原子核衰变、人工转变
北京师范大学附属中学高中物理选修三第五章《原子核》测试题(答案解析)
一、选择题1．(0分)[ID ：130926]天然放射性元素在衰变过程中会辐射α射线、β射线和γ射线。
关于原子核衰变，下列说法中正确的是（ ） A ．β射线来源于原子的核外电子B ．γ射线可以用来探测金属部件内部的缺陷C ．放射性原子核衰变成新核，原子核的比结合能减小D ．1000个半衰期为2h 的某放射性同位素，经6h 还剩125个 2．(0分)[ID ：130880]在核反应方程41417278He+N O+X →中，X 表示的是 A ．质子B ．中子C ．电子D ．α粒子3．(0分)[ID ：130876]下列说法中正确的是（ ） A ．结合能越大的原子核越稳定 B ．某放射性元素经12天有78的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为4天 C ．氢原子从较低能级跃迁到较高能级时，电势能减小 D ．β衰变所释放的电子是原子核外电子电离所形成的 4．(0分)[ID ：130868]下列说法正确的是A ．原子核的结合能是组成原子核的所有核子的能量总和B ．γ射线的穿透能力很强，甚至能穿透几厘米厚的铅板C ．在天然放射现象中放出的β射线是原子的内层电子受激后辐射出来的D ．镭226衰变为氡222的半衰期是1620年，也就是说100个镭核经过1620年后一定还剩下50个镭226没有发生衰变5．(0分)[ID ：130861]在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核，它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆，两圆的直径之比为7：1，如图所示，那么碳14的衰变方程为A ．14014615C e B →+ B ．14410624C He B e →+ C ．14214615C H B →+D ．14146-17C e N →+6．(0分)[ID ：130857]一个静止的原子核a bX 经α衰变放出一个α粒子并生成一个新核，α粒子的动能为E 0．设衰变时产生的能量全部变成α粒子和新核的动能，则在此衰变过程中的质量亏损为（ ）A ．02E cB ．()024E a c -C ．()024a E c - D ．()024aE a c -7．(0分)[ID ：130951]原子核23892U 在天然衰变为20682Pb 的过程中，所经过的α衰变次数质子数减少的个数、中子数减少的个数依次为（ ） A ．8、10、22B ．10、22、8C ．22、8、10D ．8、22、108．(0分)[ID ：130950]研究表明，中子（10n ）发生β衰变后转化成质子和电子，同时放出质量可视为零的反中微子e ν。
第十四章B原子核的人工转变
第十四章 B原子核的人工转变从天然放射性衰变中可以知道原子核是可以转变的，那么能不能用人工方法使核发生转变，从而研究其变化规律呢？再进一步想，能不能用人工方法使原子核按人们的需要来改变，比如制造重金属等，实现真正的“点石成金”。
1919年卢瑟福用α粒子轰击原子核，实现了世界上第一个人工核反应，在以后的数十年间，许多国家都建造了大型粒子加速器，用它们深入地研究核和粒子的奥秘，图14-4是我国建造的正负电子对撞机，图14-5是兰州重离子加速器主体部分。
利用这些设备科学家进行着各种各样的人工核转变。
什么是原子核的人工转变？世界上首例原子核人工转变是怎样实现的呢？一、原子核的人工转变用人工的方法使原予核发生转变的过程叫做原子核的人工转变。
卢瑟福用α粒子轰击氮核的实验，是世界上第一个实现原子核人工转变的实验，其实验装置示意图如图14-6所示。
A是放射性物质，F是银箔，选择银箔的厚度使从A射出的α粒子恰好能被完全吸收，而不能穿过。
S是荧光屏，M为显微镜，可以观察荧光屏上是否出现闪光，当容器通过阀门T通入纯净的氧气或二氧化碳时，荧光屏S上没有闪光，说明这时α粒子已全部被银箔F吸收。
当容器内通入纯净的氮气时，荧光屏S上出现闪光。
卢瑟福认为，这些闪光一定是α粒子击中氮核后，产生能量较大的新粒子透过银箔引起的。
后来，测出这种粒子的质量和电量，才知道它就是氢原子核，即质子。
原子核在人工转变过程中的电荷数和质量数也应当是守恒的，因而以上实验中的人工转变过程，可用核反应方程表示：147N＋42He→178O＋11H。
自主活动完成下列人工转变过程的核反应方程：北京正负电子对撞机图14-4兰州重离子加速器（主体部分）图14-5图14-6（1）199F ＋42He →11H ＋______。
（2）2311Na 俘获1个α粒子后放出一个质子。
图14-7是α粒子穿过充满氮气的云室时拍摄的照片，在许多α粒子的径迹中有一条径迹发生了分叉，分叉后细而长的是质子的径迹，粗而短的是一新生的氧核的径迹，分叉处就是氮核俘获α粒子发生人工转变的地方。
放射性元素的衰变
要点一、原子核的衰变半衰期（一）原子核的衰变1．定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子，而变成另一种原子核的变化。
2．衰变类型(1)α衰变：原子核放出α粒子的衰变．进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2，238 92U 的α衰变方程：238 92U→234 90Th＋42He。
(2)β衰变：原子核放出β粒子的衰变．进行β衰变时，质量数不变，电荷数加1，234 90Th 的β衰变方程：234 90Th→234 91Pa＋0－1e。
3．衰变规律：电荷数守恒，质量数守恒。
（二）半衰期1．定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
2．特点：(1)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大。
(2)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。
3．适用条件：半衰期描述的是统计规律，不适用于少数原子核的衰变。
要点二、核反应放射性同位素及其应用（一）核反应1．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程．2．原子核的人工转变：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，核反应方程14 7N＋42He→178O＋11H. 3．遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒．（二）放射性同位素及其应用1．放射性同位素：具有放射性的同位素．2．应用：(1)射线测厚仪：工业部门使用放射性同位素发出的射线来测厚度．(2)放射治疗．(3)培优、保鲜．(4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素代替非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置．（三）辐射与安全1．人类一直生活在放射性的环境中．2．过量的射线对人体组织有破坏作用．在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染．要点突破一：衰变半衰期(1)方法：设放射性元素A Z X 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 ，则衰变方程为：A ZX →A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m以上两式联立解得：n ＝A －A ′4，m ＝A －A ′2＋Z ′－Z由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。
原子核的衰变
原子核的衰变、原子核的人工转变（一）天然放射现象1、1896年，法国物理学家贝克勒耳发现天然放射现象。
物质发射射线的性质叫做放射性，具有放射性的元素叫做放射性元素。
能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象。
例：铀或含铀的矿物质，钋、镭等都是天然放射性物质。
注意：①天然放射性并不是少数元素才具有的，原子序数大于或等于83的天然元素都具有放射性，原子序数小于83的天然元素，也有一些具有放射性。
例：Na, P等。
②天然放射性现象的发现，打开了人们认识原子核内部世界的窗口，它不仅使人类认识到原子核也是具有结构的，而且告诉人们原子核可以自发地转变为另一种原子核。
2、三种射线的本质和特性：名称组成速度穿透本领电离作用α射线He粒子流0.1c 很弱很强β射线e电子流0.99c 较强较弱γ射线光子 c 最强很弱注意：①当放射性物质连续发生衰变时，各种原子核中有的放射α射线，有的放射β射线，同时伴随γ射线，这时在放射性中就会同时有α、β、γ三种射线。
②α、β、γ粒子都是从原子核里放射出来的，但不能认为这三种粒子就是原子核的组成部分。
2、放射性元素的衰变①衰变：原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫原子核的衰变。
②三个守恒：衰变过程遵守质量数守恒、电荷数守恒和能量守恒的规律。
③α衰变：X→Y+He例：β衰变：X→Y+e例：3．半衰期：是放射性元素的原子核有半数发生衰变的时间。
计算公式：N=N0()n，式中n=或m=m0()n，式中n=N(m)为放射性元素在几个半衰期后的原子核个数（质量）。
N0(m0)为放射性元素的初始原子核数（质量），n为半衰期的倍数。
注意：①放射性元素衰变的快慢是由核内部本身的因素决定的，而跟原子所处的物理状态（温度、压强、速度、受力等）和化学状态（单质、化合物等）无关。
②放射性元素的衰变规律是统计规律，只适用于含有大量原子的样品（对有限数核不适用，不能由半衰期推算放射性样品完全衰变的时间）。
衰变与人工核反应(含答案)
衰变与人工核反应一、基础知识（一）、天然放射现象、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，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核还具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．2、原子核(1)原子核的组成①原子核由中子和质子组成，质子和中子统称为核子．②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝中子数＋质子数．③X元素原子核的符号为A Z X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数．(2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，因为在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质．3、三种射线的比较（二）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：A Z X→A－4Y＋42HeZ－2β衰变：A Z X→A Z＋1Y＋0－1e2．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关．二、理解1．衰变规律及实质(1)两种衰变的比较(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．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(核处于激发态)而辐射出光子．2．原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程．典型核反应：(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为：147N＋42He→178O＋11H.(2)查德威克发现中子的核反应方程为：94Be＋42He→126C＋10n.(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：27Al＋42He→3015P＋10n. 3015P→3014Si＋0＋1e.133．确定衰变次数的方法(1)设放射性元素A Z X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AX→A′Z′Y＋n42He＋m0－1eZ根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m(2)确定衰变次数，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． 半衰期(1)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数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．(2)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． 三、练习1、下列说法正确的是( )A ．原子核在衰变时能够放出α射线或β射线B.232 90Th (钍)经过一系列α和β衰变，成为20882Pb(铅)，铅核比钍核少12个中子C ．原子核的半衰期与物质的质量有关，质量大，半衰期长D ．对物质加热或加压可以缩短原子核的半衰期 答案 A2、如图甲是α、β、γ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伤痕的示意图，请问图乙中的检查利用的是( ) A ．α射线 B ．β射线C ．γ射线D ．三种射线都可以 答案 C解析 由题意可知，工业上需用射线检查金属内部的伤痕，由题图甲可知，三种射线中γ射线穿透力最强，而α射线、β射线都不能穿透金属，所以答案为C. 3、 在下列4个核反应方程中，X 表示α粒子的是( )A.3015P →3014Si ＋XB.238 92U →234 90Th(钍)＋XC.2713Al ＋X →2712Mg ＋11HD.2713Al ＋X →3015P ＋10n答案 BD解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可知，四个选项中的X 分别代表：01e 、42He 、10n 、42He ，选项B 、D 正确．4、(2012·重庆理综·19)以下是物理学史上3个著名的核反应方程x ＋73Li →2y y ＋14 7N →x ＋17 8O y ＋94Be →z ＋12 6Cx 、y 和z 是3种不同的粒子，其中z 是 ( )A ．α粒子B ．质子C ．中子D ．电子答案 C解析 第二、三个核反应分别是发现质子和中子的核反应方程，根据核反应方程的质量数和电荷数守恒可得，x 、y 、z 分别是11H 、42He 、10n ，C 正确5、 238 92U 是一种放射性元素，其能发生一系列放射性衰变，衰变过程如图所示．请写出①、②两过程的衰变方程：①____________________________________________________；②___________________________________________________.答①210 83Bi(铋)→210 84Po 钋[pō]＋－1e ②210 83Bi →20681Tl [t ā]＋42He5、(2012·大纲全国·15)235 92U 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答案 B解析 衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒．先写出核反应方程：235 92U →207 82Pb ＋m 42He ＋n 0－1e根据质量数守恒和电荷数守恒列出方程 235＝207＋4m 92＝82＋2m －n解得m ＝7，n ＝4，故选项B 正确，选项A 、C 、D 错误．6、由于放射性元素237 93Np(镎)的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现．已知237 93Np 经过一系列α衰变和β衰变后变成20983Bi ，下列判断中正确的是( )A.209 83Bi 的原子核比237 93Np 的原子核少28个中子B.209 83Bi 的原子核比237 93Np 的原子核少18个中子C ．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变D ．衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变 答案 BC 解析20983Bi的中子数为209－83＝126，237 93Np 的中子数为237－93＝144，209 83Bi 的原子核比23793Np 的原子核少18个中子，A 错，B 对；衰变过程中共发生了α衰变的次数为237－2094＝7次，β衰变的次数是2×7－(93－83)＝4次，C 对，D 错．7、(2011·海南·19(1))2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故．在泄漏的污染物中含有131I 和137Cs(铯)两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是________和________(填入正确选项前的字母).53131I和55137Cs原子核中的中子数分别是________和________．A．X1―→13756Ba＋10n B．X2―→13154Xe＋0－1eC．X3―→13756Ba＋0－1e D．X4―→13154Xe＋11p解析根据核反应方程的质量数、电荷数守恒知，131I的衰变为选项B,137Cs的衰变为选项C,131I的中子数为131－53＝78,137Cs的中子数为137－55＝82.答案B C78828、三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核(42He)，则下面说法正确的是()A．X核比Z核多一个质子B．X核比Z核少一个中子C．X核的质量数比Z核的质量数大3D．X核与Z核的总电荷数是Y核电荷数的2倍：答案CD解析设原子核X的符号为a b X，则原子核Y为a b－1Y，a b X→0＋1e＋a b－1Y，11H＋a b－1Y→42He＋a－3b－2Z，故原子核Z为a－3b－2Z. 镤拼音[pú]核反应类型的判断9()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是裂变反应答案AC解析在核反应过程中，反应前后核电荷数和质量数分别守恒，选项B中的核反应是α衰变；选项D中的核反应是人工转变，选项B、D错误，选项A、C正确．10、(2012·广东理综·18)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A.31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应B.31H＋21H→42He＋10n是β衰变C.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应D.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n是α衰变答案AC解析β衰变时释放出电子(0－1e)，α衰变时释放出氦原子核(42He)，可知B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应，A正确；选项C中一个U235原子核吸收一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子是典型的核裂变反应，C正确．11、(1)现有三个核反应方程：①2411Na→2412Mg＋0－1e；②23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n；③21H＋31H→42He＋10n.下列说法正确的是()A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变(2)现有四个核反应：A.21H＋31H→42He＋10nB.23592U＋10n→X＋8936Kr＋310nC.2411Na→2412Mg＋0－1eD.42He＋94Be→126C＋10n①________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程．②求B 中X 的质量数和中子数．解析 (1)2411Na →2412Mg ＋ 0－1e 中Na 核释放出β粒子，为β衰变，235 92U ＋10n →141 56Ba ＋9236Kr ＋310n 为铀核在被中子轰击后，分裂成两个中等质量的核，为裂变．而21H ＋31H →42He ＋10n 为聚变，故C 正确．(2)①人工转变核反应方程的特点：箭头的左边是氦核与常见元素的原子核，箭头的右边也是常见元素的原子核．D 是查德威克发现中子的核反应方程，B 是裂变反应，是研究原子弹的基本核反应方程，A 是聚变反应，是研究氢弹的基本核反应方程．②由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X 质量数为144，电荷数为56，所以中子数为144－56＝88. 答案 (1)C (2)①D B A ②144 88 半衰期的考查12、一块含铀的矿石质量为M ，其中铀元素的质量为m ，铀发生一系列衰变，最终生成物为铅．已知铀的半衰期为T ，那么下列说法中正确的是( )A ．经过2个半衰期后，这块矿石中基本不再含有铀B ．经过2个半衰期后，原来所含的铀元素的原子核有m4发生了衰变C ．经过3个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m8D ．经过1个半衰期后该矿石的质量剩下M2答案 C解析 经过2个半衰期后矿石中剩余的铀元素应该有m 4，经过3个半衰期后矿石中剩余的铀元素还有m8.因为衰变产物大部分仍然留在矿石中，所以矿石质量没有太大的改变 13、 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，可以减小放射性元素的半衰期D ．可以用来测定地质年代、生物年代等解析 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，A 错，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C 错，D 对． 答案 BD。
高考物理专题——近代物理初步
一、光电效应1．实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率低于这个频率时不发生光电效应。
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
(3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过10－9 s。
(4)当入射光的频率大于或等于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。
2．三个概念(1)最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。
(2)饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。
(3)入射光强度：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。
3．光电效应方程(1)方程：E k＝hν－W0，光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得，即E k＝eU c，其中U c是遏止电压。
(2)极限频率：νc ＝W 0h 。
(3)逸出功：它与极限频率νc 的关系是W 0＝hνc 。
二、能级跃迁1．氢原子能级2．谱线条数一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，最多可能辐射出的光谱线条数N ＝C 2n ＝n （n －1）2。
三、核反应和核能1．原子核衰变 衰变类型α衰变 β衰变 衰变方程 A Z X →A －4Z －2Y ＋42He A Z X → A Z ＋1Y ＋0－1e衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子 211H ＋210n →42He 10n →11H ＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量。
(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。
(3)质能方程：E ＝mc 2，即一定的能量和一定的质量相联系。
原子核的人工转变方程式
原子核的人工转变方程式原子核的人工转变方程式是指通过人工手段改变原子核的构成和性质的化学反应方程式。
这种转变可以通过放射性同位素的放射性衰变、核裂变和核聚变等方式实现。
其中，放射性同位素的放射性衰变是指原子核自发地发生放射性衰变，而核裂变和核聚变则需要外界能量的输入才能发生。
下面分别介绍这三种方法的人工转变方程式：1. 放射性同位素的放射性衰变放射性同位素是指具有不稳定原子核的同位素，它们会自发地发生放射性衰变，释放出粒子或电磁辐射以达到更加稳定的状态。
例如，铀-238（U-238）会经过一系列α衰变和β衰变最终转化为稳定的铅-206（Pb-206），其反应方程式如下：U-238 → Th-234 + α（4/2 He）Th-234 → Pa-234 + β（0/-1 e）Pa-234 → U-234 + β（0/-1 e）U-234 → Th-230 + α（4/2 He）Th-230 → Ra-226 + α（4/2 He）Ra-226 → Rn-222 + α（4/2 He）Rn-222 → Po-218 + α（4/2 He）Po-218 → Pb-214 + α（4/2 He）Pb-214 → Bi-214 + β（0/-1 e）Bi-214 → Po-214 + β（0/-1 e）Po-214 → Pb-210 + α（4/2 He）Pb-210 → Bi-210 + β（0/-1 e）Bi-210 → Po-210 + β（0/-1 e）Po-210 → Pb-206 + α（4/2 He）2. 核裂变核裂变是指将重核分裂成两个或多个轻核的过程，同时释放出大量能量。
这种转变需要外界的能量输入，例如中子轰击或高能粒子撞击等。
以铀为例，其核裂变方程式如下：n + U-235 → Ba-141 + Kr-92 + 3nn + U-238 → Ba-140 + Kr92 + 3n其中，U代表铀，n代表中子，Ba代表钡，Kr代表氪。
原子核人工转变方程
原子核人工转变方程是核物理领域一项重要的研究课题，它涉及着核反应的机制和过程，对于人类能源的发展和利用具有重要意义。
本文将围绕原子核人工转变方程展开探讨，从基本概念到实际应用，深入剖析其中的原理和规律。
首先，我们需要了解什么是原子核人工转变方程。
原子核人工转变方程是描述核反应的一种数学模型，它以原子核的结构和性质为基础，揭示了原子核在外界刺激下发生变化的规律。
通过人工干预核反应过程，可以实现从一种核素向另一种核素的转变，从而产生不同的放射性同位素，具有广泛的应用前景。
在探讨原子核人工转变方程的基础上，我们还需要了解核反应的分类和特点。
核反应可以分为裂变和聚变两种类型，裂变是指原子核分裂成较小的核片段，释放出巨大的能量；而聚变则是指两个较小的原子核融合成较大的核，同样伴随着能量的释放。
核反应具有高能量密度、无排放污染等特点，是一种清洁高效的能源形式，对人类社会的可持续发展至关重要。
在实际应用中，原子核人工转变方程被广泛运用于核能领域。
核能是当今世界上最为主要的清洁能源之一，其发展受到越来越多国家的重视。
利用原子核人工转变方程可以精确控制核反应过程，提高核能发电的效率和安全性。
同时，人工转变方程也被用于核武器的设计与制造，加强国防实力，维护国家安全。
除了在核能领域的应用外，原子核人工转变方程还在医学和环境保护等领域发挥着重要作用。
核医学是一种重要的医学诊断和治疗手段，通过放射性同位素的标记和治疗，可以实现对人体的精准定位和治疗。
原子核人工转变方程的研究成果为核医学技术的发展提供了重要支撑。
同时，核辐射对于环境的影响也备受关注，通过人工转变方程控制核废料的产生和处理，可以减少辐射对环境造成的危害，维护生态平衡。
在研究原子核人工转变方程的过程中，我们还需要深入探讨核反应的动力学和机理。
核反应是一个复杂的过程，受到多种因素的影响，如温度、压力、反应物质量等。
研究核反应的动力学规律可以帮助我们更好地理解原子核转变的过程，从而提高核反应的效率和控制。
衰变 核反应
答案ABD
7、三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子
后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核
并放出一个氦（42He）,则下面说法正确的是
（08全国1卷）
A．X核比Z核多一个原子
⑵174 N+
4 2
He
17
→8
O+_____
⑶150B+
1
0n
→_____+
4 2
He
⑷ 94Be+42He →_____+ 01n
56 2
57
⑸ 26Fe+ 1 H →27 Co+_____
16
4现有三个核反应： ①2411Na→2412Mg＋0-1e ②23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋3 10n ③21H＋31H→42He＋10n 下列说法正确的是 (06全国卷) A ①是裂变，②是β衰变，③是聚变 B ①是聚变，②是裂变，③是β衰变 C ①是β衰变，②是裂变，③是聚变 D ①是β衰变，②是聚变，③是裂变
D、任何放射性元素都能同时发出三种射线
2. U238在 衰变时产生钍234。
Th234也具有放射性，放出 粒
子后变为（镤234），上述的过程可以 用下面的衰变方程表示：
U 238
92
234 90
Th
234 90
Th
＋
4 2
He
234 91
Pa
＋
0 -1
e
⑴174
N+
1 0
n
高中物理教科版选修3-5教学案：第三章 章末盘点 Word版含答案
专题三
半衰期的计组成的放射性样品中，放射性元素的原子核有一半发生衰变所需的时间。
2、计算公式
N′＝N0( )n或m′＝m0( )n，其中n＝t/T。(式中N′、m′为衰变后剩余的原子数量和质量，N0、m0为衰变前原子数量和质量，n为半衰期个数，t是所用时间)。
(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。
[例1]关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有()
详细解析:选ACE密立根通过油滴实验测出了元电荷即基本电荷的数值，A项正确；贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂的结构，卢瑟福通过α粒子散射实验确定了原子的核式结构模型，B项错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，C项正确；卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮的原子核，从中找出了新的粒子，通过测定其质量和电荷，确定该粒子为氢的原子核，证实了原子核内部存在质子，D项错误；汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况确定了阴极射线的本质是带电的粒子流，并测出了这种粒子的比荷，E项正确。
5、太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的聚变反应产生的，下列核反应属于聚变反应的是()
图1
A. H＋ H―→ He＋ n
B. 7N＋ He―→ 8O＋ H
C. 92U＋ n―→ 54Xe＋ Sr＋10 n
D. 92U―→ 90Th＋ He
详细解析:选AA是聚变反应，B是人工转变的核反应，C是裂变反应，D是α衰变反应，故选项A是正确的。
核反应方程的分类与计算
9 核反应方程的分类与计算从不同的角度对核反应方程进行分类时，一般的分类方法有三种。
9。
.1从转变方式的角度分类可分为衰变反应与人工核反应放射性元素的原子核在自发地放出α、β或γ射线的同时，转变为其他元素原子核的过程叫做衰变，而用人工的方式强制进行的核反应则称为人工核反应。
原子核的人工转变和天然衰变都是一种核素转变为另一种核素，但天然衰变大多数发生于原子序数大于84的放射性元素，衰变过程中放射性元素的原子核数量按指数规律递减，存在着半衰期，且一切衰变反应都是放能反应；而原子核的人工转变则是以极快的速度进行的撞击，存在着放能反应和吸能反应两种类型。
α衰变：例如226222488862Ra Rn He →+，该反应中的质量亏损()226.0254222.0175 4.00260.0053m u u u ∆=-+=，对应释放的核能4.94MeV ，相当于137.910J -⨯，其中α粒子的占衰变能的98%，反冲核 的动能只占只占衰变能的2%。
半衰期不同放射性元素放出的α粒子的动能并不相同，一般来说，半衰期较长的α衰变放出的α粒子的动能较小，例如23592U （半衰期4.5×109年）放射的α粒子能量约为4.2MeV(其速度71.410/m s ⨯)，而21284Po （半衰期7310s -⨯）放射的α粒子约为 8.78M 的V （其速度约为72.110/m s ⨯），两者的大小均比一般资料上所说的10c小。
β衰变又称为－β衰变，例如6060027261Co Ni e -→+，它是从原子核中自发地放出一个电子的核转变，其通式一般可写成011AA Z Z X Y e ϑ+-→++（即110011n H e ϑ-→++）的形式，相当于核内的一个中子转变为质子；＋β衰变：例如：3030015141P Si e →+，其通式一般可写成011AA Z Z X Y e ϑ-→++（即110101H n e ϑ→++）的形式，相当于核内一个质子转变为中子，然而由于质子质量小于中子质量，因此在自由状态下质子是不能自发地转变为中子的，但是当质子束缚于原子核内部时却不存在这种转变的可能。
核反应中的人工转变
核反应中的人工转变及核反应方程教学目标：（一）知识与技能目标：1.知道原子核的人工转变、核反应的概念和规律.2.理解核能的概念，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.会根据质能方程和质量亏损计算核反应中释放的核能.（二）过程与方法目标：1.通过质疑、释疑的思维过程，提高分析探究问题的能力2.学习归纳、推理、迁移的科学方法（三）情感态度与价值观目标：1.领略自然界的奇妙与和谐2.体会探索自然规律的乐趣,感悟大自然的博大精深3.激发使命感与责任感,培养将科学服务于人类的意识教学重点：1.核反应中的人工转变及核反应方程2.核能的概念.爱因斯坦的质能方程.计算核能.教学难点：纠正核能是质量转化为能量的错误理解．正确理解质量亏损教学方法：以讲授为主，辅之以学生课堂练习.先从原子核的天然衰变引出原子核的人工转变，进而引入核反应的概念，总结出核反应遵从的规律；从核反应中的γ辐射引入核能的概念，再从核反应中的质量亏损引出爱因斯坦质能关系，最后说明在核反应中释放能量与质量亏损密切相关，给出公式△mc 2，再通过学生的课堂练习加以巩固. 教学手段：无特殊教学手段教学过程：㈠创设情境、激趣导入 ㈡自主、合作、探究 ㈢板书设计一、核反应1.核反应：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。
说明：10核反应既不是化学变化，也不是物理变化，核反应是核变化。
20核变化包括原子核的衰变和核反应30核反应包括原子核的人工转化、核裂变、轻核的聚变（有时把衰变也称作核反应） 这节课学习原子核的人工转化：在1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素——氧17和一个质子，第一次实现了原子核的人工转变。
2.原子核的人工转变：用α粒子（或H 11或n 10……）轰击原子核使之发生变化的过程，叫做原子核的人工转变。
（或说：用人工方法使原子核发生变化的过程，叫做原子核的人工转变）（原子核的人工转变是核反应中的一种。
核反应四种类型的比较及核能的计算
核反应四种类型的比较及核能的计算一、核反应的四种类型核反应类型分四种，核反应的方程特点各有不同．衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子；聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等原子核；裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是程中都遵循质量数和电荷数守恒以及能量守恒．1、衰变衰变是原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化．放射性元素在衰变时会放出三种不同的射线，它们是α射线、β射线、γ射线．这三种射线具有不同的本质和特点：⑴α射线，速度约为1/10光速的氦核流，贯穿能力很弱，在空气中只能飞行几厘米或穿过一张薄纸，但电离作用很强．⑵β射线，速度约为十分之几光速的电子流，贯穿能力较强，能穿过几毫米的铝板，电离作用较弱．⑶γ射线，波长极短的电磁波，贯穿能力最强，能穿过几厘米厚的铅板，但电离作用很弱．一个原子核一次只能产生一种衰变，α衰变或β衰变，并伴随能量的产生．因此，衰变又可分为α衰变和β衰变．衰变的一个重要的物理概念是半衰期．半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，它表示放射性元素衰变的快慢．半衰期是由核本身的因素决定的，与它所处的物理状态和化学状态无关．不同放射性元素的半衰期不同，根据放射性物质的衰变规律，分析含有放射性物质的岩石、矿物、古生物化石、陨石等可以测定它们的生成年代．2、人工核转变原子核在其它核子的作用下变成另一种原子核的变化称为人工核转变．原子核的人工转变，使人们找到了研究原子核的组成有效的途径．利用原子核的人工转变，人们发现了质子和中子，认清了原子核的结构，并且制造了上千种同位素，在工业、农业、医疗和科研的许多方面得到广泛的应用．放射性同位素主要有两个方面的应用：⑴利用它的射线：利用放射性同位素放出的γ射线的贯穿本领，可以进行金属探伤．利用射线的电离作用，可以消除机器在运转中因摩擦而产生的有害静电．利用γ射线对生物组织的物理、化学效应，通过射线辐照可以使种子发生变异，培育出新的优良品种；可以杀死食物中的致腐细菌，使其长期保鲜；可以防止马铃薯、大蒜等块根块茎作物发芽，便于长期保存．射线辐照还能控制农业害虫的生长，甚至直接消灭害虫．在医疗卫生上，可以应用放射性元素钴60的γ射线治疗肿瘤等疾病；还可以消毒灭菌，处理医院排放的污泥污水，杀死各种病原体，保护环境免受污染．⑵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，再利用放射性探测仪进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径、运动到哪里、是怎样分布的，从而可以了解某些不容易察明的情况或规律．比如：用示踪原子可以检查地下输油管道漏油情况．在农业生产中可以把含有放射性的肥料施给农作物，根据探测到的放射性元素在农作物内的转移和分布情况，帮助我们掌握农作物对肥料的需求情况．在医学上，可用示踪原子来判断脑部肿瘤的位置，从而为指导临床使用提供信息．在生物科学研究方面，我国科学家于1965年首先用人工方法合成了牛胰岛素，利用示踪原子证明了人工合成的牛胰岛素与天然的牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种物质，从而为我国在国际上首先合成牛胰岛素提供了有力的证据．我国在1988年建成的“北京正负电子对撞机”为我国进行人工核转变提供了实验条件．世界最早最著名的人工核转变实验成果有：卢瑟福发现质子、查德威克发现中子以及正电子的发现．3、重核裂变随着煤、石油、天然气等不可再生的常规能源的枯竭，寻找和利用新能源是我们当务之急．我们知道核反应都伴随能量的产生，要利用原子能，就要设法让核能释放出来．衰变和人工核转变放出的能量功率很小，人又无法控制，实用价值不大．比如：铀238在α衰变时放出的α粒子具有4.18兆电子伏的能量，钴60的β衰变β粒子具有0.32兆电子伏的能量，放出的γ光子具有1.17兆电子伏的能量；而且天然衰变进行得非常缓慢(铀238的半衰期为4.49年，钴60的半衰期为5.27年)；对于人工核转变粒子击中原子核的机会太少，常常是用几百万个粒子才击中一、两次．于是人们考虑到利用重核裂变，重核裂变是重核分裂成中等质量的核的反应过程，这是核裂变的两分裂现象．我国物理学家钱三强、何泽慧夫妇，1946年在巴黎发现了铀的三分裂和四分裂，这是我国科学家在核裂变研究中做出的贡献，不过三分裂和四分裂现象发生得较少，它们产生的几率与二分裂现象产生的几率相比，分别为后者的千分之三和万分之三．从裂变反应来看，中子具有增殖性，因此又叫增殖反应，其反应过程为链式反应．发生链式反应的条件是：裂变物质的体积大于临界体积(直径4.8厘米)．在裂变反应中，1千克铀全部裂变放出的能量相当于2500吨优质煤完全燃烧时放出的化学能．裂变反应的应用：制造原子弹，建核电站，利用原子反应堆提供电能，和平利用核能．原子弹发生链式反应具有不可控制性，瞬间释放的能量会给人类带来灾难．而和平利用核能，建核电站，为人类提供强大的可控能源．但我们在利用核能的同时，应采取积极有效的保护措施，防止核辐射和核泄漏给人类和自然造成巨大的灾害．4、轻核聚变轻核聚变是利用质量较轻的原子核结合成质量较大的原子核的反应．轻核聚变中每个核子释放出来的能量是重核裂变反应的4倍．而氘是重水的组成部分，1升海水中大约有0.03克的氘，它放出的能量相当于燃烧300升汽油，在覆盖地球2/3的海水中是取之不尽的．聚变的应用：制造氢弹，进行可控热核反应．氢弹具有不可控制性，它只能给人类和自然带来灾难，我们应和平利用核能．由于聚变反应要求的条件比裂变反应更高，它需要上百万度的髙温．因此，目前它的利用仍处于实验阶段．我国在研究可控热核聚变的实验手段有了新的发展和提高，并且为人类探求新能源的事业做出了自己的贡献．轻核聚变又叫热核反应，在宇宙中是很普遍的现象，在太阳内部和许多恒星内部，温度都髙达1000万度以上，在哪里热核反应激烈地进行着．太阳每秒钟辐射出来的能量约为3.81026焦，就是从热核反应中产生的．地球只接受了其中的二十亿分之一，就使地面温暧，产生风云雨露，河川流动，生物生长．二、核能的三种计算方法涉及核能的计算林林总总，很多试题还要灵活地与所学知识结合起来求解，但归纳起来不外乎下述三种类型：1、利用爱因斯坦的质能方程计算核能『例1』一个铀衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核的质量为kg 10853131.325-⨯，钍核的质量为kg 10786567.325-⨯，α粒子的质量为kg 1064672.627-⨯．⑴写出此衰变方程；⑵求在这个衰变过种中释放出的能量(取2位有效数字)．『解析』⑴He Th U 424M 90M 92+→-或He Th U 422289023292+→ ⑵原子核变化时如果质量减小(减小的质量称为质量亏损)∆m ，根据爱因斯坦质能方程2=mc E △△，可以算出核变释放的能量E △．)kg (1068.910)0664672.0786567.385131.3(3025αTh U --⨯=⨯--=--=m m m m △)J (107.8)1000.3(1068.91328302--⨯=⨯⨯⨯=∆=∆mc E这个α衰变的方程为：He Th U 424-M 90M 92+→或He Th U 422289023292+→『例2』假设两个氘核在同一直线上相碰发生聚变反应生成氦同位素和中子，已知氘核的质量为2.0136u ，中子的质量为1.0087u ，氦的同位素的质量为3.0150u ，求该聚变反应中释放的能量(保留两位有效数字)．『解析』由题可得出其核反应的方程式：n He H H 10322121+→+其反应过程中的质量亏损：u 0035.0u 0087.1u 0150.3u 0136.22=--⨯=m △所以MeV 26.3MeV 5.931u 0035.02=⨯=∆=∆mc E即在这个衰变过程中释放出3.26MeV 的能量．『评述』由上述可知：利用爱因斯坦的质能方程计算核能，关键是求出质量亏损，而求质量亏损主要是利用其核反应方程式，再利用质量与能量相当的关系求出核能．另外，在上述两例中，给出的粒子质量的单位不同，而引出了两个常数的应用．2、利用阿伏伽德罗常数计算核能『例3』四个质子在高温下能聚变成一个α粒子，同时释放能量，已知质子的质量为1.007276u ，α粒子的质量为4.001506u ，阿伏加德罗常数为mol /1002.623⨯，求10g 氢完全聚变成α粒子所释放的能量．『解析』由题可得出其核反应的方程式：e 2He H 4014211+→其反应过程中的质量亏损：u 027598.0u 001506.4u 007276.14=-⨯=m △这个聚变过程中释放的能量为：MeV 707537.25MeV 5.931u 027598.020=⨯=∆=∆mc E10g 氢所含有的质子数为：231002.61810⨯⨯=n 个 四个质子参加反应，则10g 氢聚变过程中释放的能量为：041E n E ∆=∆ 代入数值得：MeV 1015.224⨯=∆E『评述』由此可知：在求涉及微观量的核反应过程中所释放的核能时，一般利用核反应方程和阿伏伽德罗常数求解．3、利用动量守恒定律和能量守恒定律计算核能『例4』两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素)，若在反应前两个氘核的动能均为k 0E =0.35MeV ，它们正面碰撞发生核聚变，且反应后释放的能量全部转化为动能，反应后所产生的中子的动能为2.97MeV ，求该核反应所释放的核能．『解析』设反应后生成的中子和氦核动量的大小分别为n p 和He p ，其动能分别为k n E 和k He E ，反应所释放的核能为E ∆，则：由动量守恒得：He n 0p p +=由能量守恒得：k He k n k 02E E E E +=∆+ 因为mm p E 122k ∝= 所以31He n k n k He ≈=m m E E 联立解得：k 0k n 234E E E -=∆=3.26MeV 即在这个衰变过程中释放出3.26MeV 的能量．『评述』由此可知，由动量守恒和能量守恒计算核能，还要和相关知识相结合．。
原子核的人工转变
原子核的人工转变原子核的人工转变是人类通过不断探索和实践，最终实现的一项伟大成果。
它不仅是物理学和化学学科的重要分支，也是现代科学技术的重要基础。
本文将从人工转变的概念、历史背景、实验方法、应用领域等方面进行探讨。
一、人工转变的概念人工转变是指人类通过特定的实验手段，将原子核中的质子、中子和其他粒子进行增加、减少、替换等改变，从而使原子核的性质发生变化的过程。
人工转变的本质是通过人类的智慧和技术手段，改变原子核的构成和结构，从而实现对物质世界的掌控。
二、历史背景人工转变的研究起源于20世纪初期，当时科学家们已经发现了自然界中的放射性现象。
1911年，英国物理学家Rutherford提出了原子核结构理论，认为原子核是由质子和中子组成的。
这一理论的提出，为人工转变的研究提供了理论基础。
1928年，英国物理学家Cockcroft和Walton成功地利用高压电场将氢原子核和氦原子核碰撞，实现了人工转变。
这一成果的意义重大，不仅证明了原子核的构成理论，也开创了人工转变的研究之路。
随着实验技术的不断发展，人工转变的研究也在不断深入。
20世纪40年代，美国物理学家Seaborg发现了一系列新的放射性元素，为人工转变的研究提供了新的材料基础。
此后，人工转变的研究不断取得新的进展，成为现代物理学和化学学科的重要分支之一。
三、实验方法人工转变的实验方法主要包括两种：粒子轰击法和核反应堆法。
粒子轰击法是指利用粒子加速器将高能粒子轰击目标原子核，使其发生人工转变。
粒子轰击法可以实现原子核的增加、减少、替换等改变，是目前最常用的人工转变方法之一。
核反应堆法是指利用核反应堆中的中子轰击目标原子核，使其发生人工转变。
这种方法可以实现大量的人工转变，但成本较高，实验难度较大。
四、应用领域人工转变在各个领域都有着广泛的应用。
在核物理学领域，人工转变可以研究原子核的结构、性质和相互作用，为核能的应用提供理论基础。
在医学领域，人工转变可以用于放射性同位素的制备和放射性药物的研发。
(完整版)近代物理知识点
光电效应、量子理论，原子及原子核物理一、光的粒子性1、光电效应（1）光电效应：在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射出电子的现象称为光电效应。
（2）光电效应的实验规律：装置：①任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。
②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。
③大于极限频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少），与入射光强度成正比。
④金属受到光照,光电子的发射一般不超过10－9秒.2、波动说在光电效应上遇到的困难波动说认为：光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关。
所以波动说对解释上述实验规律中的①②④条都遇到困难3、光子说（1）量子论:1900年德国物理学家普郎克提出:电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的，每一份电磁波的能量E=hv(2）光子论:1905年受因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比.即:E=hv ,其中h为普郎克恒量h=6。
63×10－34J·s(3)光电效应方程 E k=hv-W4、光子论对光电效应的解释金属中的自由电子,获得光子后其动能增大,当功能大于脱出功时，电子即可脱离金属表面,入射光的频率越大，光子能量越大，电子获得的能量才能越大，飞出时最大初功能也越大。
二、波粒二象性1、光的干涉和衍射现象,说明光具有波动性，光电效应,说明光具有粒子性,所以光具有波粒二象性。
2、个别粒子显示出粒子性,大量光子显示出波动性，频率越低波动性越显著,频率越高粒子性越显著3、光的波动性和粒子性与经典波和经典粒子的概念不同（1）光波是几率波，明条纹是光子到达几率较大，暗条纹是光子达几率较小,这与经典波的振动叠加原理有所不同（2）光的粒了性是指光的能量不连续性，能量是一份一份的光子，没有一定的形状，也不占有一定空间，这与经典粒子概念有所不同原子和原子核一、原子结构：1、电子的发现和汤姆生的原子模型：(1）电子的发现：1897年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进行了一系列的研究，从而发现了电子。
高考物理常用模型二十四：放射现象和核反应
模型二十四：放射现象和核反应从贝克勒耳发现天然放射现象开始，人们认识到原子核也有复杂结构。
三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较。
四种核反应类型(衰变、人工核转变、重核裂变、轻核骤变)⑴衰变： α衰变：e 422349023892H Th U +→(实质：核内Hen 2H 2421011→+)α衰变形成外切(同方向旋)， β衰变：e Pa Th 012349123490-+→(实质：核内的中子转变成了质子和中子e H n 011110-+→)β衰变形成内切(相反方向旋)，且大圆为α、β粒子径迹。
+β衰变：e Si P 0130143015+→（核内e n H 011011+→）γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。
⑵人工转变：H O He N 1117842147+→+(发现质子的核反应)(卢瑟福)用α粒子轰击氮核,并预言中子的存在 n C He Be 101264294+→+(发现中子的核反应)(查德威克)钋产生的α射线轰击铍 n P He Al 103015422713+→+ (人工制造放射性同位素)正电子的发现(约里奥居里和伊丽芙居里夫妇)α粒子轰击铝箔⑶重核的裂变： n3Kr Ba n U 109236141561023592++→+ 在一定条件下(超过临界体积)，裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。
⑷轻核的聚变：n He H H 10423121+→+（需要几百万度高温，所以又叫热核反应） 所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。
（注意：质量并不守恒。
） 半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。
计算式为： T t t m m ⎪⎭⎫ ⎝⎛=210或T t t n n ⎪⎭⎫ ⎝⎛=210，式中m 表示放射性物质的质量，n 表示单位时间内放出的射线粒子数。
可用于生物工程，基因工程，研究生物大分子结构，⑶进行考古研究。
原子核的人工转变原子核的组成
从放射性元素的原子核中释放出来的α射线就是两个质子和两个中子结合在一起放出的
具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称
如:
1 1
H
(氕)
2 1
H
(氘)
3 1
H
(氚)
核子以什么力 结合成原子核
质子
中子
原子核示意图
想一想
已知
１、核子之间存在万有引力
２、质子之间存在比万有引 力更强大的库仑斥力
３、原子核的结构是非常牢 固的
二、中子的发现
钋Ｐo
铍Ｂｅ
石蜡
α粒子
不可见粒子
质子
α粒子轰击铍产生的不可见粒子是什么？
对实验结果的 猜想和思考
钋
铍Ｂｅ
石蜡
α
不可见
质子
粒子
１、α射线轰击铍产生的不 可见粒子有很强的穿透能力， 可贯穿１０－２０ｃｍ的铅板， 人们认为它是高能的γ射线。
２、计算表明，不可见粒子 从石蜡中打出质子，需要提
天然放射性元素的原子核发出
放
射
铅盒
源
在电场中射线束分离成三束
照相底片
γ
β
α
放
射
铅盒
源
α射线：即氦原子核 β射线：高速电子流 γ射线：高频电磁波
从原子核中能发出射线这 一事实，使我们知道了原子核 不是不可再分的，原子核应该 有自己的结构。
原子核是由什么构成的？ 是如何构成的？
原子核只由质子组成的设想能够成立吗？
原子核 示意图
质量数 电荷数
钙Ｃａ ４０ ２０
汞Ｈｇ ２００ ８０
在上一世纪的二十年代，卢瑟福依 据原子核的电荷数与质量数的差别，预 见到原子核中应该存在质量与质子相等 的、不带电的粒子，卢瑟福称其为中子。
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原子核的衰变、原子核的人工转变一、天然放射现象1、天然放射现象物质放射出α射线、β射线、γ射线的性质，叫做放射性，具有放射性的元素叫放射性元素。
1896年法贝克勒耳首先发现天然放射现象，后居里·夫妇发现钋PO 和镭Ra。
物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。
元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象，具有放射性的元素称为放射性元素。
2、放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。
3、射线种类与性质那这些射线到底是什么呢？把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。
在射线经过的空间施加磁场，发现射线①射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。
这个力是洛伦兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。
②根据左手定则，可以判断α射线都是正电荷，β射线是负电荷。
③带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质。
α射线：氦核流速度约为光速的 1/10。
贯穿本领最小，但有很强的电离作用，很容易使空气电离，使照相底片感光的作用也很强；β射线:高速运动的电子流。
速度接近光速，贯穿本领很强。
很容易穿透黑纸，甚至能穿透几毫米厚的铝板，但它的电离作用比较弱。
γ射线：为波长极短的电磁波。
性质非常象Ｘ射线，只是它的贯穿本领比Ｘ射线大的多，甚至能穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用却很小。
电离本领和贯穿本领之间的关系：α粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其它原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的α粒子，贯穿本领最弱；而γ光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所①实验发现：元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关。
不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施加压力，或者升高它的温度，它都具有放射性。
②天然放射现象：表明原子核存在精细结构，是可以再分的三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能，原子核内也有其复杂的结构。
二、放射性元素的衰变1、原子核的衰变原子核的衰变：原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。
常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变叫α衰变，放出β粒子的衰变叫β衰变，γ射线是随着α射线或β射线的放出而产生的。
2、α衰变铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核--钍234核。
那这种放出α粒子的衰变叫做α衰变。
这个过程可以用衰变方程式来表示：23892U →23490Th+42He3、β衰变钍234核也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成23491Pa （镤），那它进行的是β衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？β粒子用0-1e 表示。
钍234核的衰变方程式： 23490Th →23491Pa+0-1e衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不会改变但核电荷数应加1提问：β衰变如果按衰变方程式的规律来写的话应该没有问题，但并不象α衰变那样容易理解，因为核电荷数要增加，学生会问为什么会增加？哪来的电子？原子核内虽然没有电子，但核内的的质子和中子是可以相互转化的。
当核内的中子转化为质子时同时要产生一个电子：10n →11H ＋0-1e 这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变。
可以看出新核少了一个中子，却增加了一个质子，并放出一个电子。
4、γ辐射原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此也存在着能级，同样是能级越低越稳定。
放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，往往蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以γ光子的形式辐射出来，因此，γ射线经常是伴随α射线和 β射线产生的，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，同时就会伴随着γ辐射（没有γ衰变）。
这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β和γ三种射线。
注意：一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出α、β和γ三种射线。
5、衰变方程式遵守的规律α衰变：e M Z M Z H Y X 4242+→-- α衰变规律：A Z X →A-4Z-2Y+42He β衰变：e Y X M Z M Z 011-++→ β衰变规律：A Z X →A Z +1Y+0-1e（1）核反应遵从的规律 ①质量数守恒②电荷数守恒 ③动量守恒； ④能量守恒.（2）半衰期：说明：1. 中间用单箭头，不用等号；2. 是质量数守恒，不是质量守恒;β 衰 变新核电荷数增加质量数不变1⎧⎨⎩1.意义： 表示放射性元素衰变快慢的物理量2.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 不同的放射性元素其半衰期不同．3.公式：经过n 个半衰期(T)其剩余的质量为：质量与原子个数相对应，故经过n 个半衰期后剩余的粒子数为：τt N N ⎪⎭⎫⎝⎛=210剩——衰变剩下的原子核数四、原子核的人工转变 1、质子的发现：早在1915年，卢瑟福的学生马斯登就观察到了用α粒子轰击氮气时会产生长射程粒子，一种可能的解释是这种粒子是氢核，因为这里是用α粒子轰击氮时常常出现的现象。
卢瑟福没有轻易作出结论，而是耐心地进行实验研究，以便弄清那些粒子到底是氮核、氦核还是氢核，实验要在荧光屏前观察和设计微弱的闪烁，条件是相当艰苦的，经过了三年多的时间，在1919年夏，他才总结了α粒子与氮原子的碰撞现象，对氮原子核的人工转变作了无可置疑的结论。
其核反应方程是：N+He→O+H2、中子的发现：1920年，卢瑟福预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把这种粒子叫中子。
在中子发现之前，摆在物理学家们面前的问题是：要么α粒子轰击铍发出的是γ光子，它在跟质子的碰撞中能量和动量不再守恒；要么α粒子轰击铍发出的射线不是γ光子而是一种新粒子。
在约里奥·居里夫妇的实验中，中子已经出现了，但他们不能识别它。
查德威克运用了能量和动量守恒定律，科学地分析了实验结果，终于发现了中子。
发现中子的核反应方程是：Be+He→C+n中子不带电荷，它与各种物质粒子不发生静电作用，很容易接近甚至打进原子核。
3、原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，质子带一个单位的正电荷，中子不带电，质子和中子的质量几乎相等，都等于一个质量单位，所以原子核的电荷数就等于它的质子数，原子核的质量数就等于它的质子数和中子数之和。
具有相同质子数的原子，它们核外的电子数也相同，因而有相同的化学性质，属于同一种元素，但它们的中子数可以是不同的，这些具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称为同位素。
注意：①质子数相同而中子数不同的原子互称同位素：②同种元素的不同的同位素在元素周期表上具有相同的位置（原子序数相同），他们的核电荷数相同，具有相同的化学性质：③同一种元素的多种同位素中，有稳定的，也有不稳定的，不稳定的同位素会自发地放出α粒子、β粒子而衰变为别种元素，这种不稳定的同位素就叫放射性同位素，四十多种元素具有天然放射性同位素，各种元素都有人工放射性同位素。
02121N N N Ttn⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=（三）、放射性同位素及其应用1、用中子、质子、氚核、α粒子或γ光子轰击原子核都可制取放射性同位素，氚核裂变的产物也有放射性同位素。
例：用α粒子轰击铝27：Al+He→P+n得到的磷30具有放射性P→Si+ e 放出正电子2、应用①利用放射性同位素的射线A、γ射线探伤仪B、电离空气消除机器中的有害静电C、治虫育种、医疗②把放射性同位素做为示踪原子进行监测3、放射性污染和防护污染：原子弹爆炸、核电站泄露、放疗剂量过大防护：厚水泥层很厚的重金属箱、远离放射源1、下列说法中正确的是（）A.射线比射线更容易使气体电离B.核反应堆产生的能量来自轻核的聚变C.射线在电场和磁场中都不会发生偏转D.太阳辐射的能量主要来源于太阳内部重核的裂变2（双选）、关于天然放射现象，以下叙述正确的是（）A.若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小B.衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的C.在、、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强D.铀核（U）衰变为铅核（Pb）的过程中，要经过8次衰变和10次衰变3（双选）、放射性元素能自发地放出射线，变成别的元素，同时伴随核能的释放.下列表述中正确的是（）A.、、三种射线都是电磁波B.在、、三种射线中电离能力最弱的是射线C.太阳辐射的能量是由轻核聚变产生的D.将放射性元素掺杂到其他稳定元素中并大幅度降低其温度，它的半衰期不发生改变4、目前，核反应产生的核能主要来源于U的裂变，则下列说法中正确的是（）A.U原子核中有92个质子、143个核子B.U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，核反应方程为，说明U是由Ba和Kr组成的C.U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短D.若一个铀核在裂变前后的质量亏损为，则其释放的核能为5、8.放射性同位素可用来推算文物的“年龄”。
的含量每减少一半要经过约5730年。
某考古小组挖掘到一块动物骨骼，经测定还剩余1/8，推测该动物生存年代距今约为（）A.5730×3年B.5730×4年C.5730×6年D.5730×8年6、一个氡核22286Rn衰变成钋核21884Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天，1g氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及22286Rn衰变成21884Po的过程放出的粒子是（），a粒子，a粒子，β粒子，β粒子7、目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素.下列有关放射性知识的说法中正确的是（）A.U衰变成Pb要经过6次β衰变和6次α衰变B.三种放射线中α射线的电离本领最强，γ射线的穿透本领最强C.放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的质子转化为中子时产生的D.β射线与γ射线一样都是电磁波，但β射线穿透本领比γ射线强8、下列四个方程中，属于衰变的是（）A.B.C.＋→＋＋D.9、由衰变为要经过X次α衰变和y次β衰变，其中（）A.x＝6，y＝8B.x＝8，y＝6C.x＝16，y＝22D.x＝22，y＝1610、关于半衰期，以下说法正确的是（）A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长。
B.升高温度可以使半衰期缩短。
C.氡的半衰期为3.8天，若有18个氡原子核，经过7.6天就只剩下4.5个。
D.氡的半衰期为3.8天，18克氡原子核，经过7.6天就只剩下4.5克氡原子核。