α衰变同时放出γ射线
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第十五章
原 子 结 构 原子核（选考）
２
原子核与放射性 核能 波与粒子
一、天然放射现象 1.天然放射现象：某些元素自发地 放射 某些射线的现象称为天然放射现象，这些元 素称 放射性元素 . 2.三种射线的本质：α射线是 氦核流 ，β 射线是 电子流 ，γ射线是 . 光子流
二、原子核的衰变
1. 定义：原子核自发地放出某种粒 子而转变为 新核的变化叫原子核的 衰变 . 2.分类 (1)α 衰变： X 放出γ射线.
4. 放 射 性 同 位 素 有 些 原 子 的 原 子 核 电 荷 数相同 ，但质量数 不同，这样一些具有相同核 电荷数和不同中子数的原子互称为同位素.
三、核能 1. 核力： 核子 间的相互作用力叫做核力， 它是短程力. 2. 质 量 亏 损 ： 原 子 核 在 核 反 应 前 后 的 质量之差 . 3.质能方程 2 E=mc (1)方程： . (2) 物理意义：物体的质量和能量间有一定 联系，即物体具有的能量与其质量成正比.当物 体的能量增加或减小ΔE,它的质量也会相应地减 少或增加Δm，ΔE与Δm的关系是ΔE=Δmc2.
4.获得核能的方式
(1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂 成两个(或多个)中等质量核的反应过程 .重核 裂变的同时放出几个中子，并释放出大量核 能.如：
235 92
U
1 0
n .
141 56
1 Ba 92 Kr ＋ 3 36 0n
应用：原子弹、原子核反应堆
(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量 较大的核的反应过程，同时释放出大量 的核能.要想使氘核和氚核结合成氦核， 必须达到几百万度以上的高温，因此裂 变反应又叫热核 反应. 如：H H
点评 本题中根据两个内切圆来判 断粒子的种类，要用到动量守恒定律和 判断洛伦兹力方向的左手定则，所以， 在核反应中，有时也要综合利用其他部 分的物理知识进行求解.
变式训练1：原子序数大于83的所 有元素，都能自发地放出射线，这些 射线共有三种：α射线、β射线和γ射线. 下列说法中正确的是( ) A.原子核每放出一个α粒子，原子 序数减少4 B.原子核每放出一个α粒子，原子 序数增加4 C.原子核每放出一个β粒子，原子 序数减少1 D.原子核每放出一个β粒子，原子 序数增加1
14 6 4 2
He 10 4 Be
0 B 1 e
B. 14 6 C
14 5
C. C
14 6
14 0 N 7 1 e
13 5
D. 14 6 C
B 1 1 H
图15-2-1
原来静止的放射性同位素 ， 14 发生放射性衰变时所放射出的粒子与反 C 冲核的径迹在磁场中是两个内切圆，说 明放射出的粒子与反冲核是异性的带电 粒子，由此可以判断所发生的衰变是放 出负粒子的衰变，轨道圆的半径为 mv r= ，而静止的原子核衰变的过程中Hale Waihona Puke BaiduqB 两个粒子的动量大小相等，半径与带电 量成反比，由此可以确定，本题的正确 答案为C.
A Z
A 4 Z 2
Y Y
4 2
He 同时 e 同时
(2)β 衰变： X 放出γ射线.
A Z
A Z 1
0 1
3.半衰期
(1)定义：放射性元素的原子核有半数 发生 衰变需要的时间. (2)半衰期的大小由放射性元素的原子核内 部本身的因素决定，跟原子所处的 物理状态 . (如压强、温度等)或 化学状态 (如单质或化合 物)无关.
2 1 3 1
4 2
He
1 0
n .
应用：氢弹
四、光电效应
1. 金属在光 ( 包括不可见光 ) 的照射 下，发射出 电子 的现象叫光电效应.发 射出来的电子叫光电子. 2.光电效应规律 (1)任何一种金属都有一个极限频率 ν0，只有入射光的频率ν 大于 ν0时，才能 产生光电效应.
(2)光电子的最大初动能与入射光的 强度 无关 ，只随着入射光的频率增大 而 增大 .
近年来科学家在超重元素的探测方 面取得了重大进展.科学家们在观察某两 个重离子结合成超重元素的反应时，发 A 现所生成的超重元素的核 经过6次α ZX 253 衰变后成为 ，由此可以判定该超 100 Fm 重元素的原子序数和质量数依次是 ( )
A.124，259 C.112，265 B.124，265 D.112，277
解析：由于a粒子是氦的原子核，内部有2个 质子和2个中子，原子序数为2，核子数为4.而b粒 子是电子，质子数和中子数为0，原子序数为 0， 所以，原子核每放出一个a粒子，被a粒子带走2个 质子，原子序数减少2, 而原子核每放出一个b粒子， 原子核内将有一个中子转化为一个质子并产生一 个电子，产生的电子放出了，但原子核内增加了 一个质子，原子序数增加1，正确答案为D.
应用质量数和电荷数守恒， 进行核反应方程和核反应类型的判断 在原子核的核反应过程中遵循质量 数守恒和电荷数守恒，在很多情况下， 可以作为判断反应方程是否正确的依据.
在匀强磁场中有一个原来静止的放射 性同位素 14 C ，它所放射的粒子与反冲核的 径迹在磁场中是两个内切圆，圆的半径之比 是 7∶1 ，如图 15-2-1 所示，那么 14 C 的衰变 方程是( ) A. C
(3)入射光照到金属上时，光电子的 发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9s.
(4)在发生光电效应时，光电流的强 度与入射光的强度成正比.
五、康普顿效应
X 射线散射时，部分散射光的波长 变长，波长改变的多少与散射角有关， 这种现象称为康普顿效应. 六、波粒二象性 光具有波粒二象性，光子既有粒子 的特征，又有波的特征 . 实物粒子 ( 原子、 质子、中子、电子等 ) 也具有波粒二象 h 性.粒子能量E=hν.粒子动量p= .
238 变式训练2：(2010.全国卷Ⅰ)原子核92 U 经放
直接利用核衰变过程中质量数 守恒和电荷数守恒来进行计算.核衰变方 4 253 A 6 He X 程为 Z 2 100 Fm
Z=100+12=112 ， A=253+24=277 ， 答案D正确.
点评 这是一个多次衰变的问题， 反应物只能根据最后的产物和两个守恒 定律来确定，注意：多次衰变问题可以 在一个核反应方程中体现出来.
原 子 结 构 原子核（选考）
２
原子核与放射性 核能 波与粒子
一、天然放射现象 1.天然放射现象：某些元素自发地 放射 某些射线的现象称为天然放射现象，这些元 素称 放射性元素 . 2.三种射线的本质：α射线是 氦核流 ，β 射线是 电子流 ，γ射线是 . 光子流
二、原子核的衰变
1. 定义：原子核自发地放出某种粒 子而转变为 新核的变化叫原子核的 衰变 . 2.分类 (1)α 衰变： X 放出γ射线.
4. 放 射 性 同 位 素 有 些 原 子 的 原 子 核 电 荷 数相同 ，但质量数 不同，这样一些具有相同核 电荷数和不同中子数的原子互称为同位素.
三、核能 1. 核力： 核子 间的相互作用力叫做核力， 它是短程力. 2. 质 量 亏 损 ： 原 子 核 在 核 反 应 前 后 的 质量之差 . 3.质能方程 2 E=mc (1)方程： . (2) 物理意义：物体的质量和能量间有一定 联系，即物体具有的能量与其质量成正比.当物 体的能量增加或减小ΔE,它的质量也会相应地减 少或增加Δm，ΔE与Δm的关系是ΔE=Δmc2.
4.获得核能的方式
(1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂 成两个(或多个)中等质量核的反应过程 .重核 裂变的同时放出几个中子，并释放出大量核 能.如：
235 92
U
1 0
n .
141 56
1 Ba 92 Kr ＋ 3 36 0n
应用：原子弹、原子核反应堆
(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量 较大的核的反应过程，同时释放出大量 的核能.要想使氘核和氚核结合成氦核， 必须达到几百万度以上的高温，因此裂 变反应又叫热核 反应. 如：H H
点评 本题中根据两个内切圆来判 断粒子的种类，要用到动量守恒定律和 判断洛伦兹力方向的左手定则，所以， 在核反应中，有时也要综合利用其他部 分的物理知识进行求解.
变式训练1：原子序数大于83的所 有元素，都能自发地放出射线，这些 射线共有三种：α射线、β射线和γ射线. 下列说法中正确的是( ) A.原子核每放出一个α粒子，原子 序数减少4 B.原子核每放出一个α粒子，原子 序数增加4 C.原子核每放出一个β粒子，原子 序数减少1 D.原子核每放出一个β粒子，原子 序数增加1
14 6 4 2
He 10 4 Be
0 B 1 e
B. 14 6 C
14 5
C. C
14 6
14 0 N 7 1 e
13 5
D. 14 6 C
B 1 1 H
图15-2-1
原来静止的放射性同位素 ， 14 发生放射性衰变时所放射出的粒子与反 C 冲核的径迹在磁场中是两个内切圆，说 明放射出的粒子与反冲核是异性的带电 粒子，由此可以判断所发生的衰变是放 出负粒子的衰变，轨道圆的半径为 mv r= ，而静止的原子核衰变的过程中Hale Waihona Puke BaiduqB 两个粒子的动量大小相等，半径与带电 量成反比，由此可以确定，本题的正确 答案为C.
A Z
A 4 Z 2
Y Y
4 2
He 同时 e 同时
(2)β 衰变： X 放出γ射线.
A Z
A Z 1
0 1
3.半衰期
(1)定义：放射性元素的原子核有半数 发生 衰变需要的时间. (2)半衰期的大小由放射性元素的原子核内 部本身的因素决定，跟原子所处的 物理状态 . (如压强、温度等)或 化学状态 (如单质或化合 物)无关.
2 1 3 1
4 2
He
1 0
n .
应用：氢弹
四、光电效应
1. 金属在光 ( 包括不可见光 ) 的照射 下，发射出 电子 的现象叫光电效应.发 射出来的电子叫光电子. 2.光电效应规律 (1)任何一种金属都有一个极限频率 ν0，只有入射光的频率ν 大于 ν0时，才能 产生光电效应.
(2)光电子的最大初动能与入射光的 强度 无关 ，只随着入射光的频率增大 而 增大 .
近年来科学家在超重元素的探测方 面取得了重大进展.科学家们在观察某两 个重离子结合成超重元素的反应时，发 A 现所生成的超重元素的核 经过6次α ZX 253 衰变后成为 ，由此可以判定该超 100 Fm 重元素的原子序数和质量数依次是 ( )
A.124，259 C.112，265 B.124，265 D.112，277
解析：由于a粒子是氦的原子核，内部有2个 质子和2个中子，原子序数为2，核子数为4.而b粒 子是电子，质子数和中子数为0，原子序数为 0， 所以，原子核每放出一个a粒子，被a粒子带走2个 质子，原子序数减少2, 而原子核每放出一个b粒子， 原子核内将有一个中子转化为一个质子并产生一 个电子，产生的电子放出了，但原子核内增加了 一个质子，原子序数增加1，正确答案为D.
应用质量数和电荷数守恒， 进行核反应方程和核反应类型的判断 在原子核的核反应过程中遵循质量 数守恒和电荷数守恒，在很多情况下， 可以作为判断反应方程是否正确的依据.
在匀强磁场中有一个原来静止的放射 性同位素 14 C ，它所放射的粒子与反冲核的 径迹在磁场中是两个内切圆，圆的半径之比 是 7∶1 ，如图 15-2-1 所示，那么 14 C 的衰变 方程是( ) A. C
(3)入射光照到金属上时，光电子的 发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9s.
(4)在发生光电效应时，光电流的强 度与入射光的强度成正比.
五、康普顿效应
X 射线散射时，部分散射光的波长 变长，波长改变的多少与散射角有关， 这种现象称为康普顿效应. 六、波粒二象性 光具有波粒二象性，光子既有粒子 的特征，又有波的特征 . 实物粒子 ( 原子、 质子、中子、电子等 ) 也具有波粒二象 h 性.粒子能量E=hν.粒子动量p= .
238 变式训练2：(2010.全国卷Ⅰ)原子核92 U 经放
直接利用核衰变过程中质量数 守恒和电荷数守恒来进行计算.核衰变方 4 253 A 6 He X 程为 Z 2 100 Fm
Z=100+12=112 ， A=253+24=277 ， 答案D正确.
点评 这是一个多次衰变的问题， 反应物只能根据最后的产物和两个守恒 定律来确定，注意：多次衰变问题可以 在一个核反应方程中体现出来.