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第二部分原子核知识要点梳理知识点一——天然放射现象▲知识梳理1．原子核的组成原子核由质子和中子组成，质子与中子统称核子。2．天然放射现象物质放射出射线、射线、射线的性质叫放射性；具有放射性的元素，叫放射性元素。三种射线的性质，如下表：射线射线射线实质氦核流电子流电磁波速度约为光速的十分之一约为光速的十分之几光速电离作用很强较弱很弱穿透能力很弱很强最强衰变方程伴随和射线产生▲疑难导析1．贝克勒耳发现天然放射现象，揭开了人类研究原子核结构的序幕。通过对天然放射现象的研究，人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都具有放射性。原子序数小于83的所有天然存在的元素也有一些具有放射性。2．研究放射线的方法（1）在磁场中偏转（如图所示）根据可得，则在磁场中射线比射线偏转的更明显。②在电场中偏转（如图所示）设与沿初速度方向前进相同的距离L，两者在电场方向上偏转的距离之比：，可见在电场中射线比射线有较明显的偏转。：如图甲是三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了哪种射线？（）A．射线B．射线C．射线D．三种射线都可以答案：C解析：由图甲可知射线的穿透力最强，可用来检查金属内部的伤痕。答案为C。知识点二——原子核的衰变▲知识梳理1．原子核的衰变、半衰期原子核由于放射出射线、射线、射线而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫半衰期。半衰期是反映衰变快慢的物理量，其长短由核内因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关。衰变规律可用公式或表示。式中的、表示元素在t=0时的原子核数、质量，为半衰期，N、m表示这种元素的原子核在经过时间t后尚未衰变的原子核数与质量。半衰期是一个对放射性元素的大量原子核而言的统计概念，对个别原子核来说没有什么意义，因此上述两式也只适用于大量原子核。2．放射性同位素具有放射性的同位素叫做放射性同位素。放射性同位素有天然和人造两种。放射性同位素的应用（1）利用它放射出的射线①利用射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹；②利用射线的电离作用消除静电积累，防止静电产生的危害；③利用射线对生物组织的物理、化学效应，使种子发生变异，培育优良品种；④利用放射线的能量，轰击原子核实现原子核的人工转变；⑤在医疗上，常用以控制病变组织的扩大。（2）作为示踪原子把放射性同位素的原子搀到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的等。我们把做这种用途的放射性同位素叫做示踪原子。①在工业上可用示踪原子检查地下输油管道的漏油情况；②在农业生产中，可用示踪原子确定植物在生长过程中所需的肥料和合适的施肥时间；③在医学上，可用示踪原子帮助确定肿瘤的部位和范围；④在生物科学研究方面，放射性同位素示踪法在生物化学和分子生物学领域应用极为广泛。它为揭示体内和细胞内变化过程的秘密，阐明生命活动的物质基础起了极其重要的作用，使生物化学从静态进入动态，从细胞进入分子水平，阐明了一系列重大问题。使人类对生命基本现象的认识开辟了一条新的途径。▲疑难导析1．原子核衰变规律衰变类型衰变衰变衰变方程衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子衰变规律电荷数守恒、质量数守恒特别提醒：（1）射线是伴随着衰变和衰变同时产生的，放出射线不改变原子核的质量数和电荷数，其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变时，产生的某些新核，由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子。（2）当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时伴随辐射，这时就同时具有三种射线。（3）核反应中一般会发生质量变化，但仍然遵循质量数守恒。2．物理学史上的几个核反应方程（1）发现质子的核反应方程（第一次实现原子核的人工转变）：（卢瑟福）（2）发现中子的核反应方程：（查德威克）（3）发现放射性同位素的核反应方程：（同时发现了正电子）（约里奥·居里夫妇）3．核反应方程的书写常见的核反应分为衰变、人工转变、裂变、聚变等几种类型。无论写哪种类型的核反应方程，都应注意以下几点：（1）必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律。有些核反应方程还要考虑到能量守恒规律（例如裂变和聚变方程常含能量项）（2）核反应过程一般都不是可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头（→）表示反应方向，不能用等号连接。（3）写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造。（4）在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上；然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核（或未知粒子）的电荷数和质量数：最后根据未知核（或未知粒子）的电荷数确定它们是哪种元素（或哪种粒子），并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号。4．如何确定、的衰变次数设放射性元素经过n次衰变和m次衰变后变成稳定的新元素，则表示该核反应的方程为：根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：由以上两式联立解得：。由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。：铀裂变的产物之一氪90（)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90（)，这些衰变是（）A．1次衰变，6次衰变B．4次衰变C．2次衰变D．2次衰变，2次衰变答案：B解析：原子核每经过一次衰变，质量数减4，核电荷数减2，每经一次衰变，电荷数加1，质量数不变，设经过x次衰变y次衰变，可列方程组解得可知经过4次衰变。故选项B正确。知识点三一——核反应核能▲知识梳理一、核力1．含义原子核里的核子间存在互相作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。2．核力的特征（1）核力是强相互作用力（强力）（2）核力是短程力，作用范围在0.8～1.5m之间。①r＞0.8m时表现为吸引力,且随r增大而减小，超过1.5m，核力急剧下降几乎消失。②r＜0.8m时表现为斥力，因此核子不会融合。（3）每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。二、核反应原子核在其他粒子的轰击下生成新原子核的过程，称为核反应。与衰变过程一样，在核反应过程中，质量数和核电荷数守恒。三、核能1．核反应过程中释放或吸收的能量叫核能。如：，中子和质子结合成一个氘核时会释放出2.2MeV能量，这个能量以光子的形式辐射出去。，一个氘核分拆成中子和质子时需要吸收的能量等于或大于2.2MeV的光子。2．质量亏损组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损。出现质量亏损的核反应才能释放能量。3．爱因斯坦质能方程，E表示物体的能量，m表示物体的质量，c表示光速。根据质量亏损可以计算核反应中释放的核能为：。四、获得方式：重核裂变和轻核聚变1．重核的裂变（1）一个重核分裂成两个或两个以上的中等质量的核的反应，叫做重核的裂变。铀235在裂变过程中，会产生2～3个中子，这些中子再引起其他铀核的裂变，这可以使反应持续不断地进行下去，这种反应叫链式反应。（2）核反应堆——核电站的核心核反应堆的基本结构。一般由5部分组成：①铀棒（即核燃料棒）；②中子减速剂，常用减速剂有石墨、重水或普通水等；③控制棒，由吸收中子能力很强的材料制成，如镉、硼；④冷却系统；⑤水泥防护层，吸收核裂变放出的各种有害的射线，防止对人体的危害。2．轻核的聚变（1）轻核结合成质量较大的核叫做聚变。轻核的核子平均质量比中等质量的核的核子的平均质量要大得多，所以轻核聚合为中等核时要释放大量的核能。（2）要使轻核达到发生聚变的距离（m)，就必须使其具有很大的动能来克服核间的库仑斥力，其方法就是把它们加热到很高的温度（几百万摄氏度以上），因此聚变反应又叫热核反应。（3）热核反应在宇宙中是很普遍的，在太阳内部及许多恒星内部都进行着激烈的热核反应。目前除了氢弹以外，人类还不能控制聚变反应，但世界上许多国家都在积极研究可控热核反应。（4）热核反应的优越性①热核反应所释放出的能量比相同质量核燃料裂变放出的能量大得多。②热核反应的废料处理比裂变废料处理要简单得多。③热核反应所用的燃料—氘，在地球上的储量非常丰富。1L海水中大约有0.038g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量和燃烧300L汽油相当。因此，海水中的氘就是异常丰富的能源。▲疑难导析1．核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发衰变自发人工转变人工控制（卢瑟福发现质子）（查德威克发现中子）（约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子）重核裂变比较容易进行人工控制轻核聚变除氢弹外无法控制2．核子的平均质量精确的实验表明，原子核由核子组成的，但原子核的质量却不等于所有核子质量之和，也就是说，原子核的质量虽然会随着数量的增加而增加，但两者并不成比例。例如：氢核由一个核子（质子）组成；氦核由四个核子（两个中子，两个质子）组成，但氦核的质量却不是氢核的四倍，而是比四倍小。这样在不同的原子核中，用原子核的质量除以核子数所得到的核子的平均质量数就变得不相同了，换一个说法，也就是同样的核子在不同的原子核中质量不同。进一步研究表明，中等质量的原子核的核子的平均质量较小（铁核的核子平均质量较小），重核和轻核的核子平均质量大，这就为研究核反应中能量的释放建立了理论基础。当重核分裂成中等质量的原子核时，会发生质量亏损；当轻核聚合成中等质量的原子核时，也会发生质量亏损，由质能方程可知，此时核反应会放出能量。3．正确区分原子核能和原子能级原子核能是原子核内核力做正功时释放出来的能量。而原子能级是指原子处于各种定态时的能量（电势能和电子的动能之和），原子跃迁时，库仑力做正功，释放出能量。两种释放出来的能量计算为：核能：原子跃迁：。4．怎样理解质能方程（1）质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积。这里所说的是总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。（2）根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。物体的质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也可写作。（3）运用质能方程时应注意单位。一般情况下，公式中各量都应取国际制单位。但在微观领域，用国际制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位。一原子质量单位的质量为1u，1u=1.6606kg，由质能方程知，1u的质量所联系的能量为：=1.6606×J=1.494J=931.5MeV。：天文学家测得银河系中氦的含量约为5%。有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后2分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的。（1）把氢核聚变简化为4个氢核（）聚变成氦核（），同时放出2个正电子（）和2个中微子（），请写出该氢核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量。（2）研究表明，银河系的年龄约为t=3.8s，每秒银河系产生的能量约为1J(P=1J/s),现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量（最后结果保留一位有效数字）（3）根据你的估算结果，对银河系中氦的主要、生成途径作出判断。（可能用到的数据：银河系的质量约为M＝31kg，原子质量单位1u＝1.66kg，1u相当于1.5×10J的能量，电子质量m＝0.0005u，氦核质量＝4.0026u，氢核质量＝1.0087u，中微子质量为零。解析：（1）J（2）kg氦的含量（3）由估算结果可知，k≈2%远小于25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的。典型例题透析题型一——衰变及衰变规律衰变规律可用公式或表示。式中的、表示元素在t=0时的原子核数、质量，为半衰期，N、m表示这种元素的原子核在经过时间t后尚未衰变的原子核数与质量。说明：（1）半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定的，跟原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关。（2）半衰期只对大量原子核衰变才有意义，因为放射性元素的衰变规律是统计规律，对少数原子核衰变不再