4.2 核衰变与核反应方程
第二节 核衰变与核反应方程式
思考与研讨
解：⑴由质量数守恒和电荷数守恒得：
10 5
B
01n
24He
37Li
⑵由于α粒子和反冲核都带正电，由左手定则知， 它们旋转方向都是顺时针方向，示意图如下。
⑶由动量守恒可以求出反冲核的速度大
小是103m/s方向和α粒子的速度方向
相反，由带电粒子在匀强磁场中做匀速
α
圆周运动的半径公式
r mv qB
跟踪训练题
2、21083Bi的半衰期是5天，10g的铋210 经过20天后还应该剩下多少？
3、放射性元素2411Na经过6 h后只剩下 1/8没有衰变，它的半衰期是多长？
思考与研讨
例7. 静止在匀强磁B核场俘中获的了一一个个1速50 度为v
=7.3×104m/s的中子而发生核反应，生成α粒子与 一个新核。测得α粒子的速度为2×104 m/s，方向与 反应前中子运动的方向相同，且与磁感线方向垂直。 求：⑴写出核反应方程。⑵画出核反应生成的两个粒 子的运动轨迹及旋转方向的示意图（磁感线方向垂直 于纸面向外）。⑶求α粒子与新核轨道半径之比。
1 0
n
11H
1 0e
思考与研讨
例1、关于天然放射现象，下列说法正确的是: ( B)C A、是玛丽*居里夫妇发现的 B、首先说明了原子核不是单一的粒子 C、γ 射线必须伴随着α或β射线而产生 D、任何放射性元素都能同时发出三种射线
例2、在核反应方程式
U 235
92
10
n 9308
Sr
136 54
可求得它们的半径之比是120∶7
2、反应能：在核反应过程中，原子核的质 量和电荷数会发生变化，同时伴随着能量的 释放或吸收，所放出或吸收的能量叫做反应 能。
2.核衰变与核反应方程
例2.三个原子核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 （ He ） 。 则 下 面 说 法 中 正 确 的 是 （ CD ）
（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3
（D）X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍
2
5.衰变规律是对大量原子组成的放射性样品 而言的,是一种统计规律.不适用于少量原子 核.对某个原子核或少量原子核来讲无意义.
6.单位时间内放射性元素衰变的数量与放射 性元素的量成正比.医用放射性元素要求半 衰期短.
例1.由原子核的衰变规律可知( C ) A.放射性元素一次衰变可同时产生α射 线和β射线. B.放射性元素发生β衰变,新核的化学性 质不变. C.放射性元素衰变的速率跟它所处的状 态无关. D.放射性元素发生正电子衰变时,新核质 量数不变,核电荷数增加1.
A.该核发生的是α衰变 a
B.该核发生的是β衰变
b
C.磁场方向一定是垂直纸面向里
D.磁场方向向里还是向外不能判定
222 86
Rn
衰变成
218 84
Po
的过程放出的粒子是
（ B）
A．0.25g，a粒子 B．0.75g，a粒子 C．0.25g，β粒子 D．0.75g，β粒子
例6.根据有关放射性知识可知，下列说法正 确的是： ( B ) A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡核，经过 7.6天就只剩下一个氡原子核了 B．β衰变所释放的电子是原子核中的中子转 化为质子和电子所产生的
E/--0e00V..8554
3
-1.51
2
-3.40
D．γ射线
核反应
核反应一衰变：α衰变：He Th U 422349023892+→（核内He n 2H 2421011→+） β衰变：e Pa Th 012349123490-+→（核内e H n 011110-+→）γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。
二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，其核反应方程的一般形式为：xX A Z+y Y A Z+。
式中X A Z是靶核的符号，x 为入射粒子的符号，Y A Z ''是新生核符号，y 是放射出的粒子的符号。
① 卢瑟福发现质子的核反应方程为：H O He N 1117842147+→+ ② 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素的核反应方程为：n P He Al 103015422713+→+ 三．重核的裂变①所谓重核即为质量数很大的原子核．②重核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核的反应过程叫重核的裂变。
在裂变的同时，还会放出几个中子和大量能量． 裂变方程式例举：2351901361920385410U n Sr Xe n +→++ 四 轻核的聚变①所谓轻核是指质量数很小的原子核，如氢核、氘核等．②某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做轻核的聚变，同时放出大量的能量．轻核聚变方程例举 21H ＋11H →42He ＋10n轻核聚变只能发生在超高温（需要几百万度高温）条件下，故轻核聚变也叫做热核反应． 1．有下列4个核反应方程：①2411Na →2412Mg+01-e ②23592U+10n →14156Ba+9236Kr+310n ③199F+42He →2210Ne+11H ④32He+21H →42He+11H 上述核反应依次属于：( D )A ．衰变、人工转变、人工转变、聚变B ．裂变、裂变、聚变、聚变C ．衰变、衰变、聚变、聚变D ．衰变、裂变、人工转变、聚变2(单)太阳能的产生是太阳内部所发生的一系列核反应形成的，其主要的核反应过程可表示为( A )A ．e He H 01421124+→ B ．HO He N 1117842147+→+C ．nSr Xe n U 10903813654102359210++→+ D ．HeTh U 422349023892+→3(单)原子核A ZX 与氘核21H 反应生成一个α粒子和一 个质子。
2025年高考物理总复习专题47 原子核的衰变及核反应方程(附答案解析)
2025年高考物理总复习专题47原子核的衰变及核反应方程
1.原子核的衰变
衰变类型α衰变β衰变
衰变方程A Z X→A－4
Z－2
Y＋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
氦核211H＋210n→42He
1个中子转化为1个质子和
1个电子10n→11H＋0－1e
典型方程238
92
U→234 90Th＋42He234 90Th→234 91Pa＋0－1e 衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒2．三种射线的比较
名称构成符号电荷量质量电离能
力
贯穿本领
α射线氦核42He＋2e 4 u最强最弱
β射线电子0－1e－e
1
1 837u
较强较强
γ射线光子γ00最弱最强
3．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238 92U→234 90Th＋42He β衰变自发234 90Th→234 91Pa＋0－1e
人工转变人工控制14
7
N＋42He→17 8O＋11H
(卢瑟福发现质子)
4
2
He＋94Be→12 6C＋10n (查德威克发现中子)
模型归纳
第1页（共9页）。
核反应方程及核反应类型的判断
放出三个中子是核裂变反应，A、C 正确．
答案 AC
解析显隐
第9页
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3.规律方法
第10页
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规律方法 对书写核反应方程式的理解
(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向 箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接． (2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个 守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程． (3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应 前后的总质量一般会发生变化． (4)核反应遵循电荷数守恒．
31H＋21H―→42He＋10n＋17.6 MeV
使核发生聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫热__核__反__应__.
第3页
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2．核反应的四种类型 类 型 可控性
衰 α 衰变 自发 变 β 衰变 自发
核反应方程典例 29328U→29304Th＋42He 29304Th→29314Pa＋－01e
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【典例 2】 (2012·广东卷，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. 29325U＋10n→15464Ba＋8396Kr＋310n 是核裂变反应 D.29325U＋10n→15440Xe＋9348Sr＋210n 是 α 衰变
核反应有以下类型: α衰变；β衰变；轻核聚变； 重核裂变；原子核的人工 核转变
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
核反应是物理变化
核反应是物理变化核反应是物理变化篇一：高三物理核衰变和核反应方程核衰变和核反应方程★新课标要求（一）知识与技能1、知道放射现象的实质是原子核的衰变2、知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律3、理解半衰期的概念（二）过程与方法1、能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式2、能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）（三）情感、态度与价值观通过传说的引入，对学生进行科学精神与唯物史观的教育，不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求，从而引领学生进入一个美妙的微观世界。
★教学重点原子核的衰变规律及半衰期★教学难点半衰期描述的对象★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课教师：同学们有没有听说过点石成金的传说，或者将一种物质变成另一种物质。
学生讨论非常活跃，孙悟空，八仙，神仙；魔术，街头骗局。
点评：通过这样新颖的课题引入，给学生创设情景，能充分调动学生的积极性，挑起学生对未知知识的热情。
教师：刚才同学们讲的都很好，但都是假的。
孙悟空，八仙，神仙：人物不存在。
魔术，街头骗局：就是假的。
学生顿时安静，同时也心存疑惑：当然是假的，难道还有真的不成？点评：对于学生来讲要使其相信科学技术反对迷信，同时也要提高警惕小心上当受骗，提高学生自我保护意识。
更加吊起了学生学习新知识的胃口，为新课教学的顺利进行奠定了基础。
教师：那有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？学生愕然。
点评：进一步吊起了学生学习新知识的胃口。
教师：有（大声，肯定地回答）学生惊讶，议论纷纷。
点评：再一次吊起了学生学习新知识的胃口。
通过这样四次吊胃口，新课的成功将是必然。
教师：这就是我们今天要学习的放射性元素的衰变。
点评：及时推出课题。
（二）进行新课1．原子核的衰变教师：原子核放出α或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。
我们把这种变化称为原子核的衰变。
核反应的衰变过程
核反应的衰变过程核反应是指原子核发生变化的过程，其中包括核衰变。
核衰变是指原子核自发地转变为另一种核的过程，伴随着放射性衰变。
核衰变可以分为α衰变、β衰变和γ衰变三种类型。
本文将详细介绍核反应的衰变过程。
一、α衰变α衰变是指原子核放出一个α粒子的过程。
α粒子由两个质子和两个中子组成，相当于一个氦核。
在α衰变过程中，原子核的质量数减少4，原子序数减少2。
例如，铀-238衰变为钍-234的过程可以表示为：^238U → ^234Th + ^4Heα衰变是一种放射性衰变，放出的α粒子具有较大的能量，可以穿透一定的物质。
α衰变常见于重核，如铀、钍等。
二、β衰变β衰变是指原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，同时放出一个反中子的过程。
β衰变可以分为β-衰变和β+衰变两种类型。
1. β-衰变β-衰变是指原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，同时放出一个反中子的过程。
在β-衰变过程中，原子核的质量数不变，原子序数增加1。
例如，碳-14衰变为氮-14的过程可以表示为：^14C → ^14N + e- + ν其中，e-表示电子，ν表示反中子。
2. β+衰变β+衰变是指原子核中的一个质子转变为一个中子和一个正电子，同时放出一个正中子的过程。
在β+衰变过程中，原子核的质量数不变，原子序数减少1。
例如，钠-22衰变为氖-22的过程可以表示为：^22Na → ^22Ne + e+ + ν其中，e+表示正电子，ν表示正中子。
β衰变是一种放射性衰变，放出的电子或正电子具有较高的能量，可以穿透一定的物质。
β衰变常见于中等质量的核，如碳、铝等。
三、γ衰变γ衰变是指原子核在α衰变或β衰变之后，释放出高能量的γ射线的过程。
γ射线是电磁波，具有很高的穿透能力。
γ衰变不改变原子核的质量数和原子序数，只改变原子核的能量状态。
γ衰变常见于核反应过程中。
综上所述，核反应的衰变过程包括α衰变、β衰变和γ衰变三种类型。
α衰变是原子核放出一个α粒子的过程，β衰变是原子核中的一个中子或质子转变为一个质子或中子和一个电子或正电子的过程，γ衰变是原子核释放出高能量的γ射线的过程。
核衰变与核反应方程
⑵ β衰变的通式为： M ZX Z M 1Y1 0e
例：钍（Th）原子核放出β 粒子变成镤(Pa)
原子核,可写为：
293 T 04 h293P 14 a1 0e
α衰变与β衰变的本质是什么？
4、原子核的人工转变（卢瑟福）
人为地用粒子去轰击原子核，以产生新的原 子核，这个过程叫原子核的人工转变。
速电子流10e
波长很 短的电磁波
接近 C 等于 C
贯穿本领
很小一张薄 纸就能挡住
电离作用 很强
很大能穿过几 毫米厚的铝板
较弱
最大能穿过几 厘米厚的铅板
很小
2、原子核的衰变 ⑴、原子序数大于83(铋Bi)的所有天然存在的元素,
它们的原子核都是不稳定的,它们会自发的从原子核中放 射出 α、 β和γ 射线而转变成另一种元素的原子核这种变 化叫原子核的衰变。
二、核衰变与核反应方程
1、射线的本质特征
天然放射性元素的原子核发出的射线 可使照相底片感光
照相底片
射 线
放
射
铅盒
源
卢瑟福的工作
照相底片
射线带正电
放射源
铅盒
天然放射现象
射线带负电
射线不带电
三种射线的性质由下表列出：源自射线种类 组成速度
射线
粒子是 约 1 C
氦原子核
4 2
He
10
射线
射线
粒子是高
⑵衰变规律：
t
t
1 T半
N
N0
2
或
1T半
m
m0
2
例：卢瑟福用α射线粒子轰击氮核首次实现了原
【原创】4.2核裂变 课件
解析：选 B.铀核受到中子的轰击，会引起裂变， 裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但
裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出 几个中子，29325U 受慢中子的轰击时，裂变的概率大， 而23982U 只有俘获能量在 1 MeV 以上的中子才能引 起裂变，且裂变的概率小，而要引起链式反应，需
(3) 能 量 ： 铀 核 裂 变 成 中 等 质 量 的 原 子 核 ， 发 生质量亏损，所以放出能量．一般说来，平均 每个核子放出的能量约为1 MeV,1 kg铀全部裂 变放出的能量相当于2000 t优质煤燃烧时释放 的能量．裂变时能产生几万度的高温．
2．重核裂变的条件
(1)重核的裂变只能发生在人为 的核反应中，自然界中不会自发 地产生裂变，而是发生衰变．
Zr 的电荷数 Z＝92－60＋8＝40， 质量数 A＝236－143－3×1＝90.
(2)法一：质量亏损 Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)＝0.2174u. 一个铀核裂变释放能量 ΔE＝Δm×931.56 MeV ＝0.2174×931.56 MeV≈202.5 MeV， 1kg 铀核含有的原子核数为
4.2核裂变
知识梳理：
一、重核的裂变 1．核裂变：用中子轰击铀核，发现铀核分裂成 __质__量__相__近___的两部分，并释放出能量．这种核反应 过程叫做__核__裂__变__．___ 2．核能：核裂变__释__放____出的能量称为 ___裂__变__能____，也称__核__能____或_原__子__能__．___
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度 的方法是( ) A．使用浓缩铀 B．改变铀块的临界体积 C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度， 以改变反应堆中的中子数目 D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度 解析：选C.控制核反应的速度是靠调节中子数 来实现的，故C选项正确．
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．。
高频考点三 核反应方程与核能的计算
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思路探究 (1)核反应方程的书写依据是什么？ (2)质能方程 ΔE＝Δmc2 中各符号的意义？ 尝试解答 __________
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解析 (1)①根据质量数守恒和电荷数守恒可得，X 是－01e. ② 该 反 应 放 出 的 能 量 是 E ＝ 0.2×931.5 MeV ＝ 186.3 MeV ＝ 186.3×106×1.6×10－19J＝2.98×10－11 J. (2)①10n＋36Li→13H＋42He ②由动量守恒定律得 mv＝－3mv1＋4mv2 由题意得 v1∶v2＝7∶8 解得 v1＝171v，v2＝181v
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物理
视角 2 核能的计算 [例 6] (1)铀核裂变的一种方式是：29325U＋10n→16403Nd＋9400Zr＋310n ＋8X，该反应的质量亏损是 0.2 u，1 u 相当于 931.5 MeV 的能 量．(元电荷电荷量 e＝1.6×10－19 C) ①核反应方程中的 X 是________； ②该反应放出的能量是________J．(结果保留三位有效数字)
水平方向朝四周均匀散开．忽略空气阻力．已知水的密度为 ρ，
重力加速度大小为 g.求
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物理
①喷泉单位时间内喷出的水的质量； ②玩具在空中悬停时，其底面相对于喷口的高度．
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物理
解析：(1)产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光 电子数越多，饱和光电流越大，说法 A 正确．饱和光电流大小与 入射光的频率无关，说法 B 错误．光电子的最大初动能随入射光 频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法 C 正确．减小入 射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电 流产生，说法 D 错误．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与 光的强度无关，说法 E 正确．
第02节核衰变与核反应方程
第四章原子核第二节原子核衰变及半衰期●学习目标1、知道放射现象的实质是原子核的衰变2．知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。
3、知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律4、理解半衰期的概念●重点和难点重点：原子核的衰变规律及半衰期难点：半衰期描述的对象课前导学一、天然放射性的发现①物质发射射线的的性质称为放射性。
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83的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性二、放射线中的三剑客在射线经过的空间施加磁场，射线会分成三束，其中有两束发生了不同的偏转，说明这两束_____________，另一束不偏转，说明_____________。
这三种射线叫_____________、_____________、_____________。
三、原子核的衰变1.定义：原子核自发地放出某种粒子而转变成的变化称为原子核的衰变.可分为、，并伴随着γ射线放出.2.分类：（1）α衰变：铀238发生α衰变的方程为：，每发生一次α衰变，核电荷数减小2，质量数减少4.α衰变的实质是某元素的原子核同时放出由两个和两个组成的粒子（即氦核）.（2）β衰变：钍234发生β衰变的方程为：，每发生一次β衰变，核电荷数增加1，质量数不变.β衰变的实质是元素的原子核内的一个变成时放射出一个（核内110011n H e -→+）.（3）γ射线是伴随 衰变或 衰变同时产生的、γ射线不改变原子核的电荷数和质量数.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β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 .3.规律：原子核发生衰变时，衰变前后的 和 都守恒.注意：元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的. 四、半衰期1.定义：放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间叫做原子核的半衰期.2.意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度.3.特征：半衰期由 的因素决定,跟原子所处的 或 状态无关. 新 知 探 究 一、 放射线中的三剑客导学释疑：再一次指导学生阅读课本内容，通过小组合作学习，讨论探究以下问题，实现兵教兵。
3-5 §4.2 核衰变与核反应方程
3. 关于放射元素放出α、β、γ 三种射线的说法中正 确的是（ ） A. 原子核每放出一个α粒子，就减少两个质子和 两个中子。 B. 原子核每放出一个β粒子，就增加一个质子， 减少一个中子。 C. 原子核每放出一个β粒子，就增加一个中子， 减少一个质子。 D. 原子核在放出α射线、β射线的同时，常伴随着 放出γ射线。 答案ABD
衰变规律： 质量数和电荷数守恒
三、核反应方程
卢瑟福用α 粒子轰击氮核发现质子
14 7
N He O H
4 2 17 8 1 1
查得威克α 粒子轰击铍核发现中子
9 4
Be He C n
4 2 12 6 1 0
核反应规律： 1．质量数和电荷数守恒
2．能量守恒
例1．下列核反应方程中正确的是 （ B
α 射线 β 射线
电量
电离 穿透 速度 本领 本领
最强
较强 最弱
氦核流 电子流
4 2
He
+2e -e
最弱 较强 最强
0.1c 0.9c
o 1
e
高频电磁波 γ 射线 （光子流）
γ
不带电
c
阅读课本P71相关内容，完成表格相关内容
思考：判断图中对应哪种射线？
照相底片
放 射 源
铅盒
二、放射性的本质
U
Rn
（A）2，4
（B）4，2
B
（C）4，6
（D）16，6
T1 四、半衰期（衰变快慢）
2
1．定义：原子核数目因衰变减少到原来的一半 所经过的时间，叫半衰期。
2．衰变规律：
1 m m0 ( ) 2
t T1
4-2核衰变与核反应方程
第二节核衰变与核反应方程【学习目标】1．原子核的衰变2．会写核反应方程3．了解半衰期的概念，会用半衰期描述衰变的速度，了解半衰期的统计意义【学习内容】一、原子核的衰变原子核放出α粒子或β粒子，由于核电荷数发生了变化，它在元素周期表中的位置就发生了变化，变成了另一种原子核。
我们把这种变化称为原子核的______。
铀238核（238U）放出一个α粒子后，核的质量数减少4，电荷数减少2，称为一个新92核钍234核（234T h），放出α粒子的衰变过程叫做________。
这个过程可以用衰变方程表90示为：_____________________大量实验事实表明：原子核衰变时______数和______数都是守恒的。
钍234核也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成镤（234Pa），放出β粒子的衰变91过程叫做________。
由于电子的质量比核子的质量小得多，我们可认为电子的质量数为零、电荷数为－1，可以把电子写为______。
这个过程的衰变方程为：_____________________二、核反应方程除了天然放射性元素会产生自发衰变外，还可以利用人工的方法产生新的原子核，这个过程叫做______反应。
与衰变过程一样，在核反应中，________守恒、________守恒。
核反三、半衰期放射性元素的衰变的快慢有一定的规律。
例如，氡222经过α衰变变为钋218。
观察发现，每过大约3.8天就有一半的氡发生了衰变。
也就是说，经过第一个3.8天，剩有一半的氡；经过第二个3.8天，剩有1/4的氡；再经过第三个3.8天，剩有1/8的氡……，如图所示。
我们把原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间，叫做______，用符号______来表示。
如果用m0表示放射性元素衰变前的质量，经过t时间后剩余的放射性元素的质量为m，则实验表明，衰变规律可以写为：_____________对一定量的某种放射性元素，有些核先衰变，有些核后衰变，每个核的存活时间是不一样的，人们用放射性元素的平均寿命 来描述平均存活时间。
原子物理核反应方程简介
原子物理核反应方程简介1.熟记一些实验事实的核反应方程式。
⑴卢瑟福用α粒子轰击氦核打出质子：H O He N 1117842147+→+⑵贝克勒耳和居里夫人发现天然放射现象：α衰变：He Th U 422349023892+→ β衰变：e Pa Th 012349123490-+→ ⑶查德威克用α粒子轰击铍核打出中子：n C He Be 101264294+→+⑷居里夫人发现正电子：eSi P nP He Al 0130143015103015422713+→+→+⑸轻核聚变：γ+→+H H n 211110 ⑹重核裂变：nKr Ba n U Srn Xe n U 108936144561023592903810136541023592310++→+++→+2.熟记一些粒子的符号α粒子（He 42）、质子（H 11）、中子（n 10）、电子（e 01-）、氘核（H 21）、氚核（H 31）3.注意在核反应方程式中，质量数和电荷数是守恒的。
处理有关核反应方程式的相关题目时，只要做到了以上几点，即可顺利解决问题。
核力与质能方程的理解 1．核力的特点(1)核力是强相互作用的一种表现，在它的作用范围内，核力远大于库仑力．(2)核力是短程力,作用范围在1.5×10－15 m 之内.(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,这种性质称为核力的饱和性.2．质能方程E＝mc2的理解(1)质量数与质量是两个不同的概念.核反应中质量数、电荷数都守恒,但核反应中依然有质量亏损.(2)核反应中的质量亏损,并不是这部分质量消失或质量转化为能量,质量亏损也不是核子个数的减少,核反应中核子的个数是不变的. (3)质量亏损不是否定了质量守恒定律，生成的γ射线虽然静质量为零，但动质量不为零，且亏损的质量以能量的形式辐射出去．特别提醒：在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，质量不守恒，核反应中核能的大小取决于质量亏损的多少，即ΔE＝Δmc2.。
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钋Ｐo
铍Ｂｅ
石蜡
查得威克 （1856~1940）
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？
核反应方程式
9 4
12 1 Be4 He C 2 6 0n
原子核的组成
原子核的组成
质子 中子
统称核子 元素符号 质量数 （核）电荷数
A Z 235 92
X
U
10－15m
1 1
H
4 2
4 2 12 6 1 0
核反应规律： 1．质量数和电荷数守恒
2．能量守恒
例1．下列核反应方程中正确的是 （ B
）
• 例2．α粒子轰击硼10生成氮13和X粒 子；氮13具有放射性，放出Y粒子并生 成碳13，则X粒子和Y粒子分别是
• A．质子和中子 B．质子和电子
C．中子和电子
写出核反应方程
D．中子和正电子
8次 α衰变，6次 β衰变， 中子数减少 22个.
电荷数和质量数都守恒．
衰 A 变 α衰变： Z X 方 β衰变： A X Z 程 说明：
A 4 Z 2
Y e
0 1
1. 中间用单箭头，不用等号； 2. 是质量数守恒，不是质量守恒;
3. 方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。
4. 本质： α衰变：原子核内少两个质子和两个中子 β衰变：原子核内的一个中子变成质子，
D、b为α射线，c为γ射线
P
练习3：由原子核的衰变规律可知 ( C )
A．放射性元素一次衰变可同时产生α射线和 β射线
B．放射性元素发生β衰变时，新核的化学性 质不变 C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制 D．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量 数不变，核电荷数增加1
练习4：某原子核A的衰变过程为
C、γ射线一般伴随着α或β射线产生，它的 贯穿能力最强 D、γ射线是电磁波，它的电离作用最强
练习2：如图所示，P为放在匀强电场 中的天然放射源，其放出的射线在电 场的作用下分成 a、b、c 三束，以下 判断正确的是（ BC ）
A、a为α射线，b为β射线
B、a为β射线，b为γ射线
+
a
b
c
-
C、b为γ射线，c为α射线
He
一、衰变
1.定义： 原子核放出 α粒子或 β粒子 转变为新核的变化叫做原子核的衰变 2.种类： α衰变：放出α粒子的衰变，如
238 92
234 90
U
234 90
Th He
4 2
0 1
β衰变：放出β粒子的衰变，如
Th
234 91
Pa e
原子核发生衰变时，衰变前后的 3．规律：
第四章
原子核
第二节 核衰变与核反应方程
α粒子轰击氮核
复习:
原子核的组成
• 1919年，卢瑟福用α粒子轰 击氮核时，发现了质子。
氮气Ｎ２ Ｔ Ｃ
A Ａ：放射性物质 Ｆ：铝箔 Ｃ：容器 Ｓ：荧光屏 F
Ｔ Ｓ Ｍ
卢瑟福（1871~1937）
Ｔ：阀门 Ｍ：显微镜
核反应方程式
14 7
N He O H
4 2 17 8 1 1
Ｄ
222 238 • 例3．（ 2007上海卷） 衰变为 92 86 要经过m次衰变和n次衰变，则m，n分别
U
Rn
为
B
（A）2，4
（C）4，6
（B）4，2
（D）16，6
练习 1 、关于α、β、γ三种射线，下列说 法中正确的是（ C ） A、α射线是原子核自发射出的氦核，它的电 离作用最弱
B、β射线是原子核外电子电离形成的电子流， 它具有中等的贯穿能力
4 2
Th
234 91
Pa e
0 1
三、核反应方程
自发核衰变 1.核反应: 放射性轰击 人工加速粒子轰击 2.反应能: 核反应中吸收或放出的能量
3、核反应方程
卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子
14 7
N He O H
4 2 17 8 1 1
查得威克α粒子轰击铍核发现中子
9 4
Be He C n
同时放出一个电子
γ射线的产生：γ射线经常是伴随着α射 线和β射线产生的，没有γ衰变。
说明： 元素的放射性与元素存在的状态无关， 放射性表明原子核是有内部结构的。
5．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。
238 92
234 90
U
234 90
Th He
A
β
B
α
C,下列说法正确的是（ D
）
A、核A的质量数减核C的质量数等于5; B、核A的中子数减核C的中子数等于2; C、核A的中性原子中的电子数比原子核B的 中性原子中的电子数多1; D、核A的质子数比核C的质子数多1。
238 思考： 92
(铀)要经过几次α衰变和β U
206 衰变，才能变为 82 Pb( 铅 ) ？它的中子 数减少了多少？