第2讲 原子核 [考试标准] 知识内容 考试要求 说明 原子核的组成 a 1.不要求识记反映三种放射线穿透能力的数据. 2.不要求知道威尔逊云室、气泡室的工作原理. 3.不要求知道盖革米勒计数器的技术细节. 4.不要求了解比结合能概念以及比结合能曲线. 5.不要求了解核电站的工作流程. 6.不要求知道受控核聚变中的技术问题. 7.不要求识记新粒子以及各种夸克的名称. 8.不要求识记宇宙与恒星演化的细节. 放射性元素的衰变 c 探测射线的方法 a 放射性的应用与防护 a 核力与结合能 c 核裂变 c 核聚变 c 粒子和宇宙 a 一、原子核的组成 1.天然放射现象 1天然放射现象 元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现.天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构. 2三种射线 名称 构成 符号 电离能力 贯穿本领 α射线 氦核 He 最强 最弱 β射线 电子 e 较弱 较强 γ射线 光子 γ 最弱 最强 2.原子核的组成 1原子核由质子H和中子n组成，质子和中子统称为核子.质子带正电，中子不带电. 2基本关系 ①核电荷数Z＝质子数＝元素的原子序数＝核外电子数. ②质量数A＝核子数＝质子数＋中子数. 3X元素的原子核的符号为X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数. 4同位素具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素. 自测1 与原子核内部变化有关的现象是 A.α粒子散射现象 B.光电效应现象 C.电离现象 D.天然放射现象 答案 D 二、放射性元素的衰变 1.原子核的衰变 1原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变. 2分类 α衰变X→Y＋He β衰变X→ Y＋e 当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射. 3两个典型的衰变方程 α衰变U→Th＋He β衰变Th→Pa＋e. 2.半衰期 放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系. 自测2 表示放射性元素碘131Iβ衰变的方程是 A. I→Sb＋He B.I→Xe＋e C. I→I＋n D.I→Te＋H 答案 B 三、探测射线的方法 威尔逊云室、气泡室、盖革米勒计数器. 四、放射性的应用与防护 1.应用射线工业上可以使用射线来测厚度、医疗方面可以放射治疗、利用γ射线照射种子来培育优良品种等. 2.示踪原子有关生物大分子的结构及其功能的研究，几乎都要借助于示踪原子. 3.辐射与安全人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用.要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染. 自测3 医学界通过14C标记的C60发现了一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是 A.示踪原子 B.电离作用 C.催化作用 D.贯穿作用 答案 A 五、核裂变 1.典型的裂变反应方程 U＋n→Kr＋Ba＋3n. 2.链式反应由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程. 3.临界体积和临界质量裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量. 4.裂变的应用原子弹、核反应堆. 六、核聚变 1.典型的聚变反应方程 H＋H→He＋n＋17.6 MeV 2.人工转变 1卢瑟福发现质子N＋He→O＋H. 2查德威克发现中子Be＋He→C＋n. 自测4 多选下列说法正确的是 A.重核裂变时放出能量，而轻核聚变时吸收能量 B.轻核聚变必须在很高的温度下才能进行 C.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应 D.人类制成了原子弹，从而实现了用人工方法控制链式反应的速度，和平利用核能 答案 BC 命题点一 原子核的衰变及半衰期 1.衰变规律及实质 1α衰变、β衰变的比较 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变过程 X→Y＋He X→Y＋e 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子 2H＋2n→He n→H＋e 匀强磁场中 轨迹形状 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 2γ射线γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量原子核处于激发态而辐射出光子. 2.确定衰变次数的方法 因为β衰变对质量数无影响，所以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. 3.半衰期 1公式N余＝N原，m余＝m原. 2影响因素放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，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. 例1 一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为，下列说法正确的是 A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能 B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小 C.铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间 D.衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 答案 B 解析 静止的铀核在α衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得pTh＋pα＝0，即钍核的动量和α粒子的动量大小相等，方向相反，选项B正确；
根据Ek＝可知，选项A错误；
半衰期的定义是统计规律，对于一个α粒子不适用，选项C错误；
铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的质量亏损，故衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项D错误. 变式1 多选2018台州市3月选考关于天然放射现象，下列说法正确的是 A.U经过7次α衰变和4次β衰变后得到Pb B.将放射性元素掺杂到其他稳定元素中，其半衰期不变 C.β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变成中子时产生的 D.在α、β、γ这三种射线中，α射线的电离能力最强，γ射线的穿透能力最强 答案 ABD 变式2 放射性元素A经过2次α衰变和1次β衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了 A.1位 B.2位 C.3位 D.4位 答案 C 解析 原子核经过一次α衰变，电荷数减小2，所以经过2次α衰变后电荷数减小4；
同时，经过一次β衰变，电荷数增加1；
所以元素A经过2次α衰变和1次β衰变后电荷数减小3，则生成的新元素在元素周期表中的位置向前移3位，故C正确，A、B、D错误. 变式3 在很多装饰材料中，都不同程度地含有放射性元素.下列说法正确的是 A.α射线、β射线和γ射线都是电磁波 B.在α、β、γ三种射线中，γ射线的电离能力最强 C.氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后一定只剩下1个氡原子核 D.放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的 答案 D 解析 α射线是高速He核流，β射线是高速电子流，γ射线是能量很高的电磁波，A项错误.在α、β、γ三种射线中，α射线的电离能力最强，γ射线的电离能力最弱，B项错误.半衰期是对大量原子核的衰变行为作出的统计规律，对于少数原子核无意义，C项错误. 命题点二 核反应及核反应类型 1.核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 U→Th＋He β衰变 自发 Th→Pa＋e 人工转变 人工控制 N＋He→O＋H卢瑟福发现质子 He＋Be→C＋n查德威克发现中子 Al＋He→P＋n 约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P→Si＋e 重核裂变 容易控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 很难控制 H＋H→He＋n 2.核反应方程式的书写 1熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础.如质子H、中子n、α粒子 He、β粒子e、正电子e、氘核H、氚核H等. 2掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向. 3核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒. 例2 多选2017浙江11月选考14下列说法正确的是 A.核聚变反应方程可能为H＋H→He＋2n B.铀核裂变的核反应方程可能为U＋n→Xe＋Sr＋2n C.发生β衰变时原子核放出电子，说明电子是原子核的组成部分 D.中子和质子结合成氘核，若该过程质量亏损为Δm，则氘核的结合能为Δmc2 答案 BD 解析 选项A的核反应方程为H＋H→He＋n，选项A错误；
根据重核裂变的核反应方程配平方式可知，选项B正确；
β衰变时原子核内部中子衰变为质子时释放出高速电子，电子并不是原子核的组成部分，选项C错误；
根据ΔE＝Δmc2可知，选项D正确. 变式4 多选关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有 A.U→Th＋He是α衰变 B.N＋He→O＋H是β衰变 C.H＋H→He＋n是轻核聚变 D.Se→Kr＋2e是重核裂变 答案 AC 解析 A为α衰变，B为原子核的人工转变，C为轻核聚变，D为β衰变，故A、C正确. 变式5 多选一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si*.下列说法正确的是 A.核反应方程为p＋Al→Si* B.核反应过程中系统动量守恒 C.核反应过程中系统能量不守恒 D.核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和 答案 AB 解析 根据质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为p＋Al→Si*，A正确；
核反应过程中释放的核力远远大于外力，故系统动量守恒，B正确，C错误；
由于反应过程中，要释放大量的能量，伴随着质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量之和，D错误. 变式6 多选现有如下两个核反应方程分别为 X＋Y→He＋H＋4.9 MeV H＋H→He＋X＋17.6 MeV 下列表述正确的是 A.X是质子 B.Y的质子数是3，中子数是3 C.两个核反应都没有质量亏损 D.氘和氚的核反应是核聚变反应 答案 BD 解析 根据核反应方程H＋H→He＋X＋17.6 MeV，X的质量数A1＝2＋3－4＝1，核电荷数Z1＝1＋1－2＝0，所以X是中子，故A错误；
根据核反应方程X＋Y→He＋H＋4.9 MeV，X是中子，所以Y的质量数A2＝4＋3－1＝6，核电荷数Z2＝2＋1－0＝3，所以Y的质子数是3，中子数是3，故B正确；
根据两个核反应方程可知，都有大量的能量释放出来，所以一定都有质量亏损，故C错误；
氘和氚的核反应过程中是质量比较小的核生成质量比较大的新核，所以是核聚变反应，故D正确. 命题点三 质量亏损及核能的计算 1.根据核反应方程，计算出核反应前与核反应后的质量亏损Δm. 2.根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能. 质能方程ΔE＝Δmc2中Δm的单位用“kg”，c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”. 3.ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位用“u”，则可直接利用ΔE＝Δm931.5 MeV计算ΔE，此时ΔE的单位为“MeV”，即1 u＝1.660 610－27 kg，对应的能量为931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用. 例3 多选2018