A＝3 D.Z＝2，A＝4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
設Y的電荷數和質量數分別為m和n，根據核反應方程中質量數和電荷數守恒可知第一個核反應方程的電荷數和質量數滿足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二個核反應方程的電荷數和質量數滿足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，聯立解得Z＝2，A＝4，故選D。
考點二　放射性同位素及其應用　輻射與安全
5.人工放射性同位素被廣泛應用，以下說法不正確的是
A.人工放射性同位素的半衰期比較短
B.人工放射性同位素放射強度容易控制
C.人工放射性同位素的γ射線具有較強的殺傷力，能用來治療癌癥等
D.人工放射性同位素作為示蹤劑時，由于其放射性對人體有害，故一定
不能對人體使用
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物質短，故A正確；
人工放射性同位素的放射強度容易控制，故B正確；
人工放射性同位素的γ射線具有較強的殺傷力，能用來治療癌癥等，故C正確；
使用人工放射性同位素作為示蹤劑時，雖然過量放射性對人體有害，但調整劑量仍然能對人體使用，故D錯誤。
6.放射性同位素發出的射線在科研、醫療、工業等諸多方面得到了廣泛的應用，下列有關放射線應用的說法中正確的是
A.放射線改變了布料的性質使其不再因摩擦而生電，因此達到消除有害
靜電的目的
B.利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，也能進行人體的透視
C.用放射線照射作物種子能使其DNA發生變異，其結果一定是成為更優
秀的品種
D.用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成
太大的傷害
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
利用放射線消除有害靜電是利用α射線的電離性，使空氣分子電離成導體，將靜電導出，故A錯誤；
利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，γ射線對人體細胞傷害太大，因此不能用來人體透視，故B錯誤；
DNA變異并不一定都是有益的，也有有害的一面，故C錯誤；
射線對人體細胞傷害太大，在用于治療腫瘤時要嚴格控制劑量，故D正確。
7.醫學界通過14C標記的C60發現一種C60的羧酸衍生物，在特定條件下可以通過斷裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，則14C的用途是
A.示蹤原子 B.電離作用
C.催化作用 D.貫穿作用
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
14C具有放射性，可以用它標記C60，通過其放射性發現一種C60的羧酸衍生物，14C的用途是示蹤原子，故A正確，B、C、D錯誤。
8.α、β和γ射線穿透物質的能力是不同的，為把輻射強度減到一半所需鋁板的厚度分別為0.005 cm、0.05 cm和8 cm，工業部門可以使用射線來測厚度，如圖所示，軋鋼廠的熱軋機上可以安裝射線測厚儀，儀器探測到的射線強度與鋼板的厚度有關，軋出的鋼板越厚，透過的射線越弱。因此，將射線測厚儀接收到的信號輸入計算器，就可以對鋼板的厚度進行自動控制。如果鋼板的厚度需要控制為5 cm，請推測測厚儀使用的射線是
A.α射線 B.β射線
C.γ射線 D.可見光
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
能力綜合練
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
半衰期只適用于大量原子核的衰變，對于少數原子核不適用，D錯誤。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
10.正電子發射計算機斷層掃描(PETCT)，其原理是借助于示蹤劑(正電子放射性藥物)可以聚集到病變部位的特點來發現疾病的。PETCT常用核素氧15標記，其半衰期僅有2分鐘。對含氧元素的物質照射20～50 MeV的X射線，激發原子核邊緣的中子，可以產生氧15正電子核素。下列說法正確的是
A.用30 MeV的X射線照射氧16時，生成氧15的同時釋放出中子
B.氧15發生正電子衰變時，生成的新核含有9個中子
C.經過10分鐘，氧15的含量減小為原來
D.將氧15置于回旋加速器中，其半衰期可能發生變化
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
改變元素所處的物理環境和化學狀態，不改變半衰期，故D錯誤。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
根據以上方程可以推斷在X、Y和Z中，下列說法正確的是
A.Z的中子數小于Y的中子數
B.Y的質量數大于X的質量數
C.X、Y和Z互為同位素
D.Z的電荷數大于Y的電荷數
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
由上可知，Y的質量數小于X的質量數，故B錯誤；
X和Y的質子數相同，則互為同位素，但Z不是，故C錯誤；
由上可知，Z的電荷數小于Y的電荷數，故D錯誤.
12.現代已知碳的同位素共有十五種，有碳8至碳22，其中碳12和碳13屬于穩定型，碳14是宇宙射線透過空氣時撞擊氮原子核產生的，碳14是一種放射性的元素，衰變為氮14。圖中包含碳14衰變相關信息，結合這些信息可以判定下列說法正確的是
A.碳14轉變為氮14，衰變方式為β衰變
B.100個碳14原子核在經過一個半衰期后，
一定還剩50個
C.若氮14生成碳14的核反應方程為 則X為質子
D.當氮14數量是碳14數量的7倍時，碳14衰變所經歷時間為22 920年
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
半衰期是大量原子核衰變時的統計規律，對少數原子核不適用，B錯誤；
13.(2022·北京市高二期末)能量守恒定律、動量守恒定律、電荷守恒定律等是自然界普遍遵循的規律，在微觀粒子的相互作用過程中也同樣適用。盧瑟福發現質子之后，他猜測：原子核內可能還存在一種不帶電的粒子。
尖子生選練
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
(2)為了測定中子的質量mn，查德威克用初速度相同的中子分別與靜止的氫核與靜止的氮核發生彈性正碰。實驗中他測得碰撞后氮核的速率與氫核的速率關系是vN＝ 已知氮核質量與氫核質量的關系是mN＝14mH，將中子與氫核、氮核的碰撞視為完全彈性碰撞。請你根據以上數據計算中子質量mn與氫核質量mH的比值。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
設中子與氫核、氮核碰撞前速率為v0，中子與氫核發生完全彈性碰撞時，取碰撞前中子的速度方向為正方向，
由動量守恒定律和能量守恒定律有：
mnv0＝mnvn＋mHvH；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
同理可得：中子與氮核發生完全彈性碰撞后，
BENKEJIESHU
本課結束(共51張PPT)
DIWUZHANG
第五章
第1課時　原子核的衰變　半衰期
學習目標
1.知道什么是衰變，知道α衰變和β衰變，能運用衰變規律寫出衰變方程(重點)。
2.知道半衰期的概念和半衰期的統計意義，能利用半衰期公式進行計算(重難點)。
一、原子核的衰變
二、半衰期
課時對點練
內容索引
一
原子核的衰變
1.定義：原子核自發地放出 或 ，而變成另一種原子核的變化。
2.衰變類型
(1)α衰變：
原子核放出α粒子的衰變。進行α衰變時，質量數 ，電荷數 ，
_____。
(2)β衰變：
原子核放出β粒子的衰變。進行β 衰變時，質量數 ，電荷數 ，
的β衰變方程： ＋_____。
3.衰變規律：原子核衰變時 和 都守恒。
α粒子
β粒子
減少4
減少2
不變
加1
電荷數
質量數
如圖為α衰變、β衰變示意圖。
(1)當原子核發生α衰變時，原子核的質子數和中子數如何變化？
思考與討論
答案　原子核發生α衰變時，質子數減少2，中子數減少2。
(2)當發生β衰變時，新核的核電荷數相對原來的原子核在元素周期表中的位置怎樣變化？
答案　原子核發生β衰變時，新核的核電荷數增加1，新核在元素周期表中的位置向后移動一位。
(1)原子核在衰變時，它在元素周期表中的位置不變。(　　)
(2)β衰變是原子核外電子的電離。(　　)
(3)某原子發生β核衰變時，放出一個β粒子后，原子核的中子數少1，原子序數加1。(　　)
(4)原子核發生α衰變時，原子核的質量數減少2。(　　)
√
×
×
×
　 是一種放射性元素，能夠自發地進行一系列放射性衰變，如圖所
示，則下列說法正確的是
A.圖中a是208
B.Y和Z都是β衰變
C.X衰變放出的電子是中子轉變為質子時產生的
D.X衰變中放出的射線電離能力最強
例1
√
原子核衰變的理解
總結提升
　放射性元素镎　　　　 是用人工的方法發現的，镎237不穩定，它經過一系列α衰變、β衰變后變成鉍 這些衰變是
A.7次α衰變和4次β衰變
B.4次α衰變和4次β衰變
C.7次α衰變和5次β衰變
D.6次α衰變和4次β衰變
例2
√
假設需經過x次α衰變，y次β衰變，根據電荷數和質量數守恒有93＝2x－y＋83,237＝4x＋209，解得x＝7，y＝4，故A正確，B、C、D錯誤。
1.衰變方程的書寫：衰變方程用“→”，而不用“＝”表示，因為衰變方程表示的是原子核的變化，而不是原子的變化。
2.衰變次數的判斷技巧
總結提升
根據電荷數守恒和質量數守恒可列方程：
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m。
(2)技巧：為了確定衰變次數，一般先由質量數的改變確定α衰變的次數(這是因為β衰變的次數多少對質量數沒有影響)，然后根據衰變規律確定β衰變的次數。
　(2022·鎮江市高二期末)在足夠大的勻強磁場中，靜止的鈉的同位素
發生衰變，沿與磁場垂直的方向釋放出一個粒子后，變為一個新核，新核與放出的粒子在磁場中運動的軌跡均為圓，如圖所示。下列說法正確的是
A.軌跡1是新核的徑跡
B.軌跡2是新核的徑跡
C.　　 發生的是α衰變
D.新核沿順時針方向旋轉
例3
√
設質量為m、電荷量為q的粒子在磁感應強度大小為B的勻強磁場中做速率為v、半徑為R的勻速圓周運動，則根據牛頓第二定律有qvB＝ 解得R
衰變過程動量守恒，系統初動量為零，
則根據反沖運動規律可知新核和放出的粒子動量大小相等，而新核的電荷量一定比粒子的電荷量大，所以新核的軌跡半徑較小，粒子的軌跡半徑較大，則軌跡1是放出的粒子的徑跡，軌跡2是新核的徑跡，故A錯誤，B正確；
因為新核帶正電，根據左手定則可以判定新核一定沿逆時針方向旋轉，所以放出的粒子一定沿順時針方向旋轉，則放出的粒子帶負電， 發生的是β衰變，故C、D錯誤。
二
半衰期
放射性同位素衰變的快慢有一定的規律。例如氡222經過α衰變成為釙218。如圖所示，橫坐標表示時間，縱坐標表示任意時刻氡的質量m與t＝0時的質量m0的比值。
通過觀察，你發現了什么規律？
答案　每過3.8 d就有一半的氡發生了衰變。
1.定義：放射性元素的原子核有 發生衰變所需的時間。
2.特點：
(1)不同的放射性元素，半衰期 ，甚至差別非常大。
(2)放射性元素衰變的快慢是由 決定的，跟原子所處的化學狀態和外部條件沒有關系。
3.適用條件：半衰期描述的是 ，不適用于少數原子核的衰變。
梳理與總結
半數
不同
核內部自身的因素
統計規律
4.衰變規律
N余＝ ，m余＝
式中N原、m0表示衰變前的原子數和質量，N余、m余表示衰變后的尚未發生衰變的原子數和質量，t表示衰變時間，T1/2表示半衰期。
1.放射性元素衰變有一定的速率。鐳226衰變為氡222的半衰期為1 620年，有人說：20 g鐳226經過1 620年有一半發生衰變，鐳226還有10 g，再經過1 620年另一半鐳226也發生了衰變，鐳226就沒有了。這種說法對嗎？為什么？
思考與討論
答案　不對。經過第二個1 620年后鐳226還剩5 g。
2.若有10個具有放射性的原子核，經過一個半衰期，則一定有5個原子核發生了衰變，這種說法是否正確，為什么？
答案　這種說法是錯誤的，因為半衰期描述的是大量放射性元素衰變的統計規律，不適用于少量原子核的衰變。
　(2023·鹽城市高二期中)下列關于放射性元素半衰期的幾種說法正確的是
A.半衰期是放射性元素的原子核全部衰變所需時間的一半
B.我們能預計數量很少的原子核衰變掉一半需要多少時間
C.同種放射性元素不論在化合物中還是單質中半衰期都一樣
D.氡的半衰期是3.8天，經過7.6天，有 的氡原子核發生了衰變
例4
√
半衰期是放射性元素的原子核有半數發生衰變所用的時間，A錯誤；
半衰期是對大量原子核做出的統計規律，對為數很少的原子核不適用，B錯誤；
半衰期反映的是原子核的特性，跟元素的化學狀態無關，C正確；
根據半衰期的概念可知，氡的半衰期是3.8天，經過7.6天，有 的氡原子核發生了衰變，D錯誤。
　碳14測年是考古中常用的一種測年法，碳14是放射性核，其半衰期是
5 730年，自然界中的碳14參與碳循環，生物體死亡后，立即停止與生物圈的碳交換，其碳14含量開始減少。通過測量樣品中殘留的碳14含量，就可以知道有機物死亡的時間。現有一份古生物化石，其中碳14在碳原子中所占的比例只是現代生物中的 則此化石形成距今的年數是
A.11 460年 B.17 190年
C.22 920年 D.28 650年
例5
√
由題意可知，古生物化石已經經過了4個半衰期，則此化石形成距今時間為t＝5 730×4年＝22 920年，故選C。
三
課時對點練
考點一　原子核的衰變
1.含有釷 元素的花崗巖會釋放出放射性氣體氡 從而放出α、
β、γ射線，下列說法正確的是
A.發生α衰變時，生成的原子核比原來的原子核少4個中子
B.β衰變所釋放的電子來自原子核的最外層
C.γ射線的穿透能力和電離能力均最強
D.α射線、β射線、γ射線都是從原子核內部釋放出來的
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
基礎對點練
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
發生α衰變時，生成的原子核比原來的原子核少兩個質子，4個核子，所以少2個中子，故A錯誤；
β衰變所釋放的電子來自原子核內部的一個中子轉化成一個質子的同時釋放出來的，故B錯誤；
γ射線電離能力最弱，但穿透能力最強，故C錯誤；
三種射線都是從原子核內部釋放出來的，故選D。
A.電子 B.質子
C.中子 D.正電子
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
C.衰變過程中共發生了7次α衰變和4次β衰變
D.衰變過程中共發生了4次α衰變和7次β衰變
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
由237－209＝4x,93－2x＋y＝83可得x＝7，y＝4，即衰變過程中共發生了7次α衰變和4次β衰變，選項C正確，D錯誤。
考點二　半衰期
5.下列說法正確的是
A.放射性元素的樣品不斷衰變，雖然剩下未衰變的原子核越來越少，但
元素的半衰期不變
B.放射性元素放在真空中衰變加快
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
D.溫度越高，放射性元素衰變越快
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
放射性元素的樣品不斷衰變，雖然剩下未衰變的原子核越來越少，但元素的半衰期不變，因為半衰期只與原子核自身性質有關，與外界因素無關，所以A正確，B、D錯誤；
6.(2022·山東卷)碘125衰變時產生γ射線，醫學上利用此特性可治療某些疾病。碘125的半衰期為60天，若將一定質量的碘125植入患者病灶組織，經過180天剩余碘125的質量為剛植入時的
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
7.(2022·蘇州市高二期中)醫學治療中常用放射性核素113In產生γ射線，而113In是由半衰期相對較長的113Sn衰變產生的。對于質量為m0的113Sn，經過時間t后剩余的113Sn質量為m，其 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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
T＝182.4 d－67.3 d＝115.1 d
故選C。
8.(2021·全國甲卷)如圖，一個原子核X經圖中所示的一系列α、β衰變后，生成穩定的原子核Y，在此過程中放射出電子的總個數為
A.6 B.8
C.10 D.14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
能力綜合練
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
由電荷數與質量數守恒可得
238＝206＋4a；92＝82＋2a－b
解得a＝8，b＝6，故放出6個電子，故選A。
9.(2023·鹽城市高二月考)科學家利用天然放射性的衰變規律，通過對目前發現的古老巖石中鈾含量來推算地球的年齡，鈾238的相對含量隨時間的變化規律如圖所示，下列說法正確的是
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
B.2 000個鈾核經過90億年，一定還有500個鈾核
未發生衰變
D.測得某巖石中現含有的鈾是巖石形成初期時的一半，可推算出地球的
年齡約為90億年
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
鈾238發生α衰變的方程為
半衰期是大量原子核衰變的統計規律，
對少數的原子核衰變不適應，選項B錯誤；
測得某巖石中現含有的鈾是巖石形成初期時的一半，即經過了一個半衰期，可推算出地球的年齡約為45億年，選項D錯誤。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
根據題意設半衰期為t0的元素原子核數為x，另一種元素原子核數為y，依題意有
x＋y＝N
在t＝4t0時，原子核數為x的元素經歷了4個半衰期，原子核數為y的元素經歷了2個半衰期，則此時未衰變的原子核總數為
11.(2023·南通市海門中學高二期中)在勻強磁場中，一個原來靜止的原子核，由于發生衰變而得到了一張兩個相切圓的徑跡照片(如圖所示)，今測得兩個相切圓半徑之比1∶93。則：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
答案　β衰變　小圓1　理由見詳解　
(1)試判斷發生的是什么衰變，并指出新核的軌跡是哪個？說明理由；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
由動量守恒可知新核和釋放的粒子動量大小相等，方向相反，取大圓和小圓切點分析，二者速度方向相反，洛倫茲力方向相同，說明二者帶異種電荷，可以判斷發生的是β衰變，由牛頓第二定律可得Bqv＝
新核和釋放的β粒子動量大小相等，由上式分析可知新核電荷量大，則軌道半徑小，故小圓1為新核的運動軌跡。
(2)這個原子核原來所含的質子數是多少？
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
答案　92
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
β粒子實質是電子，帶電荷量為e，由前面表達式可知電荷量和半徑成反比，則有
代入數值可得q1＝93q2＝93e
發生β衰變的實質是原子核里面的中子轉化成一個質子和電子，從而說明原來核所含的質子數為92。
12.(2022·南通市高二期末)靜止在勻強磁場中的某放射性元素的原子核發生衰變，放出的粒子速度方向與磁場方向垂直，粒子和新核的軌跡如圖所示。則
A.該放射性元素原子核發生的是β衰變
B.粒子和新核的速度之比等于粒子和新核的質量之比
C.粒子和新核的軌跡半徑之比等于新核和粒子的電荷
　量之比
D.粒子和新核運動的周期之比等于粒子和新核的比荷之比
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
尖子生選練
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
靜止的原子核發生α衰變時，粒子與新核的運動方向相反，根據左手定則可判斷出二者所受洛倫茲力方向恰好相反，即軌跡為外切圓，故A錯誤；
原子核發生衰變時，系統的動量守恒，即
粒子與新核的動量大小相等，方向相反，
即m粒子v粒子＝m新核v新核
可知，粒子和新核的速度之比等于新核和粒子的質量之比，故B錯誤；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
易知粒子和新核的軌跡半徑之比等于新核和
粒子的電荷量之比，故C正確；
易知粒子和新核運動的周期之比等于新核和粒子的比荷之比，故D錯誤。
BENKEJIESHU
本課結束(共58張PPT)
DIWUZHANG
第五章
4　核裂變與核聚變
學習目標
1.知道什么是核裂變、核聚變和鏈式反應，知道鏈式反應和核聚變的條件(重點)。
2.會書寫核裂變和核聚變方程，會利用質量虧損計算核裂變和核聚變產生的核能(重難點)。
3.了解核反應堆的工作原理，知道如何控制核反應的速度。
一、核裂變的發現
二、反應堆與核電站
三、核聚變
內容索引
課時對點練
一
核裂變的發現
1964年10月16日，中國第一顆原子彈在羅布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相當于1.8萬噸TNT炸藥。爆炸時安放原子彈的鋼塔全部熔化，在半徑400 m的范圍內，沙石都被燒成黃綠色的玻璃狀物質，半徑1 600 m范圍內所有動植物全部死亡。巨大的核能是從哪里來的？
答案　鈾核的裂變。
1.核裂變：鈾核在被 轟擊后分裂成兩塊質量差不多的碎塊，這類核反應定名為核裂變。
2.鈾核裂變
梳理與總結
中子
3.鏈式反應
中子轟擊重核發生裂變后，裂變釋放的中子繼續與其他重核發生反應，引起新的核裂變，使核裂變反應 繼續下去，這樣的過程叫作核裂變的鏈式反應。
一代接一代
4.臨界體積和臨界質量：核裂變物質能夠發生 反應的 體積叫作它的臨界體積，相應的質量叫作臨界質量。
5.核裂變的能量：重核裂變為中等質量的原子核、發生質量虧損，所以_____能量。
如果一個鈾235核裂變時釋放的能量按200 MeV估算，1 kg鈾235全部裂變時放出的能量就相當于 標準煤完全燃燒時釋放的化學能。
鏈式
最小
放出
2800 t
1.如圖所示為核裂變示意圖。
(1)重核裂變是一種天然現象嗎？
思考與討論
答案　重核裂變不能自發地進行，只能發生在人工控制的核反應中，所以重核裂變不是一種天然現象。
(2)只要有中子轟擊鈾塊就可以產生鏈式反應嗎？
答案　不是。有中子轟擊鈾塊且鈾塊的體積大于等于臨界體積，才會發生鏈式反應。
2.總結維持鏈式反應的條件。
答案　(1)鈾塊的體積大于等于臨界體積或鈾塊的質量大于等于臨界質量。
(2)有慢中子轟擊。
(3)有足夠濃度的鈾235。
　2020年11月27日0時41分，“華龍一號”福清核電站5號機組首次并網成功，標志著我國正式進入核電技術先進國家行列。“華龍一號”利用的是鈾核裂變釋放的核能，其裂變方程為　　　　　　　　　　　則下
列敘述正確的是
A.裂變后粒子的總核子數減少
B.X原子核中含有85個中子
C.裂變反應前后質量沒有變化
D.裂變后新核的平均結合能比鈾核的小
例1
√
核反應過程中，質量數守恒，所以裂變后粒子的總核子數不變，A錯誤；
設X原子核中有x個質子，質量數為y，則92＝x＋38，235＋1＝y＋95＋1×2，解得x＝54，y＝139，所以X原子核中含有中子數為y－x＝85，B正確；
裂變釋放核能，所以有質量虧損，C錯誤；
裂變釋放核能是因為新核的平均結合能比鈾核的大，D錯誤。
1.重核裂變是中子轟擊質量較大的原子核，使之分裂成中等質量的原子核，同時釋放大量的能量，放出更多的中子的過程。
2.重核的裂變是放能核反應，原因是核反應前后有質量虧損，根本原因是重核的平均結合能比中等質量的核的平均結合能小。所以在重核裂變為兩個中等質量核的過程中要釋放能量，而且釋放的能量遠大于它俘獲中子時得到的能量。
總結提升
　鈾核裂變的許多核反應中的其中一個是
例２
答案　200.6 MeV　
裂變反應的質量虧損為
Δm＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7) u＝0.215 3 u。
一個鈾235原子核裂變后釋放的能量為
ΔE＝0.215 3×931.5 MeV≈200.6 MeV。
(2)1 kg鈾235原子核發生上述裂變時能放出多少核能？這相當于完全燃燒多少煤釋放的能量？(煤的熱值為2.94×107 J/kg)
答案　5.14×1026 MeV　2 797.3 t
1 kg鈾235原子核中含原子核的個數為
1 kg鈾235原子核發生裂變時釋放的總能量
ΔEN＝N·ΔE＝2.56×1024×200.6 MeV≈5.14×1026 MeV。
設相當于完全燃燒的煤的質量為m，
有ΔEN＝qm，
二
反應堆與核電站
1.核電站：利用核能發電，它的核心設施是 ，它的主要組成部分：
反應堆
組成部分 材料 作用
裂變材料(核燃料) (濃縮鈾) 提供核燃料
減速劑(慢化劑) 、 或普通水(也叫輕水) 使裂變產生的快中子減速
控制棒 ______ 吸收中子，控制反應速度
熱交換器 或液態的_______ 傳輸熱量
防護層 厚 層 防止放射線泄漏，對人體及其他生物體造成傷害
鈾棒
石墨
重水
鎘棒
水
金屬鈉
水泥
2.工作原理
(1)核燃料發生 釋放能量，使反應區溫度升高。
(2)能量輸出：水或液態的金屬鈉等流體在反應堆內外 ，把反應堆內的 傳輸出去，用于 ，同時也使反應堆冷卻。
3.核污染的處理
在反應堆的外面需要修建很厚的 ，用來屏蔽裂變產物放出的各種射線。核廢料具有很強的 ，需要裝入特制的容器， 。
核裂變
循環流動
熱量
發電
水泥層
放射性
深埋地下
4.核電站發電的優點
(1)消耗的核燃料少。
(2)作為核燃料的鈾、釷等地球上可采儲量大，所能提供的能量大。
(3)對環境的污染比火力發電小。
　如圖為普通核反應堆的結構示意圖，通過鈾235鏈式反應實現核能的可控釋放。下列關于核反應堆工作中的說法正確的是
A.正常運行的反應堆，水泥防護層外能檢測
到大量α粒子
B.中子速度越快越容易發生鏈式反應
C.通過改變鎘棒的插入深度來控制反應速度
D.鈾核裂變時釋放能量的多少與生成物種類無關
例3
√
正常運行的核反應堆主要的輻射有γ輻射和中子輻射，所以水泥防護層外不可能檢測到大量α粒子，故A錯誤；
中子速度越快越不容易使鏈式反應發生，故B錯誤；
利用鎘棒對中子吸收能力強的特點，通過改變鎘棒的插入深度，從而改變中子的數量來控制反應速度，故C正確；
核裂變釋放的能量與反應前后質量虧損有關，鈾核裂變時會因生成物種類不同導致質量虧損不同，釋放能量不同，故D錯誤。
三
核聚變
1.定義：兩個 結合成質量較大的核，這樣的核反應叫作核聚變。
3.條件：使輕核的距離達到 m以內。
方法：需要加熱到很高的 ，因此核聚變又叫熱核反應。
4.宇宙中的核聚變：太陽能是太陽內部的氫核 成氦核釋放的 能。
5.人工熱核反應的應用——氫彈
原理：首先由化學炸藥引爆 ，再由 爆炸產生的高溫高壓引發熱核爆炸。
輕核
10－15
溫度
聚變
核
原子彈
原子彈
6.核聚變與核裂變的比較
(1)優點：①輕核聚變產能 ；②地球上核聚變燃料氘儲量 ，而氚可利用鋰來制取，足以滿足核聚變的需要；③輕核聚變更為安全、清潔。
(2)缺點：核聚變需要的溫度太 ，地球上沒有任何容器能夠經受如此高的溫度。
科學家提出的解決方案：①磁約束：利用磁場約束參加反應的物質，目前最好的一種磁約束裝置是 。
②慣性約束：聚變物質因自身的慣性，在極短時間內來不及擴散就完成了核反應，在慣性約束下，用高能量密度的 或X射線從各個方向照射參加反應物質，使它們“擠”在一起發生反應。
效率高
豐富
高
環流器
激光
為什么實現核聚變要使聚變的燃料加熱到幾百萬開爾文的高溫？
思考與討論
答案　輕核的聚變反應，是兩個輕核結合成質量較大的核，要使得核力發揮作用，必須使核子間的距離達到10－15 m以內；同時由于在此距離時原子核之間的庫侖斥力巨大，因而需要核子有很大的動能才能克服，表現在宏觀上就是核燃料需要達到極高的溫度。
　2021年5月28日，在中科院合肥物質科學研究院，有“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)創造新的世界紀錄，成功實現可重復的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行，向核聚變能源應用邁出重要一步。下列關于聚變的說法正確的是
A.任何兩個原子核都可以發生聚變
B.兩個輕核結合成質量較大的核，總質量較聚變前減小
C.兩個輕核結合成質量較大的核，核子的平均結合能減小
D.核聚變比核裂變更為安全、清潔，是目前利用核能的主要方式
例4
√
只有兩個質量較小的原子核才可以聚變成一個中等質量的原子核，并不是任何兩個原子核都可以發生聚變，A錯誤；
核聚變反應會放出大量的能量，根據質能方程可知反應會發生質量虧損，兩個輕核結合成質量較大的核，總質量較聚變前減小，平均結合能增大，B正確，C錯誤；
核聚變的最終產物是氦，無污染，而核裂變產生的固體核廢料具有放射性，因此核聚變更加清潔和安全，但是還不是目前利用核能的主要方式，D錯誤。
　兩個氘核結合成一個氦核，已知氘核質量為2.014 u，氦核質量為4.002 u。
(1)寫出相應的核反應方程；
例5
(2)求出1 kg氘完全結合成氦時可以釋放出的能量。已知：阿伏加德羅常數NA為6.0×1023 mol－1，氘核的摩爾質量為2 g/mol,1 u相當于931.5 MeV的能量(結果保留兩位有效數字)。
答案　3.6×1027 MeV
兩個氘核結合成一個氦核時釋放的能量為
ΔE＝(2×2.014 u－4.002 u)×931.5 MeV≈24.22 MeV
1 kg氘中含有的氘核數為
1 kg氘完全結合成氦時可以釋放出的能量為
四
課時對點練
考點一　重核的裂變及鏈式反應
1.關于重核的裂變，以下說法正確的是
A.核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量
B.中子從鈾塊中通過時，一定發生鏈式反應
C.重核裂變釋放出大量能量，產生明顯的質量虧損，所以核子數要減少
D.由于重核的核子平均質量大于中等質量核的核子平均質量，所以重核
裂變為中等質量的核時，要發生質量虧損，放出核能
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
基礎對點練
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
根據重核發生裂變的條件和裂變放能的原理分析可知，裂變時因鈾核俘獲中子發生核反應，是核能轉化為其他形式能的過程，其釋放的能量遠大于其俘獲中子時吸收的能量，鏈式反應是有條件的，即鈾塊的體積必須大于或等于其臨界體積，在裂變反應中核子數是不會減少的，故選D。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2.(2022·無錫市高二期中)請根據所學的物理知識猜想核潛艇中核反應方程式是
核潛艇中核反應為鏈式反應
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
3.核工廠將核原料(六氟化鈉)提煉成核反應材料(二氟化鈾)時出現操作失誤，工作人員在一個加工爐中投入16 kg的核原料，大大超過了規定標準，從而造成了核泄漏，這個標準是
A.臨界體積
B.臨界壓強
C.臨界溫度
D.由一定的溫度、體積和壓強共同確定
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
臨界體積是核反應技術中的重要參數。如果核原料(六氟化鈉)投入太多，提煉成核反應材料(二氟化鈾)，就會超過臨界體積，則可產生持續的鈾核反應，從而造成了核泄漏，A正確；
當鈾塊達不到其臨界體積時，一般情況下，即便壓強和溫度達到一定值時，也不會發生核反應，不會產生核泄漏，B、C、D錯誤。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
由核反應中的質量數守恒以及電荷數守恒可知x＝3，選項A錯誤；
根據愛因斯坦質能方程知，該反應釋放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，選項C正確；
考點二　反應堆與核電站
5.核反應堆是實現可控制的重核裂變鏈式反應的一種裝置，它的主要組成部分是
A.燃料、減速劑、冷卻系統和控制調節系統
B.燃料、減速劑、發熱系統和傳熱系統
C.燃料、調速劑、碰撞系統和熱系統
D.燃料、中子源、原子能聚存和輸送系統
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
核反應堆的主要部分包括①燃料，即濃縮鈾235；
②減速劑，采用石墨、重水或普通水；
③控制調節系統，用控制棒控制鏈式反應的速度；
④冷卻系統，水或液態金屬鈉等流體在反應堆內外循環流動，把反應堆的熱量傳輸出去，用于發電，故A正確，B、C、D錯誤。
6.核電站利用核能發電，它的核心設備是反應堆，下列說法正確的是
A.反應堆是用人工方法控制鏈式反應速度并獲得核能的裝置
B.目前核電站都是通過聚變反應來利用核能
C.控制棒的作用是使中子減速，從而控制鏈式反應的速度
D.通入反應堆中的水起冷卻作用和吸收中子的作用
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
核電站的反應堆是利用可控的核裂變反應釋放核能的裝置，故A正確；
核電站主要利用核裂變的可控鏈式反應來發電，故B錯誤；
控制棒的作用是控制中子數量，從而控制鏈式反應的速度，故C錯誤；
冷卻劑把反應堆核反應產生的熱量傳遞出去，同時使反應堆冷卻，沒有起吸收中子的作用，故D錯誤。
考點三　核聚變
7.2020年12月4日，我國自主設計建造的新一代“人造太陽”——中國環流器二號M裝置(HL－2M)在成都建成并實現首次放電，標志著中國核聚變發展獲得重大突破。關于核聚變和核能，下列說法正確的是
A.核聚變通常需要幾百萬開爾文以上的超高溫，又稱熱核反應
B.太陽輻射的能量來源于核聚變，核聚變又稱鏈式反應
C.一個氘核和一個氚核聚變的方程為：
D.核子平均質量越大，原子核越穩定
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
當物質的溫度達到幾百萬開爾文時，劇烈的熱運動使得一部分原子核具有足夠的動能，可以克服庫侖斥力，碰撞時接近到10－15 m而發生核聚變，因此，核聚變又叫熱核反應，故A正確；
太陽輻射的能量來源于核聚變，而鏈式反應發生在核裂變中，故B錯誤；
該方程不符合質量數守恒和電荷數守恒，故C錯誤；
原子核中核子平均質量越小，比結合能越大，原子核越穩定，故D錯誤。
A.X為質子
B.X為電子
C.反應前后的質量應滿足(m1＋m2)<(m3＋m4)
D.反應中釋放的核能為(m1＋m2－m3－m4)c2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
根據核反應的質量數和電荷數守恒可知，X的質量數為1，電荷數為0，則X為中子，選項A、B錯誤；
因反應放出核能，則反應有質量虧損，即反應前后的質量應滿足(m1＋m2)>(m3＋m4)，選項C錯誤；
該反應的質量虧損為Δm＝m1＋m2－m3－m4，反應中釋放的核能為E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，選項D正確。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A.40 kg B.100 kg
C.400 kg D.1 000 kg
√
能力綜合練
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A.從鈾核裂變的核反應方程看，“傳染系數”
為2
B.核反應堆中通過鎘棒吸收中子降低“傳染系數”
C.鏈式反應的臨界值對應的實際“傳染系數”為3
D.核反應堆中的實際“傳染系數”與鈾濃度無關
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
核反應遵循電荷數守恒及質量數守恒，可得R＝3，即從鈾核裂變的核反應方程看“傳染系數”為3，選項A錯誤；
核反應堆中通過鎘棒吸收中子，減少轟擊鈾核的中子數，最終起到降低實際“傳染系數”的作用，選項B正確；
在鏈式反應中，當實際“傳染系數”R≥1時，反應才能持續下去，當實際“傳染系數”R<1時，反應將趨于停滯，即R＝1是鏈式反應持續下去的臨界值，選項C錯誤；
核反應堆中可以通過調整鈾濃度來控制實際“傳染系數”，選項D錯誤。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
mU＝390.313 9×10－27 kg，mn＝1.674 9×10－27 kg；
mBa＝234.001 6×10－27 kg，mKr＝152.604 7×10－27 kg。
(1)試寫出核反應方程；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
(2)求出反應中釋放的核能；
答案　3.22×10－11 J
一個鈾核發生反應的質量虧損
Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝mU－mBa－mKr－2mn
＝390.313 9×10－27 kg－234.001 6×10－27 kg－152.604 7×10－27 kg－2×1.674 9×10－27 kg＝3.578×10－28 kg。
一個鈾核裂變釋放的能量為ΔE＝Δmc2＝3.578×10－28×(3×108)2 J
≈3.22×10－11 J
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
(3)我國第一座核電站——秦山核電站總裝機容量達到650萬千瓦，求秦山核電站一年需要消耗多少千克的裂變原料？
答案　2.48×103 kg
秦山核電站一年需要消耗的裂變原料的質量為
12.(2022·蘇州市高二期末)兩個氘核聚變產生一個中子和一個氦核(氦的同位素)，并釋放3.26 MeV的核能，請完成下列問題：
(1)寫出聚變方程式并計算質量虧損；(已知1u＝931.5 MeV)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
根據質量數守恒與電荷數守恒有
根據質能方程有ΔE＝Δm×931.5 MeV
解得Δm≈3.5×10－3u
(2)若反應前氘核的動能均為Ek0＝0.35 MeV，它們正面對撞發生核聚變，且反應后釋放的核能全部轉變為新核的動能，則反應產生的中子的動能為多大？
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
答案　2.97 MeV
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
氘核正面對撞過程，根據動量守恒定律有
mHvH－mHvH＝mnvn＋mHevHe
根據能量守恒定律有
BENKEJIESHU
本課結束(共64張PPT)
DIWUZHANG
第五章
3　核力與結合能
學習目標
1.知道核力的概念、特點和四種基本相互作用。
2.理解結合能和比結合能的概念(重點)。
3.知道原子核的質量虧損，并能應用質能方程進行相關的計算(重難點)。
內容索引
一、核力與四種基本相互作用
二、結合能
課時對點練
三、質量虧損
一
核力與四種基本相互作用
原子核是由中子和質子構成的(如圖)。在原子核那樣狹小的空間里，是什么力量把帶正電的質子緊緊地束縛在一起而不飛散開呢？
答案　質子之間還存在著核力作用。
1.核力：原子核中的 之間存在一種很強的相互作用，即存在一種______。核力具有飽和性，每個核子只跟相鄰核子發生核力作用，而不是與核內所有核子發生相互作用。
2.強相互作用的特點
(1)強相互作用是 力，作用范圍只有約 m。
(2)距離增大時，強相互作用急劇 。超過10－15 m，強相互作用不存在。
梳理與總結
核子
核力
短程
10－15
減小
3.弱相互作用
(1)弱相互作用是引起原子核 衰變的原因，即引起中子—質子轉變的原因。
(2)弱相互作用是 力，其力程只有 m。
4.四種基本相互作用
β
短程
10－18
更短
電磁力
萬有引力
為什么質量數較大的穩定原子核中的中子數多于質子數？
思考與討論
答案　質子之間除了核力外，還有正電荷之間的庫侖斥力，而中子和質子之間只有核力，沒有庫侖斥力。質量數較大的原子核中，中子數較多，可以緩解質子之間的庫侖斥力的影響，因此質量數較大、質子數相對較多的原子核中，就需要更多的中子來維持核的穩定，故在大而穩定的原子核中，中子數量多于質子。
(1)原子核中粒子所受的萬有引力和電磁力可以達到平衡。(　　)
(2)核力是強相互作用，在任何情況下都比庫侖力大。(　　)
(3)弱相互作用是引起原子核β衰變的原因。(　　)
(4)核力的作用范圍只有約10－15 m。(　　)
(5)核力本質上屬于電磁相互作用。(　　)
(6)中子和中子之間不會有核力作用。(　　)
√
×
×
√
×
×
　下列說法不正確的是
A.核力是短程力，作用范圍很小，只在鄰近核子間發生
B.核力可能是引力，也可能是斥力。核力把核子緊緊束縛在核內，形成
穩定的原子核，但又不會融合在一起
C.質子間、中子間、質子和中子之間都可能有核力
D.核力是一種弱相互作用力，在其作用范圍內，核力比庫侖力大得多
例1
√
核力作用的范圍在10－15 m區域內，只在鄰近核子間發生，是短程力，A正確；
核力可能表現為引力，也可能表現為斥力，B正確；
核力是核子之間的強相互作用力，C正確；
核力是一種強相互作用力，D錯誤。
二
結合能
1.結合能
原子核是 憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開，也需要 ，這就是原子核的結合能。
2.比結合能
原子核的結合能與 之比，叫作比結合能，也叫作 結合能。比結合能越大，原子核中核子結合得越 ，原子核越 。
核子
能量
核子數
平均
牢固
穩定
如圖所示是不同原子核的比結合能隨質量數變化的曲線。
(1)從圖中看出，中等質量的原子核與重核、輕核相比，比結合能有什么特點？
梳理與總結
答案　由曲線可以看出中等質量的原子核的平均結合能較大，原子核最穩定，輕核和重核的平均結合能都比中等質量的原子核平均結合能要小。
(2)比結合能較小的原子核轉化為比結合能較大的原子核時是吸收能量還是釋放能量？
答案　釋放能量。
　下列關于結合能和比結合能的說法中，正確的是
A.核子結合成原子核吸收的能量或把原子核拆解成核子放出的能量稱為
結合能
B.比結合能越大的原子核越穩定，因此它的結合能也一定越大
C.重核與中等大小的原子核相比較，重核的比結合能大
D.中等大小的原子核的結合能和比結合能均比輕核的大
例2
√
核子結合成原子核要放出能量，原子核拆解成核子要吸收能量，A選項錯誤；
比結合能越大的原子核越穩定，但結合能不一定大，B選項錯誤；
中等大小的原子核的比結合能比輕核、重核的大，且核子數比輕核多，因此它的結合能也比輕核大，C選項錯誤，D選項正確。
　(2022·無錫市高二期末)原子核的比結合能曲線如圖所示。根據該曲線，下列判斷正確的是
例3
√
三
質量虧損
1.質量虧損：原子核的質量 組成它的核子的質量之和的現象，叫質量虧損。
2.質能方程
(1)愛因斯坦狹義相對論認為，質量虧損Δm與釋放的核能ΔE之間的關系：___________。
(2)擴展：質量為m的物體，所蘊含的能量E＝ 。
小于
ΔE＝Δmc2
mc2
3.對質能方程E＝mc2的理解
(1)質能方程E＝mc2說明一定的質量總是跟一定的能量相聯系。具體地說，一定質量的物體所具有的總能量是一定的，E不是單指物體的動能、核能或其他哪一種能量，而是物體所具有的各種能量的總和。
(2)根據質能方程E＝mc2，物體的總能量與其質量成正比。物體質量增加，則總能量隨之增加；質量減少，總能量也隨之減少。
(3)根據質能方程ΔE＝Δmc2，核反應過程中發生的質量虧損，并不是消失了，減少的質量Δm在核子結合成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，總質量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給。
原子物理中常把碳12原子質量的 叫作“原子質量單位”，用1 u表示
(1 u＝1.660 5×10－27 kg)。
請根據E＝mc2證明：1 u相當于931.5 MeV的能量。已知光速c為2.997 9×
108 m/s，元電荷e為1.602 2×10－19 C。
思考與討論
答案　由愛因斯坦的質能方程得：
E＝mc2＝1 u×c2＝1.660 5×10－27×(2.997 9×108)2 J≈1.492 4×10－10 J。又因為1 eV＝1.602 2×10－19 J，則有E＝1.492 4×10－10 J≈931.5 MeV，所以1 u相當于931.5 MeV的能量。
(1)由E＝mc2可知，能量與質量之間存在著正比關系，可以用物體的質量作為它所蘊藏的能量的量度。(　　)
(2)因為在核反應中產生能量，有質量的轉化，所以系統只有質量數守恒，系統的總能量和總質量并不守恒。(　　)
√
×
　下列有關質能方程的說法中，正確的是
A.愛因斯坦質能方程反映了物體的質量就是能量，它們之間可以相互轉化
B.由E＝mc2可知，能量與質量之間存在著正比關系，可以用物體的質量
作為它所蘊藏的能量的量度
C.核反應中發生的“質量虧損”是消失的質量轉變為能量
D.因為在核反應中產生能量，有質量的轉化，所以系統只有質量數守恒、
系統的總能量和總質量并不守恒
例4
√
E＝mc2說明能量和質量之間存在著聯系，即能量與質量之間存在著正比關系，但并不說明能量和質量之間存在相互轉化的關系，故A項錯誤，B項正確；
核反應中發生的“質量虧損”并不是質量消失，實際上是由靜止的質量突變成運動的質量，并不是質量轉變成能量，故C項錯誤；
在核反應中，質量守恒，能量也守恒，在核反應前后只是能量的存在方式不同，總能量不變，只是物質由靜質量變成動質量，故D項錯誤.
　(2022·南通市高二期末)已知中子的質量mn＝1.674 9×10－27 kg，質子的質量mp＝1.672 6×10－27 kg，氚核 的質量mT＝5.011 4×10－27 kg，真空中的光速c＝3×108 m/s，求氚核的比結合能為多少焦耳？
例5
答案　3.3×10－13 J
由一個質子和兩個中子結合成氚核的質量虧損為Δm＝mp＋2mn－mT＝1.1×10－29 kg
放出的能量ΔE＝Δmc2＝9.9×10－13 J，則氚核的比結合能為E＝ ＝
3.3×10－13 J。
　(2023·南京市高二月考)花崗巖、磚砂、水泥等建筑材料是室內氡的最主要來源。人呼吸時，氡氣會隨氣體進入肺臟，氡衰變放出的α射線像小“炸彈”一樣攻擊肺細胞，使肺細胞受損，從而引發肺癌、白血病等。一靜止的氡核　 　發生一次α衰變生成新核釙(Po)，此過程動量守恒且釋放的能量全部轉化為α粒子和釙核的動能。已知m氡＝222.086 6u，mα＝4.002 6u，m釙＝218.076 6u,1u相當于931 MeV的能量。
(1)寫出上述核反應方程；
例6
(2)求上述核反應放出的能量ΔE；
答案　6.89 MeV
質量虧損Δm＝222.086 6u－4.002 6u－218.076 6u＝0.007 4u，
解得ΔE＝0.007 4×931 MeV≈6.89 MeV
(3)求α粒子的動能Ekα。
答案　6.77 MeV
設α粒子、釙核的動能分別為Ekα、Ek釙，動量分別為pα、p釙，由題知ΔE＝Ekα＋Ek釙，由動量守恒定律
解得Ekα≈6.77 MeV。
總結提升
核能的計算方法
1.根據核反應過程，計算核反應前和核反應后的質量虧損Δm。
2.根據愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2計算核能。
(1)若Δm的單位是千克，則需要將c＝3×108 m/s代入，計算得到的ΔE的單位為焦耳。
(2)若Δm的單位是原子質量單位u，則可用ΔE＝Δm×931.5 MeV計算，即用質量虧損的原子質量單位數乘以931.5 MeV。(1 u相當于931.5 MeV)
3.在無光子輻射的情況下，核反應中釋放的核能全部轉化為生成的新核和新粒子的動能。
四
課時對點練
考點一　核力
1.物理學上的四種基本相互作用是
A.引力相互作用、相互作用力、電磁力、強相互作用
B.重力、彈力、摩擦力、其他力
C.作用力、反作用力、電磁力、強相互作用
D.引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用、強相互作用
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
基礎對點練
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
到現在為止，物理學家們發現了四種基本的相互作用。它們是引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用。故A、B、C錯誤，D正確。
2.氦原子核由兩個質子與兩個中子組成，這兩個質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
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
核力是強相互作用，它能將核子束縛在原子核內，萬有引力最弱，研究核子間相互作用時萬有引力可以忽略，故選D。
考點二　結合能
3.關于原子核的結合能和比結合能，下列說法正確的是
A.組成原子核的核子越多，它的比結合能越大
B.比結合能越大，原子核越不穩定
C.比結合能小的原子核拆分成比結合能大的原子核時會釋放能量
D.一重原子核衰變成α粒子和另一原子核，衰變產物的結合能之和必小
于原來重核的結合能
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
組成原子核的核子越多，它的結合能越大，比結合能不一定大，A錯誤；
比結合能越大，原子核中的核子結合得越牢固，原子核越穩定，故B錯誤；
比結合能小的原子核拆分成比結合能大的原子核時，這個過程會釋放能量，故C正確；
一重原子核衰變成α粒子和另一原子核，要釋放能量，衰變產物的結合能之和一定大于原來重核的結合能，故D錯誤。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
核燃料在衰變過程中要釋放巨大能量，所以總是要
利用平均結合能小的核，才更容易實現，故B錯誤；
5.(2022·泰州市高二期末)核能具有高效、清潔等優點，利用核能是當今世界解決能源問題的一個重要方向。原子核的比結合能隨質量數變化的曲線如圖所示，根據該曲線判斷正確的是
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
考點三　質量虧損與質能方程
6.關于愛因斯坦提出的質能方程E＝mc2和ΔE＝Δmc2，下列說法不正確的是
A.E＝mc2表明物體具有的能量與其質量成正比
B.E＝mc2中的E是發生核反應時釋放的核能
C.根據ΔE＝Δmc2，可以計算核反應中釋放的核能
D.兩個質子和兩個中子結合成一個氦核時，釋放出核能，說明此過程中
出現了質量虧損
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
E＝mc2說明物體具有的能量與其質量成正比，所以A正確；
E＝mc2中的E是物體蘊含的能量，不是發生核反應時釋放的核能，所以B錯誤；
根據ΔE＝Δmc2，可以計算核反應中釋放的核能，所以C正確；
兩個質子和兩個中子結合成一個氦核時，釋放出核能，根據愛因斯坦的質能方程，說明此過程中出現了質量虧損，所以D正確。
7.(2023·全國乙卷)2022年10月，全球眾多天文設施觀測到迄今最亮伽馬射線暴，其中我國的“慧眼”衛星、“極目”空間望遠鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻。由觀測結果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內釋放的能量量級為1048 J。假設釋放的能量來自于物質質量的減少，則每秒鐘平均減少的質量量級為(光速為3×108 m/s)
A.1019 kg B.1024 kg
C.1029 kg D.1034 kg
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
能力綜合練
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
由上述核反應方程式可得質量虧損為Δm＝3m1－m2，故B錯誤；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
10.(2022·鎮江市高二期末)中子n、質子p、氘核D的質量分別為mn、mP、mD。現用光子能量為E的γ射線照射靜止氘核使之分解，反應的方程為
γ＋D→p＋n，若分解后中子、質子的動能可視為相等，則中子的動能是
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
因質量虧損放出的能量為
ΔE＝(mD－mp－mn)c2
設質子、中子的動能為Ek，根據能量守恒有
ΔE＋E＝2Ek
由以上兩式聯立可得
Ek＝ [(mD－mp－mn)c2＋E]
故A正確，B、C、D錯誤。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
由題圖可知，隨著原子質量數的增加，原子核的比結合能先增大后減小，故A錯誤；
12.用中子轟擊鋰核 發生核反應，產生氚核和α粒子并放出4.8 MeV的能量，e＝1.6×10－19 C，c＝3×108 m/s。
(1)寫出核反應方程式；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
(2)求上述反應中放出的能量對應的質量(保留2位有效數字)；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
答案　8.5×10－30 kg
根據ΔE＝Δmc2
上述反應中放出的能量對應的質量
(3)若中子與鋰核是以等大反向的動量相碰，則α粒子和氚核的動能之比是多少？
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
答案　3∶4
設m1、m2、v1、v2分別為α粒子、氚核的質量和速度，由動量守恒定律得
0＝m1v1＋m2v2
α粒子、氚核的動能之比
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
尖子生選練
(1)寫出衰變方程；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
由質量數守恒、電荷數守恒知衰變方程為
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
根據動量守恒定律可知α粒子和鈾核的動量大小相等，設為p，
且ΔE＝Δmc2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
因為想再次相遇，必然是在裂變的切點處，所以每個粒子運動的時間必須為整數周期，
兩粒子運動周期取最小公倍數，所以再次相遇的最短時間t＝117T0。
答案　117T0
BENKEJIESHU
本課結束(共56張PPT)
DIWUZHANG
第五章
1　原子核的組成
學習目標
1.知道什么是放射性、放射性元素及天然放射現象。
2.了解三種射線的本質，知道其特點(重難點)。
3.知道原子核的組成和同位素的概念，會正確書寫原子核符號(重點)。
內容索引
一、天然放射現象
二、射線的本質
課時對點練
三、原子核的組成
一
天然放射現象
1.1896年，物理學家 發現，鈾和含鈾的礦物能夠發出看不見的射線。
2.物質發出 的性質稱為放射性，具有 的元素稱為放射性元素，放射性元素自發地發出 的現象，叫作天然放射現象。
3.原子序數 83的元素，都能自發地發出射線，原子序數__________ 83的元素，有的也能發出射線。
貝克勒爾
射線
放射性
射線
大于
小于或等于
　下列現象中，說明原子核具有復雜結構的是
A.光電效應 B.α粒子的散射
C.天然放射現象 D.康普頓效應
例1
√
光電效應表明了光具有粒子性，故A錯誤；
α粒子的散射實驗表明原子具有核式結構，故B錯誤；
天然放射現象反映了原子核具有復雜的結構，故C正確；
康普頓效應說明光具有粒子性，光子和實物粒子一樣，具有能量和動量，故D錯誤。
二
射線的本質
α射線、β射線、γ射線在磁場中運動徑跡如圖，三種射線的帶電情況如何？
答案　α射線：在磁場中向左偏轉，由左手定則可判斷α粒子帶正電。
β射線：在磁場中向右偏轉，由左手定則可判斷β粒子帶負電。
γ射線：不偏轉，說明γ射線不帶電。
1.α射線：
(1)是高速 ，其組成與 原子核相同，符號為 帶電荷量為____，質量是氫原子的4倍。
(2)速度可以達到光速的____。
(3)電離作用 ，穿透能力 ，在空氣中只能前進 ，用一張紙就能把它擋住。
梳理與總結
α粒子流
氦
2e
強
較弱
幾厘米
2.β射線：
(1)是高速 ，符號為 ，帶電荷量為 。
(2)它的速度可接近光速。
(3)電離作用 ，穿透能力 ，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的 。
3.γ射線：
(1)是能量很高的 ，波長很短，波長在10－10 m以下。
(2)不帶電，靜止質量為0。
(3)電離作用 ，穿透能力 ，甚至能穿透幾厘米厚的 和幾十厘米厚的混凝土。
電子流
－e
較弱
較強
鋁板
電磁波
更弱
更強
鉛板
(1)放射性元素發出的射線可以直接觀察到。(　　)
(2)放射性元素發出的射線的強度可以人工控制。(　　)
(3)放射性元素的放射性都是自發的現象。(　　)
(4)α射線實際上就是氦原子核，α射線具有較強的穿透能力。(　　)
(5)β射線是高速電子流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板。(　　)
(6)γ射線是能量很高的電磁波，電離作用很強。(　　)
√
×
×
×
√
×
　(2022·常州市高二期中)天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實驗結果如圖所示，由此可推知
A.②來自于原子核外的電子
B.①的電離作用最強，是一種電磁波
C.③的電離作用較強，是一種電磁波
D.③的電離作用最弱，屬于原子核內釋放的光子
例2
√
因為γ射線的穿透本領最強，α射線的穿透本領最弱，由題圖可知①為α射線，②為β射線，③為γ射線；β射線的電子來自原子核內，選項A錯誤；
α射線電離作用最強，但它不是電磁波，選項B錯誤；
γ射線的電離作用最弱，屬于原子核內釋放的光子，是一種電磁波，選項C錯誤，D正確。
　如圖所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進入勻強電場和勻強磁場中，下列說法正確的是
A.②⑤表示γ射線，①④表示α射線
B.②⑤表示γ射線，③⑥表示α射線
C.③④表示α射線，①⑥表示β射線
D.①④表示β射線，③⑥表示α射線
例3
√
因α射線帶正電，β射線帶負電，γ射線不帶電，則由電場中的偏轉情況可知，③表示α射線，①表示β射線，②表示γ射線；根據左手定則，結合在磁場中的偏轉情況
可知，④表示α射線，⑥表示β射線，⑤表示γ射線。故選C。
三種射線在磁場中偏轉情況的分析
1.γ射線不論在電場還是磁場中，總是做勻速直線運動，不發生偏轉。
2.α射線和β射線在電場中偏轉的特點：在勻強電場中，α和β粒子沿相反方向做類平拋運動，且在同樣的條件下，β粒子的偏移量大。根據粒子在沿電場方向做初速度為零的勻加速直線運動，偏移量x可表示為：
所以，在同樣條件下β與α粒子偏移量之比為
總結提升
總結提升
三
原子核的組成
1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發現了質子，如圖所示為α粒子轟擊氮原子核示意圖。
(1)人們用α粒子轟擊多種原子核，都打出了質子，說明了什么問題？
答案　說明質子是原子核的組成部分。
(2)絕大多數原子核的質量數都大于其質子數，說明了什么問題？
答案　說明原子核中除了質子外還有其他粒子。
1.質子p：
(1)1919年，盧瑟福用 轟擊氮原子核發現了質子。
(2)質子帶 電，電荷量與一個 電荷量相等，質子的質量為mp＝1.672 621 898×10－27 kg。
2.中子n：
(1)盧瑟福猜想，原子核內可能還存在著一種質量與質子相同，但不帶電的粒子，稱為中子，查德威克通過實驗證實了中子的存在，中子是原子核的組成部分。
(2)中子的質量為mn＝1.674 927 471×10－27 kg。
梳理與總結
α粒子
正
電子
3.原子核的組成：原子核由 和 組成，質子和中子統稱為 。
4.原子核的符號
5.同位素：核中 相同而 不同的原子，在元素周期表中處于 ，它們互稱為同位素。例如，氫有三種同位素氕、氘、氚，符號分別是
質子
中子
核子
質子數
中子數
同一位置
　已知鐳的原子序數是88，原子核的質量數是226，試問：
(1)鐳核中質子數和中子數分別是多少？
例4
答案　88　138　
原子序數與核內質子數、核電荷數、中性原子的核外電子數都是相等的。原子核的質量數等于核內質子數與中子數之和，鐳核中的質子數等于原子序數，故質子數為88，中子數N等于原子核的質量數A與質子數Z之差，即：
N＝A－Z＝226－88＝138。
(2)鐳核的核電荷數和所帶的電荷量分別是多少？(e＝1.6×10－19 C)
答案　88　1.408×10－17 C　
鐳核的核電荷數和所帶的電荷量分別是：Z＝88，
Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C＝1.408×10－17 C。
(3)若鐳原子呈中性，它核外有幾個電子？
答案　88
核外電子數等于核電荷數，故核外電子數為88。
2.基本關系
(1)核電荷數＝質子數(Z)＝元素的原子序數＝核外電子數；
(2)質量數(A)＝核子數＝質子數＋中子數。
總結提升
　氫的三種同位素，分別是 下列說法正確的是
A.它們的質子數和核外電子數都相等
B.它們的質子數和中子數都相等
C.它們的核子數和中子數都相等
D.它們的中子數和核外電子數都相等
例5
√
具有相同質子數，不同中子數的同一元素的不同原子互為同位素。核外電子數和質子數相等，所以它們的質子數和核外電子數都相等，但是中子數不同，質子和中子統稱為核子，由于中子數不同，所以它們的核子數不相等，故選A。
總結提升
同位素的質子數相同，核外電子數也相同，所以有相同的化學性質，但中子數不同，所以物理性質不同。
四
課時對點練
考點一　天然放射現象　射線的本質
1.關于原子核內部的信息，最早來自天然放射現象。人們從破解天然放射現象入手，一步步揭開了原子核的秘密。下列說法正確的是
A.物理學家貝克勒爾發現了X射線
B.物理學家倫琴發現，鈾和含鈾的礦物能夠發出α射線
C.盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，發現了質子
D.居里夫婦通過實驗發現了中子
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
基礎對點練
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
物理學家貝克勒爾發現了鈾和含鈾的礦物能夠發出射線，A錯誤；
物理學家倫琴發現了倫琴射線，又叫X射線，B錯誤；
盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，發現了質子，并預言了中子的存在，C正確；
查德威克通過實驗發現了中子，D錯誤。
2.天然放射現象通常會放出三種射線，即α、β、γ射線，關于這三種射線，以下說法正確的是
A.α射線是高速氦核流，它具有較強的穿透能力
B.β射線是高速質子流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板
C.γ射線是能量很高的電磁波，在電場和磁場中都不偏轉
D.用β射線照射帶正電的驗電器，則驗電器的張角會變大
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
α粒子的電離本領大，穿透能力小，故A錯誤；
β射線是高速電子流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板，故B錯誤；
γ射線是能量很高的電磁波，因其不帶電，所以在電場和磁場中都不偏轉，故C正確；
β射線是高速電子流，用β射線照射帶正電的驗電器，與驗電器中的正電荷中和，則驗電器的張角會變小，故D錯誤。
3.放射性元素放出的射線，在電場中分成A、B、C三束，如圖所示，其中
A.C為氦原子核組成的粒子流
B.B為比X射線波長更長的光子流
C.B為比X射線波長更短的光子流
D.A為高速電子組成的電子流
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A沿電場線方向偏轉，應為帶正電的粒子組成的射線，所以是α射線；B在電場中不偏轉，所以是γ射線；C在電場中受到與電場方向相反的作用力，應為帶負電的粒子流，所以是β射線；γ射線的波長比X射線短，故本題選C。
考點二　原子核的組成
4.盧瑟福發現質子后，猜想原子核中還有中子的存在，他的主要依據是
A.原子核外電子數與質子數相等
B.原子核的質量大約是質子質量的整數倍
C.原子核的核電荷數只是質量數的一半或少一些
D.質子和中子的質量幾乎相等
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
當盧瑟福發現質子后，接著又發現原子核的核電荷數與原子核的質量數不相等，大約是原子核質量數的一半或者更少一些，因此猜想在原子核內還存在有質量且不帶電的中性粒子，故選C。
5.在元素周期表中查到鉛的原子序數為82，一個鉛原子質量數為207，下列說法正確的是
A.核外有82個電子，核內有207個質子
B.核內有82個電子、125個中子
C.核內有82個質子、207個中子
D.核內有82個質子、207個核子
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
鉛的原子序數為82，即一個鉛原子中有82個質子，由于原子是電中性的，則核外電子有82個。根據質量數(核子數)等于質子數與中子數之和可知，鉛原子核的中子數為207－82＝125個，故D正確，A、B、C錯誤。
6. 的一種同位素，下列說法正確的是
A.它們具有相同的質子數和不同的質量數
B.它們具有相同的中子數和不同的原子序數
C.它們具有相同的核電荷數和不同的質子數
D.它們具有相同的核外電子數和不同的化學性質
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
原子的核外電子數與核內質子數相等，而核外電子數決定了原子的化學性質，兩者質子數相等，則具有相同的核外電子數與化學性質，D錯誤。
7.下列說法正確的是
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
8.如圖所示，R是一種放射性物質，虛線框內是勻強磁場B，LL′是一厚紙板，MN是熒光屏，實驗時，發現在熒光屏O、P兩處有亮斑，則下列關于磁場方向、到達O點的射線、到達P點的射線的判斷，與實驗相符的是
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
能力綜合練
磁場方向 到達O點射線 到達P點射線
A 豎直向上 β射線 α射線
B 豎直向下 α射線 β射線
C 垂直線面向里 γ射線 β射線
D 垂直線面向外 β射線 γ射線
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
由三種射線的本質知，γ射線在磁場中不偏轉，O處亮斑為γ射線，能穿過厚紙板且在磁場中發生偏轉的射線為β射線，再根據偏轉方向，結合左手定則可知磁場方向垂直紙面向里，正確選項為C。
9.(2022·宿遷市高二月考)圖示是用來監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域，可以判斷工作人員受到何種輻射。當胸章上1 mm鋁片和3 mm鋁片下的照相底片被感光，而 5 mm鉛片下的照相底片未被感光時，則工作人員可能受到了輻射的射線是
A.α和β B.α和γ
C.β和γ D.α、β和γ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
α射線貫穿能力很差，用一張紙就能把它擋住。β射線貫穿本領較強，很容易穿透黑紙，也能穿透幾厘米厚的鋁板。γ貫穿本領更強，甚至能穿透
幾厘米厚的鉛板。由于本題目中射線能穿透1 mm和3 mm的鋁板，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，A正確。
D.互為鏡像核的兩個核質量數相同
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
互為鏡像核的質子數與中子數互換，質子數與中子數之和不變，所以互為鏡像核的兩個核質量數相同，故D項正確。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
11.下列表示某種元素的各同位素的質量數(A)、質子數(Z)和中子數(N)三者關系的圖像正確的是
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
各同位素的質子數相同，為一定值，同位素的質量數不同，故B正確，C錯誤。
同位素的質子數相同，中子數不同，質量數等于質子數加中子數，則有A＝N＋Z，且質子數不可能為零，即Z>0為常數，中子數可能為零，即N≥0，整理得N＝A－Z，A－N和N－A圖像應該在A軸上有截距，故A、D錯誤。
12.一天然放射性物質發出三種射線，經過方向如圖所示的勻強磁場、勻強電場共存的區域后射到足夠大的熒光屏上，熒光屏上只有a、b兩處出現亮斑，下列判斷中正確的是
A.射到b處的一定是α射線
B.射到b處的一定是β射線
C.射到b處的可能是γ射線
D.射到b處的可能是α射線
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
α射線帶正電，β射線帶負電，γ射線不帶電，γ射線不受靜電力和洛倫茲力，故射到b處的一定不是γ射線，C錯誤；
α射線和β射線在電場、磁場中受到靜電力和洛倫茲力，若α射線打在a點，則有Eqα＝Bqαvα，對β
射線vβ>vα，則Bqβvβ>Eqβ，此時β射線打到b點，若β射線打在a點，則Bqβvβ＝Eqβ，對α射線有Bqαvα13.如圖所示，x為未知放射源，它向右方放出射線，p為一張厚度為0.5 mm左右的薄鋁箔，鋁箔右側是一真空區域，內有較強磁場，q為熒光屏，h是觀察裝置。實驗時，若將磁場撤去，每分鐘觀察到熒光屏上的亮點數基本沒有變化，再將鋁箔移開，則每分鐘觀察到熒光屏上的亮點數明顯增加，則可知放射源x可能為
A.α射線和β射線的混合放射源
B.α射線和γ射線的混合放射源
C.β射線和γ射線的混合放射源
D.α射線、β射線和γ射線的混合放射源
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
將磁場撤去，每分鐘觀察到熒光屏上的亮點數基本沒有變化，說明磁場對穿過p的射線沒有影響，可知射到屏上的是不帶電的γ射線；再將厚0.5 mm左右的薄鋁箔移開，則每分鐘觀察
到熒光屏上的亮點數明顯增加，說明除接收到γ射線外，又收到了原來被薄鋁箔p擋住的射線，而厚度為0.5 mm左右的鋁箔能擋住的只有α射線，所以此放射源是α射線和γ射線的混合放射源，故選項B正確，A、C、D錯誤。
BENKEJIESHU
本課結束(共16張PPT)
DIWUZHANG
第五章
5　“基本”粒子
學習目標
1.了解粒子的發現史。
2.知道粒子的分類及特點(重點)。
3.了解夸克模型。
一、發現新粒子　粒子的分類
二、夸克與粒子物理標準模型
內容索引
一
發現新粒子　粒子的分類
1.“基本”粒子
(1)人們認為光子、電子、 和中子是組成物質的不可再分的最基本的粒子，把它們叫作“基本粒子”。
(2)隨著科學的發展，科學家們發現很多新粒子不能看作由質子、 、電子組成，并發現 、中子等本身也有自己的復雜的結構。
2.發現新粒子
(1)1932年發現了 ，1937年發現了μ子，1947年發現了K介子和π介子，后來發現了超子等。
(2)實驗中發現，存在著這樣一類粒子，它們的質量、壽命、自旋等物理性質與過去已經發現的粒子相同，而電荷等其他性質相反，這些粒子叫作 。
質子
中子
質子
正電子
反粒子
3.粒子的分類
(1)強子：是 (填“參與”或“不參與”)強相互作用的粒子。 和_____都是強子。
(2)輕子： (填“參與”或“不參與”)強相互作用。 、電子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已發現的輕子。
(3)規范玻色子：是 各種相互作用的粒子，如 、中間玻色子(W和Z玻色子)、膠子。
(4)希格斯玻色子：是希格斯場的量子激發。
參與
質子
中子
不參與
電子
傳遞
光子
　為了探究宇宙起源，科學家將利用阿爾法磁譜儀(AMS)在太空中尋找“反物質”，所謂“反物質”是由“反粒子”構成的。“反粒子”與其對應的正粒子具有相同的質量和相同的電荷量，但電荷的符號相反，則反氫原子是
A.由1個帶正電荷的質子和1個帶負荷的電子構成
B.由1個帶負電荷的反質子和1個帶正電荷的正電子構成
C.由1個帶負電荷的反質子和1個帶負電荷的電子構成
D.由1個不帶電荷的中子和1個帶正電荷的正電子構成
例1
√
反氫原子由1個帶負電荷的反質子和1個帶正電荷的正電子構成。故選B。
二
夸克與粒子物理標準模型
1.夸克、夸克模型：1964年，科學家蓋爾曼等人提出了夸克模型，認為強子由更基本的成分組成，這種成分叫作 。
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.意義：電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分數電荷。
4.粒子物理標準模型是一整套關于 的理論。其中， 、 、___________和 是組成物質的幾類最基本的粒子。
夸克
粒子
夸克
輕子
規范玻色子
希格斯玻色子
例2
下列說法正確的是
√
　質子和中子屬于強子，強子是由更基本的粒子——夸克組成。根據夸克模型，夸克有6種，它們是上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克。它們的帶電荷量分別為 電荷量e為元電荷。已知一個質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，一個中子由兩個下夸克和一個上夸克組成。則下列說法正確的是
例3
√
D.以上選項全部錯誤
　(2022·江蘇沛縣高二月考)太陽放出的大量中微子向地球飛來，但實驗測定的數目只有理論的三分之一，后來科學家發現中微子在向地球傳播過程中衰變成一個μ子和一個τ子。若在衰變過程中μ子的速度方向與中微子原來的方向一致，則τ子的運動方向
A.一定與μ子同方向
B.一定與μ子反方向
C.一定與μ子在同一直線上
D.不一定與μ子在同一直線上
例4
√
根據題中給出的信息，中微子在衰變過程中分裂為μ子和τ子，符合動量守恒定律，mv0＝mμvμ＋mτvτ，因此mτvτ＝mv0－mμvμ，當μ子與中微子速度方向相同時，則τ子運動方向與μ子運動方向只能是同向或反向，即在同一直線上，但由于不知道中微子和μ子的動量大小，因此具體方向無法判斷，所以A、B、D錯誤，C正確。
BENKEJIESHU
本課結束

展開更多......

收起↑