第五章 原子核（知识清单）物理人教版选择性必修第三册

第五章 原子核（知识清单） 第1节 原子核的组成 一、天然放射现象 1.1896年，法国物理学家 发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线。 2.玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种能够发出更强射线的新元素，命名为 （Po）和 (Ra)。 3.天然放射现象 （1）放射性：物质发出 的性质。 （2）放射性元素：具有 的元素。 （3）天然放射现象：放射性元素自发地发出 的现象。 （4）原子序数大于 的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于 的元素，有的也能发出射线。 4.三种射线 α射线 是α粒子流。α粒子带正电，电荷量是电子的2倍，质量是氢原子的4倍，其组成与氦原子核相同。α粒子的速度可以达到光速的。由于α粒子带电，质量又比较大，通过气体时很容易把气体分子中的电子剥离，使气体电离。由于与物质中的微粒作用时会损失自己的能量，α粒子的穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 β射线 是电子流，速度可以接近光速。β射线的电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。 γ射线 是一种电磁波，波长很短的光子，波长在 以下。γ射线的电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。 5.三种射线在电场和磁场中的偏转 （1）在匀强电场中：γ射线不发生偏转，做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，β粒子的偏移量大，如图甲所示。甲 （2）在匀强磁场中：γ射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径小，α粒子轨道半径大，如图乙所示。 6.元素的放射性 （1）一种元素的放射性与其所处的化学状态（单质或化合物）无关，放射性的强度也不受温度、外界压强的影响，这就说明射线跟原子核外电子无关，仅与原子核有关 （2）射线来自于原子核说明原子核内部是有结构的。 二、原子核的组成 1．原子核（符号） 2．对核子数、电荷数、质量数的理解 （1）核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子， 和 之和叫核子数。 （2）电荷数（Z)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数。 （3）质量数（A)：原子核的质量等于核内 和 的质量的总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫作原子核的质量数。 （4）基本关系 ①电荷数（Z)＝质子数＝元素的原子序数＝核外电子数 ②质量数（A)＝核子数＝质子数＋中子数。 3．对同位素的理解 原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质。同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数 ，所以它们的物理性质不同。 第2节 放射性元素的衰变 一、原子核的衰变 1．概念：原子核自发地放出 或 ,由于电荷数变了，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．衰变类型 （1）α衰变：原子核放出α粒子的衰变。某原子核进行α衰变后，新核质量数 ，电荷数 。的α衰变方程： （2）β衰变：原子核放出β粒子的衰变。某原子核进行β衰变时，新核质量数 ，电荷数 。 的β衰变方程： 3．衰变规律 （1）原子核衰变时 和 都守恒。 （2）任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既放出α射线又放出β射线，而 射线伴随α衰变或β衰变产生。 4．衰变方程通式 （1）α衰变： （2）β衰变： 5．确定原子核衰变次数的分析过程 设放射性元素经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素，则衰变方程为 根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程 以上两式联立解得 由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。 二、半衰期 1．概念：放射性元素的原子核有 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 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 。 3.半衰期的物理意义：表示放射性元素衰变的快慢。 4.半衰期公式：，式中N原、表示衰变前的原子数和原子质量，N余、m余表示尚未发生衰变的原子数和原子质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。 5．理解：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对某个特定的原子核说它的半衰期是毫无意义的，半衰期只适用于大量的原子核。 三、核反应 1．概念：原子核在其他粒子的轰击下产生 或者发生状态变化的过程。 。 2．核反应的条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。 3．原子核人工转变的三大发现 （1)1919年，卢瑟福发现质子的核反应方程： （2)1932年，查德威克发现中子的核反应方程： （3)1934年，约里奥一居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程： 4．人工转变与衰变的比较 （1）不同点：人工转变是其他粒子（或光子）与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生；而衰变是原子核的自发变化，它不受物理、化学条件的影响。 （2）相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒。 5．对衰变（核反应）方程的理解 （1）衰变过程遵循质量数守恒而不是质量守恒，反应前后的总质量一般会发生变化（质量亏损）而释放出核能。 （2）衰变方程的书写方面：衰变方程用“→”表示，而不用“＝”表示。 （3）衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化。 四、放射性同位素及其应用 1．放射性同位素：具有 的同位素。其分类有天然放射性同位素和 放射性同位素。 2．放射性同位素的主要应用 （1）利用它的射线 ①射线测厚仪：利用γ射线的穿透特性测厚度。 ②放射治疗：利用γ射线的高能量治疗癌症。 ③培优、保鲜：利用γ射线使种子的遗传基因发生变异，培育新的品种；照射食品杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。 ④工业探伤：利用γ射线检查金属部件是否存在砂眼、裂痕等，即利用γ射线进行探伤。 ⑤消除静电：利用放射线使空气电离而把空气变成导电气体，以除去化纤、纺织品上的静电。 （2）作为示踪原子：把放射性同位素原子通过物理或化学反应的方式掺到其他物质中，然后用探测仪进行追踪，确定其位置。 ①在农业生产中，探测农作物在不同的季节对元素的需求。 ②在工业上，检查输油管道上的漏油位置。 ③在医疗上，可以检查人体对某元素的吸收情况，也可以帮助确定肿瘤的部位和范围。 第3节 核力与结合能 一、核力与四种基本相互作用 1.对四种基本相互作用的理解 （1）引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”，引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。万有引力是 。 （2）电磁相互作用：电磁力在原子核外，使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体。 （3）强相互作用：在原子核内，强相互作用将核子束缚在一起，强相互作用是 。 （4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子一质子转变的原因；弱相互作用也是 ，其力程比强相互作用更短，为m。 2．对核力的理解 （1）核力是四种相互作用中的 的一种表现。 （2）核力是 ，约在m数量级时起作用，当距离为m时核力几乎消失。 （3）核力具有饱和性。稳定的质量较大的原子核里，中子数要比质子数多。由于核力的作用范围是有限的，核力具有饱和性，如果我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。所以，原子核大小也受到限制。核子只跟相邻的核子产生较强的核力，而不是与核内所有核子发生作用。 （4）核力与核子是否带电 ，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用。 二、结合能 1.结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把他们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。这个能量也是核子结合成原子核而释放的能量。 2.比结合能：原子核的结合能与核子数之比。比结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定。 3．对结合能和比结合能的理解 （1）结合能是核子结合成原子核时释放的能量，也是将原子核的核子分开时需要的能量。 （2）比结合能反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度。 4．比结合能与原子核稳定程度的关系 （1）比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难分开，表示该原子核就越稳定。 （2）核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定。 （3）当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。 5．比结合能曲线 不同原子核的比结合能随质量数变化的图线如图所示。从图中可以看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核的要小. 三、质量亏损 1.物体的能量与它的质量的关系： 2.质量亏损：原子核的质量 组成它的核子的质量之和。 3.对质量亏损的理解 （1）核反应仍遵守 和 ，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量。 （2）物体的质量应包括静止质量和运动质量。质量亏损是 的减少，减少的静止质量在核子结合成核的过程中以 的形式辐射出去了，转化为和辐射能量相联系的运动质量。 （3）从质量亏损可知，质量是物体具有能量的多少及能量转变多少的一种量度。 4.对的理解 (1)说明一定的质量总是跟一定的能量相联系。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。 （2）根据，物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少。这时E也写成。 5．核能的计算方法 （1）根据质量亏损计算 ①根据计算。其中m的单位是千克，E的单位是焦耳。 ②利用原子质量单位u和电子伏特计算。1u相当于931.5MeV的能量，931.5MeV，其中Δm的单位为u，ΔE的单位为MeV。 （2）利用平均结合能来计算 原子核的结合能=核子的平均结合能核子数。 （3）利用核反应前后结合能之差来计算核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放（或吸收）的核能。 6．判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法 （1）根据反应前后质量的变化情况进行判断。若质量减少，即发生了质量亏损，则 ；若质量增加，则 （2）根据动能变化判断。若不吸收光子而动能增加，则放出能量。 第4节 核裂变与核聚变 一、核裂变 1.核裂变的发现：1938年年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼利用 轰击铀核时，发现了铀核的裂变。 2.核裂变：重核分裂成两个中等大小的核，并放出 的过程。 3．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多样的，其中一种典型的反应是。 4.链式反应：由重核裂变产生的 使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，如图所示。 5．链式反应的条件 （1）铀块的体积 或等于临界体积或铀块的质量 或等于临界质量。 （2）有足够数量的 中子。 二、反应堆与核电站 1．核反应堆：通过 的链式反应实现核能释放的装置。 2．反应堆的组成 （1）铀棒：由天然铀或浓缩铀（铀235的含量占2%—4%）制成，它是核反应堆的燃料。 （2）慢化剂：反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，便于铀235吸收，发生裂变，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有 、重水和普通水。 （3）控制棒：主要作用是 中子，控制反应速度。 3．核电站 （1）能量输出：核燃料裂变释放的能量使反应区温度 ，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的 传输出去，用于发电。 （2）核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的 ，用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的 ,需要装入特制的容器， 。 三、核聚变 1．核聚变：两个轻核结合成质量 的核，这样的核反应叫作核聚变，核聚变又叫热核反应。 2．典型的核聚变：一个氘核与一个氚核聚合成一个氦核，同时放出一个中子。 3.核聚变发生的条件：要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到m以内，这要克服电荷间巨大的 力作用。也就是说，原子核要有足够大的动能。有一种方法就是给它们 ，使物质达到几百万开尔文的高温。 4．受控热核反应 （1）核聚变相比核裂变的优点：轻核聚变产能效率 ；核聚变燃料氘储量 ,而氚可以利用锂来制取；轻核聚变更为安全、清洁。 （2）控制热核反应的难点：任何容器都不能承受反应物需要的 。 （3）控制方法 ①磁约束：利用 来约束参加反应的带电粒子。 ②惯性约束：利用核聚变物质的 进行约束。 第5节 “基本”粒子 一、发现新粒子 1.1932年发现了 ，1937年发现了 ，1947年发现了K介子和π介子。后来还发现了一些粒子，质量比质子的质量大很多，叫作超子。 2.20世纪30年代至今物理学家通过实验发现了一部分新粒子，如τ子、 、J／Ψ介子、W和 τ子中微子、希格斯玻色子等。 3.实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作 。例如，电子的反粒子是 ，质子的反粒子是 。 二、粒子的分类 1.强子：强子是参与强相互作用的粒子。质子和 都是强子。 2.轻子：轻子不参与强相互作用。最早发现的轻子是 ，后来发现的轻子有电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子。每种轻子都有对应的反粒子。 3.规范玻色子：规范玻色子是传递各种相互作用的粒子，如光子、中间玻色子（W和Z玻色子）、胶子。光子传递 相互作用，中间玻色子传递 相互作用，胶子传递 相互作用。 4.希格斯玻色子：希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。 三、夸克模型的提出： 许多实验事实表明，强子是有 结构的。1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克。 第 1 页 共 13 页 学科网（北京）股份有限公司 第 13 页 共 13 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章 原子核（知识清单） 第1节 原子核的组成 一、天然放射现象 1.1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线。 2.玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种能够发出更强射线的新元素，命名为 钋 （Po）和 镭 (Ra)。 3.天然放射现象 （1）放射性：物质发出射线 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。 （4）原子序数大于 83 的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于 83 的元素，有的也能发出射线。 4.三种射线 α射线 是α粒子流。α粒子带正电，电荷量是电子的2倍，质量是氢原子的4倍，其组成与氦原子核相同。α粒子的速度可以达到光速的。由于α粒子带电，质量又比较大，通过气体时很容易把气体分子中的电子剥离，使气体电离。由于与物质中的微粒作用时会损失自己的能量，α粒子的穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 β射线 是电子流，速度可以接近光速。β射线的电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。 γ射线 是一种电磁波，波长很短的光子，波长在 以下。γ射线的电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。 5.三种射线在电场和磁场中的偏转 （1）在匀强电场中：γ射线不发生偏转，做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，β粒子的偏移量大，如图甲所示。甲 （2）在匀强磁场中：γ射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径小，α粒子轨道半径大，如图乙所示。 6.元素的放射性 （1）一种元素的放射性与其所处的化学状态（单质或化合物）无关，放射性的强度也不受温度、外界压强的影响，这就说明射线跟原子核外电子无关，仅与原子核有关 （2）射线来自于原子核说明原子核内部是有结构的。 二、原子核的组成 1．原子核（符号） 2．对核子数、电荷数、质量数的理解 （1）核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，质子数和中子数之和叫核子数。 （2）电荷数（Z)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数。 （3）质量数（A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫作原子核的质量数。 （4）基本关系 ①电荷数（Z)＝质子数＝元素的原子序数＝核外电子数 ②质量数（A)＝核子数＝质子数＋中子数。 3．对同位素的理解 原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质。同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可能不同，所以它们的物理性质不同。 第2节 放射性元素的衰变 一、原子核的衰变 1．概念：原子核自发地放出或 ,由于电荷数变了，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．衰变类型 （1）α衰变：原子核放出α粒子的衰变。某原子核进行α衰变后，新核质量数 减少4 ，电荷数 减少2 。的α衰变方程： → （2）β衰变：原子核放出β粒子的衰变。某原子核进行β衰变时，新核质量数 不变 ，电荷数加1。 的β衰变方程： 3．衰变规律 （1）原子核衰变时 质量数 和 电荷数 都守恒。 （2）任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既放出α射线又放出β射线，而 射线伴随α衰变或β衰变产生。 4．衰变方程通式 （1）α衰变： （2）β衰变： 5．确定原子核衰变次数的分析过程 设放射性元素经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素，则衰变方程为 根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程 以上两式联立解得 由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。 二、半衰期 1．概念：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.半衰期的物理意义：表示放射性元素衰变的快慢。 4.半衰期公式：，式中N原、表示衰变前的原子数和原子质量，N余、m余表示尚未发生衰变的原子数和原子质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。 5．理解：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对某个特定的原子核说它的半衰期是毫无意义的，半衰期只适用于大量的原子核。 三、核反应 1．概念：原子核在其他粒子的轰击下产生 新原子核 或者发生状态变化的过程。 。 2．核反应的条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。 3．原子核人工转变的三大发现 （1)1919年，卢瑟福发现质子的核反应方程：。 （2)1932年，查德威克发现中子的核反应方程： （3)1934年，约里奥一居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程： 4．人工转变与衰变的比较 （1）不同点：人工转变是其他粒子（或光子）与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生；而衰变是原子核的自发变化，它不受物理、化学条件的影响。 （2）相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒。 5．对衰变（核反应）方程的理解 （1）衰变过程遵循质量数守恒而不是质量守恒，反应前后的总质量一般会发生变化（质量亏损）而释放出核能。 （2）衰变方程的书写方面：衰变方程用“→”表示，而不用“＝”表示。 （3）衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化。 四、放射性同位素及其应用 1．放射性同位素：具有 放射性 的同位素。其分类有天然放射性同位素和 人工 放射性同位素。 2．放射性同位素的主要应用 （1）利用它的射线 ①射线测厚仪：利用γ射线的穿透特性测厚度。 ②放射治疗：利用γ射线的高能量治疗癌症。 ③培优、保鲜：利用γ射线使种子的遗传基因发生变异，培育新的品种；照射食品杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。 ④工业探伤：利用γ射线检查金属部件是否存在砂眼、裂痕等，即利用γ射线进行探伤。 ⑤消除静电：利用放射线使空气电离而把空气变成导电气体，以除去化纤、纺织品上的静电。 （2）作为示踪原子：把放射性同位素原子通过物理或化学反应的方式掺到其他物质中，然后用探测仪进行追踪，确定其位置。 ①在农业生产中，探测农作物在不同的季节对元素的需求。 ②在工业上，检查输油管道上的漏油位置。 ③在医疗上，可以检查人体对某元素的吸收情况，也可以帮助确定肿瘤的部位和范围。 第3节 核力与结合能 一、核力与四种基本相互作用 1.对四种基本相互作用的理解 （1）引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”，引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。万有引力是长程力。 （2）电磁相互作用：电磁力在原子核外，使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体。 （3）强相互作用：在原子核内，强相互作用将核子束缚在一起，强相互作用是短程力。 （4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子一质子转变的原因；弱相互作用也是短程力，其力程比强相互作用更短，为m。 2．对核力的理解 （1）核力是四种相互作用中的强相互作用的一种表现。 （2）核力是短程力，约在m数量级时起作用，当距离为m时核力几乎消失。 （3）核力具有饱和性。稳定的质量较大的原子核里，中子数要比质子数多。由于核力的作用范围是有限的，核力具有饱和性，如果我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。所以，原子核大小也受到限制。核子只跟相邻的核子产生较强的核力，而不是与核内所有核子发生作用。 （4）核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用。 二、结合能 1.结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把他们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。这个能量也是核子结合成原子核而释放的能量。 2.比结合能：原子核的结合能与核子数之比。比结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定。 3．对结合能和比结合能的理解 （1）结合能是核子结合成原子核时释放的能量，也是将原子核的核子分开时需要的能量。 （2）比结合能反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度。 4．比结合能与原子核稳定程度的关系 （1）比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难分开，表示该原子核就越稳定。 （2）核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定。 （3）当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。 5．比结合能曲线 不同原子核的比结合能随质量数变化的图线如图所示。从图中可以看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核的要小. 三、质量亏损 1.物体的能量与它的质量的关系： 2.质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和。 3.对质量亏损的理解 （1）核反应仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量。 （2）物体的质量应包括静止质量和运动质量。质量亏损是静止质量的减少，减少的静止质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了，转化为和辐射能量相联系的运动质量。 （3）从质量亏损可知，质量是物体具有能量的多少及能量转变多少的一种量度。 4.对的理解 (1)说明一定的质量总是跟一定的能量相联系。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。 （2）根据，物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少。这时E也写成。 5．核能的计算方法 （1）根据质量亏损计算 ①根据计算。其中m的单位是千克，E的单位是焦耳。 ②利用原子质量单位u和电子伏特计算。1u相当于931.5MeV的能量，931.5MeV，其中Δm的单位为u，ΔE的单位为MeV。 （2）利用平均结合能来计算 原子核的结合能=核子的平均结合能核子数。 （3）利用核反应前后结合能之差来计算核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放（或吸收）的核能。 6．判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法 （1）根据反应前后质量的变化情况进行判断。若质量减少，即发生了质量亏损，则释放能量；若质量增加，则吸收能量。 （2）根据动能变化判断。若不吸收光子而动能增加，则放出能量。 第4节 核裂变与核聚变 一、核裂变 1.核裂变的发现：1938年年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼利用 中子 轰击铀核时，发现了铀核的裂变。 2.核裂变：重核分裂成两个中等大小的核，并放出 核能 的过程。 3．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多样的，其中一种典型的反应是。 4.链式反应：由重核裂变产生的中子 使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，如图所示。 5．链式反应的条件 （1）铀块的体积 大于 或等于临界体积或铀块的质量 大于或等于临界质量。 （2）有足够数量的 热 中子。 二、反应堆与核电站 1．核反应堆：通过 可控制 的链式反应实现核能释放的装置。 2．反应堆的组成 （1）铀棒：由天然铀或浓缩铀（铀235的含量占2%—4%）制成，它是核反应堆的燃料。 （2）慢化剂：反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，便于铀235吸收，发生裂变，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有 石墨 、重水和普通水。 （3）控制棒：主要作用是 吸收 中子，控制反应速度。 3．核电站 （1）能量输出：核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的 热量 传输出去，用于发电。 （2）核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的 水泥层 ，用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的放射性 ,需要装入特制的容器，深埋地下。 三、核聚变 1．核聚变：两个轻核结合成质量 较大的核，这样的核反应叫作核聚变，核聚变又叫热核反应。 2．典型的核聚变：一个氘核与一个氚核聚合成一个氦核，同时放出一个中子。 3.核聚变发生的条件：要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到m以内，这要克服电荷间巨大的 库仑力作用。也就是说，原子核要有足够大的动能。有一种方法就是给它们 加热 ，使物质达到几百万开尔文的高温。 4．受控热核反应 （1）核聚变相比核裂变的优点：轻核聚变产能效率 高 ；核聚变燃料氘储量 丰富 ,而氚可以利用锂来制取；轻核聚变更为安全、清洁。 （2）控制热核反应的难点：任何容器都不能承受反应物需要的 高温 。 （3）控制方法 ①磁约束：利用 磁场 来约束参加反应的带电粒子。 ②惯性约束：利用核聚变物质的 惯性 进行约束。 第5节 “基本”粒子 一、发现新粒子 1.1932年发现了 正电子 ，1937年发现了 ，1947年发现了K介子和π介子。后来还发现了一些粒子，质量比质子的质量大很多，叫作超子。 2.20世纪30年代至今物理学家通过实验发现了一部分新粒子，如τ子、胶子、J／Ψ介子、W和Z玻色子、 τ子中微子、希格斯玻色子等。 3.实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作反粒子。例如，电子的反粒子是正电子，质子的反粒子是反质子。 二、粒子的分类 1.强子：强子是参与强相互作用的粒子。质子和 中子都是强子。 2.轻子：轻子不参与强相互作用。最早发现的轻子是电子，后来发现的轻子有电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子。每种轻子都有对应的反粒子。 3.规范玻色子：规范玻色子是传递各种相互作用的粒子，如光子、中间玻色子（W和Z玻色子）、胶子。光子传递 电磁 相互作用，中间玻色子传递 弱 相互作用，胶子传递 强 相互作用。 4.希格斯玻色子：希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。 三、夸克模型的提出： 许多实验事实表明，强子是有 内部 结构的。1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克。 第 1 页 共 13 页 学科网（北京）股份有限公司 第 13 页 共 13 页 学科网（北京）股份有限公司 $