(完整版)物理选修35原子核知识点汇总

物理选修3---5第十九章原子核知识点汇总
（训练版）
知识点一、原子核的组成
1、天然放射现象
(1)天然放射现象的发现：1896年法国物理学，贝克勒耳发现铀或铀矿石能放射出某种人眼看不见的射线。

这种射线可穿透黑纸而使照相底片感光。

天然放射现象的发现使人们意识到原子核具有复杂结构。

放射性：物质能发射出上述射线的性质称放射性。

放射性元素：具有放射性的元素称放射性元素。

天然放射现象：某种元素白发地放射射线的现象，
叫天然放射现象。

(2)放射线的成份和性质：
①用电场和磁场来研究放射性
元素射出的射线，在电场中轨迹：
对应粒子
射
出速度
电
离能
力
穿
透能
力
对应粒子的产生
α射线
He
4
2
C
10
1
最
强
最
弱
α衰变中：
He
H
n4
2
1
1
1
2
2→
+
β射线
e0
1-
C
100
99
较
弱
较
弱
β衰变中：
e
H
n0
1
1
1
1
0-
+
→
γ射线
光
子C
最
弱
最
强
核反应中新核从高能态
向低能态跃迁时释放能量，
即发出γ射线。

②三种射线及其性质比较： 2、原子核的组成
（1）质子p 的发现
1919年卢瑟福发现质子，并预言了中子的存在。

发现方程 H O N He 1
117814742+→+
（2）中子n 的发现：
1932年，卢瑟福的学生查德威克发现中子。

发现方程 n C Be He 1
01269442+→+
（3）原子核的组成：原子核是由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。

在原子核中：质子数等于电荷数;核子数等于质量数;中子数等于质量数减电荷数. 原子核常用符号：X
A
Z
X-----元素符号，A-----核的质量数（核子数），Z-----核电荷数（即原子序数）
知识点二、放射性元素的衰变
1、原子核的衰变：
(1)衰变：原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化称为衰变。

①在原子核的衰变过程中，电荷数和质量数守恒。

如:衰变方程：α衰变：
He Th U 4223490238
92
+→ β衰变：e Pa Th 0
12349123490-+→
②γ射线是伴随α、β衰变放射出来的高频光子流。

③在β衰变中新核质子数多一个，而质量数不变是由于反映中有一个中子变为一个质子和一个电子。

其转化方程是： e H n 0
11
11
0-+→
2、半衰期T
（1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫半衰期。

半衰期是大量原子发生衰变的统计规律。

（2）半衰期是由原子核内部自身因素决定的。

它与原子所处的化学状态（单质、化
合物）和外部条件（如：温度、压强等）无关。

（3）半衰期反映放射性元素稳定性。

半衰期越长，放射性污染就越大；所以科学实验用到射线，通常选用半衰期较短的“放射性同位素”发出的射线，而不用天然放射性物质的射线。

（4）公式
T
t -
2*N 原余=N （N 余表示未发生衰变的该元素原子数，Ｎ原表示发生衰变前该元素的
原子数）
T
t -
2*M 原余=M
（M 余表示未发生衰变的该元素物质质量，M 原表示发生衰变前该元素的物质质量）
知识点三、探测射线的方法
虽然放射线看不见，但是我们可以根据一些现象来探知放射线的存在，这些现象主要是：使气体电离;使照相底片感光;使荧光物质产生荧光.
探测射线常用仪器：威耳孙云室；气泡室；盖革－弥勒计数器等。

知识点四、放射性的应用与防护
1、原子核的人工转变：原子核的人工转变是指用人工的方法(例如用高速粒子轰击原子核)使原子核发生转变。

如：卢瑟福用α粒子轰击氦原子核，发现了质子。

H O N He 1
117
814
74
2+→+。

查德威克用α粒子轰击铍核，发现中子。

n C Be He 1
012
69
44
2+→+。

2、人工放射性同位素：
（1）同位素：具有相同的质子和不同中子数的原子互称同位素。

（2）放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。

如：1934年，小居里夫妇用α粒子轰击铝时，发现放射性同位素磷P 30
15，即
n P Al He 1030
15271342+→+
↓
e Si P 0
130
1430
15++→ 3、放射性同位素的应用与防护：
（1）利用射线：γ射线——“无损探伤”、“钢板厚度自动控制”、“癌症放疗”、“培育优良品种”、“杀灭细菌”等；α射线——利用其很强的电离能力来使空气电离，从而消除静电。

（2）利用“放射性标记”作为“示踪原子”——如检查地下漏油管道的漏油情况。

（3）防护：远离放射源、减少照射时间、屏闭放射源、及时检测 （4）放射性标记：
知识点五、核力与结合能
1、核力：强相互作用------（在原子核的尺度内核力比库仑力大得多）
短程力------（作用范围在1.5×10-15m 内，大于0.8×10-15m 时表现为引力， 小于0.8×10-15m 时表现为斥力，超过1.5×10-15m 核急剧减小，几乎为零；） 饱和性-----（每个核子只与相邻的核子之间才有核力发生）
在稳定的重原子核内：中子数比质子数要多，这样才能维持原子核的稳定 2、原子核的结合能：
核子结合成原子核放出的能量与原子核分解为核所需吸收的能量叫原子核的结合能。

3、比结合能：
a 、“原子核的结合能与核子数之比”叫“平均结合能”或“比结合能”。

b 、原子核越大，其结合能就越大；但比结合能不一定大； 比结合能越大原子核越稳定。

c 、中等质量的原子核比结合能最大，所以中等质量的原子核最稳定。

d 、凡是向着“比结合能大”的方向进行的核反应或 有质量亏损的核反应都是放能发应。

e 、科学家们就是根据向着【“比结合能大”的方向进行 的核反应都要释放能量】这
一理论来利用核能的。

4、核能计算
a 、爱因斯坦质能方程：物体的能量与质量之间的简单正比关系2
mC E = 说明：①不能说“质量和能量可以相互转化”，只能说“能量大的物体质量也大” “质量减小时物体的能量也随之减少”
②光子没有静质量，频率为γ的运动光子具有的能量为E=h γ=mC 2； 所以运动光子的质量为2C
h m γ=
③质能方程中E 为物体具有的一切能量之和（包括机械能、内能、电磁能、结合能等）
④在核反应中，质量和能量都守恒。

在核反应前后只是能量的存在形式不同， 总能量不变；在核反应前后只是物质由静质量变成了动质量，总质量不变。

b 、在核反应过程中，释放的能量可用2
mC E ∆=∆来计算，m ∆为亏损质量，即 反应前后静质量差的绝对值(掌握两种计算方法)
①若质量亏损m ∆为2Kg ，则释放的能量2
mC E ∆=∆()2
8
1032⨯⨯==
()J 108.117⨯
②若质量亏损m ∆为2u ，则释放的能量=⨯=∆5.9312E 1863(MeV)
知识点六、核裂变
1、重核的裂变：例：n
Kr Ba n U 1
089361445610235
92
3++→+
2、链式反应：
由重核产生的2～3个中子，使裂变反应连续不断地进行下去的过程，叫“链式反应”。

3、使链式反应能进行下去的条件：铀块的体积大于临界体积（铀块临界体积对应的质量称
为临界质量）。

4、核反应堆简介：
（1） U 235只能俘获“慢中子”而不易俘获裂变 产生的“快中子”，故要用减速剂（石墨、重水、 普通水又叫轻水）使快中子变成慢中子，从而使 裂变反应能进行下去。

（2）控制反应速度：
用易吸收中子的“镉棒”——“控制棒”插入或拔出反应堆控制。

（3）核废料的处理：
目前世界上的核电站都是由核裂变反应释放的能量来发电，核废料具有很强的辐射，故要装入特制的容器深埋地下。

知识点七、轻核的聚变：
1、核反应方程： 例：)
6.17(1
04
23
12
1MeV n He H H γ++→+
2、反应条件：要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10-15m 以内，核力才能起作用，
聚变反应才能进行；这就要求聚变材料要达到107K 以上的高温，因此聚变反应又叫“热核反应”；这样的高温可以由裂变反应释放的能量实现，也可以用激光从四面八方照射聚变材料来实现。

3、太阳辐射的能量，来自于太阳内部剧烈的热核反应释放的能量，因此太阳的质量将不断减少。

4、核聚变与核裂变对比
同质量燃
料 储
量
废料处理
易控制性
重核裂变
释放能量
少 小
数量多辐射强（不容
易） 已可控 轻核聚变
释放能量
多
大
数量少无辐射（容
易）
难题
5、轻核聚变可控的难题：目前世界上没有一种容器能承受107K 以上的高温；目前聚变反应主要用于军事上，即氢弹。

〖针对性训练题〗
一、选择题。

共10小题，每小题4分，共40分。

每小题的4个选项中至少有一个是正确的。

请将正确选项选出并填在题后的表格中，全选对每题得4分，选不全的得2分，有错选或不答的得0分。

1．下列说法正确的是（ ） A ．α射线与γ射线都是电磁波
B ．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流，它具有中等的穿透能力。

C ．用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期
D ．原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量
2．用α粒子轰击铝核（27
13Al ），产生磷核（3015P ）和x 粒子，磷核（30
15P ）具有放射性，它衰变后变成硅核（3014Si ）和y 粒子，则x 粒子和y 粒子分别是（ ）
A ．质子 电子
B ．质子 正电子
C ．中子 正电子
D ．中子 电子
3．太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变反应形成的，其核反应方程是（ ）
A ．1401214H He+2e →
B ．144171
7281N+He O+H →
C ．
2351136901
92054380
U+n Xe+Sr+10n → D ．238234492902U Th+He → 4．图中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（ ）
A ．a 为α射线、b 为β射线
B ．a 为β射线、b 为γ射线
C ．b 为γ射线、c 为α射线
D ．b 为α射线、c 为γ射线
5．关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有（ ）
A ．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到消除有害静电的目的
B ．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视
C ．用放射线照射作物种子能使其DNA 发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种
D ．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害 6．如图所示，在α粒子散射实验中，α粒子穿过某一金属原子核附近的示意图，A 、B 、C 分别位于两个等势面上，则以下说法中正确的是（ ）
A ．α粒子在A 处的速度比
B 处的速度小 B ．α粒子在B 处的动能最大，电势能最小
C ．α粒子在A 、C 两处的速度大小相等
D ．α粒子在B 处的速度比在C 处的速度要小
7．（06深圳2）关于原子核，下列说法中正确的是（ ） A ．原子核能发生β衰变说明原子核内存在电子 B ．核反应堆利用镉棒吸收中子控制核反应速度 C ．轻核的聚变反应可以在任何温度下进行 D ．一切核反应都能释放核能
8．已知π+介子、π—
介子都是由一个夸克（夸克u 或夸克d ）和一个反夸克（反夸克
u 或反夸克d ）组成的，它们的带电量如下表所示，表中e 为元电荷。

π+ π—
u d u
d
带电量
+e
－e
+3/2e
3
/e - 3
/2e - 3
/e +
下列说法正确的是（ ）
A ．π+由u 和d 组成
B ．π+由d 和u 组成
C ．π—
由u 和d 组成 D ．π—
由d 和u 组成
9．天然放射性元素
Th 23290（钍）经过一系形α衰变和β衰变之后，变成Pb 20682（铅）。

下列论断中正确的是（ ）
A ．铅核比钍核少24个中子
B ．衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变
C ．铅核比钍核少8个质子
D ．衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变
10．2000年8月21日，俄罗斯“库尔斯克”号核潜艇在巴伦支海遇难，沉入深度约为100m 的海底．“库尔斯克”号核潜艇的沉没再次引起人们对核废料与环境问题的重视．几十年来人们向以巴伦支海海域倾倒了不少核废料，核废料对海洋环境有严重的污染作用．其原因有（ ）
A ．铀、钚等核废料有放射性
B ．铀、钚等核废料的半衰期很长
C ．铀、钚等重金属有毒性
D ．铀、钚等核废料会造成爆炸
二、填空题（共20分）
11．（6分）如图是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。

假如放射源能放射出α、
β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm
厚的铝板，那么是三种射线中的___ _射线对控制厚度起主要作用。

当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M 、N 两个轧辊间的距离调节得____ _些。

12．（8分）原来静止在匀强磁场中的放射性元素的原子核A ，发生衰变后放出的一个射线粒子和反冲核都以垂直于磁感线的方向运动，形成如图所示的8字型轨迹，已知大圆半径是小圆半径的n 倍，且绕大圆轨道运动的质点沿顺时针方向旋转。

那么：⑴该匀强磁场的方向一定是垂直于纸面向_____。

⑵原子核A 的原子序数是___。

⑶沿小圆运动的是________，⑷其旋转方向为___________。

13．（6分）如图，纵坐标表示某放射性物质中未衰变的原子核数（N ）与原来总原子核数（N 0）的比值，横坐标表示衰变的时间，则由图线可知该放射性物质的半衰期为_________天，若将该放射性物质放在高温、高压或强磁场等环境中，则它的半衰期将 _________（填“变长”、“不变”或“变短”）
三、计算题。

共40分。

解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算过程，只写出最后答案的不能得分。

有数值计算的题，答案中必需明确写出数值和单位。

14．（12分）为确定爱因斯坦的质能方程2
mc E ∆=∆的正确性，设计了如下实验：
用动能为6.01=E 0MeV 的质子轰击静止的锂核Li 73，生成两个α粒子，测得两个α粒子
的动能之和为9.192=E MeV ，已知质子、α粒子、锂粒子的质量分别取u m p 0073.1=、
u m 0015.4=α、u m Li 0160.7=，求：
（1）写出该反应方程。

（2）通过计算说明2
mc E ∆=∆正确。

（1u = 1.6606×10-27㎏）
15．（12分）一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子，设正负电子对撞前的质量均为m ，动能均为E k ，光速为c ，普朗克恒为h 。

求：
（1）写出该反应方程；
（2）对撞过程中的质量亏损m ∆和转化成的光子在真空中波长λ．
16．（16分）处于静止状态的某原子核X ，发生α衰变后变成质量为M 的原子核Y ，被释放的α粒子垂直射人磁感强度为B 的匀强磁场中，测得其圆周与运动的半径为r ，设α粒子质量为m ，质子的电量为e ，试求：
（1）衰变后α粒子的速率υa 和动能E k a ； （2）衰变后Y 核的速率υy 和动能E ky ； （3）衰变前X 核的质量M x ． 参考答案 一、选择题
二、填空题 11．β，大
12．⑴外，⑵2n +2，⑶反冲核，⑷顺时针 13．3.8，不变 三、计算题
14．解：（1）核反应方程为:He H Li 4
211732→+ （3分）
（2）核反应的质量亏损: αm m m m p Li 2-+=∆ （2分） = 7.0160u+1.0073u-2×4.0015u=0.0203u （1分）
由质能方程可得与质量亏损相当的能量：
9.189310203.02=⨯=∆=∆MeV mc E MeV （2分）
而系统增加的能量： 3.1912=-='∆E E E MeV （2分） 这些能量来自核反应中，在误差允许的范围内可认为相等，
所以2mc E ∆=∆正确。

（2分）
15．解：（1）该反应方程为：γ20101→+-e e （3分）
（2）由于光子的静止质量为零，所以质量的亏损为：△m =2m ， （2分） 由质能方程，对应的能量为：ΔE =2mC 2 （2分） 根据能量守恒可知2hv =2E K +△E ，即有：222/2mc E hc k +=λ （3分）
所以光子在真空中波长：)/(2mc E hc k +=λ （2分）
16．解：（1）α粒子在匀强磁场中做圆周与运动所需的向心力同洛仑兹力提供， 即2a
a Bq m r υυ=，α粒子的带电量为q=2e （2分）
所以α粒子的速率：2Ber m αυ=， 动能：2222122kx B e r E m m
αυ== （1分+1分） （2）由动量守恒0y m M αυυ-=， （2分） 所以222
22122y ky y Ber B e r E M M M
υυ===， （1分+2分） （3）由质能方程：2E mc ∆=∆，而kx ky E E E ∆=+， （1分+1分） 所以2222211()B e r m c m M
∆=+ （2分） 衰变前X 核的质量：2222211()x B e r M m M m m M c m M
=++∆=+++ （3分）。