第十九章-原子核

第十九章

《原子核》19.1《原子核的組成》1.放射性和放射性元素:1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見(jiàn)的射線，這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光，物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性．具有發(fā)射性的元素稱為放射性元素．2.天然放射性現(xiàn)象:放射性元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象．一、天然放射現(xiàn)象鋇鈾云母翠砷銅鈾礦斜水鉬鈾礦鈾鈣石礦放射性不是少數(shù)幾種元素才有的，研究發(fā)現(xiàn)，原子序數(shù)大于82的所有元素，都能自發(fā)的放出射線，原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性．放大了1000倍的鈾礦石天然放射現(xiàn)象在放射性現(xiàn)象中放出的射線是什么東西呢？它們除了能穿透黑紙使照相底片感光的性質(zhì)以外，還有些什么性質(zhì)呢？這些射線帶不帶電呢？二、射線到底是什么放射性由左手定則可得如下結(jié)論：放射性思考與討論不加磁場(chǎng)，如何實(shí)現(xiàn)如下圖偏轉(zhuǎn)情況？α射線根據(jù)射線的偏轉(zhuǎn)方向和磁場(chǎng)方向的關(guān)系可以確定，偏轉(zhuǎn)較小的一束由帶正電荷的粒子組成，我們把它叫做α射線，α射線由帶正電的α粒子組成.科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)每個(gè)α粒子帶的正電荷是電子電荷的2倍，α粒子質(zhì)量大約等于氦原子的質(zhì)量.進(jìn)一步研究表明α粒子就是氦原子核.由于α粒子的質(zhì)量較大，所以α射線的穿透本領(lǐng)最小，我們用一張厚紙就能把它擋住.β射線與α射線偏轉(zhuǎn)方向相反的那束射線帶負(fù)電荷，我們把它叫做β射線.研究發(fā)現(xiàn)β射線由帶負(fù)電的粒子（β粒子）組成.進(jìn)一步研究表明β粒子就是電子.β射線的穿透本領(lǐng)較強(qiáng)，很容易穿透黑紙，還能穿透幾厘米厚的鋁板.γ射線中間不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的那束射線叫做γ射線，研究表明，γ射線的實(shí)質(zhì)是一種波長(zhǎng)極短的電磁波，它不帶電，是中性的.γ射線的穿透本領(lǐng)極強(qiáng)，一般薄金屬板都擋不住它，它能穿透幾十厘米厚的水泥墻和幾厘米厚的鉛板.放射性由上圖所示實(shí)驗(yàn)可得如下結(jié)論經(jīng)過(guò)研究可得三種射線電離能力關(guān)系如下

天然放射現(xiàn)象射線射線射線電離能力貫穿能力速度成分氦原子核高速電子流高能量電磁波1/10光速接近光速光速弱較強(qiáng)很強(qiáng)很容易較弱更小閱讀課文填寫(xiě)表格：放射性三、原子核的組成放射性現(xiàn)象中放出的三種射線都是從放射性元素的原子核內(nèi)釋放出來(lái)的，這表明原子核也有內(nèi)部結(jié)構(gòu).原子核內(nèi)究竟還有什么結(jié)構(gòu)？原子核又是由什么粒子組成的呢？三.質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)

1.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)（盧瑟福）1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核，得到了質(zhì)子。經(jīng)過(guò)研究證明，質(zhì)子帶正電荷，其電量和一個(gè)電子的電量相同，它的質(zhì)量等于一個(gè)電子質(zhì)量的1836倍.進(jìn)一步研究表明，質(zhì)子的性質(zhì)和氫原子核的性質(zhì)完全相同，所以質(zhì)子就是氫原子核.同樣的方法，從氟、鈉、鋁的原子核中打出了質(zhì)子。------質(zhì)子是原子核的組成部分。原子核是否只是由質(zhì)子組成呢？核的質(zhì)量核的電量質(zhì)子質(zhì)量質(zhì)子電量？

盧瑟福進(jìn)而猜想原子核內(nèi)存在不帶電的中子，這一猜想被他的學(xué)生查德威克用實(shí)驗(yàn)證實(shí)，并得到公認(rèn)．>2.中子的發(fā)現(xiàn)1.盧瑟福的預(yù)言2.1932年英國(guó)物理學(xué)家查德威克又發(fā)現(xiàn)了中子3.四.原子核的組成1.原子核的組成:質(zhì)子和中子2.原子核中的三個(gè)整數(shù):(1)核子數(shù):質(zhì)子和中子質(zhì)量相差很小,統(tǒng)稱為核子.質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù).(2)核電荷數(shù)(z):原子核所帶的電荷總是質(zhì)子數(shù)的整數(shù)倍,用這個(gè)整數(shù)表示核電荷量.(3)核質(zhì)量數(shù)(A):原子核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量和,所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個(gè)核子質(zhì)量的整數(shù)倍,這個(gè)整數(shù),叫核質(zhì)量數(shù).3.原子核中的兩個(gè)等式:(1)核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=元素的原子序數(shù)=核外電子數(shù)(2)核質(zhì)量數(shù)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)原子核組成中子質(zhì)子統(tǒng)稱核子

XAZ（核）電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)

10－15m核電荷數(shù)：原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，這個(gè)倍數(shù)叫電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)：原子核的質(zhì)量幾乎等于單個(gè)核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個(gè)倍數(shù)叫質(zhì)量數(shù)例如：X表示

元素符號(hào)Z表示

質(zhì)子數(shù)A表示

質(zhì)量數(shù)原子核的表示：原子核組成課本68頁(yè)思考與討論鈾235的核子數(shù)，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)各為多少？

4.同位素:若原子核質(zhì)子數(shù)相同，而中子數(shù)不同，（質(zhì)量數(shù)當(dāng)然不同），在元素周期表中的位置相同,則互為同位素。故互稱同位素.同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì).原子核組成課本68頁(yè)思考與討論鈾235的核子數(shù)，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)各為多少？原子核組成課本68頁(yè)思考與討論鈾235的核子數(shù)，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)各為多少？氘和氚是氫的同位素，關(guān)于氕、氘、氚的原子，下列說(shuō)法哪個(gè)正確？（1）具有相同的質(zhì)子數(shù)、相同的中子數(shù)、相同的電子數(shù)；（2）具有不同的質(zhì)子數(shù)、相同的中子數(shù)、相同的電子數(shù)；（3）具有相同的質(zhì)子數(shù)、不同的中子數(shù)、相同的電子數(shù)；（4）具有相同的質(zhì)子數(shù)、相同的中子數(shù)、不同的電子數(shù)．（3）小結(jié)小結(jié)問(wèn)題與練習(xí)課本P69第3題第4題19.2《放射性元素

的衰變》回顧：三種放射性射線的性質(zhì)三種射線

、、三種射線的性質(zhì)：最弱最強(qiáng)c光子較弱較弱接近c(diǎn)電離本領(lǐng)貫穿本領(lǐng)速率組成物質(zhì)射線射線種類氦核電子最強(qiáng)最弱一、原子核的衰變2.衰變遵循的原則：質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。原子核放出α粒子或β粒子，由于核電荷數(shù)變了，它在周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。1.原子核的衰變：我們把原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ儯╠ecay）．

（1）衰變:原子核放出粒子的衰變叫做衰變．

3.原子核衰變的分類:（1）衰變:原子核放出粒子的衰變叫做衰變．

3.原子核衰變的分類:（2）β衰變:原子核放出β粒子的衰變叫做β衰變．

思考與討論原子核里沒(méi)有電子，β衰變中的電子來(lái)自哪里？

（1）衰變:原子核放出粒子的衰變叫做衰變．

3.原子核衰變的分類:（2）β衰變:原子核放出β粒子的衰變叫做β衰變．

（3）γ衰變:伴隨射線或射線產(chǎn)生.注意：1、放射性元素衰變不可能有單獨(dú)的γ衰變！2、衰變后元素的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化，即：生成了新的原子核！例：

經(jīng)過(guò)一系列衰變和衰變后，可以變成穩(wěn)定的元素鉛206，問(wèn)這一過(guò)程衰變和衰變次數(shù)？解：設(shè)經(jīng)過(guò)x次衰變，y次衰變238＝206＋4x92=82+2x-yx＝8y＝6釷232經(jīng)過(guò)6次衰變和4次衰變后變成一種穩(wěn)定的元素，這種元素是什么？它的質(zhì)量數(shù)是多少？它的原子序數(shù)是多少？練習(xí)：二、半衰期1、半衰期放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間，叫做這種元素的半衰期。放射性元素的剩余質(zhì)量與原有質(zhì)量的關(guān)系：2、不同的放射性元素，半衰期不同例如：氡222衰變?yōu)獒?18的半衰期為3.8天鐳226衰變?yōu)殡?22的半衰期為1620年鈾238衰變?yōu)殁Q234的半衰期長(zhǎng)達(dá)4.5×109年3、半衰期的計(jì)算例：已知釷234的半衰期是24天，1g釷經(jīng)過(guò)120天后還剩多少？計(jì)算表達(dá)式:放射性元素的剩余質(zhì)量與原有質(zhì)量的關(guān)系：練習(xí)1.鉍210的半衰期是5天，經(jīng)過(guò)多少天后，20g鉍還剩1.25g?2.10克鐳226變?yōu)殡?22的半衰期為1620年，有人說(shuō)：經(jīng)過(guò)1620年有一半鐳發(fā)生衰變，還有鐳（226）5克，再經(jīng)過(guò)1620年另一半鐳也發(fā)生了衰變，鐳226就沒(méi)有了，對(duì)嗎？為什么？(1)“單個(gè)的微觀事件是不可預(yù)測(cè)的”，所以，放射性元素的半衰期，描述的是統(tǒng)計(jì)規(guī)律。(2)半衰期的長(zhǎng)短由核內(nèi)部自身的因素決定，跟所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件都沒(méi)有關(guān)系。4、注意：五、應(yīng)用1、人們利用地殼巖石中存在的微量的放射性元素的衰變規(guī)律，測(cè)定地球的年齡為46億年。地殼有一部漫長(zhǎng)的演變歷史，一部不斷變化、不斷發(fā)展的歷史。2、碳14測(cè)年技術(shù)，14C是具有放射性的碳的同位素，能夠自發(fā)的進(jìn)行β衰變，變成氮。一、原子核的衰變2.衰變?cè)瓌t：質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。1.原子核的衰變：我們把原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ儯╠ecay）．（1）衰變:原子核放出粒子的衰變叫做衰變．

（2）β衰變:原子核放出β粒子的衰變叫做β衰變．

（3）γ衰變:總是伴隨射線或射線產(chǎn)生.二、半衰期1、半衰期:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間，叫做這種元素的半衰期。2、不同的放射性元素，半衰期不同放射性元素衰變的快慢是核內(nèi)部自身因素決定。課堂總結(jié)放射性元素半衰變是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律。判斷古生物年代常用14C定年法。若干萬(wàn)年以前，始祖鳥(niǎo)通過(guò)攝食，吸收了植物中含有14C的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，死亡后不再吸收。隨著年代的推移，其體內(nèi)14C的含量為現(xiàn)代鳥(niǎo)的，已知地表中14C的含量基本不變，14C的半衰期為T年，試判斷始祖鳥(niǎo)距今年代為：ABCD2高考題回顧：高考題回顧：1．圖中P為放在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的天然放射源，其放出的射線在電場(chǎng)的作用下分成a、b、c三束，以下判斷正確的是A．a(chǎn)為α射線、b為β射線B．a(chǎn)為β射線、b為γ射線C．b為γ射線、C為α射線D．b為α射線、C為γ射線BC2002年上海10．完成核反應(yīng)方程：Th→Pa＋

。衰變?yōu)榈陌胨テ谑?.2分鐘，則64克經(jīng)過(guò)6分鐘還有

克尚未衰變。2高考題回顧：例題分析為測(cè)定某水庫(kù)的存水量，將一瓶放射性同位素溶液倒入水庫(kù)中，已知這杯溶液每分鐘衰變8×107次，這種同位素半衰期為2天，該放射性同位素溶液在較短時(shí)間內(nèi)與水庫(kù)中水混合均勻.10天后從水庫(kù)取出1m3的水，并測(cè)得每分鐘衰變10次，求水庫(kù)的存水量為多少？2.5×105m3例題分析例題：本題中用大寫(xiě)字母代表原子核，E經(jīng)α衰變成為F，再經(jīng)β衰變成為G，再經(jīng)α衰變成為H。上述系列衰變可記為下式：另一系列衰變?nèi)缦拢阂阎狿和F是同位素，則（）A.Q和G是同位素，R和H是同位素B.R和E是同位素，S和F是同位素C.R和G是同位素，S和H是同位素D.Q和E是同位素，R和F是同位素B例題分析例題：在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一原來(lái)靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運(yùn)動(dòng)軌跡分別如圖中a、b所示，由圖可以知（）A.該核發(fā)生的α衰變B.該核發(fā)生的β衰變C.磁場(chǎng)方向一定垂直紙面向里D.磁場(chǎng)方向向里還是向外不能判定BDab19.3《探測(cè)射線

的方法》天然放射現(xiàn)象射線射線射線電離能力貫穿能力速度成分氦原子核高速電子流高能量電磁波1/10光速接近光速光速弱較強(qiáng)很強(qiáng)很容易較弱更小1、粒子使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過(guò)飽和汽會(huì)產(chǎn)生云霧，過(guò)熱液體會(huì)產(chǎn)生氣泡2、使照相底片感光3、使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光射線中的粒子與其它物質(zhì)作用會(huì)產(chǎn)生的現(xiàn)象：一、威爾遜云室：構(gòu)造：一個(gè)圓筒狀容器，低部可以上下移動(dòng)，上蓋是透明的，內(nèi)有干凈空氣實(shí)驗(yàn)時(shí)，加入少量酒精，使酒精蒸汽達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)。利用射線的電離本領(lǐng)a射線在云室中的徑跡：直而粗原因：a粒子質(zhì)量大，不易改變方向，電離本領(lǐng)大，沿涂產(chǎn)生的粒子多?射線在云室中的徑跡：比較細(xì)，而且常常彎曲原因：粒子質(zhì)量小，跟氣體碰撞易改變方向，電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子少二、氣泡室-----高能物理實(shí)驗(yàn)的最風(fēng)行的探測(cè)設(shè)備

氣泡室是由一密閉容器組成，容器中盛有工作液體液體在特定的溫度和壓力下進(jìn)行絕熱膨脹，由于在一定的時(shí)間間隔內(nèi)（例如50ms）處于過(guò)熱狀態(tài)，液體不會(huì)馬上沸騰，這時(shí)如果有高速帶電粒子通過(guò)液體，在帶電粒子所經(jīng)軌跡上不斷與液體原子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生低能電子，因而形成離子對(duì)，這些離子在復(fù)合時(shí)會(huì)引起局部發(fā)熱，從而以這些離子為核心形成胚胎氣泡，經(jīng)過(guò)很短的時(shí)間后，胚胎氣泡逐漸長(zhǎng)大，就沿粒子所經(jīng)路徑留下痕跡。如果這時(shí)對(duì)其進(jìn)行拍照，就可以把一連串的氣泡拍攝下來(lái)，從而得到記錄有高能帶電粒子軌跡的底片。照相結(jié)束后，在液體沸騰之前，立即壓縮工作液體，氣泡隨之消失，整個(gè)系統(tǒng)就很快回到初始狀態(tài)，準(zhǔn)備作下一次探測(cè)。氣泡室中帶電粒子的徑跡氣泡室的優(yōu)點(diǎn)：它的空間和時(shí)間分辨率高；工作循環(huán)周期短，本底干凈、徑跡清晰，可反復(fù)操作。但也有不足之處：那就是掃描和測(cè)量時(shí)間還嫌太長(zhǎng)；體積有限，而且甚為昂貴，三、蓋革-米勒計(jì)數(shù)器一種能自動(dòng)把放射微粒計(jì)數(shù)出來(lái)的儀器，利用了射線的電離本領(lǐng)19.4《放射性的

應(yīng)用與防護(hù)》

雖然放射線看不見(jiàn)，但是我們可以根據(jù)一些現(xiàn)象來(lái)探知放射線的存在，這些現(xiàn)象主要是：探測(cè)射線的方法1、使氣體電離2、使照相底片感光3、使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光威耳孫云室觀察威耳孫云室的結(jié)構(gòu)，研究射線在云室中的徑跡：

射線徑跡徑跡的長(zhǎng)短和粗細(xì)可以知道粒子的性質(zhì)；粒子軌跡的彎曲方向可以知道粒子帶電的正負(fù)．

射線徑跡

氣泡室里裝的是液體，控制室內(nèi)的溫度和壓強(qiáng)，使室內(nèi)的溫度略低于液體的沸點(diǎn)，當(dāng)氣泡室的壓強(qiáng)突然降低時(shí)，液體的沸點(diǎn)降低因此液體過(guò)熱，在通過(guò)室內(nèi)射線粒子周圍就有氣泡形成．通過(guò)照片上記錄的情況，可以分析粒子的帶電、動(dòng)量、能量等情況．氣泡室

德國(guó)物理學(xué)家蓋革在1928年與彌勒合作研制出的計(jì)數(shù)器用來(lái)檢測(cè)放射性是非常方便的，蓋革管的結(jié)構(gòu)如圖所示：蓋革－彌勒計(jì)數(shù)器窗口陰極陽(yáng)極接放大器粒子蓋革－彌勒計(jì)數(shù)器四、放射性的應(yīng)用與防護(hù)1932年，居里夫婦用α粒子轟擊鈹，鋁，硼等元素，發(fā)現(xiàn)了前所未有的穿透性強(qiáng)的輻射，后來(lái)被確定為中子流。1934年，查德威克在用α粒子轟擊鈹，鋁，硼等元素，除了測(cè)到中子流外，還探測(cè)到了正電子。有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素注意：1、放射性同位素與放放射性元素一樣，都有一定的半衰期，衰變規(guī)律一樣。2、放射性同位素衰變可生成另一種新元素。3、可以用人工的方法得到放射性同位素。4、放射性同位素跟同種元素的非放射性同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)。(二)、放射性同位素的應(yīng)用放射性同位素在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、和科學(xué)研究等許多方面得到了廣泛的應(yīng)用．其應(yīng)用是沿著利用它的射線和作為示蹤原子兩個(gè)方向展開(kāi)的．放射性的應(yīng)用射線應(yīng)用示蹤原子探傷儀培育新種保存食物消除有害靜電消滅害蟲(chóng)治療惡性腫瘤農(nóng)作物檢測(cè)診斷器質(zhì)性和功能性疾病生物大分子結(jié)構(gòu)及功能研究放射性的應(yīng)用食品保鮮棉花育種放射性同位素造影術(shù)糧食保存“放療”治療放射線測(cè)厚儀放射性污染和防護(hù)

過(guò)量的放射性會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，對(duì)人類和自然界產(chǎn)生破壞作用．20世紀(jì)人們?cè)诤翢o(wú)防備的情況下研究放射性遭原子彈炸后的廣島放射性污染和防護(hù)為了防止有害的放射線對(duì)人類和自然的破壞，人們采取了有效的防范措施：檢測(cè)輻射裝置全身污染檢測(cè)儀輻射檢測(cè)系統(tǒng)輻射源的存放鈾放射性污染和防護(hù)

核電站的核反應(yīng)堆外層用厚厚的水泥來(lái)防止放射線的外泄：1：下列關(guān)于放射線的說(shuō)法中不正確的是()A、放射線可以用來(lái)進(jìn)行工業(yè)探傷．B、放射線可以使細(xì)胞發(fā)生變異．C、放射同位素可以用來(lái)做示蹤原子．D、放射線對(duì)人體無(wú)害．19.5《核力與結(jié)合能》原子核的組成原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子．電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)=核子數(shù)

原子核的半徑約為10-15m,只相當(dāng)原子半徑的萬(wàn)分之一。在這么小的空間里帶正電的質(zhì)子與質(zhì)子間的庫(kù)侖斥力是很大，萬(wàn)有引力太小，只有庫(kù)侖力的10-36。而通常原子核是穩(wěn)定的,原子核中的質(zhì)子要靠自身的萬(wàn)有引力來(lái)抗衡相互間的庫(kù)侖力是不可能的。于是核內(nèi)還應(yīng)有另一種力把各種核子緊緊拉在一起,此力稱為核力。核力mpmp庫(kù)侖力庫(kù)侖力萬(wàn)有引力萬(wàn)有引力核力核子靠什么力結(jié)合成原子核？核力：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強(qiáng)大的力叫做核力．核力具有怎樣的特點(diǎn)呢？一、核力：

2.核力是短程力。約在10-15m量級(jí)時(shí)起作用，距離大于0.8×10-15m時(shí)為引力,距離為10×10-15m時(shí)核力幾乎消失，距離小于0.8×10-15m時(shí)為斥力。3.核力具有飽和性。核子只對(duì)相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。4.核力具有電荷無(wú)關(guān)性。對(duì)給定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，核力與核子電荷無(wú)關(guān)。

要真正了解核子間的相互作用還要考慮核子的組成物——夸克的相互作用。1.核力是四種相互作用中的強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn)。除核力外原子核內(nèi)還存在弱相互作用（弱力）弱力是引起中子－質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因弱相互作用也是短程力，力程比強(qiáng)力更短，為10－18m，作用強(qiáng)度則比電磁力小。四種相互作用力：萬(wàn)有引力、電磁力、強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力核力弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子－質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強(qiáng)力更短，為10－18m，作用強(qiáng)度則比電磁力小。除核力外原子中還存在著弱相互作用力四種相互作用力：萬(wàn)有引力、電磁力、強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力長(zhǎng)程力短程力二、原子核中質(zhì)子與中子的比例二、原子核中質(zhì)子與中子的比例自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對(duì)于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。為什么會(huì)這樣呢？核越來(lái)越大，有些核子間的距離越來(lái)越遠(yuǎn)。隨著距離的增加，核力與電磁力都會(huì)減小，但核力減小得更快。所以，原子核大到一定程度時(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫(kù)侖力，這個(gè)原子核就不穩(wěn)定了。這時(shí)，如果不再成對(duì)地增加核子，而只增加中子，中子與其他核子沒(méi)有庫(kù)侖斥力，但有相互吸引的核力，有助于維系原子核的穩(wěn)定。由于這個(gè)原因，穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。由于核力的作用范圍是有限的，如果繼續(xù)增大原子核，一些核子間的距離會(huì)大到其間根本沒(méi)有核力的作用，這時(shí)即使再增加中子也無(wú)濟(jì)于事，這樣的核必然是不穩(wěn)定的。在宇宙演化的進(jìn)程中，各種粒子有機(jī)會(huì)進(jìn)行各種組合，但那些不穩(wěn)定的組合很快就瓦解了，只有200多種穩(wěn)定的原子核長(zhǎng)久地留了下來(lái)?，F(xiàn)在觀察到的天然放射性元素，則正在瓦解之中。宏觀模型：相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)物體，由于萬(wàn)有引力而相互接近，運(yùn)動(dòng)速度越來(lái)越大，引力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能最后撞在一起，動(dòng)能變成它們的內(nèi)能散失掉了。兩個(gè)物體為了結(jié)合而付出了代價(jià)－－失去了一些能量，如果要把它們分開(kāi)，還要重新賦予它們這份能量。微觀模型：原子核是核子結(jié)合在一起構(gòu)成的，結(jié)合時(shí)也失去了一些能量，要把它們分開(kāi)，同樣也需要能量。某一數(shù)值時(shí)某一數(shù)值時(shí)相同由于核子間存在著強(qiáng)大的核力，所以核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí)，都伴隨著巨大的能量變化．可見(jiàn)，當(dāng)核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出一定能量；原子核分解成核子時(shí)，要吸收同樣的能量．這個(gè)能量叫做原子核的結(jié)合能．三、結(jié)合能從實(shí)驗(yàn)知道只有當(dāng)光子能量等于或大于2.22MeV時(shí)，這個(gè)反應(yīng)才會(huì)發(fā)生.相反的過(guò)程一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核，要放出2.22MeV的能量。結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核而具有的能量，而是為把核子分開(kāi)而需要的能量。比結(jié)合能：結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做為比結(jié)合能。也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。三、結(jié)合能四、質(zhì)量虧損1、例題：中子的質(zhì)量=1.6749×10－27Kg質(zhì)子的質(zhì)量=1.6726×10－27Kg中子和質(zhì)子的質(zhì)量和=3.3475×10－27Kg

氘核的質(zhì)量=3.3436×10－27Kg質(zhì)量差=0.0039×10－27Kg四、質(zhì)量虧損2、質(zhì)量虧損：原子分解為核子時(shí)，質(zhì)量增加；核子結(jié)合成原子核時(shí)，質(zhì)量減少。原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子的質(zhì)量之和，叫做質(zhì)量虧損。1、例題：愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程

E=mc2

式中c是真空中的光速，m是物體的質(zhì)量，E是物體的能量。核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)的質(zhì)量虧損Δm，正表明它們?cè)诨ハ嘟Y(jié)合過(guò)程中放出了能量ΔE=Δm·c23、有關(guān)問(wèn)題的理解和注意事項(xiàng)第一.核反應(yīng)過(guò)程中:

核子結(jié)合成原子核時(shí),新核質(zhì)量小于核子的質(zhì)量(質(zhì)量虧損),同時(shí)以光子形式釋放核能;

原子核分解為核子時(shí),需要吸收一定能量,核子的總質(zhì)量大于原原子核的質(zhì)量.第二.核反應(yīng)過(guò)程中,質(zhì)量虧損時(shí),核子個(gè)數(shù)不虧損(即質(zhì)量數(shù)守恒),可理解為組成原子核后,核內(nèi)每個(gè)核子仿佛“瘦了”一些.第三.質(zhì)量虧損并非質(zhì)量消失,而是減少的質(zhì)量m以以光子形式輻射釋放核能(動(dòng)質(zhì)量),因此質(zhì)量守恒定律不被破壞.將一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氘核，能量減小了，是否違反了能量守恒定律？為什么？沒(méi)有違反能量守恒定律；減小的這部分能量以γ光子釋放出去。將一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氘核，質(zhì)量減小了，是否違反了質(zhì)量守恒定律？為什么？沒(méi)有違反質(zhì)量守恒定律；減小的那部分質(zhì)量等于γ光子的動(dòng)質(zhì)量。質(zhì)能方程第四.公式ΔE=Δm·c2的單位問(wèn)題國(guó)際單位:m用“kg”C用“m/s”ΔE用“J”常用單位:m用“u(原子質(zhì)量單位)”1u=1.660566×10-27kgΔE用“uc2”

1uc2=931MeV(表示1u的質(zhì)量變化相當(dāng)于931MeV的能量改變)P82問(wèn)題與練習(xí)3.當(dāng)然，2.19MeV的能量的絕對(duì)數(shù)量并不算大，但這只是組成1個(gè)氘核所放出的能量．如果組成的是6.02×1023個(gè)氘核時(shí)，放出的能量就十分可觀了．與之相對(duì)照的是，使1摩的碳完全燃燒放出的能量為393.5×103J．折合為每個(gè)碳原子在完全燃燒時(shí)放出的能量只不過(guò)4eV．若跟上述核反應(yīng)中每個(gè)原子可能放出的能量相比，兩者相差數(shù)十萬(wàn)倍．第五.核反應(yīng)中釋放或吸收的能量比化學(xué)反應(yīng)中釋放或吸收的能量大好幾個(gè)數(shù)量級(jí).反應(yīng)后氘核的質(zhì)量一定小于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的質(zhì)量和

反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)不變，因而質(zhì)量不變核子結(jié)合成核時(shí)，一定釋放核能γ光子具有的能量為.中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核，同時(shí)釋放γ光子，核反應(yīng)方程是,下列說(shuō)法正確的是（）

為核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損ACD質(zhì)能方程課堂練習(xí):(1)試證明，1原子質(zhì)量單位u相當(dāng)于931.50MeV的能量．1u=1.6606×-27kg，光速c=2.9979×108m/s，1eV=1.6022×10-19J．(2)碳原子的質(zhì)量是12.000000u，可以看做是由6個(gè)氫原子(質(zhì)量是1.007825u)和6個(gè)中子組成的．求核子結(jié)合成碳原子核時(shí)釋放的能量．(在計(jì)算中可以用碳原子的質(zhì)量代替碳原子核的質(zhì)量，用氫原子的質(zhì)量代替質(zhì)子的質(zhì)量，因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量可以在相減過(guò)程中消去．)質(zhì)能方程對(duì)于質(zhì)能方程我們主要應(yīng)用在各種核反應(yīng)中輕核聚變重核裂變19.6《重核的裂變》鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，有時(shí)裂變?yōu)殡╔e)和鍶(Sr),有時(shí)裂變?yōu)殇^（Ba）和氪（Kr）或者銻（Sb）和鈮（Nb），同時(shí)放出2～3個(gè)中子。鈾核還可能分裂成三部分或四部分，不過(guò)這種情形比較少見(jiàn)。鈾核裂變的許多可能的核反應(yīng)中的一個(gè)是：92235u+01n→3890sr+54136xe+1001n在這個(gè)反應(yīng)中釋放的能量可以計(jì)算如下：裂變以前：U235.0439un1.0087u236.0526u裂變以后：Sr89.9077uXe135.9072u10n10.0867u235.9016u反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量減少了△m=0.1510u.反應(yīng)中釋放的能量：△E=△mc2=141兆電子伏說(shuō)明：如果1克鈾全部裂變，它放出的能量就相當(dāng)于2500噸優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時(shí)放出的化學(xué)能。

鈾核裂變時(shí)，同時(shí)釋放出2～3個(gè)中子，如果這些中子再引起其他U235核裂變，就可使裂變反應(yīng)不斷地進(jìn)行下去，這種反應(yīng)叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

核反應(yīng)堆：

石墨作用：作減速劑

鎘棒作用：控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度

水泥防護(hù)層作用：防止鈾核裂變產(chǎn)物發(fā)出各種射線對(duì)人體危害19.7《核聚變》復(fù)習(xí):1、在原子核反應(yīng)產(chǎn)生的核能怎樣計(jì)算？E=mc2

?E=?mc21u=951.5MeV2、怎樣理解核反應(yīng)中的質(zhì)量守恒與質(zhì)量虧損。新課教學(xué)一、輕核聚變某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)過(guò)程，同時(shí)放出大量的核能。例：1、輕核聚變的條件：核子要距離十分近加熱高溫?zé)岷朔磻?yīng)幾百萬(wàn)度高溫2、熱核反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)：（1）熱核反應(yīng)釋放的能量比裂變大得多。（2）反應(yīng)后的廢物較易處理。（3）原料易得。例1、已知氘核質(zhì)量為2.0136u，中子質(zhì)量為1.0087u核的質(zhì)量為3.0150u。求：（1）寫(xiě)出兩個(gè)氘核聚變成的核反應(yīng)方程式（2）計(jì)算上述核反應(yīng)中釋放的核能。23He23He【分析】算出核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，利用愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程即可求出反應(yīng)釋放的核能。解答：（1）（2）由題給條件可求得質(zhì)量虧損為：Δm=2.0136×2－(3.0150+1.0087)=0.0035u∴釋放的核能為ΔE=Δmc2=931.5×0.0035=3.26MeV靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的原子核，俘獲一個(gè)速度為7.7×104m/s的中子而發(fā)生核反應(yīng)放出α粒子后變成一個(gè)新原子核，已知中子速度方向與磁場(chǎng)方向垂直，測(cè)得α粒子速度為：2×104m/s，方向與中子速度方向相同，求：（1）生成的新核是什么？寫(xiě)出核反應(yīng)方程式。（2）生成的新核的速度大小和方向。（3）若α粒子與新核間相互作用不計(jì)，則二者在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌道半徑之比及周期之比各為多少？6Li3解：（1）寫(xiě)出核反應(yīng)方程式生成的新核是氚核例2、（2）由動(dòng)量守恒定律mnvn=mαvα+mHvHvn=7.7×104m/svα=2×104m/s∴VH=(mnvn-mαvα)/mH=(1×7.7×104-4×2×104)／3=-1.0×103m/s方向與中子方向相反（3）由r=mv/qB∝mv/qrα:rH=mαvα/qα

：mHvH/qH

=（4×2／2

）:（3×0.1）=40:3T=2πm/qB∝m/qTα:TH=4/2:3/1=2:3靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的核，沿與磁場(chǎng)垂直的方向射出一個(gè)α粒子后，變成鈾的一種同位素核，同時(shí)釋放能量為0.09MeV光子。核的質(zhì)量為238.99965u，鈾核質(zhì)量為234.99347u，α粒子的質(zhì)量為4.001509u，1u=1.660566×10-27

kg）若不計(jì)光子的動(dòng)量，求：（1）鈾核與α粒子回轉(zhuǎn)半徑之比RU∶Rα；（2）α粒子的動(dòng)能為多少？239

Pu94239

Pu94解：（1）射出α粒子的過(guò)程中動(dòng)量守恒239

Pu940=mUvU-mαvα(1)由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式得RU=mUvU/qUBRα=mαvα/qαB（2）由(1)(2)得RU/Rα=qα/qU=2/92=1/46例9.（2）核反應(yīng)中釋放的核能為ΔE=Δmc2=(238.999655-234.99347-4.001509)×931.5=4.356MeV由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律知EkU+Ekα=ΔE-0.09=4.266MeV∵pU=pα∴由EK=1/2·mv2=p2/2mEKU/EKα=mα/mU=4/235∴α粒子的動(dòng)能為EKα=(EkU+Ekα)×mU／(mα+mU)=4.266×235／239=4.195(MeV)04年廣東5中子n、質(zhì)子p、氘核D的質(zhì)量分別為現(xiàn)用光子能量為E的γ射線照射靜止氘核使之分解，反應(yīng)的方程為 若分解后中子、質(zhì)子的動(dòng)能可視為相等，則中子的動(dòng)能是（）A.B.C.D.C1．下列說(shuō)法中正確的是 （）A．質(zhì)子與中子的質(zhì)量不等，但質(zhì)量數(shù)相等B．兩個(gè)質(zhì)子間，不管距離如何，核力總是大于庫(kù)侖力C．同一種元素的原子核有相同的質(zhì)量數(shù)，但中子數(shù)可以不同D．除萬(wàn)有引力外，兩個(gè)中子之間不存在其它相互作用力A03年江蘇高考1

19.8《粒子和宇宙》第十九章原子核第八節(jié)粒子和宇宙比比誰(shuí)小

分子由______構(gòu)成，不同原子構(gòu)成_______分子，相同原子構(gòu)成_______分子。原子是由位于中心的_______和核外高速旋轉(zhuǎn)的______構(gòu)成的。（電子帶___電，原子核帶___電）原子核是由_____和_____構(gòu)成的。（質(zhì)子帶___電，中子_______電）質(zhì)子和中子都是由_____組成的。原子化合物單質(zhì)原子核電子負(fù)正質(zhì)子中子不帶夸克正蓋爾曼（夸克）道爾頓（原子）湯姆遜（電子）盧瑟福（質(zhì)子）查德威克（中子）蓋爾曼（夸克）發(fā)現(xiàn)各種微粒的科學(xué)家一、“基本粒子”不基本

1995美國(guó)費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室證實(shí)了頂夸克(TopQuark)的存在二、發(fā)現(xiàn)新的粒子粒子的分類分類自旋泡利不相容原理統(tǒng)計(jì)規(guī)律費(fèi)米子(電子質(zhì)子中子各種重子)半整數(shù)1/2，3/2，…服從費(fèi)米—狄拉克統(tǒng)計(jì)分布玻色子(光子介子K介子、介子)

整數(shù)0或1等不服從玻色—愛(ài)因斯坦統(tǒng)計(jì)分布1.按自旋分類2.共振態(tài)粒子—壽命極短（約10-23s）萬(wàn)有引力電磁力弱相互作用強(qiáng)相互作用引力子＋光子＋＋輕子＋＋＋強(qiáng)子＋＋＋＋4.按相互作用分類(＋——參與)正、反粒子物理量的絕對(duì)值都相同，但某些物理量(如電荷、磁矩等)的符號(hào)相反。引力子自旋應(yīng)為2、靜止質(zhì)量和電荷為零，以光速運(yùn)動(dòng)。光子自旋為1，是玻色子3.正粒子、反粒子分類正反粒子自旋電荷量e重子數(shù)B輕子數(shù)壽命10-6s輕子電子μ子τ子1/2-1+1-1+1-1+10000-1+1穩(wěn)定2.2<2.3中微子穩(wěn)定輕子（共12種）中微子系中性粒子，質(zhì)量為零，只參與弱相互作用。說(shuō)明分類粒子名稱自旋介子、、K介子等整數(shù)玻色子重子核子質(zhì)子、中子及其反粒子1/2(Ω超子3/2)費(fèi)密子超子ΩΣΛΞ超子及反粒子強(qiáng)子分類K介子和各種超子稱為奇異粒子。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象

協(xié)同產(chǎn)生:一個(gè)超子總是和一個(gè)或幾個(gè)K介子同時(shí)產(chǎn)生。奇異粒子協(xié)同產(chǎn)生的過(guò)程極快(約為10-23s),表明是在強(qiáng)相互作用下進(jìn)行的；而衰變過(guò)程很慢(壽命約為10-8～

10-10s)，表明是在弱相互作用下進(jìn)行的。強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的夸克模型下夸克d上夸克u奇夸克s強(qiáng)子結(jié)構(gòu)夸克模型(1964年)：介子（夸克和反夸克組成）重子（三個(gè)夸克組成）粲夸克c底夸克b頂夸克t三、夸克模型例如質(zhì)子奇異粒子π+介子夸克質(zhì)量電荷e自旋重子數(shù)同位旋同位旋分量奇異數(shù)超荷粲數(shù)底數(shù)頂數(shù)d下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t頂夸克1742/30+1/300+11.質(zhì)子(uud)電荷重子數(shù)奇異數(shù)自旋同位旋夸克質(zhì)量電荷e自旋重子數(shù)同位旋同位旋分量奇異數(shù)超荷粲數(shù)底數(shù)頂數(shù)d下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t頂夸克1742/30+1/300+12.奇異粒子（uus）電荷重子數(shù)奇異數(shù)自旋夸克質(zhì)量電荷e自旋重子數(shù)同位旋同位旋分量奇異數(shù)超荷粲數(shù)底數(shù)頂數(shù)d下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t頂夸克1742/30+1/300+1夸克質(zhì)量電荷e自旋重子數(shù)同位旋同位旋分量奇異數(shù)超荷粲數(shù)底數(shù)頂數(shù)d下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t頂夸克1742/30+1/300+11/31/2-1/