選修3-5第3章第1節(jié)原子核結構的探索

1、第十二章第十二章B B節(jié)節(jié) 物質的放射性及其應用物質的放射性及其應用原子核結構的探索（一）原子核結構的探索（一）一、天然放射現(xiàn)象一、天然放射現(xiàn)象2）1896年，法國物理學家年，法國物理學家貝可勒爾貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了天然放射天然放射現(xiàn)象現(xiàn)象，揭開了人們研究揭開了人們研究原子核結構原子核結構的序幕。的序幕。3）居里夫婦居里夫婦發(fā)現(xiàn)了放射性更強的新元素發(fā)現(xiàn)了放射性更強的新元素釙釙和和鐳鐳。4）1903年，年，貝克勒耳貝克勒耳和和居里夫婦居里夫婦一起獲得一起獲得諾貝爾物諾貝爾物理學獎。理學獎。1）天然放射現(xiàn)象：）天然放射現(xiàn)象：原子核原子核自發(fā)自發(fā)放出射線的現(xiàn)象，這種放出射線的現(xiàn)象，這種性質稱為性質稱

2、為放射性放射性，具有放射性的元素稱為，具有放射性的元素稱為放射性元素放射性元素。二、放射線的性質二、放射線的性質1、三種射線：、三種射線：射線、射線、射線、射線、射線。射線。實驗示意圖：實驗示意圖：下部是一個鉛盒，把微下部是一個鉛盒，把微量的放射源放在其底部，由于射線不量的放射源放在其底部，由于射線不能穿透很厚的鉛板，所以只能沿鉛盒能穿透很厚的鉛板，所以只能沿鉛盒上方的小孔向外射出，整個裝置放在上方的小孔向外射出，整個裝置放在電場中電場中.實驗分析：實驗分析：1）照相底片上發(fā)現(xiàn)三個暗斑照相底片上發(fā)現(xiàn)三個暗斑,這說明在電場的作用下，射線分成了這說明在電場的作用下，射線分成了三束，其中的一束沿原來

3、的方向前進，另外兩束向相反方向偏轉，三束，其中的一束沿原來的方向前進，另外兩束向相反方向偏轉，表明了這兩束射線是由帶電粒子組成的，電荷的符號相反，無偏轉表明了這兩束射線是由帶電粒子組成的，電荷的符號相反，無偏轉的射線是電中性的的射線是電中性的2）由三個暗斑的位置可知，帶正電的射線偏轉較小，帶負電的射由三個暗斑的位置可知，帶正電的射線偏轉較小，帶負電的射線偏轉較大人們把帶正電的射線叫線偏轉較大人們把帶正電的射線叫射線射線，把帶負電的射線叫，把帶負電的射線叫射射線線，把無偏轉（即不帶電）的射線叫，把無偏轉（即不帶電）的射線叫射線射線說明：說明：1、貫穿本領與速度有關。、貫穿本領與速度有關。2、電離

4、作用與電量有關。、電離作用與電量有關。3、在電場與磁場中的偏折情況與加速度（即質量和電、在電場與磁場中的偏折情況與加速度（即質量和電量）有關。量）有關。2 2、三種射線的成分和性質、三種射線的成分和性質He42射線種類射線種類組成組成速度速度貫穿本領貫穿本領電離作用電離作用射線射線射線射線 高速氦核流高速氦核流高速電子流高速電子流頻率很高的頻率很高的光子流光子流很小一張薄很小一張薄紙就能擋住紙就能擋住很大能穿過幾很大能穿過幾毫米厚的鋁板毫米厚的鋁板最大能穿過幾最大能穿過幾毫米厚的鉛板毫米厚的鉛板射線射線 約約接近接近等于等于很強很強很小很小較弱較弱 e01 CC101C 粒子是粒子是粒子是粒子

5、是偏折偏折偏折偏折較大較大不偏折不偏折有偏有偏折折名稱構成電量（e）質量(u)射出速度電離能力貫穿本領氦核+240.1c最強最弱電子-11/18361/18360.99c 較強較強光子00c最弱最強射線高速的粒子流，粒子是氦原子核，速度 約為光速1/10，貫穿能力最弱，電離能力最強。射線射線高速的電子流，高速的電子流，粒子是速度接近光速的粒子是速度接近光速的負電子，貫穿能力稍強，電離能力稍弱。負電子，貫穿能力稍強，電離能力稍弱。 射線射線能量很高的電磁波，能量很高的電磁波，粒子是波長極短的粒子是波長極短的 光子光子, 貫穿能力最強貫穿能力最強,電離能力最弱。電離能力最弱。4、三種射線的來源：、

6、三種射線的來源：粒子是核內(nèi)兩個質子和兩個中子抱成團一起射出。粒子是核內(nèi)兩個質子和兩個中子抱成團一起射出。粒子是原子核內(nèi)的中子轉化成質子時放出的。粒子是原子核內(nèi)的中子轉化成質子時放出的。射線經(jīng)常是伴隨射線經(jīng)常是伴隨射線和射線和射線產(chǎn)生的。射線產(chǎn)生的。11410222eHnH110011nHe射線射線射線請根據(jù)洛倫茲力的知識來判斷這三束各是什么射線請根據(jù)洛倫茲力的知識來判斷這三束各是什么射線?三、放射性元素的衰變?nèi)⒎派湫栽氐乃プ?3、原子核的表示：、原子核的表示：原子核常用符號原子核常用符號 來表示，來表示，X是元素符號，是元素符號，Z為原子核的原子序數(shù)，也叫核為原子核的原子序數(shù)，也叫核電荷數(shù)

7、，電荷數(shù)，A為原子核的質量數(shù)。為原子核的質量數(shù)。XAZ例如：例如： 表示碳核的原子序數(shù)為表示碳核的原子序數(shù)為6，質量數(shù)為，質量數(shù)為12，有，有時也可用時也可用 來表示或寫成來表示或寫成C12（碳（碳12）。）。 C126C121、原子核的衰變：、原子核的衰變：原子核由于自發(fā)的放出某原子核由于自發(fā)的放出某種射線而轉變?yōu)樾碌脑雍说淖兓?。種射線而轉變?yōu)樾碌脑雍说淖兓?、原子序數(shù)大于、原子序數(shù)大于83的所有元素都具有天然放射性；的所有元素都具有天然放射性；原子序數(shù)小于原子序數(shù)小于83的元素有的也具有放射性。的元素有的也具有放射性。1）衰變：衰變：原子核放出原子核放出粒子粒子的衰變。的衰變。3、三

8、種衰變、三種衰變例如：鈾例如：鈾238核放出一個核放出一個粒子后成為新核釷粒子后成為新核釷234核反應規(guī)律：核反應規(guī)律：原子核衰變前后的電荷數(shù)原子核衰變前后的電荷數(shù)和和質量數(shù)都守恒質量數(shù)都守恒.HeThU422349023892 衰變規(guī)律：衰變規(guī)律： 衰變后，新生成的核比原來的核質量數(shù)減少衰變后，新生成的核比原來的核質量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少電荷數(shù)減少2，即新核在元素周期表中位置比原來核的位置向，即新核在元素周期表中位置比原來核的位置向前移兩位其規(guī)律可以用通式表示：前移兩位其規(guī)律可以用通式表示：其中其中X表示原來的原子核，表示原來的原子核，Y為新生成的原子核為新生成的原子核YHeXAZAZ424

9、2 衰變衰變:2）衰變：衰變：原子核放出原子核放出粒子粒子的衰變。的衰變。衰變規(guī)律：衰變規(guī)律：衰變后，新生成的核與原來的核質量數(shù)相衰變后，新生成的核與原來的核質量數(shù)相同，電荷數(shù)增加同，電荷數(shù)增加1，即新核在元素周期表中位置比原來核，即新核在元素周期表中位置比原來核的位置向后移了一位其規(guī)律可以用通式表示：的位置向后移了一位其規(guī)律可以用通式表示：YeXAZAZ101 衰變衰變:ePaTh012349123490 Th23490例如：釷核例如：釷核也具有放射性，也具有放射性，Pa23491能放出能放出粒子，變成鏷核粒子，變成鏷核注意：注意：當某一塊放射性物質連續(xù)發(fā)生衰變時，當某一塊放射性物質連續(xù)發(fā)生

10、衰變時，有的原子核發(fā)生有的原子核發(fā)生衰變，有的發(fā)生衰變，有的發(fā)生衰變，衰變，同時伴隨有同時伴隨有輻射，這時在放射線中就會輻射，這時在放射線中就會同時有同時有、和和三種射線三種射線3）衰變：衰變：放射性的原子核在發(fā)生放射性的原子核在發(fā)生衰變或衰變或衰衰變后，新的原子核往往具有過多的能量，這時變后，新的原子核往往具有過多的能量，這時它就會輻射出它就會輻射出射線射線。因此，。因此，射線是伴隨射線是伴隨射線射線或或射線產(chǎn)生的。射線產(chǎn)生的。原子核發(fā)生衰變時，衰變前后的原子核發(fā)生衰變時，衰變前后的電荷數(shù)和質量數(shù)電荷數(shù)和質量數(shù)都守恒都守恒 衰變：衰變： 衰變：衰變： HeYXAZAZ4242eYXAZAZ0

11、11說明：說明：1. 1. 中間用單箭頭，不用等號；中間用單箭頭，不用等號；2. 2. 是質量數(shù)守恒，不是質量守恒是質量數(shù)守恒，不是質量守恒; ;3. 3. 方程及生成物要以實驗為基礎，不能杜撰。方程及生成物要以實驗為基礎，不能杜撰。3 3規(guī)律：規(guī)律：衰衰變變方方程程例例1：配平下列衰變方程：配平下列衰變方程：)()( Pa 23491234902349023892ThThU例題例題eHe0142,:答案答案答案:四、半衰期四、半衰期1）定義：）定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，稱為半衰期。的時間，稱為半衰期。 2）計算：）計算：用用T來表示

12、某種放射性元素的來表示某種放射性元素的半衰期半衰期，n為半衰期的個數(shù)為半衰期的個數(shù)原剩NNn21Ttn 公式公式1：N原原為為衰變前衰變前的的原子核的個數(shù)原子核的個數(shù)， N剩剩為為經(jīng)過經(jīng)過時間時間 t 后后剩下的剩下的未衰未衰變變的的原子核的個數(shù)原子核的個數(shù)例如：例如：氡氡222經(jīng)過經(jīng)過衰變變?yōu)獒曀プ冏優(yōu)獒?18，大約每過，大約每過3.8天，就有一半天，就有一半的氡發(fā)生了衰變也就是說，經(jīng)過第一個的氡發(fā)生了衰變也就是說，經(jīng)過第一個3.8天以后，剩有一半天以后，剩有一半的氡，經(jīng)過第二個的氡，經(jīng)過第二個3.8天以后，剩有四分之一的氡，再經(jīng)過天以后，剩有四分之一的氡，再經(jīng)過3.8天以后，就只剩有八分之

13、一的氡了天以后，就只剩有八分之一的氡了原剩M21nMTtn 公式公式2：另一種表達式：另一種表達式：因為物質的質量與原子核的數(shù)量成正因為物質的質量與原子核的數(shù)量成正比，所以有比，所以有M原原為為衰變前衰變前的的物質的物質的質量質量， M剩剩為為經(jīng)過經(jīng)過時間時間 t 后后剩下的剩下的物質的質量物質的質量3）注意：）注意：a.不要把半衰期錯誤理解為原子核全部衰變所需時間的一不要把半衰期錯誤理解為原子核全部衰變所需時間的一半，也不是質量或原子減少一半所需的時間。半，也不是質量或原子減少一半所需的時間。b.半衰期是衰變過程中的一種統(tǒng)計規(guī)律，當放射性元素的半衰期是衰變過程中的一種統(tǒng)計規(guī)律，當放射性元素的

14、原子核數(shù)目極少時，再討論半衰期就沒有意義了。原子核數(shù)目極少時，再討論半衰期就沒有意義了。c.半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟原子所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)無關原子所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)無關2、衰變規(guī)律：m0:放射性元素的原有質量；m：經(jīng)過n個半衰期的時間后剩余的放射性元素的質量，則有 3、決定半衰期的因素： 由原子核內(nèi)部的因素決定，只與元素的種類有關，跟元素所處的物理或化學狀態(tài)無關。大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律。TtNN)21(0Ttmm)21(0 6.25g； 1.25g； 0.625g； 2.5g是多長？是多長？2.1.例題例題答

15、案：答案：2小時。小時。答案：答案：3五、探測射線的方法五、探測射線的方法 1、用云霧室觀察射線的徑跡：、用云霧室觀察射線的徑跡：P2 實驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象：1）射線射線的的徑跡直而粗徑跡直而粗。2）射線射線的的徑跡比較細而彎曲徑跡比較細而彎曲。3）射線射線能產(chǎn)生一些能產(chǎn)生一些細碎的霧跡細碎的霧跡。2 2、用放射性傳感器探測、用放射性傳感器探測射線：射線：P50 P50 1）蓋革一米勒計數(shù)器）蓋革一米勒計數(shù)器2）半導體探測器）半導體探測器四、放射性的應用四、放射性的應用 2）放射性同位素作為示蹤原子）放射性同位素作為示蹤原子 射線探傷射線探傷：利用利用射線對金屬工件進行透視，射線對金屬工件進行透

16、視，檢驗其內(nèi)部是否有砂眼或裂紋；檢驗其內(nèi)部是否有砂眼或裂紋；培育優(yōu)育品種：培育優(yōu)育品種：利用射線可以使生物體內(nèi)的利用射線可以使生物體內(nèi)的DNA發(fā)生突變而使種子發(fā)生變異。發(fā)生突變而使種子發(fā)生變異。醫(yī)學醫(yī)學“放療放療”：利用射線對癌細胞的殺傷作用。利用射線對癌細胞的殺傷作用。消除靜電：消除靜電：利用利用射線很強的電離作用，可以消射線很強的電離作用，可以消除機器在運行中因摩擦而產(chǎn)生的有害靜電除機器在運行中因摩擦而產(chǎn)生的有害靜電1、利用射線的貫穿本領或電離作用、利用射線的貫穿本領或電離作用 用含有放射性的肥料研究農(nóng)作物對肥料的吸收作用用含有放射性的肥料研究農(nóng)作物對肥料的吸收作用 檢查地下輸油管道破損漏

17、油的位置檢查地下輸油管道破損漏油的位置3、考古中的應用（碳、考古中的應用（碳14） 過量過量射照射人體，會殺傷正常細胞，產(chǎn)生白射照射人體，會殺傷正常細胞，產(chǎn)生白血病導致死亡；會使孕婦產(chǎn)生畸形怪胎血病導致死亡；會使孕婦產(chǎn)生畸形怪胎 半衰期很長的放射性元素，有的長達幾萬甚半衰期很長的放射性元素，有的長達幾萬甚至上億年，若受到這些元素的放射性污染，至上億年，若受到這些元素的放射性污染，將對環(huán)境產(chǎn)生長期影響。將對環(huán)境產(chǎn)生長期影響。例如：例如：1945年美國向日本長崎和廣島投放的原年美國向日本長崎和廣島投放的原子彈；子彈； 1987年前蘇聯(lián)切爾諾貝利核泄漏事故。年前蘇聯(lián)切爾諾貝利核泄漏事故。 生活中首先

18、要對可能有放射性的物質，要生活中首先要對可能有放射性的物質，要有防范意識，其次要盡可能遠離放射源。有防范意識，其次要盡可能遠離放射源。 從事與放射性有關的工作，一定要遵守操從事與放射性有關的工作，一定要遵守操作規(guī)程，做好防護措施作規(guī)程，做好防護措施 放射源要放在專門的很厚的鉛盒內(nèi)，嚴格放射源要放在專門的很厚的鉛盒內(nèi)，嚴格保管。保管。通用的防輻射的警戒標志通用的防輻射的警戒標志幾種探測放射性的方法比較幾種探測放射性的方法比較五、輻射的防范五、輻射的防范: : 暴露在過量輻射中的普遍暴露在過量輻射中的普遍癥狀是惡心、嘔吐等，皮膚上會癥狀是惡心、嘔吐等，皮膚上會出現(xiàn)潰爛。一旦沾上放射性物質出現(xiàn)潰爛。

19、一旦沾上放射性物質后要用肥皂和大量清水徹底沖洗后要用肥皂和大量清水徹底沖洗整個身體，并立即尋求醫(yī)治。整個身體，并立即尋求醫(yī)治。下列材料可使放射性輻射下列材料可使放射性輻射的穿透力減低一半。的穿透力減低一半。材料材料鋼鐵鋼鐵混凝土混凝土磚磚土壤土壤木材木材雪雪厚度厚度d/m0.210.660.601.002.606.00通用的防輻射的警戒標志通用的防輻射的警戒標志第第3 3課時課時 放射性元素的衰變放射性元素的衰變 核能核能考點自清考點自清一、天然放射現(xiàn)象一、天然放射現(xiàn)象1.1.放射性元素放射性元素 發(fā)出射線的現(xiàn)象發(fā)出射線的現(xiàn)象, ,叫做天然叫做天然 放射現(xiàn)象放射現(xiàn)象,1896,1896年由法國

20、物理學家年由法國物理學家 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn). .2.2.放射性說明原子核內(nèi)部是有結構的放射性說明原子核內(nèi)部是有結構的 (1)1919(1)1919年年, ,盧瑟福用盧瑟福用粒子轟擊氮原子核粒子轟擊氮原子核, ,發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 了了 , ,并猜想原子核內(nèi)還存在并猜想原子核內(nèi)還存在 ,1932,1932年年, , 他的學生查德威克通過實驗證實了他的學生查德威克通過實驗證實了 的存在的存在. . (2) (2)原子核是由質子和中子組成的原子核是由質子和中子組成的. .常用符號常用符號 X X 表示表示,X,X為元素符號為元素符號,A,A表示核的表示核的 ,Z,Z表示核表示核 的的 . .自發(fā)地自發(fā)地貝克勒爾貝克勒

21、爾質子質子中子中子中子中子質量數(shù)質量數(shù)電荷數(shù)電荷數(shù)AZ二、原子核的衰變二、原子核的衰變1.1.原子核放出原子核放出粒子或粒子或粒子粒子, ,變成另一種原子核變成另一種原子核 的變化稱為原子核的衰變的變化稱為原子核的衰變. .2.2.分類分類 衰變衰變: : 衰變衰變: :3.3.半衰期半衰期: :放射性元素的原子核有放射性元素的原子核有 發(fā)生衰變發(fā)生衰變 所需的時間所需的時間. .半衰期由半衰期由 的因素決定的因素決定, , 跟原子所處的跟原子所處的 無關無關. .HeYX4242AZAZ半數(shù)半數(shù)核內(nèi)部本身核內(nèi)部本身物理或化學狀態(tài)物理或化學狀態(tài)eYX011AZAZ三、放射性同位素及應用三、放射

22、性同位素及應用1.1.同位素同位素 具有相同具有相同 而而 不同的原子核不同的原子核, ,在元在元 素周期表中處于同一位置素周期表中處于同一位置, ,互稱互稱 . . 有些同位素具有放射性有些同位素具有放射性, ,叫做放射性同位素叫做放射性同位素. .天天 然放射性同位素不過四十多種然放射性同位素不過四十多種, ,而人工制造的放而人工制造的放 射性同位素已達射性同位素已達1 0001 000多種多種. .2.2.放射性同位素的應用放射性同位素的應用 (1)(1)放射性同位素放出的射線應用于工業(yè)、探放射性同位素放出的射線應用于工業(yè)、探 傷、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等傷、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等. . (2) (2)作示蹤

23、原子作示蹤原子. .質子數(shù)質子數(shù)中子數(shù)中子數(shù)同位素同位素四、核力與核能四、核力與核能1.1.核力核力: :組成原子核的核子之間有很強的相互作用組成原子核的核子之間有很強的相互作用 力力, ,使核子能克服庫侖力而緊密地結合在一起使核子能克服庫侖力而緊密地結合在一起, , 這種力稱為核力這種力稱為核力. .其特點為其特點為: : (1) (1)核力是強相互作用的一種表現(xiàn)核力是強相互作用的一種表現(xiàn), ,在原子核的在原子核的 尺度內(nèi)尺度內(nèi), ,核力比庫侖力大得多核力比庫侖力大得多. . (2) (2)核力是短程力核力是短程力, ,作用范圍在作用范圍在1.51.51010-15 -15 m m之內(nèi)之內(nèi).

24、 . (3) (3)每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用, ,這這 種性質稱為核力的飽和性種性質稱為核力的飽和性. .2.2.原子核是核子結合在一起構成的原子核是核子結合在一起構成的, ,要把它們分開要把它們分開, , 需要能量需要能量, ,這就是原子核的這就是原子核的 . .3.3.質量虧損質量虧損: :原子核的質量小于組成它的核子的質原子核的質量小于組成它的核子的質 量之和量之和, ,這個現(xiàn)象叫做質量虧損這個現(xiàn)象叫做質量虧損. .4.4.愛因斯坦質能方程為愛因斯坦質能方程為 , ,若核反應中的質量若核反應中的質量 虧損為虧損為m m, ,釋放的核能釋放的核能

25、E E= = . .結合能結合能E E= =mcmc2 2mcmc2 2 特別提示特別提示 (1)(1)根據(jù)根據(jù)E E=mcmc2 2計算核能時計算核能時, ,質量虧損質量虧損m m是是 質量不是質量數(shù)質量不是質量數(shù), ,其單位是其單位是“kg”,kg”,c c的單位是的單位是 “ “m/s”,m/s”,E E的單位是的單位是“J”.J”. (2) (2)根據(jù)根據(jù)E E=m m931.5 MeV931.5 MeV計算核能時計算核能時. .因一因一 原子質量單位原子質量單位(u)(u)相當于相當于931.5 MeV931.5 MeV的能量的能量, ,所以所以 計 算 時計 算 時 m m 的 單

26、 位 是的 單 位 是 “ u ” , u ” , E E 的 單 位 是的 單 位 是 “ “MeVMeV”.”.五、重核的裂變與輕核的聚變五、重核的裂變與輕核的聚變1.1.裂變裂變: :重核分裂成質量較小的核的反應重核分裂成質量較小的核的反應. .如如: :2.2.聚變聚變: :輕核結合成質量較大的核的反應輕核結合成質量較大的核的反應. .如如: :3.3.重核裂變和輕核聚變過程中都釋放出重核裂變和輕核聚變過程中都釋放出 . .核能核能. n10SrXenU109038136541029392. nHeHH10423121熱點聚焦熱點聚焦熱點一熱點一 三種射線的比較三種射線的比較種類種類射

27、線射線射線射線射線射線組成組成高速氦核流高速氦核流高速電子高速電子流流光子流光子流( (高高頻電磁波頻電磁波) )帶電量帶電量2e2e-e-e0 0質量質量4m4mp p靜止質量靜止質量為零為零符號符號速度速度0.10.1c c0.990.99c cc c8401pmHe42He01在電磁場中在電磁場中偏轉偏轉偏轉偏轉不偏轉不偏轉貫穿本領貫穿本領最弱最弱較強較強最強最強貫穿實例貫穿實例用紙能用紙能擋住擋住穿透幾毫穿透幾毫米的鋁板米的鋁板穿透幾厘米穿透幾厘米的鉛板的鉛板對空氣的對空氣的電離作用電離作用很強很強較弱較弱很弱很弱在空氣中在空氣中的徑跡的徑跡粗、粗、短、直短、直細、長、細、長、曲折曲折

28、最長最長能使能使膠片膠片感光感光感光感光感光感光產(chǎn)生產(chǎn)生機制機制核內(nèi)兩個核內(nèi)兩個中子和兩中子和兩個質子結個質子結合得比較合得比較緊密緊密, ,有有時會作為時會作為一個整體一個整體從原子核從原子核拋射出來拋射出來核內(nèi)的中子核內(nèi)的中子可以轉化為可以轉化為一個質子和一個質子和一個電子一個電子, ,產(chǎn)生的電子產(chǎn)生的電子從核中發(fā)射從核中發(fā)射出來出來放射性原子核在放射性原子核在發(fā)生發(fā)生衰變、衰變、衰變后產(chǎn)生的新衰變后產(chǎn)生的新核如果處于高能核如果處于高能級級, ,當它向低能當它向低能級躍遷時級躍遷時, ,輻射輻射光子光子 特別提示特別提示 (1)(1)自然界中原子序數(shù)大于或等于自然界中原子序數(shù)大于或等于83

29、83的所有元素的所有元素, , 都能自發(fā)地放出射線都能自發(fā)地放出射線; ;原子序數(shù)小于原子序數(shù)小于8383的元素的元素, , 有的也具有放射性有的也具有放射性. . (2) (2)天然放射現(xiàn)象說明原子核是有內(nèi)部結構的天然放射現(xiàn)象說明原子核是有內(nèi)部結構的. . 元素的放射性不受單質和化合物存在形式的元素的放射性不受單質和化合物存在形式的 影響影響. .熱點二熱點二 衰變和衰變和衰變的實質衰變的實質 放射性物質放射出來的放射性物質放射出來的射線和射線和射線是原子射線是原子 核內(nèi)的質子和中子結合轉化而成的核內(nèi)的質子和中子結合轉化而成的. .射線是原射線是原 子核內(nèi)的兩個質子和兩個中子結合在一起發(fā)射子

30、核內(nèi)的兩個質子和兩個中子結合在一起發(fā)射 出來的出來的; ;射線是原子核內(nèi)的中子轉化為質子時射線是原子核內(nèi)的中子轉化為質子時 發(fā)射出來的發(fā)射出來的. . 在原子核衰變的過程中處于激發(fā)態(tài)的原子核向在原子核衰變的過程中處于激發(fā)態(tài)的原子核向 低能級躍遷時低能級躍遷時, ,以以光子的形式放出能量光子的形式放出能量, ,形成形成 射線射線. .當放射性物質連續(xù)發(fā)生衰變時當放射性物質連續(xù)發(fā)生衰變時, ,原子核原子核 中有的發(fā)生中有的發(fā)生衰變衰變, ,有的發(fā)生有的發(fā)生衰變衰變, ,同時就會同時就會 伴隨著伴隨著輻射輻射. .這時這時, ,放射性物質發(fā)出的射線中放射性物質發(fā)出的射線中 就會同時具有就會同時具有、

31、和和三種射線三種射線. .熱點三熱點三 對半衰期的理解對半衰期的理解1.1.根據(jù)半衰期的概念根據(jù)半衰期的概念, ,可總結出公式可總結出公式 N N余余= =N N原原( )( )t/t/, ,m m余余= =m m原原( )( )t t/ / 式中式中N N原原、m m原原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)表示衰變前的放射性元素的原子數(shù) 和質量和質量, ,N N余余、m m余余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放 射性元素的原子數(shù)和質量射性元素的原子數(shù)和質量, ,t t表示衰變時間表示衰變時間, ,表表 示半衰期示半衰期. .2.2.影響因素影響因素: :放射性元素衰變的快慢是由原

32、子核內(nèi)放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi) 部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)( (如溫如溫 度、壓強度、壓強) )或化學狀態(tài)或化學狀態(tài)( (如單質、化合物如單質、化合物) )無關無關. .2121 特別提示特別提示 (1)(1)半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律, ,個個 別原子核經(jīng)多長時間衰變無法預測別原子核經(jīng)多長時間衰變無法預測; ;對個別或極對個別或極 少數(shù)原子核少數(shù)原子核, ,無半衰期可言無半衰期可言. . (2) (2)原子核衰變時質量數(shù)守恒原子核衰變時質量數(shù)守恒, ,但并非質量守恒但并非質量守恒; ; 核反應過程前、

33、后質量發(fā)生變化核反應過程前、后質量發(fā)生變化( (質量虧損質量虧損) )而而 釋放出核能釋放出核能, ,質量與能量相聯(lián)系質量與能量相聯(lián)系. .熱點四熱點四 核反應的四種類型核反應的四種類型類型類型可控性可控性核反應方程典例核反應方程典例衰衰變變衰變衰變自發(fā)自發(fā)衰變衰變自發(fā)自發(fā)人工轉變?nèi)斯まD變?nèi)斯と斯た刂瓶刂萍s里奧約里奧居里居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子時發(fā)現(xiàn)正電子HeThU422349023892HOTeN1117842147ePaTh012349123490( (盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子) )nCBeHe101269442( (查德威克查德威克發(fā)現(xiàn)質子發(fā)現(xiàn)

34、質子) )nPHeAl103015422713eSiP0130143015重核裂變重核裂變比較容比較容易進行易進行人工控人工控制制輕核聚變輕核聚變除氫彈除氫彈外無法外無法控制控制n3KrBanU108936144561023592n10SrXenU109038136541023592nHeHH10423121 特別提示特別提示 (1)(1)核反應過程一般都是不可逆的核反應過程一般都是不可逆的, ,所以核反應所以核反應 方程只能用單向箭頭表示反應方向方程只能用單向箭頭表示反應方向, ,不能用等號不能用等號 連接連接. . (2) (2)核反應的生成物一定要以實驗為基礎核反應的生成物一定要以實驗為

35、基礎, ,不能不能 憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核 反應方程反應方程. . (3) (3)核反應遵循質量數(shù)守恒而不是質量守恒核反應遵循質量數(shù)守恒而不是質量守恒; ;遵遵 循電荷數(shù)守恒循電荷數(shù)守恒. .題型探究題型探究題型題型1 1 核反應方程及反應類型核反應方程及反應類型【例例1 1】現(xiàn)有五個核反應現(xiàn)有五個核反應: : A. A. B. B. C. C. D. D. E. E.nHeHH10423121n2SrXnU1094381023592eMgNa0124122411eRnRa422168622088nCBeHe101269442 (1)

36、(1) 是發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程是發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程, , 是是 研究兩彈的基本核反應方程式研究兩彈的基本核反應方程式. . (2) (2)求求B B項中項中X X的質量數(shù)和中子數(shù)的質量數(shù)和中子數(shù). . (3) (3)判斷以上五個核反應的反應類型判斷以上五個核反應的反應類型. . 思路點撥思路點撥 根據(jù)核反應方程式遵循的基本規(guī)律根據(jù)核反應方程式遵循的基本規(guī)律, ,正確書寫方正確書寫方 程式程式, ,還要注意衰變、人工轉變、裂變、聚變的還要注意衰變、人工轉變、裂變、聚變的 區(qū)別區(qū)別. . 解析解析 (1)E(1)E是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程, , A A是氫彈是

37、氫彈,B,B是原子核的核反應方程是原子核的核反應方程. . (2) (2)由電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒可以判定由電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒可以判定X X質量質量 數(shù)為數(shù)為140,140,電荷數(shù)為電荷數(shù)為54,54,所以中子數(shù)為所以中子數(shù)為:140-54=86.:140-54=86. (3) (3)衰變是原子核自發(fā)地放出衰變是原子核自發(fā)地放出粒子或粒子或粒子的粒子的 反應反應,C,C是是衰變衰變,D,D是是衰變衰變,E,E是人工控制的原是人工控制的原 子核的變化子核的變化, ,屬人工轉變屬人工轉變, ,裂變是重核吸收中子裂變是重核吸收中子 后分裂成幾個中等質量的核的反應后分裂成幾個中等質量的核的反應,B

38、,B是裂變是裂變, ,聚聚 變是幾個輕核結合成較大質量的核的反應變是幾個輕核結合成較大質量的核的反應,A,A是是 聚變聚變. . 答案答案 (1)E AB (2)140 86 (3)A.(1)E AB (2)140 86 (3)A.聚變聚變 B.B.裂變裂變 C.C.衰變衰變 D.D.衰變衰變 E. E. 人工轉變?nèi)斯まD變變式練習變式練習1 1 下面列出的是一些核反應方程下面列出的是一些核反應方程 其中其中 ( )( ) A.X A.X是質子是質子,Y,Y是中子是中子,Z,Z是正電子是正電子 B.XB.X是正電子是正電子,Y,Y是質子是質子,Z,Z是中子是中子 C.XC.X是中子是中子,Y,Y

39、是正電子是正電子,Z,Z是質子是質子 D.XD.X是正電子是正電子,Y,Y是中子是中子,Z,Z是質子是質子ZLiHeHeYBHBeXSiP734242105219430143015 解析解析 根據(jù)核反應前后的電荷數(shù)守恒和質量數(shù)根據(jù)核反應前后的電荷數(shù)守恒和質量數(shù) 守恒可知守恒可知X X為為 ( (正電子正電子),Y),Y為為 n(n(中子中子),Z),Z為為 H(H(質子質子).).解題時由第一式得出解題時由第一式得出X X為正電子為正電子, ,可可 立即將選項立即將選項A A、C C排除排除; ;由由Y Y為中子為中子, ,可判斷選項可判斷選項D D 對對,B,B錯錯; ;由由Z Z為質子為質

40、子, ,可進一步確定選項可進一步確定選項D D正確正確. . 本題采用排除法可迅速獲得正確結果本題采用排除法可迅速獲得正確結果. . 答案答案 De011011題型題型2 2 半衰期的理解與計算半衰期的理解與計算【例例2 2】關于放射性元素的半衰期關于放射性元素的半衰期, ,下列說法正下列說法正 確的有確的有 ( )( ) A. A.是原子核質量減少一半所需的時間是原子核質量減少一半所需的時間 B.B.是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間 C.C.把放射性元素放在密封的容器中把放射性元素放在密封的容器中, ,可以減慢放可以減慢放 射性元素的半衰期射性元素的半衰期 D

41、.D.可以用于測定地質年代、生物年代等可以用于測定地質年代、生物年代等 思路點撥思路點撥半衰期半衰期定義定義決定因素決定因素 剩余質量計算公式剩余質量計算公式: :m=mm=m0 0t)21( 解析解析 原子核衰變后變成新核原子核衰變后變成新核, ,新核與未衰變新核與未衰變 的核在一起的核在一起, ,故半衰期并不是原子核的數(shù)量、質量故半衰期并不是原子核的數(shù)量、質量 減少一半減少一半,A,A錯錯B B對對; ;衰變快慢由原子核內(nèi)部因素決衰變快慢由原子核內(nèi)部因素決 定定, ,與原子所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)無關與原子所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)無關, ,常用常用 其測定地質年代、生物年代等其測定地質年代

42、、生物年代等, ,故故C C錯錯D D對對. . 答案答案 BD變式練習變式練習2 2 約里奧約里奧居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性 而獲得了而獲得了19351935年的諾貝爾化學獎年的諾貝爾化學獎, ,他們發(fā)現(xiàn)的放他們發(fā)現(xiàn)的放 射性元素射性元素 P P衰變成衰變成 SiSi的同時放出另一種粒子的同時放出另一種粒子, , 這種粒子是這種粒子是 . . 30153014 解析解析 衰變方程為衰變方程為 P SiP Si+ e,+ e,這種粒子是這種粒子是 正電子正電子. .由圖象可以看出由圖象可以看出 P P的半衰期為的半衰期為1414天左天左 右右, ,則則4 4 =0.25,

43、 =0.25,得得t t=56=56天天. . 答案答案 正電子正電子 56天天t)21(30153014013015題型題型3 3 核能的計算核能的計算【例例3】某些建筑材料可產(chǎn)生放射性氣體氡某些建筑材料可產(chǎn)生放射性氣體氡, ,氡可氡可 以發(fā)生以發(fā)生或或衰變衰變. .如果人長期生活在氡濃度過如果人長期生活在氡濃度過 高的環(huán)境中高的環(huán)境中, ,那么，氡經(jīng)過人的呼吸道沉積在肺那么，氡經(jīng)過人的呼吸道沉積在肺 部部, ,并放出大量射線并放出大量射線, ,從而危害人體健康從而危害人體健康. .靜止質靜止質 量為量為M M的氡核的氡核( Rn( Rn) )發(fā)生一次發(fā)生一次衰變生成新核衰變生成新核 釙釙(

44、Po).(Po).已知衰變后所得已知衰變后所得粒子的質量為粒子的質量為m m、電、電 荷量為荷量為q q、速度為、速度為v v, ,并假高衰變過程中釋放的核并假高衰變過程中釋放的核 能全部轉化為能全部轉化為粒子和新核釙的動能粒子和新核釙的動能.(.(注注: :涉及涉及 動量問題時動量問題時, ,虧損的質量可忽略不計虧損的質量可忽略不計) ) (1) (1)寫出衰變方程寫出衰變方程. . (2) (2)求出衰變過程中的質量虧損求出衰變過程中的質量虧損. .22286 解析解析 (1)(1)衰變方程為衰變方程為: : (2) (2)設新核釙的速度為設新核釙的速度為v v,由動量守恒定律得由動量守恒

45、定律得 m mv v=(=(M-mM-m) )v v 解得解得v v= 衰變過程中釋放的核能為衰變過程中釋放的核能為E E= = 由愛因斯坦質能方程得由愛因斯坦質能方程得E E=mcmc2 2 解得解得m m= = 答案答案 (1)(1) (2) (2)HePoRn422188422286HePoRn422188422286mMmv22)(2121vvmMm22)(2cmMmMv22)(2cmMmMv 方法歸納方法歸納 寫核反應方程注意電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒寫核反應方程注意電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒. .求求 解質量虧損應先求出核反應放出的能量解質量虧損應先求出核反應放出的能量, ,核反應核反應

46、放出的能量等于放出的能量等于粒子和新核的動能之和粒子和新核的動能之和, ,然后然后 根據(jù)質能方程求出質量虧損根據(jù)質能方程求出質量虧損. .變式練習變式練習3 3 靜止的鋰核靜止的鋰核( Li)( Li)俘獲一個速度為俘獲一個速度為 7.77.710106 6 m/s m/s的中子的中子, ,發(fā)生核反應后若只產(chǎn)生了發(fā)生核反應后若只產(chǎn)生了 兩個新粒子兩個新粒子, ,其中一個粒子為氦核其中一個粒子為氦核( He),( He),它的它的 速度大小是速度大小是8 810106 6 m/sm/s, ,方向與反應前中子的速方向與反應前中子的速 度方向相同度方向相同. . (1) (1)寫出此核反應的方程式寫

47、出此核反應的方程式. . (2) (2)求反應后產(chǎn)生的另一個粒子的速度大小及求反應后產(chǎn)生的另一個粒子的速度大小及 方向方向. . (3) (3)通過計算說明此反應過程中是否發(fā)生了質量通過計算說明此反應過程中是否發(fā)生了質量 虧損虧損. .6342 解析解析 (1)(1)核反應的方程式為核反應的方程式為: : (2) (2)用用m m1 1、m m2 2和和m m3 3分別表示中子分別表示中子( n)( n)、氦核、氦核( He)( He) 和氚核和氚核( H)( H)的質量的質量, ,用用v v1 1、v v2 2和和v v3 3分別表示中子分別表示中子、 氦核和氚核的速度氦核和氚核的速度, ,

48、由動量守恒定律得由動量守恒定律得 m m1 1v v1 1= =m m2 2v v2 2+ +m m3 3v v3 3 代入數(shù)值解得代入數(shù)值解得v v3 3=-8.1=-8.110106 6 m/sm/s 即反應后生成的氚核的速度大小為即反應后生成的氚核的速度大小為8.18.110106 6 m/sm/s, , 方向與反應前中子的速度方向相反方向與反應前中子的速度方向相反. .HHenLi31421063104231 (3) (3)反應前的總動能為反應前的總動能為E E1 1= = m m1 1v v1 12 2 反應后的總動能為反應后的總動能為E E2 2= = m m2 2v v2 22

49、2+ + m m3 3v v3 32 2 經(jīng)計算可得經(jīng)計算可得E E2 2 E E1 1 故可知反應中發(fā)生了質量虧損故可知反應中發(fā)生了質量虧損. . 答案答案 (1)(1) (2)8.1 (2)8.110106 6 m/s m/s, ,方向與反應前中子的速度方方向與反應前中子的速度方 向相反向相反 (3)(3)發(fā)生了質量虧損發(fā)生了質量虧損HHenLi31421063素能提升素能提升1.1.下列說法正確的是下列說法正確的是 ( )( ) A. A.質子和中子的質量不等質子和中子的質量不等, ,但質量數(shù)相等但質量數(shù)相等 B.B.質子和中子構成原子核質子和中子構成原子核, ,原子核的質量數(shù)等于原子核

50、的質量數(shù)等于 質子和中子的質量總和質子和中子的質量總和 C.C.同一種元素的原子核有相同的質量數(shù)同一種元素的原子核有相同的質量數(shù), ,但中子但中子 數(shù)可以不同數(shù)可以不同 D.D.中子不帶電中子不帶電, ,所以原子核的總電量等于質子和所以原子核的總電量等于質子和 電子的總電量之和電子的總電量之和 解析解析 原子和中子的質量不同原子和中子的質量不同, ,但質量數(shù)相同但質量數(shù)相同, , A A對對. .質子和中子構成原子核質子和中子構成原子核, ,原子核的質量數(shù)等原子核的質量數(shù)等 于質子和中子的質量數(shù)之和于質子和中子的質量數(shù)之和,B,B錯錯. .同一種元素的同一種元素的 原子核有相同的質子數(shù)原子核有

51、相同的質子數(shù), ,但中子數(shù)可以不同但中子數(shù)可以不同,C,C錯錯. . 中子不帶電中子不帶電, ,所以原子核的總電量等于質子的總所以原子核的總電量等于質子的總 電量之和電量之和,D,D錯錯. . 答案答案 A2.2.下列關于放射性現(xiàn)象的說法中下列關于放射性現(xiàn)象的說法中, ,正確的是正確的是 ( )( ) A. A.原子核發(fā)生原子核發(fā)生衰變時衰變時, ,生成核與原來的原子核生成核與原來的原子核 相比相比, ,中子數(shù)減少了中子數(shù)減少了4 4 B. B.原子核發(fā)生原子核發(fā)生衰變時衰變時, ,生成核與生成核與粒子的總質粒子的總質 量等于原來的原子核的質量量等于原來的原子核的質量 C.C.原子核發(fā)生原子核

52、發(fā)生衰變時衰變時, ,生成核的質量數(shù)比原來生成核的質量數(shù)比原來 的原子核的質量數(shù)多的原子核的質量數(shù)多1 1 D. D.單質的鈾單質的鈾238238與化合物中的鈾與化合物中的鈾238238的半衰期是的半衰期是 相同的相同的 解析解析 原子核發(fā)生原子核發(fā)生衰變時衰變時, ,生成核與原來的原生成核與原來的原 子核相比子核相比, ,中子數(shù)減少了中子數(shù)減少了2,A2,A錯誤錯誤; ;生成核與生成核與粒粒 子的總質量小于原來的原子核的質量子的總質量小于原來的原子核的質量,B,B錯誤錯誤; ;原原 子核發(fā)生子核發(fā)生衰變時衰變時, ,生成核的質量數(shù)與原來的原生成核的質量數(shù)與原來的原 子核的質量數(shù)相同子核的質量

53、數(shù)相同,C,C錯誤錯誤; ;放射性元素的半衰期放射性元素的半衰期 由原子核的內(nèi)部因素決定由原子核的內(nèi)部因素決定, ,跟元素的化學狀態(tài)無跟元素的化學狀態(tài)無 關關, ,所以單質的鈾所以單質的鈾238238與化合物中的鈾與化合物中的鈾238238的半衰的半衰 期是相同的期是相同的,D,D正確正確. . 答案答案 D3.3.原子核原子核E E經(jīng)經(jīng)衰變成為衰變成為F,F,再經(jīng)再經(jīng)衰變成為衰變成為G,G,再經(jīng)再經(jīng) 衰變成為衰變成為H.H.上述系列衰變可記為下式上述系列衰變可記為下式: : 另一系列衰變?nèi)缦铝硪幌盗兴プ內(nèi)缦? : 已知已知P P是是F F的同位素的同位素, ,則則 ( )( ) A.Q A.

54、Q是是G G的同位素的同位素,R,R是是H H的同位素的同位素 B.RB.R是是E E的同位素的同位素,S,S是是F F的同位素的同位素 C.RC.R是是G G的同位素的同位素,S,S是是H H的同位素的同位素 D.QD.Q是是E E的同位素的同位素,R,R是是F F的同位素的同位素 解析解析 同位素是具有相同的質子數(shù)和不同的中子數(shù)同位素是具有相同的質子數(shù)和不同的中子數(shù), ,由由 核反應方程式中各原子核的上下標可得到核反應方程式中各原子核的上下標可得到R R是是E E 的同位素的同位素,S,S是是F F的同位素的同位素, ,所以所以B B選項正確選項正確. . 答案答案 BeGFHeFE014

55、1424242yxyxyxyxeQPHeHG0112428341zxzxyxyxHeSReRQ4242011zxzxzxzx4.4.利用氦利用氦3( He)3( He)和氘進行的聚變反應完全無污染和氘進行的聚變反應完全無污染, , 容易控制容易控制. .月球上有大量的氦月球上有大量的氦3,3,每個航天大國都每個航天大國都 將獲取氦將獲取氦3 3作為開發(fā)月球的重要目標之一作為開發(fā)月球的重要目標之一.“.“嫦嫦 娥一號娥一號”探月衛(wèi)星執(zhí)行的一項重要任務就是評探月衛(wèi)星執(zhí)行的一項重要任務就是評 估月壤中氦估月壤中氦3 3的分布和儲量的分布和儲量. .已知兩個氘核聚變已知兩個氘核聚變 生成一個氦生成一個

56、氦3 3和一個中子的核反應方程是和一個中子的核反應方程是: : He+ n+3.26 MeV He+ n+3.26 MeV, ,若有若有2 g2 g氘全部發(fā)生聚變氘全部發(fā)生聚變, , 則釋放的能量是則釋放的能量是( (N NA A是阿伏加德羅常數(shù)是阿伏加德羅常數(shù)) ( ) ( ) A.0.5 A.0.53.26 MeV3.26 MeV B.3.26 MeV B.3.26 MeV C.0.5 C.0.5N NA A3.26 MeV3.26 MeV D. D.N NA A3.26 MeV3.26 MeV322123210 解析解析 2 g2 g氘含有的原子核數(shù)為氘含有的原子核數(shù)為N NA A, ,

57、兩個氘核聚兩個氘核聚 變放出的能量為變放出的能量為3.26 MeV3.26 MeV, ,則則2 g2 g氘全部發(fā)生聚氘全部發(fā)生聚 變釋放的能量為變釋放的能量為: :N NA A3.26/2 MeV3.26/2 MeV=0.5=0.5N NA A 3.26 MeV,C 3.26 MeV,C正確正確. . 答案答案 C5.5.氘核、氚核、氦核和中子的質量分別為氘核、氚核、氦核和中子的質量分別為m m1 1、m m2 2、 m m3 3和和m m4 4, ,當氘核與氚核結合為氦核并同時放出中子當氘核與氚核結合為氦核并同時放出中子 時時, ,下列說法中正確的是下列說法中正確的是( (已知已知c c為光在真空中的為光在真空中的 速度速度) ( ) ( ) A. A.這是輕核聚變這是輕核聚變,