第15章 第2节 原子核(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)通用版

第2节　原子核 一、天然放射现象　原子核的组成 1．天然放射现象 放射性元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒耳发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。 2．原子核的组成 原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。 3．放射性同位素及其应用 (1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。 (2)应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。 (3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。 二、原子核的衰变　半衰期 (1)衰变：原子核自发地放出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：X→Y＋He　如：U→Th＋He； β衰变：X→Y＋e　如：Th→Pa＋e。 (3)半衰期：大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。 三、核力和结合能 1．核力 原子核内部，核子间所特有的相互作用力。 注意：核力是短程力，只存在于相邻的核子(质子与质子、质子与中子、中子与中子)间。 2．核能 (1)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2。 (2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。 3．裂变反应和聚变反应 (1)重核裂变 ①定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。 ②典型的裂变反应方程：U＋n→Kr＋Ba＋3n。 ③链式反应：重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。 ④临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。 ⑤裂变的应用：原子弹、核电站。 ⑥反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。 (2)轻核聚变 ①定义：两个轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。 ②典型的聚变反应方程：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 一、易错易混辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)α、β、γ三种射线中，α射线的电离作用最强。 (√) (2)半衰期与温度无关。 (√) (3)如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。 (×) (4)所有元素都可以发生衰变。 (×) (5)核反应中质量数守恒，故没有质量亏损。 (×) (6)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。 (×) 二、教材习题衍生 1．(粤教版选择性必修第三册改编)已知铋­210的半衰期是5.0天，8 g铋­210经过20天后还剩下(　　) A．1 g B．0.2 g C．0.4 g D．0.5 g D　[由公式m＝m0得m＝8× g＝0.5 g，D正确。] 2．(人教版选择性必修第三册改编)已知中子的质量是mn＝1.674 9×10－27 kg，质子的质量是mp＝1.672 6×10－27 kg，氘核的质量是mD＝3.343 6×10－27 kg，则氘核的比结合能为(　　) A．3.51×10－13 J B．1.76 MeV C．1.76×10－13 J D．2.19 MeV C　[Δm＝mp＋mn－mD＝0.003 9×10－27 kg，结合能ΔE＝Δmc2＝3.51×10－13 J，比结合能为≈1.76×10－13 J，故答案为C。] 3．(鲁科版选择性必修第三册改编)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的是(　　) A．U→Th＋He是人工核转变 B．N＋He→O＋H是β衰变 C．H＋H→He＋n是轻核聚变 D．Se→Kr＋2e是重核裂变 C　[选项A是α衰变，故A错误；选项B是人工核转变，故B错误；选项C是轻核聚变，故C正确；选项D是β衰变，故D错误。] 原子核的衰变和半衰期　 1．三种射线的成分和性质 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离作用 穿透能力 α射线 氦核 He ＋2e 4 u 最强 最弱 β射线 电子 e －e u 较强 较强 γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强 2．确定衰变次数的方法 (1)设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则表示该核反应的方程为 X→Y＋nHe＋me 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 (2)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。 3．衰变的实质 α衰变：2个质子和2个中子能紧密地结合在一起作为一个整体从原子核中抛出来，即2H＋2n→He。 β衰变：核内的1个中子转化成1个质子和1个电子，电子发射到核外，即n→H＋e。 γ辐射：α衰变、β衰变产生的新核处于较高能级，不稳定，向低能级跃迁时辐射出γ光子。 4．