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　　一. 教學內容：

　　原子核與放射性

　　核能

　　第3章 原子核與放射性

　　第1節(jié) 原子核構造

　?。勰康恼埱螅?

　　1、知道原子核的組成，知道核子和同位素的概念。

　　2、會根據質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒寫出核反應方程。

　　3、懂得發(fā)明質子和中子的進程。

　　1、質子、中子的發(fā)現(xiàn)

　　科學家用高速粒子流轟擊原子核，迫使原子核發(fā)生____________，通過對生成的新核及產生的粒子進行研討，了解原子核的內部構成。質子和中子就是通過這種原子核的人工改變被發(fā)現(xiàn)的。

　　1919年，盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子，其核反應方程為：

　?。ㄙ|子）。

　　1932年，查德威克發(fā)現(xiàn)中子，核反應方程為：

　?。ㄖ凶樱?。

　　2、原子核的組成，同位素

　　原子核由____________和____________組成，質子和中子統(tǒng)稱為____________。

　　質子數(shù)雷同，中子數(shù)不同的元素互稱為____________。

　　3、核反應及核反應方程

　　在核物理學中，原子核在具有一定能量的其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程，稱為____________。

　　通常用 作為原子核符號，其中X為元素符號；A表現(xiàn)原子核的質量數(shù)，寫在元素符號左上角；Z表現(xiàn)核電荷數(shù)，即質子數(shù)，寫在元素符號左下角，用此種原子核符號描寫核反應進程的式子稱為核反應方程。

　　注意：核反應方程必需遵照電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒。

　　另外，核反應過程通常是不可逆的，方程中只能用箭頭“→”銜接并唆使反應方向，而不用等號“＝”銜接。

　　例.用 粒子轟擊氮14，成果發(fā)明了質子。圖中示意了云室試驗的照片，其中的a、b、c三條不同的徑跡分辨代表誰的徑跡？并寫出此核反響方程。

　　［解答］用 粒子轟擊氮14，發(fā)生質子和氧17，由于氧17的電荷數(shù)顯明多于質子的電荷數(shù)，氧17有更強的電離才能，所以它在云室中飛過期的徑跡粗，而質子的徑跡細；又由于氧17的質量數(shù)顯明大于質子的質量數(shù)，依據動量守恒，氧17的速度顯著小于質子的飛翔速度，所以氧17的飛行間隔較短，質子的飛行間隔較長。

　　故：b為反應前 粒子飛行的徑跡；

　　a為反映后發(fā)生的氧17的飛翔徑跡；

　　c為反應后天生的質子的飛翔徑跡。

　　核反應方程為：

　　［小結］在云室中，根據粒子飛行動跡的是非、粗細及參加磁場后粒子軌跡的曲折方向和曲率半徑、磁場的強度及方向等，人們可以推得粒子的很多特征。在歷史上人們研討粒子的性質和發(fā)明新的微觀粒子中，云室曾作出過主要的貢獻。

　　第2節(jié) 原子核衰變及半衰期

　?。勰康恼埱螅?

　　1、了解天然放射現(xiàn)象，知道放射現(xiàn)象的本質是原子核的衰變。

　　2、知道三種自然放射線的基礎性質。

　　3、控制原子核衰變規(guī)律，懂得半衰期概念。

　　4、能夠熟練應用核衰變的規(guī)律寫出核衰變的核反應方程。

　　5、能夠應用電場或磁場分別和辨別三種天然放射線。

　　1、天然放射現(xiàn)象

　　物資能自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做______________，正是天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，使人們認識到原子核有著龐雜的內部構造，通過研究，人們發(fā)現(xiàn)原子序數(shù)大于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序數(shù)小于83的天然存在的元素有些也具有放射性。

　　2、放射線的性質

　　① 射線：速度約為光速十分之一的______________原子核粒子流（ ），貫穿才能______________（可穿透空氣幾厘米或一張薄紙），電離作用______________。

　?、?射線：速度接近光束的______________（ ），貫串作用______________（可穿透幾毫米厚鉛板），電離作用______________。

　?、?射線：波長極短的電磁波， 粒子就是光子，貫串本事______________（可穿透幾厘米厚的鉛板），電離作用______________。

　　3、原子核的衰變

　?、俣x：原子核自發(fā)地放出某種粒子而改變?yōu)樾碌脑雍说淖兏凶鲈雍说腳_____________。

　?、谒プ兊姆N類

　　衰變：放出 粒子（即氦核 ）的衰變。每發(fā)生一次 衰變，新、舊原子核比擬，核電荷數(shù)將減少______________，質量數(shù)減少______________，即

　　衰變：放出 粒子（即電子 ）的衰變每發(fā)生一次 衰變，新、舊核比擬，新核電荷數(shù)增長______________，質量數(shù)______________，即 。

　　射線是放射性原子核在發(fā)生 衰變或 衰變時，產生的某些新核由于具有過多的能量（核處于激發(fā)態(tài)）而輻射出的光子流。

　　4、半衰期

　　放射性元素的原子核有______________發(fā)生衰變須要的時光叫做半衰期，是表示放射性元素衰變______________的物理量，不同的元素，其半衰期不同，有的差異很大。

　　半衰期的大小由放射性元素的原子核內部本身的因素決議，跟原子所處的____________（如壓強、溫度等）或______________（如單質或化合物）無關。 種類 組成粒子 衰變方程 出射速度 貫穿本事 電離才能 射線 氦核 約 弱，不能穿透薄紙或薄鋁箔 很強 射線 電子 接近c 較強，能穿透幾毫米的鋁板 較弱 射線 光子 隨同 和 射線產生 c Zui強，能穿透幾厘米的鉛板 很小 例. 在如圖所示的勻強磁場中的A點，有一個靜止的原子核，當它發(fā)生______________衰變時，射出的粒子以及生成的新核才做如圖的圓周運動，可以斷定，發(fā)生衰變時新核的運動方向是______________。若兩圓的半徑之比是44：1，則這個放射性元素的原子序數(shù)是______________。

　?。劢獯穑蒽o止核衰變后兩天生物的速度反向，依據左手定則斷定它們在磁場中的受力方向，若衰變時放出正電粒子，則正粒子和新生核的軌跡應是外切圓，若衰變放出負粒子，則兩軌跡是內切圓。

　　可知，發(fā)生了 衰變，新核（帶正電）的運動方向向右。

　　由 ∝ 可知

　　，即：

　　可見，放射性元素的原子核電荷數(shù)為43。

　?。坌〗Y］本題的解析過程應斟酌衰變性質、動量守恒、洛倫茲力及左手定則等知識，具有綜合性強的特色，應全面把握。

　　第4章 核能

　?。勰康囊螅?

　　1、知道核力的性質，能簡略說明輕核與重核內中子數(shù)、質子數(shù)具有不同比例的原因。

　　2、知道核反應中的質量虧損。

　　3、知道愛因斯坦的質能方程，理解質量與能量的關系。

　　4、懂得原子核的結合能及平均結合能概念，懂得釋放能量的道路。

　　5、知道重核的裂變是開釋核能的道路之一。

　　6、知道鈾核裂變及鏈式反應的原理。

　　7、了解核反應堆和核電站的基礎原理。

　　8、控制鈾核裂變的核反應方程，會根據其質量虧損盤算釋放的核能。

　　9、懂得聚變反映的特色及其條件。

　　10、了解可控熱核反應及其研討和發(fā)展。

　　1、核能

　　核反應過程中釋放或接收的能量叫______________。如： ，中子和質子聯(lián)合成一個氘核時會釋放出 能量，這個能量以光子的情勢輻射出往。 ，一個氘核分拆成中子和質子時須要接收的能量即是或大于 的光子。

　　2、質量虧損

　　組成原子核的核子的質量與原子核的質量之差叫做核的______________。呈現(xiàn)質量虧損的核反應才干開釋能量。

　　3、愛因斯坦質能方程

　　，E表示物體的能量，m表示物體的質量，c表現(xiàn)光速。根據質量虧損可以盤算核反應中釋放的核能為： 。

　　4、重核的裂變

　　一個重核決裂成兩個或兩個以上的中等質量的核的反映，叫做______________。

　　鈾235在裂變過程中，會產生2~3個中子，這些中子再引起其他鈾核的裂變，這可以使反應連續(xù)不斷地進行下往，這種反應叫鏈式反應。

　　5、輕核的聚變

　　輕核結合成質量較大的核叫做______________。輕核的核子平均質量比中等質量的核的核子的平均質量要大得多，所以輕核聚合為中等核時要釋放大批的核能。

　　6、正確區(qū)分原子核能和原子能級

　　原子核能是原子核內核力做正功時釋放出來的能量。而原子能級是指原子處于各種定態(tài)時的能量（電勢能和電子的動能之和），原子躍遷時，庫侖力做正功，釋放出能量，兩種釋放出來的能量盤算為：

　　核能：

　　原子躍遷： 。

　　7、怎樣懂得質能方程

　　（1）質能方程闡明，一定的質量總是跟一定的能量相接洽的。具體地說，一定質量的物體所具有的總能量是一定的，等于光速的平方與其質量之積，這里所說的是總能量，不是單指物體的動能、核能或其他哪一種能量，而是物體所具有的各種能量的總和。

　?。?）根據質能方程，物體的總能量與其質量成正比，物體的質量增長，顯微鏡價格攝像頭價格，則總能量隨之增長；質量減少，總能量也隨之減少，這時質能方程也可寫作 。

　?。?）應用質能方程時應注意單位。一般情形下，公式中各量都應取國際制單位。但在微觀范疇，用國際制單位往往比擬麻煩，習慣上常用“原子質量單位”和“電子伏特”作為質量和能量的單位。一原子質量單位的質量為1u， ，由質能方程知，1u的質量所接洽的能量為：

　　【典范例題】

　　例1. 如圖所示，a為未知自然放射源，b為薄鋁片，c為兩平行板之間存在著較大電場強度的勻強電場，d為熒光屏，e為固定不動的顯微鏡筒。試驗時，假如將強電場c撤去，從顯微鏡內視察到熒光屏上每分鐘閃爍亮點數(shù)沒有變更；假如再將薄鋁片b移開，則從顯微鏡筒內察看到的每分鐘閃耀亮點數(shù)大為增添。由此可判定放射源所發(fā)出的射線可能為（ ）

　　

　　A. 射線和x射線

　　B. 射線和 射線

　　C. 射線和 射線

　　D. 射線和 射線

　　解析： 粒子的貫串本事很小，一張薄鋁片就可把它擋住， 射線能穿透幾毫米厚的鋁板， 射線能貫穿幾厘米厚的鋁板。撤去電場后，熒光屏上閃耀亮點數(shù)沒有變更，解釋本來能達到熒光屏的射線不帶電，放射源放出的射線中有 射線，撤去薄鋁片，閃耀亮點數(shù)大為增添，闡明放射源發(fā)出的射線中有 射線，故選項D準確。

　　例2. 本題中用大寫字母代表原子核。E經 衰變成為F，再經 衰變，變成為G，再經 衰變，變成為H。上述系列衰變可記為： ，另一系列衰變記為：

　　已知P是F的同位素，則（ ）

　　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：由題意P是F的同位素，設它們的核電荷數(shù)為Z，質量數(shù)分辨為 、A，又原子核每發(fā)生一次 衰變，核的質量數(shù)減少4，電荷數(shù)少2；每發(fā)生一次 衰變，質量數(shù)不變，電荷數(shù)增添1，則題中衰變關系可寫為：

　　故由上述衰變關系可知R是E的同位素、S是F的同位素，答案是B。

　　例3. 目前的核電站都是用鈾235作核燃料，通過裂變獲得核能。假如我們用氘和氚作核燃料，通過聚變獲得核能，問兩種方式所需核燃料質量之比為多少？

　　供給的數(shù)占有：一個鈾235核在裂變時放出 的核能，氘原子質量為2.01473u，氚原子質量為3.01701u，氦原子的質量為4.00388u，中子質量為1.00867u，電子質量為0.00055u。

　　解析：氘核與氚核聚變的核反響方程式為

　　由于供給的數(shù)據為原子的質量，反應前核的總質量應為原子的總質量減去2個電子質量；反應后的核總質量應為原子總質量減往4個電子質量，所以反應前后原子核的質量差為 。

　　一個氘核與一個氚核聚變釋放的核能為 。

　　核資料釋放的總能量可看作它所含的核子數(shù)乘以每個核子均勻釋放的能量，而核子的質量可看成都是一樣的（三位有效數(shù)）。這樣，核反應釋放的總能量雷同，所需的核資料的質量與核子均勻釋放的能量成反比，因此，裂變和聚變所需的核資料質量之比為

　　例4. 一個鈾核衰變?yōu)殁Q核時釋放出一個 粒子。已知鈾核的質量為 ，釷核的質量為 ， 粒子的質量為 。

　?。?）在這個衰變過程中釋放出的能量即是多少焦？（保存兩位有效數(shù)字）

　?。?）設上述衰變是在一邊界為圓形的半徑 的勻強磁場中產生的，且衰變前鈾核靜止于圓心，衰變過程中釋放出的能量都轉化為動能。欲使衰變產物釷核和 粒子均不飛出磁場，則該磁場的磁感應強度B至少多大？

　　解析：衰變進程是弱相互作用，牛頓運動定律不實用，但仍滿足動量守恒和能量守恒。假設衰變產物只有釷核和 粒子，則它們的動量大小相等、方向相反，衰變過程由于質量虧損開釋的核能即是它們的動能之和。假如放出的 粒子的速度方向與磁場方向垂直，則 粒子和釷核都做勻速圓周活動，其軌跡外切。

　?。?）衰變過程釋放出的能量為

　?。?）設釷核質量為M，釷核速度為V， 粒子的質量為m， 粒子速度為v，由動量守恒和能量守恒得

　　由上述兩式可解得 粒子動能為 ，則

　　粒子與釷核在磁場中的活動徑跡如圖所示。

　　由

　　可知， ，所以

　　【模仿試題】

　　1、自然放射性元素 經過一系列 衰變和 衰變之后，變成 。下列論斷中準確的是（ ）

　　A. 比 少24個中子

　　B. 比 少8個質子

　　C. 衰變過程中共有4次 衰變和8次 衰變

　　D. 衰變過程中共有6次 衰變和4次 衰變

　　2、如圖所示是原子核的核子平均質量與原子序數(shù)Z的關系圖象，下列說法中，正確的是（ ）

　　

　　A. 若D、E能結合成F，結合過程一定要釋放能量

　　B. 若D、E能結合成F，聯(lián)合過程必定要接收能量

　　C. 若A能分裂成B、C，分裂過程必定要釋放能量

　　D. 若A能分裂成B、C，分裂過程必定要吸收能量

　　3、一對正電子與負電子相遇可以轉化為一對 光子，寫出反響方程為_____________，依據質能方程 光子的頻率為_________Hz（請求二位有效數(shù)字，電子質量 ，電子電量 ，光速 ，普朗克常數(shù) ，不斟酌電子的動能）

　　4、用中子轟擊鋰核（ ）產生核反應，天生氘（ ）核和 粒子，并且放出 的能量，核反應方程式為_________________，反應過程中質量虧損是___________u，假設中子與鋰核是以等值反向的動量相碰的，則核反應后，氚核和 粒子的動能之比是_______ ____________。

　　5、能源危機是一個全球性的共同問題，科學家們正在積極摸索核能的開發(fā)與和平應用，其中可控熱核反應向人類展現(xiàn)了誘人的遠景，熱核反應比雷同數(shù)目的核子產生裂變反應釋放的能量大好幾倍，同時所造成的污染也要輕得多，而且可用熱核反應的氘（ ）在海水中的總量非常豐盛，所以一旦可控熱核反應能夠到達適用，便可解決人類的能源危機問題。

　?。?）熱核反應中的一種是一個氘核和一個氚核（ ）聚變?yōu)橐粋€氦核（ ），請完成這個核反應方程式： ＋能量。

　?。?）若氘核的質量為2.041u，氚核的質量為3.0161u，中子的質量為1.0087u，氦核的質量為4.0026u，其中u是原子的質量單位，已知1u相當于931.5MeV的能量，則上述核反應過程中釋放的能量為____________MeV（保存三位有效數(shù)字）。

　　6、在勻強磁場中，一靜止的放射性原子核A發(fā)生衰變時，恰拍得一張如圖所示的圓形軌跡的照片。

　?。?）剖析原子核A衰變的類型，闡明衰變中放出的粒子C與發(fā)生的新核D分辨沿哪條軌道活動

　?。?）若測得圖示中兩個圓形軌跡的半徑之比為44：1，試求出原子核A中的質子數(shù)。

　?。?）若原子核A的質量數(shù)為232，試求出衰變中放出的粒子C與產生的新核D的動能之比。

　　【試題答案】

　　1、答案：BD

　　解析： 的中子數(shù)為126，質子數(shù)為82； 的中子數(shù)為142，質子數(shù)為90。所以 比 少16個中子，少8個質子。 衰變次數(shù) 次， 衰變次數(shù) 次。

　　2、解析：“核子平均質量”的大小反應核子結合成原子核時質量虧損的多少。核子均勻質量大的D、E聯(lián)合成核子平均質量較小的F時，有質量虧損，所以要釋放出能量。同樣，核子平均質量大的A決裂成核子平均質量較小的B、C時，也有質量虧損，所以也要釋放出能量。因此，準確答案是AC。

　　答案：AC

　　點評：實際上圖中D、E核的原子序數(shù)較小，它們結合成原子序數(shù)較大的F核的情況，就是輕氘的聚變；而A核的原子序數(shù)較大，它決裂成原子序數(shù)中等的B、C核的情況，就是重核的裂變。

　　3、

　　解析：方程為 。根據 和 得，

　　4、

　　解析：核反應方程： 由 得： ，根據動量守恒定律： ，∴動能之比

　　5、（1） （2）17.6

　　解析： 。

　　6、解析：（1） 衰變；大圓的粒子C（即 粒子）的軌道；小圓的新核D的軌道。

　?。?）∵ ∴ ，即新核D的質子為88。

　　所以原子核A中的質子數(shù)為90。

　?。?）∵ ∴ ∝

　　


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