原子核 優(yōu)秀公開課

第十八章原子核目的要求：了解天然放射觀象、原子核的人工轉(zhuǎn)變和原子核的組成，會寫核反應(yīng)方程。了解放射性同位素及其應(yīng)用,了解質(zhì)量虧損，會利用質(zhì)能方程計算核反應(yīng)中釋放的能量;知道釋放核能的兩種途徑.重點難點：教具：過程及內(nèi)容：散原子核基礎(chǔ)知識一、原子的核式結(jié)構(gòu)模型1、湯姆生的“棗糕”模型（1）1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，使人們認識到原子有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，揭開了研究原子的序幕．(2)“棗糕”模型：原子是一個球體，正電荷均勻分布在整個球內(nèi)，電子像棗糕里的棗子一樣鑲嵌在原子里．2、盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型第1課第1課粒子源熒光屏金箔第1課第1課粒子源熒光屏金箔真空粒子束v（2）核式結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)．原子核所帶的單位正電荷數(shù)等于核外的電子數(shù)，所以整個原子是呈電中性的．電子繞著核旋轉(zhuǎn)所需的向心力就是核對它的庫侖引力．（3）從α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)估算出原子核大小的數(shù)量級為10－15一10－14m，原子大小的數(shù)量級為10—10【例1】在盧瑟福的α粒子散射實驗中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是（）A．原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上B．正電荷在原子中是均勻分布的C、原子中存在著帶負電的電子D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中解析：α粒子散射實驗中，有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)．并且有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過了900，有的甚至被反彈回去，偏轉(zhuǎn)角達到l800，這說明了這些α粒子受到很大的庫侖力，施力體應(yīng)是體積甚小的帶電實體。根據(jù)碰撞知識，我們知道只有質(zhì)量非常小的輕球與質(zhì)量非常大的物體發(fā)生碰撞時，較小的球才被彈回去，這說明被反彈回去的α粒子碰上了質(zhì)量比它大得多的物質(zhì)實體，即集中了全部質(zhì)量和正電荷的原子核．答案：A【例2】關(guān)于α粒子散射實驗，下列說法中正確的是（）A．絕大多數(shù)α粒子經(jīng)過重金屬箔后，發(fā)生了角度不太大的偏轉(zhuǎn)B．α粒子在接近原子核的過程中，動能減少，電勢能減少C、α粒子離開原子核的過程中，動能增大，電勢能增大D．對α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)進行分析，可以估算出原子核的大小解析：“由于原子核很小，α粒子十分接近它的機會很少，所以絕大多數(shù)α粒子基本上仍按直線方向前進，只有極少數(shù)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)”。故選項A錯誤。用極端法，設(shè)α粒子在向重金屬核射去，如圖所示，所知α粒子接近核時，克服電場力做功．其動能減小，勢能增加；當(dāng)α粒子遠離原子核時，電場力做功，其動能增加，勢能減小，故選項B、C是錯誤的。答案：D二、天然放射性現(xiàn)象1．放射性現(xiàn)象：貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，使人們認識到原子核也有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，揭開了人類研究原子核結(jié)構(gòu)的序幕．通過對天然放射現(xiàn)象的研究，人們發(fā)現(xiàn)原子序數(shù)大于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序數(shù)小于83的天然存在的元素有些也具有放射性，它們放射出來的射線共有三種：α射線、β射線、γ射線．2、三種射線的本質(zhì)和特性1．α射線：速度約為光速1／10的氦核流，貫穿作用很弱，電離作用很強．2．β射線：速度約為光速十分之幾的電子流，貫穿作用很強，電離作用較弱．3．γ射線：波長極短的電磁波，貫穿作用最強，電離作用最弱．種類本質(zhì)質(zhì)量（u）電荷（e）速度（c）電離性貫穿性α射線氦核4+2最強最弱，紙能擋住β射線電子1/1840-1較強較強，穿幾mm鋁板γ射線光子001最弱最強，穿幾cm鉛版βγβγαOααγβ⑴⑵⑶【例3】如圖所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質(zhì)，放射線從其右端小孔中水平向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向里的勻強磁場，則下列說法中正確的有A..打在圖中a、b、c三點的依次是α射線、γ射線和β射線B.α射線和β射線的軌跡是拋物線C.α射線和β射線的軌跡是圓弧D.如果在鉛盒和熒光屏間再加一個豎直向下的場強適當(dāng)?shù)膭驈婋妶?，可能使屏上的亮斑只剩下b解：由左手定則可知粒子向右射出后，在勻強磁場中α粒子受的洛倫茲力向上，β粒子受的洛倫茲力向下，軌跡都是圓弧。由于α粒子速度約是光速的1/10，而β粒子速度接近光速，所以在同樣的混合場中不可能都做直線運動（如果一個打在b，則另一個必然打在b點下方。）本題選AC。3、原子核的衰變規(guī)律（1）α衰變的一般方程為→＋He·每發(fā)生一次α衰變，新元素與原元素相比較，核電荷數(shù)減小2，質(zhì)量數(shù)減少4．α衰變的實質(zhì)是某元素的原子核同時放出由兩個質(zhì)子和兩個中子組成的粒子（即氦核）．（核內(nèi)）（2）β衰變的一般方程為→＋e．每發(fā)生一次β衰變，新元素與原元素相比較，核電荷數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變．β衰變的實質(zhì)是元素的原子核內(nèi)的一個中子變成質(zhì)子時放射出一個電子．（核內(nèi)），+β衰變：（核內(nèi)）（3）γ射線是伴隨α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的、γ射線不改變原子核的電行數(shù)和質(zhì)量數(shù)．其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時，產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量（核處于激發(fā)態(tài)）而輻射出光子．（4）半衰期A．意義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間．用希臘字母τ表示公式：，B．半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理狀態(tài)（如任強、溫度等）或化學(xué)狀態(tài)（如單質(zhì)或化合物）無關(guān)．【例4】Th（釷）經(jīng)過一系列α和β衰變，變成Pb（鉛），下列說法正確的是（）A．鉛核比釷核少8個質(zhì)子B．鉛核比釷核少16個中子C．共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變D．共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變解析：由原子核符號的意義，很容易判定A、B是正確的．至于各種衰變的次數(shù)，由于β衰變不會引起質(zhì)量數(shù)的減少，故可先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的減少確定α衰變的次數(shù)為：x=＝6次）再結(jié)合核電荷數(shù)的變化情況和衰變規(guī)律來判定β衰變的次數(shù)y應(yīng)滿足：2X－y＝90－82=8所以y＝2x—8＝4（次）即D也是正確的．答案：ABD【例5】鈾（）經(jīng)過α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛（），問在這一變化過程中，共有多少中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子（）A．6；B．14；C．22；D．32解析：衰變?yōu)?，需?jīng)過8次α衰變和6次β衰變，每經(jīng)過一次β衰變就會有一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，同時放出一個電子，所以共有6個中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子．答案：A【例6】如圖所示，兩個相切的圓表示一個靜止原子核發(fā)生某種核變化后，產(chǎn)生的兩種運動粒子在勻強磁場中的運動軌跡，可能的是（）A.原子核發(fā)生了α衰變；B．原子核發(fā)生了β衰變C．原子核放出了一個正電子；D．原子核放出了一個中子；［解析］兩個相切的圓表示在相切點處是靜止的原子核發(fā)生了衰變，由于無外力作用，動量守恒，說明原子核發(fā)生衰變后，新核與放出的粒子速度方向相反，若是它們帶相同性質(zhì)的電荷，則它們所受的洛侖茲力方向相反，則軌道應(yīng)是外切圓，若它們所帶電荷的性質(zhì)不同，則它們的軌道應(yīng)是內(nèi)切圓．圖示的軌跡說明是放出了正電荷，所以可能是α衰變或放出了一個正電子，故A、C兩選項正確．【點評】本題僅僅只是判斷衰變的種類，而沒有判斷軌跡是屬于哪種粒子的．處于靜止?fàn)顟B(tài)時的原子核發(fā)生的衰變，它們的動量大小相等，而新核的電量一般遠大于粒子（α、β）的電量，又在同一磁場中，由洛侖茲力提供向心力時，其圓運動的半徑R＝mv／qB，此式的分子是相等的，分母中電量大的半徑小，電量小的半徑大，所以，一般情況下，半徑小的是新核的軌跡，半徑大的是粒子（α、β或正電子）的軌跡．三.原子核的人工轉(zhuǎn)變核能1．原子核的組成：質(zhì)子和中子組成原子核。質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子，原子核的質(zhì)量數(shù)等于其核子數(shù)，原子核的電荷數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)，原子核的中子數(shù)N等于其質(zhì)量數(shù)A與電荷數(shù)Z之差，即N=A—Z。質(zhì)子質(zhì)量=1．007277u＝1．6725×10－27kg;中子質(zhì)量=1．008665u＝1．6748×10--具有相同的質(zhì)子數(shù)、不同的中子數(shù)的原子核互稱為同位素．【例7】現(xiàn)在，科學(xué)家們正在設(shè)法探尋“反物質(zhì)”．所謂的“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的，“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電量，但電荷的符號相反，據(jù)此，若反α的粒子，它的質(zhì)量數(shù)為，電荷數(shù)為．【解析】α粒子是氦核，它是由二個質(zhì)子和二個中子組成，故質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2．而它的“反粒子”的質(zhì)量數(shù)也是“4”，但電荷數(shù)為“－2【例8】目前普遍認為，質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成。u夸克帶電量為e，d夸克帶電量e，e為基元電荷。下列論斷可能正確的是A．質(zhì)子由1個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成B．質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成C．質(zhì)子由1個u夸克和2個d夸克組成，中子由2個u夸克和1個d夸克組成D．質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和1個d夸克組成分析與解原子帶電量為，中子的帶電量為，選項B正確。2．原子核的人工轉(zhuǎn)變：用高能粒子轟擊靶核，產(chǎn)生另一種新核的反應(yīng)過程，其核反應(yīng)方程的一般形式為：。式中是靶核的符號，為入射粒子的符號，是新生核符號，是放射出的粒子的符號。①盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為：②查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為：。③約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)方程為：，其中，P是放射性同位素，e為正電子．3.放射性同位素的應(yīng)用⑴利用其射線：α射線電離性強，用于使空氣電離，將靜電泄出，從而消除有害靜電。γ射線貫穿性強，可用于金屬探傷，也可用于治療惡性腫瘤。各種射線均可使DNA發(fā)生突變，可用于生物工程，基因工程。⑵作為示蹤原子。用于研究農(nóng)作物化肥需求情況，診斷甲狀腺疾病的類型，研究生物大分子結(jié)構(gòu)及其功能。⑶進行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木質(zhì)文物的產(chǎn)生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（種類齊全，半衰期短，可制成各種形狀，強度容易控制）?！纠?】關(guān)于放射性同位素應(yīng)用的下列說法中正確的有A.放射線改變了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電，因此達到消除有害靜電的目的B.利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，也能進行人體的透視C.用放射線照射作物種子能使其DNA發(fā)生變異，其結(jié)果一定是成為更優(yōu)秀的品種D.用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的危害解：利用放射線消除有害靜電是利用放射線的電離性，使空氣分子電離成為導(dǎo)體，將靜電泄出。γ射線對人體細胞傷害太大，不能用來進行人體透視。作物種子發(fā)生的DNA突變不一定都是有益的，還要經(jīng)過篩選才能培育出優(yōu)秀品種。用γ射線治療腫瘤對人體肯定有副作用，因此要科學(xué)地嚴格控制劑量。本題選D。四.核力與核能1．核力：原子核的半徑很小，其中的質(zhì)子之間的庫侖力很大，受到這么大的庫侖斥力卻能是穩(wěn)定狀態(tài)，一定還有另外一種力把各核子緊緊地拉在一起．這種力叫做核力①核力是很強的力②核力作用范圍小，只在2．0×10－15m③每個核子只跟它相鄰的核子間才有核力作用2．核能（1）結(jié)合能：核子結(jié)合成原子核時放出一定的能量，原子核分解成核子時吸收一定能量，這種能量叫結(jié)合能．（2）質(zhì)量虧損：核子結(jié)合生成原子核，所生成的原子核的質(zhì)量比生成它的核子的總質(zhì)量要小些，這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。也可以認為．在核反應(yīng)中，參加核反應(yīng)的總質(zhì)量m和核反應(yīng)后生成的核總質(zhì)量m/之差：Δm=m一m/（3）愛因斯坦質(zhì)能方程：愛因斯坦的相對論指出：物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系，它們的關(guān)系是：E=mc2，這就是愛因斯坦的質(zhì)能方程。質(zhì)能方程的另一個表達形式是：ΔE=Δmc2。（4）核能計算：①應(yīng)用公式ΔE=Δmc2時應(yīng)選用國際單位，即ΔEM的單位為焦耳，Δm的單位為千克，C的單位為米／秒．②1u相當(dāng)于931．5MeV，其中u為原子質(zhì)量單位：1u=1．660566×10－27kg，lMev=l06ev，leV＝1．6×10－19③應(yīng)用公式ΔE=931．5Δm時，ΔE的單位為兆電子伏（MeV），Δm的單位為原子質(zhì)量單位．[例10]下面是一核反應(yīng)方程，用表示光速，則（）A.X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘C2B.X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘C2C.X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘C2D.X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子的質(zhì)量和，再乘C2解：根據(jù)在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒，可知核反應(yīng)方程中的X為中子，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2知，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子的質(zhì)量和，再乘以C2，答案為D。五.重核的裂變與輕核的聚變1．重核的裂變①所謂重核即為質(zhì)量數(shù)很大的原子核．②重核俘獲一個中子后分裂為兩個或幾個中等質(zhì)量數(shù)的原子核的反應(yīng)過程叫重核的裂變。在裂變的同時，還會放出幾個中子和大量能量．裂變方程式例舉：鈾235裂變時，同時放出2—3個中子，如果這些中子再引起其他鈾235核裂變，就可使裂變反應(yīng)不斷地進行下去，這種反應(yīng)叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．鈾235核能夠發(fā)生接式反應(yīng)的鈾塊的最小體積叫做它的臨界體積．③核反應(yīng)堆的構(gòu)造：A.核燃料——用鈾棒（含3%-4%的濃縮鈾）。B．減速劑——用石墨、重水或普通水（只吸收慢中子）。C．控制棒——用鎘做成（鎘吸收中子的能力很強）。D．冷卻劑——用水或液態(tài)鈉（把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳遞出去）2．輕核的聚變①所謂輕核是指質(zhì)量數(shù)很小的原子核，如氫核、氘核等．②某些輕核結(jié)合成質(zhì)量數(shù)較大的原子核的反應(yīng)過程叫做輕核的聚變，同時放出大量的能量．輕核聚變方程例舉H＋H→He＋n經(jīng)核聚變只能發(fā)生在超高溫（需要幾百萬度高溫）條件下，故輕核聚變也叫做熱核反應(yīng)．【例12】一個中子以1．9×107m/s的速度射中一個靜止的氮核,并發(fā)生核反應(yīng)，生成甲、乙兩種新核，它們的運動方向與中子原來的運動方向相同，測得甲核質(zhì)量是中子質(zhì)量的11倍，速度是1×106m/s，乙核垂直進入B=2T的勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑為R=0．02m，已知中子質(zhì)量m=1．6×10－27kg，e=1．6【解析】設(shè)乙核質(zhì)量為m乙，甲核質(zhì)量為m甲=11m，氮核質(zhì)量為14m。則由核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒知，乙核質(zhì)量數(shù)為：14＋1－11＝4，即m乙=4m由動量守恒定律：mv0＝＝m甲v甲＋m乙v乙，解得v乙==2×l06m設(shè)乙核的電量為q，則由：R=mv/qB，得：q=m乙v/BR=3．2×10－19（C）=2e【例12】眾所周知，地球圍繞著太陽做橢圓運動，陽光普照大地，萬物生長。根據(jù)你學(xué)過的知以，試論述隨著歲月的流逝，地球公轉(zhuǎn)的周期，日地的平均距離及地球的表面溫度變化的趨勢。（不考慮流星及外星球與地球發(fā)生碰撞的可能性）?！窘馕觥刻杻?nèi)部進行著激烈的熱核反應(yīng)，輻射大量光子，根據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δm·C2，可知太陽的質(zhì)量M在不斷減小。由萬有引力定律F＝GMm/r2知，太陽對地球的萬有引力也在不斷減小。根據(jù)牛頓第二定律F＝mv2/r知，日、地距離r將不斷增大。由v=知，地球環(huán)繞太陽運動的速度將減?。ɑ虻厍蚩朔ψ龉?，動能減?。?，所以地球運行周期T＝2πr/v將增大。由于太陽質(zhì)量不斷減小，輻射光子的功率不斷減小，而r日地增大，所以輻射到地球表面熱功率也不斷減小。這樣，地球表面溫度也將逐漸降低。六.粒子物理學(xué)到19世紀(jì)末，人們認識到物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成，原子由原子核和電子組成，原子核由質(zhì)子和中子組成。20世紀(jì)30年代以來，人們認識了正電子、μ子、K介子、介子等粒子。后來又發(fā)現(xiàn)了各種粒子的反粒子（質(zhì)量相同而電荷及其它一些物理量相反）?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子達400多種，形成了粒子物理學(xué)。按照粒子物理理論，可以將粒子分成三大類：媒介子、輕子和強子，其中強子是由更基本的粒子——夸克組成。從目前的觀點看，媒介子、輕子和夸克是沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“點狀”粒子。用粒子物理學(xué)可以較好地解釋宇宙的演化。規(guī)律方法1。掌握典型的反應(yīng)方程⑴衰變：α衰變：（核內(nèi)）β衰變：（核內(nèi)）+β衰變：（核內(nèi)）γ衰變：原子核處于較高能級，輻射光子后躍遷到低能級。⑵人工轉(zhuǎn)變：（發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)）（發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)）（人工制造放射性同位素）⑶重核的裂變：在一定條件下（超過臨界體積），裂變反應(yīng)會連續(xù)不斷地進行下去，這就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。⑷輕核的聚變：（需要幾百萬度高溫，所以又叫熱核反應(yīng)）【例14】完成下列核反應(yīng)方程，并指出其中哪個是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，哪個是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程。⑵+→+_____⑶+→_____+⑷+→_____+⑸+→+_____解：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可以判定：⑴，⑵是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程,;⑶，⑷是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程;⑸【例14】)最近幾年，原子核科學(xué)家在超重元素島的探測方面取得重大進展。1996年科學(xué)家們在研究某兩個重離子結(jié)合成超重元素的反應(yīng)時，發(fā)現(xiàn)生成的超重元素的核經(jīng)過6次衰變后的產(chǎn)物是。由此，可以判定生成的超重元素的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別是A．124、259

B．124、265C．112、265

D．分析與解寫出核反應(yīng)方程為：，從而可知，，選項D正確?！纠?5】1956年李政道和楊振寧提出在弱相互作用中宇稱不守恒，并由吳健雄用放射源進行了實驗驗證，次年，李、楊二人為此獲得諾貝爾物理獎，的衰變方程是。其中是反中微子，它的電荷為零，靜止質(zhì)量可認為是零（1）CO與Fe同周期，它應(yīng)在周期表的第_____周期，的核外電子數(shù)為____在上述衰變方程中，衰變產(chǎn)物的質(zhì)量數(shù)A是____，核電荷數(shù)Z是______。（2）在衰變前核靜止，根據(jù)云室照片可以看出，衰變產(chǎn)物Ni和的運動徑跡不在一條直線上，如果認為衰變產(chǎn)物只有Ni和e，那么衰變過程將違背_____守恒定律。分析與解(1)關(guān)鍵要知道CO在周期表中的位置，核外電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)(27)，而是的衰變產(chǎn)物，且它與質(zhì)量只相差一個電子和一個反中微子，電子質(zhì)量僅為質(zhì)子質(zhì)量的，可忽略不計，又知道反中微子靜止質(zhì)量可認為是零。因此的質(zhì)量數(shù)A應(yīng)與相同，也為60，據(jù)衰變方程知，的一個中子變成質(zhì)子，則的電荷數(shù)應(yīng)比多1，即。(2)衰變前靜止，總動量為零，衰變后若只產(chǎn)生兩粒子和e，據(jù)動量守恒，和系統(tǒng)動量也為零，只有當(dāng)兩粒子運動在同一直線上，方向相反才能保持動量為零。假如原為靜態(tài)粒子衰變?yōu)閮蓚€粒子，若現(xiàn)在它們卻不在同一直線上運動，那肯定是違反了動量守恒定律。2．理解原子核的變化無論天然放射性元素的衰變，還是原子核的人工轉(zhuǎn)變，都遵循電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒（注意：質(zhì)量并不守恒），動量守恒與能量守恒有關(guān)規(guī)律，除去會寫核反應(yīng)過程以外，還需結(jié)合以前學(xué)過的力學(xué)知識、電磁學(xué)知識進行有關(guān)計算．【例16】靜止的氡核放出α粒子后變成釙核，α粒子動能為Eα。若衰變放出的能量全部變?yōu)榉礇_核和α粒子的動能，真空中的光速為c，則該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為A.B.0C.D.解：由于動量守恒，反沖核和α粒子的動量大小相等，由，它們的動能之比為4∶218，因此衰變釋放的總能量是，由質(zhì)能方程得質(zhì)量虧損是。α【例17】靜止在勻強磁場中的一個核俘獲了一個速度為向v=×104m/s的中子而發(fā)生核反應(yīng)，生成α粒子與一個新核。測得α粒子的速度為2×104m/s，方向與反應(yīng)前中子運動的方向相同，且與磁感線方向垂直。求：⑴寫出核反應(yīng)方程。⑵畫出核反應(yīng)生成的兩個粒子的運動軌跡及旋轉(zhuǎn)方向的示意圖（磁感線方向垂直于紙面向外）。⑶求α粒子與新核軌道半徑之比。⑷α解：⑴由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得：B+n→He+Li⑵由于α粒子和反沖核都帶正電，由左手定則知，它們旋轉(zhuǎn)方向都是順時針方向，示意圖如右。⑶由動量守恒可以求出反沖核的速度大小是103m/s方向和α粒子的速度方向相反，由帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式r=mv/qB可求得它們的半徑之比是120⑷由帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的周期公式T=2πm/qB可求得它們的周期之比是6∶73．理解核能與核能的計算凡是釋放核能的核反應(yīng)都有質(zhì)量虧損。核子組成不同的原子核時，平均每個核子的質(zhì)量虧損是不同的，所以各種原子核中核子的平均質(zhì)量不同。核子平均質(zhì)量小的，每個核子平均放的能多。鐵原子核中核子的平均質(zhì)量最小，所以鐵原子核最穩(wěn)定。凡是由平均質(zhì)量大的核，生成平均質(zhì)量小的核的核反應(yīng)都是釋放核能的。核能的計算方法：(1)根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能虧損，用核子結(jié)合成原子核時的質(zhì)量虧損(Δm)的千克數(shù)乘以真空中光速的平方(c=3×108m/s)，即：ΔE=Δmc2(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于(MeV)能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位乘以，即：ΔE=Δm×②注意：①式Δm的單位是千克(kg)，ΔE的單位是焦耳(J)；②式中Δm的單位是指原子質(zhì)量單位(u)(1u=×10-27kgΔE的單位是兆電子伏(MeV)。(3)由核能的轉(zhuǎn)化量來計算核能。在無光子輻射的情況下，核反應(yīng)中釋放的核能轉(zhuǎn)化為生成新核和新粒子的動能，因而在此情況下可應(yīng)用力學(xué)原理——動量守恒和能量守恒來計算核能。【例18】一個氫原子的質(zhì)量為×10-27kg，一個鋰原子的質(zhì)量為×10-27kg，一個氦原子的質(zhì)量為×10-27kg。一個鋰核受到一個質(zhì)子轟擊變?yōu)?個α粒子，⑴解：⑴H+Li→2He反應(yīng)前一個氫原子和一個鋰原子共有8個核外電子，反應(yīng)后兩個氦原子也是共有8個核外電子，因此只要將一個氫原子和一個鋰原子的總質(zhì)量減去兩個氦原子的質(zhì)量，得到的恰好是反應(yīng)前后核的質(zhì)量虧損，電子質(zhì)量自然消掉。由質(zhì)能方程ΔE=Δmc2得釋放核能ΔE=×10-12J⑵1mg鋰原子含鋰原子個數(shù)為10-6÷×10-27，每個鋰原子對應(yīng)的釋放能量是×10-12J，所以共釋放×108J核能。[例11]如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的。

其中p為質(zhì)子，α為α粒子，e+為正電子，γ為一種中微子，已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp=×10-27kg，α粒子的質(zhì)量為mα=×10-27kg，正電子的質(zhì)量為me=×10-31kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計，真空中的光速c=3×講解：為求出該系列反應(yīng)后釋放的能量，將題中所給的諸核反應(yīng)方程左右兩側(cè)分別相加，消去兩側(cè)相同的項，系列反應(yīng)最終等效為。設(shè)反應(yīng)后釋放的能量為Q，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系和能量守恒得，代入數(shù)值得Q=×10-12J。【例19】在其他能源中，核能具有能量密度大，地區(qū)適應(yīng)性強的優(yōu)勢。在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能。核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能。（1）核反應(yīng)方程式是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種,X為待求粒子，a為X的個數(shù)，則X為，a＝。以mU、mBa、mKr分別表示核的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，C為光在真空中傳播的速度，則在上述核反應(yīng)過程中放出的核能ΔE＝。（2）有一座發(fā)電能力為P＝×106kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η＝40%。假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題（1）中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過程放出的核能ΔE＝×10-11J，核的質(zhì)量mU＝390×10-27kg。求每年（1年＝×107s）消耗的的質(zhì)量。分析與解(1)根據(jù)題意X為中子，a＝3。質(zhì)量虧損為mU-mBa-mKr-2mn，釋放的核能為ΔE=(mU-mBa-mKr-2mn)c2(2)反應(yīng)堆每年提供的核能為，其中T表示一年的時間，以M表示每年消耗的的質(zhì)量，則，解上述式子可得，代入數(shù)據(jù)可以得到M=×103(kg)?！纠?0】太陽現(xiàn)正處于主序星演化階段，它主要是由電子和H、He等電子核組成，維持太陽輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，核反應(yīng)方程是2e+4H→He+釋放的核能，這些核能最后轉(zhuǎn)化為輻射能，根據(jù)目前關(guān)于恒星演化的理論，若由于聚變反應(yīng)而使太陽中的H核數(shù)目從現(xiàn)有數(shù)減少10%，太陽將離開主序星階段而轉(zhuǎn)入紅巨星的演化階段，為了簡化，假定目前太陽全部由電子和H核組成.（1）為了研究太陽演化進程，需知道目前太陽的質(zhì)量M，已知地球半徑R=×106m，1年約為（2）已知質(zhì)子質(zhì)量mp=×10-27kg,He質(zhì)量mα=×10-27kg,電子質(zhì)量me=×10-30kg，光速c=3×試估算太陽繼續(xù)保持在主序星階段還有多少年的壽命.（估算結(jié)果只需要一位有效數(shù)字）【解析】（1）地球繞太陽的運動近似地認為是勻速圓周運動.由G得：M=.又因為g=GM/R2所以M==2×1030kg(2)ΔE=Δmc2=(2me+4mp-mα)c2=×10-12J.(3)太陽中減少10%放出的總能量E=·ΔE，太陽每秒輻射的總能量E′=4πr2ω，所以太陽保持在主序星階段壽命t=E/E/=1010年.試題展示1、一個氘核質(zhì)量為m1，一個氚核質(zhì)量為m2，它們結(jié)合成一個質(zhì)量為m3的氦核。核反應(yīng)方程如下：。在這一核反應(yīng)過程中釋放的能量為△E。已知光速為c。則以下判斷正確的是（）A．X是質(zhì)子B．X是正電子C．X的質(zhì)量為m1＋m2－m3D．X的質(zhì)量為m1＋m2－m3－2、據(jù)報導(dǎo)：我國科學(xué)家研制世界上第一個全超導(dǎo)核聚變“人造太陽”，用來解決人類的能源之需，代替煤、石油等不可再生資源?！叭嗽焯枴钡膶嶒炑b置模擬太陽產(chǎn)生能量的方式。從海水中提取氘和氚，使其在上億度的高溫下產(chǎn)生聚變反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：H+H—→He+n+E。設(shè)氘（H）的質(zhì)量為m1，氚（H）的質(zhì)量為m2氦（He）的質(zhì)量為m3，中子（n）的質(zhì)量為m4，c為光在真空中傳播的速度。核反應(yīng)放出的能量E的大小等于（） A．（m1+m2）c2 B．（m3+m4）c2 C．（m1+m2－m3－m4）c2 D．以上三項都不正確3、以下說法正確的是（）A．中子與質(zhì)子結(jié)合成氘核后，吸收能量B．用升溫、加壓的方法和化學(xué)的方法都不能改變原子核衰變的半衰期C．陰極射線與β射線都是帶負電的電子流，都是由原子核受激發(fā)后產(chǎn)生的D．公式的含義是：質(zhì)量為的物質(zhì)所具有的能量為4、下列核反應(yīng)中表示核聚變過程的是（）A．B．C．D．5、（）A．鎳63的變方程是→B．鎳63的變方程是→C．外接負載時鎳63的電勢比銅片高 D．該電池內(nèi)電流方向是從鎳到銅片6、“軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式，它是指原子核（稱為母核）俘獲一個核外電子，使其內(nèi)部的一個質(zhì)子變?yōu)橹凶?，并放出一個中微子，從而變成一個新核（稱為子核）的過程。中微子的質(zhì)量遠小于質(zhì)子的質(zhì)量，且不帶電，很難被探測到，人們最早就是通過核的反沖而間接證明中微子的存在的，一個靜止的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”，衰變?yōu)樽雍瞬⒎懦鲋形⒆樱旅嬲f法正確的是（）A．母核的質(zhì)量數(shù)等于子核的質(zhì)量數(shù)B．母核的電荷數(shù)大于子核的電荷數(shù)C．子核的動量與中微子的動量相同D．子核的動能大于中微子的動能7．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3。質(zhì)子和中子結(jié)合成一個α粒子，釋放的能量是A.(m1+m2-m3)c23C.(2m1+2m2-m3)c2D.(m3-2m18．下列四個方程中，表示衰變的是A.B.C.D.9．如圖所示為盧瑟福和他的同事們做粒子散射實驗的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，下面關(guān)于觀察到的現(xiàn)象的說法中正確的是A．放在A位置時，相同時間內(nèi)觀察到熒光屏上的閃光次數(shù)最多B．放在B位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時稍少些C．放在C、D位置時，屏上觀察不到閃光D．放在D位置時，屏上仍能觀察一些閃光，但次數(shù)極少O原子序數(shù)ZO原子序數(shù)ZFeCD核子平均質(zhì)量FEABA.盧瑟福在α粒子散射實驗的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型B.天然放射性元素在衰變過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，其放射線在磁場中一定不偏轉(zhuǎn)的是γ射線C.據(jù)圖可知，原子核A裂變成原子核B和C要放出核能D.據(jù)圖可知，原子核D和E聚變成原子核F要吸收能量11下列說法正確的是A．γ射線在電場和磁場中都不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．β射線比α射線更容易使氣體電離C．太陽輻射的能量主要來源于重核裂變D．核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量來自輕核聚變12、下列說法中正確的是（）DA．質(zhì)子與中子結(jié)合成氘核的過程中需要吸收能量B．（鐳）衰變?yōu)椋保┮?jīng)過1次α衰變和1次β衰變C．β射線是原子核外電子掙脫原子核的束縛后而形成的電子流D．放射性元素的半衰期是指大量該元素的原子核中有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間13..三個原子核X、Y、Z，X核放出一個正電子后變?yōu)閅核，Y核與質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)后生成Z核并放出一個個氦（42He）,則下面說法正確的是核比Z核多一個原子核比Z核少一個中子核的質(zhì)量數(shù)比Z核質(zhì)量數(shù)大3核與Z核的總電荷是Y核電荷的2倍14、質(zhì)子和中于是由更基本的粒子即所謂“夸克”組成的．兩個強作用電荷相反（類似于正負電荷）的夸克在距離很近時幾乎沒有相互作用（稱為“漸近自由”）；在距離較遠時，它們之間就會出現(xiàn)很強的引力（導(dǎo)致所謂“夸克禁閉”）．作為一個簡單的模型，設(shè)這樣的兩夸克之間的相互作用力F與它們之間的距離r的關(guān)系為：式中F0為大于零的常量，負號表示引力．用U表示夸克間的勢能，令U0＝F0(r2—r1)，取無窮遠為勢能零點．下列U－r圖示中正確的是DDUO－U0rr1r2AUO－U0rr1r2BUO－U0rr1r2CUOU0rr1r2二、計算題15、如圖所示，在xOy平面上，一個以原點O為中心、半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)存在著一勻強磁場，磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向垂直于xOy平面向內(nèi)．在O處原來靜止著一個具有放射性的原子核（氮），某時刻該核發(fā)生衰變，放出一個正電子和一個反沖核．已知正電子從O點射出時沿小x軸正方向，而反沖核剛好不會離開磁場區(qū)域，正電子電荷量為e．不計重力影響和粒子間的相互作用．(本題18分)(1)試寫出的衰變方程；（4分）(2