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　　一. 教学内容：

　　原子核与放射性

　　核能

　　第3章 原子核与放射性

　　第1节 原子核构造

　　［目的请求］

　　1、知道原子核的组成，知道核子和同位素的概念。

　　2、会根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。

　　3、懂得发明质子和中子的进程。

　　1、质子、中子的发现

　　科学家用高速粒子流轰击原子核，迫使原子核发生____________，通过对生成的新核及产生的粒子进行研讨，了解原子核的内部构成。质子和中子就是通过这种原子核的人工改变被发现的。

　　1919年，卢瑟福发现质子，其核反应方程为：

　　（质子）。

　　1932年，查德威克发现中子，核反应方程为：

　　（中子）。

　　2、原子核的组成，同位素

　　原子核由____________和____________组成，质子和中子统称为____________。

　　质子数雷同，中子数不同的元素互称为____________。

　　3、核反应及核反应方程

　　在核物理学中，原子核在具有一定能量的其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为____________。

　　通常用 作为原子核符号，其中X为元素符号；A表现原子核的质量数，写在元素符号左上角；Z表现核电荷数，即质子数，写在元素符号左下角，用此种原子核符号描写核反应进程的式子称为核反应方程。

　　注意：核反应方程必需遵照电荷数守恒和质量数守恒。

　　另外，核反应过程通常是不可逆的，方程中只能用箭头“→”衔接并唆使反应方向，而不用等号“＝”衔接。

　　例.用 粒子轰击氮14，成果发明了质子。图中示意了云室试验的照片，其中的a、b、c三条不同的径迹分辨代表谁的径迹？并写出此核反响方程。

　　［解答］用 粒子轰击氮14，发生质子和氧17，由于氧17的电荷数显明多于质子的电荷数，氧17有更强的电离才能，所以它在云室中飞过期的径迹粗，而质子的径迹细；又由于氧17的质量数显明大于质子的质量数，依据动量守恒，氧17的速度显着小于质子的飞翔速度，所以氧17的飞行间隔较短，质子的飞行间隔较长。

　　故：b为反应前 粒子飞行的径迹；

　　a为反映后发生的氧17的飞翔径迹；

　　c为反应后天生的质子的飞翔径迹。

　　核反应方程为：

　　［小结］在云室中，根据粒子飞行动迹的是非、粗细及参加磁场后粒子轨迹的曲折方向和曲率半径、磁场的强度及方向等，人们可以推得粒子的很多特征。在历史上人们研讨粒子的性质和发明新的微观粒子中，云室曾作出过主要的贡献。

　　第2节 原子核衰变及半衰期

　　［目的请求］

　　1、了解天然放射现象，知道放射现象的本质是原子核的衰变。

　　2、知道三种自然放射线的基础性质。

　　3、控制原子核衰变规律，懂得半衰期概念。

　　4、能够熟练应用核衰变的规律写出核衰变的核反应方程。

　　5、能够应用电场或磁场分别和辨别三种天然放射线。

　　1、天然放射现象

　　物资能自发地放出射线的现象叫做______________，正是天然放射现象的发现，使人们认识到原子核有着庞杂的内部构造，通过研究，人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于83的天然存在的元素有些也具有放射性。

　　2、放射线的性质

　　① 射线：速度约为光速十分之一的______________原子核粒子流（ ），贯穿才能______________（可穿透空气几厘米或一张薄纸），电离作用______________。

　　② 射线：速度接近光束的______________（ ），贯串作用______________（可穿透几毫米厚铅板），电离作用______________。

　　③ 射线：波长极短的电磁波， 粒子就是光子，贯串本事______________（可穿透几厘米厚的铅板），电离作用______________。

　　3、原子核的衰变

　　①定义：原子核自发地放出某种粒子而改变为新的原子核的变更叫做原子核的______________。

　　②衰变的种类

　　衰变：放出 粒子（即氦核 ）的衰变。每发生一次 衰变，新、旧原子核比拟，核电荷数将减少______________，质量数减少______________，即

　　衰变：放出 粒子（即电子 ）的衰变每发生一次 衰变，新、旧核比拟，新核电荷数增长______________，质量数______________，即 。

　　射线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）而辐射出的光子流。

　　4、半衰期

　　放射性元素的原子核有______________发生衰变须要的时光叫做半衰期，是表示放射性元素衰变______________的物理量，不同的元素，其半衰期不同，有的差异很大。

　　半衰期的大小由放射性元素的原子核内部本身的因素决议，跟原子所处的____________（如压强、温度等）或______________（如单质或化合物）无关。 种类 组成粒子 衰变方程 出射速度 贯穿本事 电离才能 射线 氦核 约 弱，不能穿透薄纸或薄铝箔 很强 射线 电子 接近c 较强，能穿透几毫米的铝板 较弱 射线 光子 随同 和 射线产生 c Zui强，能穿透几厘米的铅板 很小 例. 在如图所示的匀强磁场中的A点，有一个静止的原子核，当它发生______________衰变时，射出的粒子以及生成的新核才做如图的圆周运动，可以断定，发生衰变时新核的运动方向是______________。若两圆的半径之比是44：1，则这个放射性元素的原子序数是______________。

　　［解答］静止核衰变后两天生物的速度反向，依据左手定则断定它们在磁场中的受力方向，若衰变时放出正电粒子，则正粒子和新生核的轨迹应是外切圆，若衰变放出负粒子，则两轨迹是内切圆。

　　可知，发生了 衰变，新核（带正电）的运动方向向右。

　　由 ∝ 可知

　　，即：

　　可见，放射性元素的原子核电荷数为43。

　　［小结］本题的解析过程应斟酌衰变性质、动量守恒、洛伦兹力及左手定则等知识，具有综合性强的特色，应全面把握。

　　第4章 核能

　　［目的要求］

　　1、知道核力的性质，能简略说明轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。

　　2、知道核反应中的质量亏损。

　　3、知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。

　　4、懂得原子核的结合能及平均结合能概念，懂得释放能量的道路。

　　5、知道重核的裂变是开释核能的道路之一。

　　6、知道铀核裂变及链式反应的原理。

　　7、了解核反应堆和核电站的基础原理。

　　8、控制铀核裂变的核反应方程，会根据其质量亏损盘算释放的核能。

　　9、懂得聚变反映的特色及其条件。

　　10、了解可控热核反应及其研讨和发展。

　　1、核能

　　核反应过程中释放或接收的能量叫______________。如： ，中子和质子联合成一个氘核时会释放出 能量，这个能量以光子的情势辐射出往。 ，一个氘核分拆成中子和质子时须要接收的能量即是或大于 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______________。呈现质量亏损的核反应才干开释能量。

　　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表现光速。根据质量亏损可以盘算核反应中释放的核能为： 。

　　4、重核的裂变

　　一个重核决裂成两个或两个以上的中等质量的核的反映，叫做______________。

　　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，这可以使反应连续不断地进行下往，这种反应叫链式反应。

　　5、轻核的聚变

　　轻核结合成质量较大的核叫做______________。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批的核能。

　　6、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盘算为：

　　核能：

　　原子跃迁： 。

　　7、怎样懂得质能方程

　　（1）质能方程阐明，一定的质量总是跟一定的能量相接洽的。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，物体的质量增长，显微镜价格摄像头价格，则总能量随之增长；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也可写作 。

　　（3）应用质能方程时应注意单位。一般情形下，公式中各量都应取国际制单位。但在微观范畴，用国际制单位往往比拟麻烦，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， ，由质能方程知，1u的质量所接洽的能量为：

　　【典范例题】

　　例1. 如图所示，a为未知自然放射源，b为薄铝片，c为两平行板之间存在着较大电场强度的匀强电场，d为荧光屏，e为固定不动的显微镜筒。试验时，假如将强电场c撤去，从显微镜内视察到荧光屏上每分钟闪烁亮点数没有变更；假如再将薄铝片b移开，则从显微镜筒内察看到的每分钟闪耀亮点数大为增添。由此可判定放射源所发出的射线可能为（ ）

　　

　　A. 射线和x射线

　　B. 射线和 射线

　　C. 射线和 射线

　　D. 射线和 射线

　　解析： 粒子的贯串本事很小，一张薄铝片就可把它挡住， 射线能穿透几毫米厚的铝板， 射线能贯穿几厘米厚的铝板。撤去电场后，荧光屏上闪耀亮点数没有变更，解释本来能达到荧光屏的射线不带电，放射源放出的射线中有 射线，撤去薄铝片，闪耀亮点数大为增添，阐明放射源发出的射线中有 射线，故选项D准确。

　　例2. 本题中用大写字母代表原子核。E经 衰变成为F，再经 衰变，变成为G，再经 衰变，变成为H。上述系列衰变可记为： ，另一系列衰变记为：

　　已知P是F的同位素，则（ ）

　　A. Q是G的同位素，R是H的同位素

　　B. R是E的同位素，S是F的同位素

　　C. R是G的同位素，S是H的同位素

　　D. Q是E的同位素，R是F的同位素

　　解析：由题意P是F的同位素，设它们的核电荷数为Z，质量数分辨为 、A，又原子核每发生一次 衰变，核的质量数减少4，电荷数少2；每发生一次 衰变，质量数不变，电荷数增添1，则题中衰变关系可写为：

　　故由上述衰变关系可知R是E的同位素、S是F的同位素，答案是B。

　　例3. 目前的核电站都是用铀235作核燃料，通过裂变获得核能。假如我们用氘和氚作核燃料，通过聚变获得核能，问两种方式所需核燃料质量之比为多少？

　　供给的数占有：一个铀235核在裂变时放出 的核能，氘原子质量为2.01473u，氚原子质量为3.01701u，氦原子的质量为4.00388u，中子质量为1.00867u，电子质量为0.00055u。

　　解析：氘核与氚核聚变的核反响方程式为

　　由于供给的数据为原子的质量，反应前核的总质量应为原子的总质量减去2个电子质量；反应后的核总质量应为原子总质量减往4个电子质量，所以反应前后原子核的质量差为 。

　　一个氘核与一个氚核聚变释放的核能为 。

　　核资料释放的总能量可看作它所含的核子数乘以每个核子均匀释放的能量，而核子的质量可看成都是一样的（三位有效数）。这样，核反应释放的总能量雷同，所需的核资料的质量与核子均匀释放的能量成反比，因此，裂变和聚变所需的核资料质量之比为

　　例4. 一个铀核衰变为钍核时释放出一个 粒子。已知铀核的质量为 ，钍核的质量为 ， 粒子的质量为 。

　　（1）在这个衰变过程中释放出的能量即是多少焦？（保存两位有效数字）

　　（2）设上述衰变是在一边界为圆形的半径 的匀强磁场中产生的，且衰变前铀核静止于圆心，衰变过程中释放出的能量都转化为动能。欲使衰变产物钍核和 粒子均不飞出磁场，则该磁场的磁感应强度B至少多大？

　　解析：衰变进程是弱相互作用，牛顿运动定律不实用，但仍满足动量守恒和能量守恒。假设衰变产物只有钍核和 粒子，则它们的动量大小相等、方向相反，衰变过程由于质量亏损开释的核能即是它们的动能之和。假如放出的 粒子的速度方向与磁场方向垂直，则 粒子和钍核都做匀速圆周活动，其轨迹外切。

　　（1）衰变过程释放出的能量为

　　（2）设钍核质量为M，钍核速度为V， 粒子的质量为m， 粒子速度为v，由动量守恒和能量守恒得

　　由上述两式可解得 粒子动能为 ，则

　　粒子与钍核在磁场中的活动径迹如图所示。

　　由

　　可知， ，所以

　　【模仿试题】

　　1、自然放射性元素 经过一系列 衰变和 衰变之后，变成 。下列论断中准确的是（ ）

　　A. 比 少24个中子

　　B. 比 少8个质子

　　C. 衰变过程中共有4次 衰变和8次 衰变

　　D. 衰变过程中共有6次 衰变和4次 衰变

　　2、如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象，下列说法中，正确的是（ ）

　　

　　A. 若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量

　　B. 若D、E能结合成F，联合过程必定要接收能量

　　C. 若A能分裂成B、C，分裂过程必定要释放能量

　　D. 若A能分裂成B、C，分裂过程必定要吸收能量

　　3、一对正电子与负电子相遇可以转化为一对 光子，写出反响方程为_____________，依据质能方程 光子的频率为_________Hz（请求二位有效数字，电子质量 ，电子电量 ，光速 ，普朗克常数 ，不斟酌电子的动能）

　　4、用中子轰击锂核（ ）产生核反应，天生氘（ ）核和 粒子，并且放出 的能量，核反应方程式为_________________，反应过程中质量亏损是___________u，假设中子与锂核是以等值反向的动量相碰的，则核反应后，氚核和 粒子的动能之比是_______ ____________。

　　5、能源危机是一个全球性的共同问题，科学家们正在积极摸索核能的开发与和平应用，其中可控热核反应向人类展现了诱人的远景，热核反应比雷同数目的核子产生裂变反应释放的能量大好几倍，同时所造成的污染也要轻得多，而且可用热核反应的氘（ ）在海水中的总量非常丰盛，所以一旦可控热核反应能够到达适用，便可解决人类的能源危机问题。

　　（1）热核反应中的一种是一个氘核和一个氚核（ ）聚变为一个氦核（ ），请完成这个核反应方程式： ＋能量。

　　（2）若氘核的质量为2.041u，氚核的质量为3.0161u，中子的质量为1.0087u，氦核的质量为4.0026u，其中u是原子的质量单位，已知1u相当于931.5MeV的能量，则上述核反应过程中释放的能量为____________MeV（保存三位有效数字）。

　　6、在匀强磁场中，一静止的放射性原子核A发生衰变时，恰拍得一张如图所示的圆形轨迹的照片。

　　（1）剖析原子核A衰变的类型，阐明衰变中放出的粒子C与发生的新核D分辨沿哪条轨道活动

　　（2）若测得图示中两个圆形轨迹的半径之比为44：1，试求出原子核A中的质子数。

　　（3）若原子核A的质量数为232，试求出衰变中放出的粒子C与产生的新核D的动能之比。

　　【试题答案】

　　1、答案：BD

　　解析： 的中子数为126，质子数为82； 的中子数为142，质子数为90。所以 比 少16个中子，少8个质子。 衰变次数 次， 衰变次数 次。

　　2、解析：“核子平均质量”的大小反应核子结合成原子核时质量亏损的多少。核子均匀质量大的D、E联合成核子平均质量较小的F时，有质量亏损，所以要释放出能量。同样，核子平均质量大的A决裂成核子平均质量较小的B、C时，也有质量亏损，所以也要释放出能量。因此，准确答案是AC。

　　答案：AC

　　点评：实际上图中D、E核的原子序数较小，它们结合成原子序数较大的F核的情况，就是轻氘的聚变；而A核的原子序数较大，它决裂成原子序数中等的B、C核的情况，就是重核的裂变。

　　3、

　　解析：方程为 。根据 和 得，

　　4、

　　解析：核反应方程： 由 得： ，根据动量守恒定律： ，∴动能之比

　　5、（1） （2）17.6

　　解析： 。

　　6、解析：（1） 衰变；大圆的粒子C（即 粒子）的轨道；小圆的新核D的轨道。

　　（2）∵ ∴ ，即新核D的质子为88。

　　所以原子核A中的质子数为90。

　　（3）∵ ∴ ∝

　　


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