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原子核一、天然放射现象1．放射性元素①________发出射线的现象，叫做天然放射现象，1896年由法国物理学家②________发现．2．物理学家从③________开始，认识到原子核也是具有内部结构的．二、原子核的组成1．1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了④________，并猜想原子核内还存在⑤________，1932年，他的学生查德威克通过实验证实了⑥________的存在．2．原子核是由质子和中子组成的．常用符号AZX表示，X为元素符号，A表示核的⑦__________，Z表示核的⑧__________.3．原子核的电荷数⑨________核内质子数，其质量数等于⑩________数与⑪________数之和．4．三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电量2e－e0质量4mpmp1840静止质量为零符号42He0－1eγ种类α射线β射线γ射线速度0.1c0.99cc在电磁场中偏转偏转不偏转贯穿本领最弱较强最强贯穿实例用纸能挡住能穿透几毫米的铝板能穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱三、原子核的衰变1．放射性元素的原子核⑫________地放出某种粒子而转变为新核的变化．衰变类型α衰变β衰变衰变方程AZX→A－4Z－2Y＋42HeAZX→AZ＋1Y＋0－1e2个⑬________和2个⑭________结合成一个整体射出中子转化为⑮________衰变实质211H＋210n→42He10n→11H＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒3.半衰期(1)定义：放射性原子核有半数发生衰变所需的时间，反映放射性元素衰变的⑯________.(2)根据半衰期的概念，可总结出公式N余＝N原(12)t/τ，m余＝m原(12)t/τ式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期，t/τ则为半衰期个数．(3)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．【重点提示】半衰期是对大量的放射性原子核用统计规律而得出的．对少量的原子核半衰期无意义．四、放射性同位素及应用1．同位素具有相同⑰________而⑱________不同的一类原子核，在元素周期表中处于同一位置，互称⑲________.有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素．天然放射性同位素不过四十多种，而人工制造的放射性同位素已达1000多种．2．放射性同位素的应用(1)放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等．(2)作示踪原子．五、核力与结合能1．核力：原子核内核子与核子之间存在的很强的相互作用力(引力)，核力使核子束缚在一起，形成原子核．2．特点(1)核力是强相互作用的一种表现．(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内．(3)每个核子只跟邻近的核子发生核力作用．3．结合能(1)定义：把组成原子核的核子分开所需要的能量叫原子核的结合能，而把核子结合成原子核时放出的能量也是原子核的结合能．(2)比结合能(平均结合能)：结合能与核子数之比，叫比结合能，比结合能越大，原子核越稳定．【重点提示】结合能是针对整个原子核而言的，而比结合能是针对一个核子的．比结合能乘以核子数就是结合能．4．质量亏损(1)组成原子核的⑳________总质量与○21________质量之差，叫质量亏损．(2)爱因斯坦质能方程为○22________，若核反应中的质量亏损为Δm，释放的核能ΔE＝○23________.六、重核的裂变与轻核的聚变1．裂变：重核分裂成质量较小的核的反应．如：23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n.2．聚变：两个轻核结合成质量较大的核的反应．如：21H＋31H→42He＋10n.3．重核裂变和轻核聚变过程中都释放出○24________.自我校对①自发②贝克勒尔③天然放射现象④质子⑤中子⑥中子⑦质量数⑧电荷数⑨等于⑩质子⑪中子⑫自发⑬质子⑭中子⑮质子和电子⑯快慢⑰质子数⑱中子数⑲同位素⑳核子○21原子核○22E＝mc2○23Δmc2○24结合能一、原子核衰变规律、核反应方程的书写规律方法1．α衰变规律：AZX→A－4Z－2Y＋42He.发生一次α衰变，新核的质量数减少4，电荷数减少2.2．β衰变规律：AZX→AZ＋1Y＋0－1e.发生一次β衰变，新核的质量数不变，电荷数增加1.若发生β＋衰变而放出正电子，则质量数不变，电荷数减少1.3．确定衰变次数的方法(1)设放射性元素AZX经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素A′Z′Y，则表示该核反应的方程为：AZX―→A′Z′Y＋n42He＋m0－1e.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.解方程可得m、n.(2)因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．4．核反应方程的书写应注意(1)不能臆造核反应，应根据给定的反应核，生成的新核及粒子书写，放出的粒子要用规定的符号表示，如11H、0－1e、10n、42He等．(2)各类核反应都应遵守电荷数守恒、质量数守恒规律．例1(2012·大纲全国)23592U经过m次α衰变和n次β衰变，变成20782Pb，则()A．m＝7，n＝3B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9D．m＝14，n＝18【解析】发生m次α衰变、n次β衰变．由电荷数、质量数守恒以及α、β衰变规律列出以下方程．235＝207＋4m92＝82＋2m－n解得m＝7，n＝4.即发生7次α衰变，4次β衰变．另法：因β衰变质量数不变，改变的质量数都是由于α衰变引起的，故先由质量数的减少确定α衰变次数，即(235－207)÷4＝7次．再由电荷数计算β衰变次数：7次α衰变应使电荷数减少2×7＝14，但实际由U变为Rn电荷数减少了92－82＝10.所以应发生了4次β衰变(每发生一次β衰变，电荷数增加1)．【答案】B题后反思(1)应熟记α、β衰变的规律和机理(即两种衰变是如何产生的以及两种衰变过程中，电荷数和质量数如何变化)．(2)各种核变化都遵守电荷数守恒、质量数守恒，这一规律是判断或书写各种核变化方程的理论依据．(3)几种常见核反应的区分：①衰变：由一种原子核(反应物)转变成一个新核和α(或β)粒子(生成物)．②裂变：质量数很大的原子核被中子轰击，转变成两个或三个中等质量的核，同时放出2～3个中子．③聚变：两个质量数很小的原子核(反应物)结合成一个质量数较大的原子核，可能还伴随某种粒子生成．④人工转变(核反应)：原子核被某种粒子(如11H、10n、42He等)轰击，变成一种新核．类似裂变的事件，但裂变要产生2～3个中等质量的核．跟踪训练1(2012·广东深圳一模)下列核反应方程及其表述完全正确的是()A.32He＋21H→42He＋11H是聚变反应B.23892U→23490Th＋42He是人工转变C.23592U＋10n→9236Kr＋14156Ba＋310n是裂变反应D.2411Na→2412Mg＋0－1e是裂变反应【解析】选项A属于轻核聚变，选项B是α衰变，选项C是重核裂变，选项D是β衰变．【答案】AC二、半衰期的理解与计算规律方法1．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间称为半衰期，表征原子核衰变的快慢，用公式表示为N余＝N原(12)t/τ、m余＝m原(12)t/τ上式中t表示衰变时间，τ表示半衰期，t/τ为半衰期个数．例2(1)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的有()A．是原子核质量减少一半所需的时间B．是原子核有半数发生衰变所需的时间C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的半衰期D．可以用于测定地质年代、生物年代等(2)某考古队发现一古生物骸骨．考古专家根据骸骨中146C的含量推断出了该生物死亡的年代，已知此骸骨中146C的含量为活着的生物体中146C的1/4，146C的半衰期为5730年．该生物死亡时距今约________年．【解析】(1)原子核衰变后变成新核，新核与未衰变的核在一起，故半衰期并不是原子核的数量、质量减少一半，选项A错，选项B对；衰变快慢由原子核内部因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，常用其测定地质年代、生物年代等，故选项C错，选项D对．(2)根据公式(其中m、m0分别是现在与原来的质量，t为距今的时间，τ为半衰期)得mm0＝(12)t5730＝14所以t＝11460(年)【答案】(1)BD(2)11460题后反思在m余＝m原(12)t/τ中，m余、m原分别指剩余的放射性原子核的质量和原来未衰变前放射性原子核的质量，不能理解为别的原子核的质量甚至是放射性样品的质量．跟踪训练2设镭226的半衰期为1.6×103年，质量为100g的镭226经过4.8×103年后，有多少克镭发生衰变？若衰变后的镭变为铅206，则此时镭、铅质量之比为多少？诱思启导(1)经4.8×103年是多少个半衰期？(2)镭、铅质量之比跟质量数之比有什么关系？【解析】4.8×103年是3个半衰期，则剩余的镭核质量为M′＝M(12)3＝100×18g＝12.5g已衰变的镭质量为(100－12.5)g＝87.5g那么生成铅核质量为m，原子核的质量之比等于核的质量数之比．226206＝87.5m，m≈79.8g镭、铅质量之比12.5∶79.8＝125∶798【答案】87.5g125∶798三、核能的计算规律方法1．核反应包括四种类型：衰变、核反应(人工转变)、裂变、聚变．都会发生质量亏损而释放出核能，核能可由ΔE＝Δmc2计算．2．质量亏损Δm是反应物(包括参与反应的原子核及轰击粒子)的总质量减去反应后生成物(包括产生的新核及放出的粒子)的总质量．3．由ΔE＝Δmc2计算释放的核能，当Δm单位用“kg”表示，则光速c取3.0×108m/s代入公式计算．ΔE的单位是焦耳(J)．若Δm用原子质量单位“u”表示．由于1u相当于931.5MeV的能量，则ΔE＝Δm×931.5MeV/u.4．各种核反应都遵守能量守恒定律和动量守恒定律，释放的核能常表现为生成的新核、放出粒子的动能和γ射线的能量．例3(2012·新课标全国)氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：21H＋31H→42He＋X，式中X是某种粒子．已知：21H、31H、42He和粒子X的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u相当于931.5MeV，c是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子X是________，该反应释放出的能量为________MeV(结果保留3位有效数字)．【解析】由质量数、电荷数守恒可知X是中子(10n)质量亏损Δm＝2.0141u＋3.0161u－0.40026u－1.0087u＝0.0189u由ΔE＝Δm×931.5MeV，可得ΔE＝17.6MeV【答案】10n17.6跟踪训练3钚的放射性同位素23994Pu静止时衰变为铀核激发态23592U*和α粒子，而铀核激发态23592U*立即衰变为铀核23592U，并放出能量为0.097MeV的γ光子．已知：23994Pu、23592U和α粒子的质量分别为mPu＝239.0521u、mU＝235.0439u和mα＝4.0026u,1u相当于931.5MeV.(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能．诱思启导(1)写出总的衰变方程式，释放的核能转化为什么形式的能？(2)衰变过程动量守恒，23592U核与α粒子的动量满足什么关系？【解析】(1)衰变方程为23994Pu―→23592U*＋42He①23592U*―→23592U＋γ②23994Pu―→23592U＋42He＋γ③(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα④放出的能量为ΔE＝c2·Δm⑤此能量是铀核23592U的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ