新教材魯科版高中物理選擇性必修第三冊第5章原子核與核能知識點考點重點難點提煉匯總

第5章原子核與核能

第1節(jié)認識原子核.....................................................-1-

第2節(jié)原子核衰變及半衰期.............................................-8-

第3節(jié)核力與核能....................................................-14-

第4節(jié)核裂變和核聚變................................................-19-

第5節(jié)核能的利用與環(huán)境保護..........................................-19-

第1節(jié)認識原子核

r知識梳理m

一、天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

1.天然放射現(xiàn)象：物質能自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象.

2.放射性：物質放出射線的性質,叫作放射性.

3.放射性元素：具有放射性的元素,叫作放射性元素.

4.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)：1896年，法國物理學家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象.

二、放射線的本質

1.如圖所示，讓放射線通過強磁場，在磁場的作用下，放射線能分成三束，這表明有三

種射線，且它們電性不同.帶正電的射線向左偏轉,為a射線；帶負電的射線向右偏轉,為

B射線；不發(fā)生偏轉的射線不帶電，為Y射線.

2.a射線是高速運動的氫虹核粒子流，有很強的電離作用，但是穿透能力很弱.一

張鋁箔或一張薄紙就能將它擋住.

3.B射線是高速運動的電子,穿透能力較強，但電離作用較弱.能穿透幾毫米厚的鋁

板.

4.Y射線是波長很短的電磁波,穿透能力很強，但電離作用很弱.能穿透幾厘米的鉛

板.

三、原子和中子的發(fā)現(xiàn)

1.質子的發(fā)現(xiàn)

(1)實驗：為探測原子核的結構，盧瑟福用a粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了虹.

(2)結論：質子是原子核的組成部分.

2.中子的發(fā)現(xiàn)

(1)盧瑟福的預想

盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子后，預想核內還有一種不帶電的中性粒子，并給這種“粒子”起名為生

壬.

(2)中子的發(fā)現(xiàn)是許多科學家研究的結晶.

①1930年，用針發(fā)出的a射線轟擊被時，會產(chǎn)生一種不受電場和磁場影響、穿透能力

很強的射線.

②1932年，約里奧一居里夫婦用這種射線轟擊五蠟，能從石蠟中打出質子.

③1932年，查德威克對云室中這種射線進行研究，發(fā)現(xiàn)這種射線是一種不帶電、質量接

近虹的粒子流，即為中子.

四、原子核的組成

1.原子核的組成

(1)組成：原子核由質子和中子組成，并將質子和中子統(tǒng)稱為核子.

(2)原子核的符號：/，其中X為元素符號;4表示原子核的質量數(shù),Z表示核電荷數(shù).

(3)兩個基本關系

①核電荷數(shù)=質子數(shù)=原子序數(shù).

②質量數(shù)=質子數(shù)+中子數(shù)=核子?數(shù).

2.同位素

具有相同質子數(shù)、不同中子數(shù)的原子,如氫的三種同位素;H、加、汨.

3.核反應與核反應方程

(1)核反應：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程.

(2)核反應方程：用原子核符號描述核反應過程的式子.

(3)核反應規(guī)律：在核反應中，質量數(shù)和核電荷數(shù)均守恒.

逮點1三種射線的本質特征

畬憎境引入?助學助教

在放射性現(xiàn)象中放出的射線是什么呢？

它們除了有能穿透黑紙使照相底片感光的性質以外，這些射線帶不帶電呢？

提示：a射線、B射線、Y射線；a射線帶正電，P射線帶負電，Y射線不帶電.

三種射線的比較如下表

種類a射線B射線Y射線

組成高速氮核流高速電子流光子流（高頻電磁波）

帶電荷量2e-e0

4碼

質量靜止質量為零

外=1.67X10-''kg1836

速度0.1c0.9cC

在電場或場中偏轉與a射線反向偏轉不偏轉

較強穿透幾毫米的鋁最強穿透幾厘米的鉛

貫穿本領最弱用紙能擋住

板板

對空氣的

很強較弱很弱

電離作用

在空氣中

粗、短、直細、較長、曲折最長

的徑跡

通過膠片感光感光感光

【例1】（多選）將a、B、Y三種射線分別射入勻強磁場和勻強電場，圖中表示射線

偏轉情況正確的是（）

AB

CD

AD［已知a粒子帶正電，P粒子帶負電,Y射線不帶電，根據(jù)正、負電荷在磁場中運

動受洛倫茲力方向和正、負電荷在電場中受電場力方向可知，A、B、C、D四幅圖中a、B粒

子的偏轉方向都是正確的，但偏轉的程度需進一步判斷.帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動,

mv

其半徑

將數(shù)據(jù)代入，則a粒子與B粒子的半徑之比

與=也.巴.如=Jx9卷X<=371,A對，B錯；帶電粒子垂直進入勻強電場，設

rp,/B昨q?[0.99c2

1836

初速度為%,垂直電場線方向位移為*,沿電場線方向位移為％則有y=嗡孔消

qEe

去大可得_/=

對某一確定的x值,?、B粒子沿電場線偏轉距離之比

]

y?q/§rp218360.99c21

nC錯，D對.]

ypqani?ri140.lc37.5

廠.......規(guī)律c方法..........................

判斷三種射線性質的方法

(1)射線的電性：a射線帶正電、B射線帶負電、Y射線不帶電.a、0是實物粒子，

而Y射線是光子流，它是波長很短的電磁波.

(2)射線的偏轉：在電場或磁場中，通過其受力及運動軌跡半徑的大小來判斷a和6射

線偏轉方向，由于Y射線不帶電，故運動軌跡仍為直線.

(3)射線的穿透能力：a粒子穿透能力較弱，B粒子穿透能力較強，Y射線穿透能力最

強，而電離作用相反.

弋裝2質子和中子的發(fā)現(xiàn)

畬情境引入，助學助教

放射性現(xiàn)象中放出的三種射線都是從放射性元素的原子核內釋放出來的，這表明原子核

也有內部結構.原子核內究竟是什么結構？原子核又是由什么粒子組成的呢？

提示：原子核還可以再分，原子核由質子和中子組成.

1.質子的發(fā)現(xiàn)

(1)實驗背景

電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到，原子不再是構成物質的基本單位，進一步研究發(fā)現(xiàn)，原子的

中心有一個原子核，原子核集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質量.原子核的結構如何？

1919年，盧瑟福做了用a粒子轟擊氮原子核的實驗.

rnrn

c￡尸強

(2)實驗裝置(如圖所示)

7進氣孔、力放射源、尸鋁箔、S熒光屏、材顯微鏡，C真空容器.

(3)實驗過程

容器C里放有放射性物質兒從/放射出的a粒子射到鋁箔廠上，適當選取鋁箔的厚度，

使a粒子恰好被它完全吸收，而不能透過.在廠的后面放一熒光屏S,材是顯微鏡，通過M

可以觀察到S是否有閃光.

(4)實驗現(xiàn)象

開始，S上無閃光(因為a粒子沒有穿過鋁箔).打開進氣孔7的閥門，通入氮氣，可以

觀察到S上有閃光.

(5)實驗分析

容器。中通入氮氣后，用顯微鏡觀察到熒光屏上有閃光，閃光一定是a粒子擊中氮核后

產(chǎn)生的新粒子透過鋁箔引起的.

(6)新粒子性質研究

①把這種粒子引進電磁場中，根據(jù)它在電磁場中的偏轉，測出了它的質量和電量，進而

確定它就是氫原子核，又叫質子.用符號表示為或;p.

②人們用同樣的辦法從其他元素的原子核中也轟擊出了質子.

(7)實驗結論

質子是原子核的組成部分.

2.中子的發(fā)現(xiàn)

(1)科學家在1930年利用Po放出的a射線轟擊被原子核時，產(chǎn)生了一種看不見的、貫

穿能力很強、不受電場和磁場影響的射線.

(2)1932年，約里奧一居里夫婦發(fā)現(xiàn)如果用來自被的射線去轟擊石蠟，能從石蠟中打出

質子，如圖所示.

a和小"J見的粒子

(3)1932年，查德威克進一步研究這種射線時發(fā)現(xiàn)，這種射線是一種不帶電的、質量接

近質子的粒子流，即是盧瑟福猜想的中子.

(4)結論：中子是原子核的組成部分.

【例2】1934年，約里奧一居里夫婦用a粒子轟擊鋁核助1,產(chǎn)生了第一個人工放射

性核素X：a+；；Al-n+X.X的原子序數(shù)和質量數(shù)分別為()

A.15和28B.15和30

C.16和30D.17和31

B[據(jù)a粒子和中子的質量數(shù)和電荷數(shù)寫出核反應方程：犯e+§Al-；n+?X,結合質量

數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得，4=4+27—1=30,2=2+13—0=15,原子序數(shù)等于電荷數(shù)，故B

正確.]

廠........規(guī)律＜方法..........一

關于核反應方程的兩點注意

(1)核反應前后質量數(shù)守恒、核電荷數(shù)守恒，而不是質量守恒、總電荷量守恒.

(2)為方便正確地寫出核反應方程，應記住常見粒子的符號，如質子;H、中子;n、電子-；e、

a粒子;He等.

2點”原子核的組成

畬情境引入?助學助教

1919年盧瑟福用鐳放射出的a粒子轟擊氮原子核，從氮核中打出了一種新的粒子(如圖

所示)，叫作質子.

甯第

出

9

『a粒子

a粒子轟擊氯原子核

(1)人們用a粒子轟擊多種原子核，都打出了質子，說明了什么問題?

(2)絕大多數(shù)原子核的質量數(shù)都大于其質子數(shù)，說明了什么問題？

提示：(1)說明質子是原子核的組成部分.

(2)說明原子核內除質子外，還有其他粒子存在.

1.原子核的大小和組成

「半徑：10-15-10-14m

‘質子：電荷量e=+l.6X1019C

質量4=1.6726231X102ikg

原子核＜組成小丑耳八

中子：電荷量e=0

、質量-=1.6749286X1027kg

I同位素：質子數(shù)相同，中子數(shù)不同的原子

2.對核子數(shù)、電荷數(shù)、質量數(shù)的理解

(1)核子數(shù)：質子和中子質量差別非常微小，二者統(tǒng)稱為核子，所以質子數(shù)和中子數(shù)之和

叫核子數(shù).

(2)電荷數(shù)(2)：原子核所帶的電荷等于質子電荷的整數(shù)倍，通常用這個數(shù)表示原子核的

電荷量，叫作原子核的電荷數(shù).

(3)質量數(shù)(⑷：原子核的質量等于核內質子和中子的質量總和，而質子與中子質量幾乎

相等，所以原子核的質量幾乎等于單個核子質量的整數(shù)倍，這個倍數(shù)叫作原子核的質量數(shù).

3.同位素：原子核內的質子數(shù)決定了核外電子的數(shù)目，進而也決定了元素的化學性質，

同種元素的質子數(shù)相同，核外電子數(shù)也相同，所以有相同的化學性質，但它們的中子數(shù)可以

不同，所以它們的物理性質不同.把具有相同質子數(shù)、不同中子數(shù)的原子互稱為同位素.

【例3】(多選)已知黑Ra是噓Ra的一種同位素，則下列說法正確的是()

A.它們具有相同的質子數(shù)和不同的質量數(shù)

B.它們具有相同的中子數(shù)和不同的原子序數(shù)

C.它們具有相同的核電荷數(shù)和不同的中子數(shù)

D.它們具有相同的核外電子數(shù)和不同的化學性質

AC[原子核的原子序數(shù)與核內質子數(shù)、核電荷數(shù)、核外電子數(shù)都是相等的，且原子核內

的質量數(shù)(核子數(shù))等于核內質子數(shù)與中子數(shù)之和.由此知這兩種鐳的同位素核內的質子數(shù)均

為88,核子數(shù)分別為228和226,中子數(shù)分別為140和138；原子的化學性質由核外電子數(shù)決

定，因為它們的核外電子數(shù)相同，所以它們的化學性質也相同.故正確答案為A、C.]

廠........規(guī)律＜方法..........一

原子核的“數(shù)”與“量”辨析技巧

(1)核電荷數(shù)與原子核的電荷量是不同的，組成原子核的質子的電荷量都是相同的，所以

原子核的電荷量一定是質子電荷量的整數(shù)倍，我們把核內的質子數(shù)叫核電荷數(shù)，而這些質子

所帶電荷量的總和才是原子核的電荷量.

(2)原子核的質量數(shù)與質量是不同的，也與元素的原子量不同.原子核內質子和中子的總

數(shù)叫作核的質量數(shù)，原子核的質量等于質子和中子的質量的總和.

第2節(jié)原子核衰變及半衰期

匚割,梳理口

一、原子核的衰變、半衰期

1.衰變：原子核由于放出a射線或B射線而轉變?yōu)樾潞说淖兓?

2.衰變形式：常見的衰變有兩種，放出a粒子的衰變?yōu)閍衰變,放出B粒子的衰變

為B衰變,而Y射線是伴隨a射線或B射線產(chǎn)生的.

3.衰變規(guī)律

(1)a衰變:IX-lHe+gY.

(2)P衰變：紀Te+&.

在衰變過程中，電荷數(shù)和質量數(shù)都守恒.

4.衰變的快慢一一半袁期

(1)放射性元素的原子核有生數(shù)發(fā)生衰變需要的時間叫作坐衰期.

(2)元素半衰期的長短由原子核自身因素決定,與原子所處的物理、化學狀態(tài)以及周圍壓

強、溫度無關.

二、放射性的應用

1.放射性同位素的應用主要分為兩類：一是利用射線的電離作用、穿透能力等性質；二

是作為示蹤原子.

2.射線特性的利用

(1)輻射育利\食品輻射保存、放射性治療等.

(2)放射性同位素電池：把放射性同位素衰變時釋放的能量轉換成電能的裝置.

(3)y射線探傷：利用了Y射線穿透能力強的特點.

3.作為示蹤原子：用儀器探測放射性同位素放出的射線，可以查明放射性元素的行蹤，

好像帶有“標記”一樣.人們把具有這種用途的放射性同位素叫作示蹤原子.

三、放射性污染和防護

1.放射性污染的主要來源

(1)核爆炸.(2)核泄漏.(3)醫(yī)療照射.

2.為了防止放射線的破壞，人們主要采取以下措施

(1)密封防護.

(2)距離防護.

(3)時間防護.

(4)屏蔽防護.

?點1對原子核衰變的理解

畬情境引入?助學助教

你知道考古學家靠什么推斷古化石的年代嗎？

提示：只要測出古化石中“C的含量，就可以根據(jù)"C的半衰期推斷古化石的年齡.

1.衰變實質

a衰變：原子核內兩個質子和兩個中子結合成一個a粒子，并在一定條件下作為一個

整體從較大的原子核中拋射出來，產(chǎn)生a衰變.2；n+2；H-；He.

B衰變：原子核內的一個中子變成一個質子留在原子核內，同時放出一個電子，即B粒

子放射出來.

In->；H+-；e.

2.衰變方程通式

(1)a衰變:-TY+lHe.

(2)P衰變：-f/Y+'e.

3.確定原子核衰變次數(shù)的方法與技巧

(1)方法：設放射性元素為經(jīng)過〃次。衰變和0次3衰變后，變成穩(wěn)定的新元素夕Y,

則衰變方程為：

zX->1Y+7?>He+/z(-?e.

根據(jù)電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒可列方程：

A—A'+4n,Z—Z1+2〃一勿.

以上兩式聯(lián)立解得：〃=V一，0=氣二+/—z.

由此可見，確定衰變次數(shù)可歸結為解一個二元一次方程組.

(2)技巧：為了確定衰變次數(shù)，一般先由質量數(shù)的改變確定a衰變的次數(shù)(這是因為6

衰變的次數(shù)多少對質量數(shù)沒有影響)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定B衰變的次數(shù).

【例1】明U核經(jīng)一系列的衰變后變?yōu)?名Pb核，問：

(1)一共經(jīng)過幾次a衰變和幾次B衰變？

(2)2囁Pb與2噓U相比，質子和中子數(shù)各少多少？

(3)綜合寫出這一衰變過程的方程.

［解析］(D設2噓u衰變?yōu)?%Pb經(jīng)過*次a衰變和y次8衰變.由質量數(shù)守恒和電荷數(shù)

守恒可得

238=206+4892=82+2%一%

聯(lián)立解得x=8,y=6.即一共經(jīng)過8次a衰變和6次P衰變.

(2)由于每發(fā)生一次a衰變，質子數(shù)和中子數(shù)均減少2,每發(fā)生一次B衰變，中子數(shù)少

1,而質子數(shù)增1,故端Pb較組U質子數(shù)少10,中子數(shù)少22.

(3)核反應方程為端Uf噓Pb+8；He+6：e.

［答案］(1)8次a衰變，6次B衰變(2)1022(3)見解析

廠.......規(guī)律＜方法..........一

分析衰變次數(shù)的解題步驟

(1)先根據(jù)已知條件，表示出初、末原子核的符號.如為、夕Y等.

(2)根據(jù)衰變規(guī)律，寫出核反應方程，衰變次數(shù)用未知數(shù)表示.

如：zX-?zY+?He+z?-?e.

(3)根據(jù)核反應方程遵循的規(guī)律列方程求解未知數(shù).

A—A'+4卬

根據(jù)反應式得:

Z=Z'+2m-n

3點Z半衰期的理解與應用

畬情境引入，助學助教

晉朝初年，南昌人許遜被朝廷任命為旌陽縣令，他看到很多老百姓的租稅交不了，非常

同情他們，用點石成金的法術，免去百姓的租稅.許遜真的能把石頭點成金子嗎？

提示：不能，衰變需要時間.

1.常用公式：片,錯誤！，片.嘴誤!錯誤！.

式中MM表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質量，〃、勿表示尚未發(fā)生衰變的放射性

元素的原子數(shù)和質量，/表示衰變時間，7表示半衰期.

2.意義：表示放射性元素衰變的快慢.

3.規(guī)律的特征：放射性元素的半衰期是穩(wěn)定的，由元素的原子核內部因素決定，跟原子

所處的物理狀態(tài)(如壓強、溫度)或化學狀態(tài)(如單質、化合物)無關.

4.適用條件：半衰期是一個統(tǒng)計概念，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結.

5.規(guī)律的用途：利用天然放射性元素的半衰期可以估測巖石、化石和文物的年代.

【例2】恒星向外輻射的能量來自其內部發(fā)生的各種熱核反應，當溫度達到10"K時，

可以發(fā)生“氫燃燒”.

⑴完成“氫燃燒”的核反應方程：；He+TBe+丫.

(2)：Be是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為2.6X10T6s.一定質量的:Be,經(jīng)7.8義10一%

后所剩;Be占開始時的.

［解析］(1)根據(jù)核反應方程和電荷守恒定律可知，

犯e+；Hef；Be+y.

(2)：Be的半衰期為2.6X1CT4,經(jīng)過7.8X10一飛后，也就是經(jīng)過3個半衰期后剩余的

質量為

n3

m1必=(3)如所剩:Be占開始時的看

［答案］⑴瓶(2)!或12.5%

O

廠.......規(guī)律G方法..........一'

應用半衰期公式片，G)錯誤!，〃=\錯誤!錯誤!的三點注意

(1)半衰期公式只對大量原子核才適用，對少數(shù)原子核是不適用的.

(2)明確半衰期公式中辦"的含義及二者的關系；〃、力’的含義及二者的關系.

(3)明確發(fā)生衰變的原子核與新產(chǎn)生的原子核質量之間的比例關系，每衰變一個原子核,

就會產(chǎn)生一個新核，它們之間的質量之比等于各自原子核的質量之比.

M點3放射性的應用

畬情境引入?助學助教

放射性同位素的放射強度易于控制，它的半衰期比天然放射性物質短得多，因此在生產(chǎn)

和科學領域得以廣泛的應用.

經(jīng)照射未經(jīng)照射

射線測厚裝置射線的照射能延長草鏈的保質期

(1)能用a射線來測量金屬板的厚度嗎？

(2)y射線照射食品延長保存期的原理是什么？

提不：(1)不能.

(2)用丫射線照射食品可以殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期.

1.人工放射性同位素的優(yōu)點

(1)放射強度容易控制.

(2)可以制成各種所需的形狀.

(3)半衰期比天然放射性物質短得多，放射性廢料容易處理.因此，凡是用到射線時，用

的都是人工放射性同位素.

2.放射性同位素的主要應用

(1)利用它的射線

①工業(yè)部門使用射線測厚度一一利用Y射線的穿透特性.

②農業(yè)應用一一Y射線使種子的遺傳基因發(fā)生變異，殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜

發(fā)芽，延長保存期等.

③醫(yī)療上一一利用Y射線的高能量治療癌癥.

(2)作為示蹤原子：放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學性質，通過探測放射性

同位素的射線確定其位置.

【例3】(多選)下列說法正確的是()

A.給農作物施肥時，在肥料里放一些放射性同位素，是因為農作物吸收放射性同位素后

生長更好

B.輸油管道漏油時，可以在輸?shù)挠椭蟹乓恍┓派湫酝凰靥綔y其射線，確定漏油位置

C.天然放射元素也可以作為示蹤原子加以利用，只是含量較少，經(jīng)濟上不劃算

D.放射性元素被植物吸收，其放射性不會發(fā)生改變

BD[放射性元素與它的同位素的化學性質相同，但是利用放射性元素可以確定農作物在

各季節(jié)吸收含有哪種元素的肥料.無論植物吸收含放射性元素的肥料，還是無放射性肥料，

植物生長是相同的，A錯誤；人工放射性同位素，含量易控制，衰變周期短，不會對環(huán)境造成

永久污染，而天然放射性元素，劑量不易控制、衰變周期長、會污染環(huán)境，所以不用天然放

射元素，C錯誤；放射性是原子核的本身性質，與元素的狀態(tài)、組成等無關，D正確；放射性

同位素可作為示蹤原子，是因為它不改變元素的化學性質，B正確.]

廠......規(guī)法............................

放射性同位素的應用技巧

(1)用射線來測量厚度，一般不選取a射線是因為其穿透能力太差，更多的是選取Y射

線，也有部分選取8射線的.

(2)給病人治療癌癥、培育優(yōu)良品種、延長食物保質期一般選取Y射線.

(3)使用放射線時安全是第一位的.

y點;4放射性的污染和防護

畬情境引入?助學助教

射線在人們心里是一個惡魔，許多人談“核”色變，怎樣對射線進行有效的防護呢?

放射性物質危險警告標志

提示：其實射線并不可怕，可怕的是無知，只要熟知各種射線的特點，就可以避開射線

對我們的危害，如圖所示，從圖中你可能有所體會.

污染與防護舉例與措施說明

核爆炸的最初幾秒鐘輻射出來的主要是強烈的丫射線和

核爆炸

中子流，長期存在放射性污染

核工業(yè)生產(chǎn)和核科學研究中使用的放射性原材料，一旦泄

污染核泄漏

漏就會造成嚴重污染

醫(yī)療醫(yī)療中如果放射線的劑量過大，也會導致病人受到損害，

照射甚至造成病人死亡

密封把放射源密封在特殊的包殼里，或者用特殊方法覆蓋，以

防護防止射線泄漏

距離距放射源越遠，人體吸收放射線的劑量就越少，受到的危

防護害就越輕

防護

時間

盡量減少受輻射的時間

防護

屏蔽在放射源與人體之間加屏蔽物能起到防護作用，鉛的屏蔽

防護作用最好

【例4】(多選)貧鈾炸彈是一種殺傷力很強的武器.貧鈾是提取鈾235以后的廢料，

其主要成分為鈾238.貧鈾炸彈有很強的穿甲能力，而且鈾238具有放射性，殘留物可長期

對環(huán)境起破壞作用而造成污染.人長期生活在該環(huán)境中會受到核輻射而易患上皮膚癌和白血

病.下列結論正確的是()

A.鈾238的衰變方程式為-U—如e+\Th

B.周川和23隊互為同位素

C.人患皮膚癌和白血病可能是因為核輻射導致了基因突變

D.貧鈾炸彈的穿甲能力很強，也是因為它的放射性

ABC[鈾238具有放射性，放出一個a粒子，變成針234,選項A正確；鈾238和鈾235

質子數(shù)相同，故互為同位素，選項B正確；核輻射能導致基因突變，是皮膚癌和白血病的誘

因之一，選項C正確；貧鈾炸彈的穿甲能力很強，是因為它的彈芯是由高密度、高強度、高

韌性的鈾合金組成，襲擊目標時產(chǎn)生高溫化學反應，所以其爆炸力、穿透力遠遠超過一般炸

彈，選項D錯.]

第3節(jié)核力與核能

Tfl.梳理m

一、核力與核的穩(wěn)定性

1.核力

把原子核中的核壬維系在一起的力.

2.核力特點

(1)核力是短程力,作用范圍在空(1fm=10fm)左右，它不能延伸到3fm以外.

(2)當兩核子間距離減小時，核力也迅速減小，至一定值時，核力表現(xiàn)為斥力.

(3)核力是一種強相互作用，若兩質子之間的距離為1fm,庫侖力是200N左右，核力

必須非常強才能抵消所有質子庫侖力的作用.

3.核素

具有一定數(shù)目質子和一定數(shù)目中子的原子核.

4.核素圖

用橫坐標表示質子數(shù)，縱坐標表示中子數(shù)，每一種核素用一小方塊表示,所得到的圖象.

5.核的穩(wěn)定性

(1)核素的穩(wěn)定區(qū)：幾乎全落在一條曲線上，或緊靠曲線的兩側區(qū)域.

(2)穩(wěn)定核素的中子數(shù)與質子數(shù)的關系：隨著Z的增加，穩(wěn)定核素的中子數(shù)越來越大于質

子數(shù).

二、四種基本相互作用

四

短J強相互作用1

種

會弱相互作用的力程比

力

基U弱相互作用卜強力更短,為1078m

一

本

相

一

互

長「電磁力|——

在相同距離上，電磁力

程

作

力

用大約比萬有引力強

一U萬有引力?—

10M倍

三、結合能與平均結合能

1.結合能

核子結合成原子核所釋放的能量.

2.平均結合能

(1)定義：原子核的結合能與其質量數(shù)之比.

(2)意義：平均結合能越大，原子核越難分離成單個核子.

3.質量虧損

(1)質量虧損：任何一個原子核的質量總是小王組成它的所有核子的質量之和，這一差值

稱為質量虧損.

(2)能量計算：質量虧損說明核子組成原子核放出能量，其大小為

甘點____________________________原__子__核_穩(wěn)定性分析

畬情境引入?助學助教

如圖所示為3H和3He的原子核結構示意圖.

(1)核子之間都有相互作用的核力，說明核力與電荷有什么關系？

(2)質子之間除了核力外還有什么作用力？

提示：(D核力與電荷無關.

(2)還有庫侖力，萬有引力.

1.原子核中核子比例關系：自然界中較輕的原子核，質子數(shù)與中子數(shù)大致相等；對于較

重的原子核，中子數(shù)大于質子數(shù).越重的原子核，兩者相差越多.

2.形成原因及原子核的穩(wěn)定性

(1)原子核大到一定程度時，相距較遠的質子間的核力非常小，較多的質子聚集在一起的

核力不足以平衡它們之間的庫侖力，原子核就不穩(wěn)定了.這時，不再成對地增加質子和中子,

而只增加中子，中子與其他核子間沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，有助于維系原子核

的穩(wěn)定性.

(2)核力的飽和性：穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)要比質子數(shù)多.由于核力的作用范圍是有

限的，核力具有飽和性，如果我們繼續(xù)增大原子核，一些核子間的距離會大到其間根本沒有

核力的作用，這時即使再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的.所以，原子核的大小也受

到限制.

【例1】關于原子核中質子和中子的說法，正確的是()

A.原子核中質子數(shù)和中子數(shù)一定相等

B.穩(wěn)定的重原子核里，質子數(shù)比中子數(shù)多

C.原子核都是非常穩(wěn)定的

D.由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，不可能無節(jié)制地增大原子核而仍

能穩(wěn)定存在

D[原子核中質子數(shù)和中子數(shù)不一定相等，特別是在原子序數(shù)越大的原子核中，中子數(shù)

比質子數(shù)大，且原子序數(shù)大的和原子序數(shù)小的都沒有中等質量的原子核穩(wěn)定，故A、B、C錯

誤；又由于核力是短程力，以及飽和性的特點，原子核不可能無節(jié)制地增大，故D正確.]

1.......規(guī)律(方法..........................

核力與帶電荷情況無關.無論是質子間、中子間、質子和中子間均存在核力，且是相同的.

冷點2對結合能的理解

畬情境引入?助學助教

如圖所示為原子核的比結合能示意圖.

(1)比結合能最小的是什么原子核？

(2)隨著質量數(shù)的增加，比結合能曲線整體上有什么變化規(guī)律？

提示：(DiH(2)先增大后減小

1.結合能與比結合能

結合能是原子核拆解成核子吸收的能量，而比結合能是原子核拆解成核子時平均每個核

子吸收的能量.

2.比結合能曲線

不同原子核的比結合能隨質量數(shù)變化圖線如圖所示.

從圖中可看出，中等質量原子核的比結合能最大，輕核和重核的比結合能都比中等質量

的原子核要小.

3.比結合能與原子核穩(wěn)定的關系

(1)比結合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，比結合能越大，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，比結合能較大，表示原子核較穩(wěn)定.

(3)當比結合能較小的原子核轉化成比結合能較大的原子核時，就可能釋放核能.例如，

一個核子數(shù)較大的重核分裂成兩個核子數(shù)小一些的核，或者兩個核子數(shù)很小的輕核結合成一

個核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能.

【例2】(多選)關于原子核的結合能與平均結合能，下列說法中正確的是()

A.原子核的結合能等于核子與核子之間結合成原子核時核力做的功

B.原子核的結合能等于核子從原子核中分離，外力克服核力做的功

C.平均結合能是核子與核子結合成原子核時平均每個核子放出的能量

D.不同原子核的平均結合能不同，重核的平均結合能比中等質量核的平均結合能大

ABC[原子核中，核子與核子之間存在核力，要將核子從原子核中分離，需要外力克服

核力做功.當自由核子結合成原子核時，核力將做功，釋放能量.對某種原子核，平均每個

核子的結合能稱為平均結合能.不同原子核的平均結合能不同.重核的平均結合能比中等質

量核的平均結合能要小.綜上所述，正確選項為A、B、C.]

廠.......規(guī)律方法...........................

1結合能大的原子核，比結合能不一定大，結合能小的原子核，比結合能不一定小.

2核的大小與原子核穩(wěn)定的關系方面：中等大小核的比結合能最大、原子核最穩(wěn)定.

幺點3核能的計算

畬情境引入?助學助教

用a粒子轟擊被核;Be發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程為

;Be+；He-?”uC+jn

甲同學說：核反應過程中核子數(shù)沒變，所以質量是守恒的；乙同學查找資料，各個原子

核或核子的質量如下：

ffl)e=9.01219u,za—12.000u,=4.0026u,居=1.008665u.

(其中1u=1.660566X10-"kg),他通過計算發(fā)現(xiàn)反應之后的質量減少了，于是他得

出結論：核反應過程中質量消失了.

這兩個同學的說法對嗎？如果不對錯在哪里？你對質量虧損是如何理解的？

提示：甲同學的說法錯誤.核反應過程中質量數(shù)守恒而不是質量守恒；乙同學的說法錯

誤.質量虧損并不是質量的消失.

對質量虧損的理解

(1)在核反應中仍遵守質量守恒和能量守恒，所謂的質量虧損并不是這部分質量消失或質

量轉變?yōu)槟芰?物體的質量應包括靜止質量和運動質量，質量虧損是靜止質量的減少，減少

的靜止質量轉化為和輻射能量相聯(lián)系的運動質量.

(2)質量虧損也不是核子個數(shù)的減少，核反應中核子個數(shù)是不變的.

L質量虧損

(1)科學家研究證明在核反應中原子核的總質量并不相等.例如，精確計算表明：笊核的

質量比一個中子和一個質子的質量之和要小一些，這種現(xiàn)象叫作質量虧損，質量虧損只有在

核反應中才能明顯地表現(xiàn)出來.

(2)Am是核反應前與核反應后的質量之差.

2.質能方程Q/府

愛因斯坦指出，物體的能量(￡)和質量(血之間存在著密切的關系，即6=卬占式中。為

真空中的光速.愛因斯坦質能方程表明：物體所具有的能量跟它的質量成正比.由于c?這個

數(shù)值十分巨大，因而物體的能量是十分可觀的.

3.核反應中由于質量虧損而釋放的能量

從愛因斯坦質能方程同樣可以得出，物體的能量變化△￡與物體的質量變化△面的關系:

AE—Ame.

［例3］三個a粒子結合成一個碳，C,已知碳原子的質量為12.0000u,氮原子的

質量為4.0026u.(111=1.66X1。-"kg)

(D寫出核反應方程；

(2)這個核反應放出的能量是多少焦？

(3)這個能量合多少MeV?

［解析］(1)3扭e-1c+A反

(2)△卬=3X4.0026u-12.0000u=0.0078u.

△R=0.0078X1.66X10-27kg=1.2948X10^kg.

△6=Amd.165X1012J.

,、1.165X10-126

(3)△￡=eV?=7.28X106eV=7.28MeV.

1，.6?X10，…

［答案］(1)3況e-”6C+

(2)1.165X1012J(3)7.28MeV

廠.......規(guī)律c方法..........................

核能的兩種單位換算技巧

(1)若以kg為質量虧損△加的單位，則計算時應用公式△￡=△而也

(2)若以原子單位“u”為質量虧損單位，則△d"X931.5MeV.

(3)兩種方法計算核能的單位分別為“J”和“MeV”，

1MeV=lX106X1,6X10-19J=1.6X10-13J.

第4節(jié)核裂變和核聚變

第5節(jié)核能的利用與環(huán)境保護

曰a-梳理口

一、重核裂變

1.重核的裂變

(1)核裂變：用中子轟擊鈾核,鈾核分裂成質量相近的兩部分,并釋放出能量的核反應過

程叫作核裂變.

(2)裂變能：核裂變也放出的能量稱為裂變能，也稱核能或原子能.核裂變是釋放核能的

方法之一.

(3)鈾核裂變的產(chǎn)物多種多樣，其中有代表性的有：

in+七川―^Sr+l35iXe+2sn

on+2%U-”「Ba+MKT+3sn.

2.鏈式反應

(1)定義：在2噓U核裂變釋放出巨大能量的同時，平均每次可以放出2?3個中子，這些

中子稱為第1代中子，如果其中至少有一個繼續(xù)轟擊周川，使之發(fā)生裂變，就能產(chǎn)生第2代中

子,這樣不斷繼續(xù)下去，中子會不斷增加，裂變反應就會不斷加強，就形成了裂變的鏈式反

應.能夠發(fā)生鏈式反應的鈾塊的最小體積叫作臨界體積.

(2)條件：發(fā)生鏈式反應必須具備兩個條件：a.鈾核的體積達到臨界體積;b.必須存在

持續(xù)不斷的中子源.

二、裂變反應堆

1.核反應堆：能維持和控制鏈式反應速度的裝置.

2.核反應堆的構成：堆芭、中子反射層、控制系統(tǒng)和防護層等部分.

(1)堆芯：由燃料棒、減速劑和冷卻劑組成.

(2)中子反射層：反射核裂變中產(chǎn)生的中子,使其進一步參加鏈式反應.

(3)控制棒：用能幽慢中子的鎘或硼鋼制成，以控制鏈式反應的速度.

三、輕核聚變與可控熱核聚變反應

1.輕核聚變

采用輕核聚變成較重核引起結合能變化的方式可獲得核能，這樣的核反應稱為輕核聚變.

2.太陽內部核聚變的反應方程

fH+?H->hle+sn.

3.核子聚變的條件

要使核子發(fā)生聚變，必須使核子接近核力能發(fā)生作用的范圍.

4.物質第四態(tài)一一等離子態(tài)

在高溫下，原子已完全電離，形成了物質第四態(tài)一一等離子態(tài).高溫等離子體的密度及

高溫維持時間達到一定值時才能實現(xiàn)聚變.

5.約束等離子體的三種方式

引力約束、磁約束、慣性約束.

四、核能的利用及環(huán)境保護

1.核電站：將核反應堆釋放的核能轉化為電能的發(fā)電廠.

工作流程：將反應堆釋放的核能轉化為蒸汽的內能，再利用蒸汽驅動汽輪機發(fā)電轉化為

電能.

燃料：反應堆以券川為燃料.

2.核武器：原子彈和氫彈是眾所周知的兩種核武器.

3.核能的優(yōu)勢

(1)核能發(fā)電比燃煤發(fā)電的成本低.

(2)核電站對環(huán)境的污染比燃煤發(fā)電小得多.

4.核能利用存在的危害

(1)核廢料的高輻射性.

(2)放射性物質泄漏，產(chǎn)生核污染.

(3)核武器威力巨大，不僅能摧毀生命，而且會使生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞.

9點］鈾核裂變及鏈式反應

畬情境引入?助學助教

(1)鈾核裂變是如何發(fā)生的？

(2)鈾核裂變在自然界中能自發(fā)進行嗎？

提示：(1)①核子受激發(fā)：當中子進入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復核，復核中

由于核子的激烈運動，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，使得原子核由于質子間的斥力作

用而分裂成幾塊，同時放出中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變反應一代接一

代繼續(xù)下去，形成鏈式反應.

(2)重核的裂變只能發(fā)生在人為控制的核反應中，在自然界中不會自發(fā)地發(fā)生.鈾核裂變

不會自發(fā)地進行，要使鈾核裂變，首先要利用中子轟擊鈾核，使鈾核分裂，分裂產(chǎn)生更多的

中子，這些中子繼續(xù)與其他鈾核發(fā)生反應，再引起新的裂變，這樣就形成了鏈式反應.

1.裂變的解釋：重核被中子轟擊后，與中子復合成一個處在高激發(fā)態(tài)的同位素，這種重

核的同位素要發(fā)生形變，從一個接近球形的核變?yōu)橐粋€拉長的橢球形的核，核子間的距離增

大，核力減小到不足以抵消質子間的庫侖斥力而恢復原狀，最后分裂成兩部分，同時放出中

子.

2.裂變過程核能的計算：智隊+；n-9Ba+飄r+3；n.

已知加(噓U)=235.0439u,a.=1.0087u,卬(嗎eBa)=140.9139u,)怎Kr)=91.8973

u,

且1u質量對應的能量為931.56MeV.

裂變前：0=(235.0439+1.0087)u=236.0526u.

裂變后：德=(140.9139+91.8973+3X1.0087)u=235.8373u.

質量虧損：AR=0.2153u

釋放能量：△￡=0.2153X931.5MeV=200.55MeV.

3.重核裂變的條件

(1)要有足夠濃度的鈾235.

(2)要有足夠數(shù)量的慢中子.

(3)鈾塊的體積要大于臨界體積.

【例1】現(xiàn)有的核電站比較廣泛采用的核反應之一是：2%u+；n-".Nd+Zr+3；n+8-：e

+v.

(1)核反應方程中的「是中微子，它不帶電，質量數(shù)為零.試確定生成物錯(Zr)的電荷

數(shù)與質量數(shù).

(2)已知鈾(U)核的質量為235.0439u,中子質量為1.0087u,鉉(Nd)核質量為142.909

8u,錯核質量為89.9047u.又知1u=1.6606X10-27kg,試計算，1kg鈾235大約能產(chǎn)

生的能量是多少？

［解析］(1)根據(jù)電荷數(shù)和質量數(shù)守恒，可得

Zr的電荷數(shù)Z=92-60+8=40,

質量數(shù)4=236—143—3X1=90.

(2)方法一：質量虧損

△必=(加+陷)一(加+/肪+3偏)=0.212u,

一個鈾核裂變釋放能量

AE—AmX931.5MeV

=0.212X931.5MeV=197.5MeV

1kg鈾核含有的原子核數(shù)為

〃=與爛X6.02義1。23個-2.562X1()2"個，

ZOO

1kg鈾核產(chǎn)生的能量

￡1,&=/??562X197.5X1021MeV,

一5.06X1026MeV=5.06X1026X106X1.6X10^19J

?8.1X1O'：，J.

方法二：△m=(/zi+za)—(zad+z%r+3za)

=0.212u=0.212X1.6606X1O-27kg

?=3.5X1028kg,

△￡1=A?C2=3.5X10-28X(3X108)2J=3.15X10"J,

100023人

02XIO?'個心2.562X10-M'個A，

Zoo

6&=/?A￡=2.562X10"X3.15X1011J??8.1X1013J.

［答案］(1)4090(2)8.1X1013J

廠.......規(guī)律＜方法..........................、

計算重核裂變釋放的核能常用方法

(1)根據(jù)愛因斯坦質能方程計算.用裂變反應中質量虧損(△血的千克數(shù)乘以真空中的光

速(c=3X10*m/s)的平方，即△E=Ame'.

(2)根據(jù)1原子質量單位u相當于931.5MeV能量計算.用裂變反應中質量虧損的原子質

量單位數(shù)乘以931.5MeV,即△￡=A〃X931.5MeV.

(3)由核能的轉化量計算.