专题06 原子核模型-【模型与方法】2023-2024学年高二物理同步模型易点通（人教版2019选择性必修第三册)

专题06 原子核模型 一、天然放射现象及三种射线 1．天然放射现象 (1)1896年，法国物理学家贝克勒尔发现某些物质具有放射性。 (2)①放射性：物质发射射线的性质。 ②放射性元素：具有放射性的元素。 ③天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象。 (3)原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线。 (4)玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。 2．三种射线 (1)α射线：实际上就是氦原子核，速度可达到光速的，其电离能力强，穿透能力较差，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 (2)β射线：是高速电子流，它速度很大，可达光速的99%，它的穿透能力较强，电离能力较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。 (3)γ射线：呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10 m以下，它的电离作用更小，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板或几十厘米厚的混凝土。 说明：元素的放射性与它以单质还是化合物的形式存在无关，且天然放射现象不受任何物理变化、化学变化的影响。 二、原子核的组成 1．质子的发现(如图所示) 2．中子的发现(如图所示) 3．原子核的组成 由质子和中子组成，它们统称为核子。 4．原子核的符号 5．同位素 具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称同位素。例如，氢有三种同位素分别为H、H、H。 说明：同位素的化学性质相同，物理性质一般不同。 三、原子核的衰变 1．定义 原子核自发地放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素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。 2．衰变分类 (1)α衰变：放出α粒子的衰变。 (2)β衰变：放出β粒子的衰变。 3．衰变过程 U→Th＋He。 Th→Pa＋e。 4．衰变规律 (1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。 (2)任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有α放射性又有β放射性，而γ射线伴随α衰变或β衰变产生。 说明：原子核衰变时质量数守恒，但不是质量守恒，有质量减少(也叫质量亏损)。 四、半衰期与核反应 1．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)决定因素 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。不同的放射性元素，半衰期不同。 (3)应用 利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间。 2．核反应 (1)人工核转变： N＋He→O＋H。 (2)定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。 (3)特点：在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。 说明：半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核有意义，对少数原子核没有意义。 五、放射性同位素的应用与安全 1．放射性同位素：很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射性同位素。 2．放射性同位素的应用： (1)射线测厚仪。 (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，用放射性同位素替换非放射性的同位素后，可以探测出原子到达的位置。 3．辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用。要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。 说明：一般放射性同位素半衰期短，而且强度容易控制，使用更广泛。 六、核力与四种基本相互作用 1．强相互作用 (1)定义：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，这种作用称为强相互作用。 (2)特点： ①核力是强相互作用的一种表现，在原子核内，核力比库仑力大得多。 ②是短程力，作用范围只有约10－15 m。 2．弱相互作用 (1)定义：在某些放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。 (2)也是短程力，作用范围只有10－18 m。 3．四种基本相互作用 说明：强相互作用是短程力，每个核子只跟相邻的核子发生作用，也叫核力的饱和性。 七、结合能和质量亏损 1．结合能 原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。 2．比结合能 原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。中等大小的核的比结合能最大，最稳定。 3．质能方程 物体的能量与它们质量的关系是：E＝mc2。 4．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。 注意：原子核的核子结合成原子核释放的能量与把它们分开需要的能量相等。 八、核裂变 1．核裂变的发现 (1)核裂变 重核被中子轰击后分裂成两