2012届高三物理一轮复习导学案
十八、原子和原子核（2）
【课题】原子核
【目标】
1、了解天然放射现象，知道三种射线的本质和特性，掌握核衰变的特点和规律；
2、知道原子核人工转变的原理，了解质子、中子和放射性同位素的发现过程。
3、知道原子核的组成和核力的概念；理解核能的概念，知道获得核能的两种途径。
【导入】
一、天然放射现象
1、发现过程：1896年贝克勤耳发现天然放射现象，从此，揭开了人类研究原于核结构的序幕．居里夫妇对铀和铀的各种矿石的研究发现了钋和镭．之后，人们通过对天然放射现象的进一步研究，发现了原子序数大于83的所有天然存在的元素，都有放射性．原子序数小于83的天然存在的元素，有的也有放射性．放射出来的射线共有三种：α射线、β射线和γ射线．
2、三种射线的本质和特性
二、原子核的衰变
1、衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化．
2、衰变规律：α衰变 X→ Y+ He ； β衰变 X→ Y+ e
3、α衰变和β衰变的实质
4、γ射线：总是伴随α衰变或β衰变产生的，不能单独放出γ射线．γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．实质是元素在发生α衰变或β衰变时产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态），向低能级跃迁而辐射出光子．
5、半衰期
放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，它是大量原子核衰变的统计结果，不是一个原子发生衰变所需经历的时间．
决定因素：由原子核内部的因素决定，与原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关．
四、原子核的人工转变：
用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程，其核反应方程的一般形式为：
1、质子、中子的发现： N+ He→ O+ H； Be+ He→ C+ n
2、放射性同位素和正电子的发现：1934年约里奥?居里夫妇用a粒子轰击铝核产生一种新的放射性元素，此后人们认识到放射性同位素可用人工核反应制取．
Al+ He→ P+ n P→ Si+ e
3、探测射线的方法：
（1）威耳逊云室；（2）气泡室；（3）盖革计数器等（见课本P73-74）
4、放射性同位素的应用：
（1）利用它的射线；（2）做示踪原子。（见课本P76-78）
五、核反应
某种元素的原子核变为另一种元素的原子核的过程叫做核反应．常见的核反应分为衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型．
六、核力和核能
1、核力是核子之间的引力．核力与核子是否带电无关；是一种强相互作用；也是一种近程力（当两个核子间距r＜2×10-15m时才发生作用）．只有相邻的核子间才有核力作用．
2、核能．克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干个单个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量，叫原子核的结合能，简称核能．
例如 H+ n→ H+△E （△E=2.22 MeV）
2．核能的计算
根据爱因斯坦的质能方程 E=mc2或△E=△m c2
3．获得核能的两种途径：
（1）重核的裂变：重核分裂成两个（或两个以上）中等质量核时要释放能量，这种核反应叫裂变．
铀核裂变的反应为： U+ n→ Xe+ Sr+ 2 n +217MeV
在一定条件下，如铀块大于临界体积时，裂变反应是链式反应，会放出大量能量．原子弹爆炸是激烈的裂变反应．秦山核电站和大亚湾核电站也是利用裂变反应．
（2）轻核的聚变：轻核结合成质量较大的核的变化．
例如氘核和氚核聚合成氦核． H＋ H→ He＋ n＋17.6MeV
【导研】
[例1] （1） 如图所示，a为未知的天然放射源，b为一张黑纸，C为水平放置的平行金属板，板间有竖直方向较强的匀强电场，d为荧光屏，e为固定不动的显微镜筒．整个装置放在真空中，实验时，如果将电场E撤去，从显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁的亮点数没有变化．如果再将黑纸b移开，则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁的亮点数大为增加，由此可判定放射源a发出的射线为（ ）
A．β射线和γ射线 B．α射线和β射线
C．α射线和γ射线 D．α射线和X射线
（2）如图,在有小孔的铅盘中，放有能连续放出α、β、γ三种射线的放射性元素，放出的三种射线都打在孔对面屏M上的A点．要使三种射线分开，分别打在屏上的A、B、C三点（其中B到A的距离大于C到A的距离）可采取的措施是在屏与孔之间加上（ ）
A．重直纸面向里的匀强磁场 B．垂直纸面向外的匀强磁场
C．水平向右的匀强电场 D．水平向左的匀强电场
[例2] 镅( Am)是一种放射性元素，在其分裂过程中，会释放出一种新的粒子，变成镎( NP)，由于放出的这种粒子很容易被空气阻隔，因此不会对人体构成任何的危害，火警的报警系统就是利用这种粒子作为报警的重要工具，这种粒子是（ ）
A． 粒子 B．质子 C．中子 D．正电子
[例3] “轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核（称为母核）俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核（称为子核），并且放出一个中微子的过程，中微子的质量极小，不带电，很难被探测到，人们最早是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的．关于一个静止的母核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下面的说法中正确的是（ ）
A．子核的动量与中微子的动量相同 B．母核的电荷数小于子核的电荷数
C．母核的质量数等于子核的质量数 D．子核的动能大于中微子的动能
[例4] 对下列四个方程理解正确的是 ( )
① ； ②
③ ④
A．方程①是衰变方程，其中X是β粒子
B．方程②是裂变方程，其中X是质子，且释放出核能
C．方程③是聚变方程，其中X是α粒子，且要吸收能量
D．方程④是人工核转变方程，其中X是α粒子
[例5] 科学家发现在月球上含有丰富的 （氦3）。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料其参与的一种核聚变反应的方程式为 。关于 聚变下列表述正确的是（ ）
A．聚变反应不会释放能量 B.聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损 D.目前核电站都采用 聚变反应发电
[例6] 在原子物理的研究中经常用到核子平均结合能的概念，核子平均结合能是指质子、中子结合成某原子核时每个核子放出核能的平均值。下图为核子平均结合能与原子序数Z的关系图像．下列说法中正确的是（ ）
A．某原子核的核子平均结合能大，则其核子的平均质量小
B．某原子核的核子平均结合能大，则其核子的平均质量大
C．若D、E能结合成F，结合过程一定放出能量
D．若A能分裂成B、C，分裂过程一定吸收能量
【导练】
1、有关放射性元素半衰期的下列说法中正确的是（ ）
A．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间
B．放射性元素的原子核全部发生衰变所用的时间的一半
C．两个原子核有一个原子核发生衰变所用的时间
D．做示踪原子的物质尽可能选用半衰期长一些的放射性元素
2、（08重庆卷）放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氧，其衰变方程为
，其中（ ）
A．x＝1，y＝3 B．x＝2，y＝3 C．x＝3，y＝1 D．x＝3，y＝2
3、下面说法中正确的是（ ）
A． （钍）经过一系列的α和β衰变，成为 ，铅核比钍核少12个中子
Ｂ．β衰变的实质是核内的一个中子转化为一个质子和一个电子
Ｃ．γ射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很大
Ｄ．利用γ射线的电离作用，可检查金属内部有无砂眼或裂纹
4、（吉林省长白县2010届高三质量检测）（1）写出下列两个核反应的反应方程
Al(铝核)俘获一个α粒子后放出一个中子.__________________________
α粒子轰击 N (氮核)放出一个质子._____________________ _____
十八、原子和原子核（2）
【课题】原子核
【目标】
1、了解天然放射现象，知道三种射线的本质和特性，掌握核衰变的特点和规律；
2、知道原子核人工转变的原理，了解质子、中子和放射性同位素的发现过程。
3、知道原子核的组成和核力的概念；理解核能的概念，知道获得核能的两种途径。
【导入】
一、天然放射现象
1、发现过程：1896年贝克勤耳发现天然放射现象，从此，揭开了人类研究原于核结构的序幕．居里夫妇对铀和铀的各种矿石的研究发现了钋和镭．之后，人们通过对天然放射现象的进一步研究，发现了原子序数大于83的所有天然存在的元素，都有放射性．原子序数小于83的天然存在的元素，有的也有放射性．放射出来的射线共有三种：α射线、β射线和γ射线．
2、三种射线的本质和特性
二、原子核的衰变
1、衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化．
2、衰变规律：α衰变 X→ Y+ He ； β衰变 X→ Y+ e
3、α衰变和β衰变的实质
4、γ射线：总是伴随α衰变或β衰变产生的，不能单独放出γ射线．γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．实质是元素在发生α衰变或β衰变时产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态），向低能级跃迁而辐射出光子．
5、半衰期
放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，它是大量原子核衰变的统计结果，不是一个原子发生衰变所需经历的时间．
决定因素：由原子核内部的因素决定，与原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关．
四、原子核的人工转变：
用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程，其核反应方程的一般形式为：
1、质子、中子的发现： N+ He→ O+ H； Be+ He→ C+ n
2、放射性同位素和正电子的发现：1934年约里奥?居里夫妇用a粒子轰击铝核产生一种新的放射性元素，此后人们认识到放射性同位素可用人工核反应制取．
Al+ He→ P+ n P→ Si+ e
3、探测射线的方法：
（1）威耳逊云室；（2）气泡室；（3）盖革计数器等（见课本P73-74）
4、放射性同位素的应用：
（1）利用它的射线；（2）做示踪原子。（见课本P76-78）
五、核反应
某种元素的原子核变为另一种元素的原子核的过程叫做核反应．常见的核反应分为衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型．
六、核力和核能
1、核力是核子之间的引力．核力与核子是否带电无关；是一种强相互作用；也是一种近程力（当两个核子间距r＜2×10-15m时才发生作用）．只有相邻的核子间才有核力作用．
2、核能．克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干个单个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量，叫原子核的结合能，简称核能．
例如 H+ n→ H+△E （△E=2.22 MeV）
2．核能的计算
根据爱因斯坦的质能方程 E=mc2或△E=△m c2
3．获得核能的两种途径：
（1）重核的裂变：重核分裂成两个（或两个以上）中等质量核时要释放能量，这种核反应叫裂变．
铀核裂变的反应为： U+ n→ Xe+ Sr+ 2 n +217MeV
在一定条件下，如铀块大于临界体积时，裂变反应是链式反应，会放出大量能量．原子弹爆炸是激烈的裂变反应．秦山核电站和大亚湾核电站也是利用裂变反应．
（2）轻核的聚变：轻核结合成质量较大的核的变化．
例如氘核和氚核聚合成氦核． H＋ H→ He＋ n＋17.6MeV
【导研】
[例1] （1） 如图所示，a为未知的天然放射源，b为一张黑纸，C为水平放置的平行金属板，板间有竖直方向较强的匀强电场，d为荧光屏，e为固定不动的显微镜筒．整个装置放在真空中，实验时，如果将电场E撤去，从显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁的亮点数没有变化．如果再将黑纸b移开，则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁的亮点数大为增加，由此可判定放射源a发出的射线为（ ）
A．β射线和γ射线 B．α射线和β射线
C．α射线和γ射线 D．α射线和X射线
（2）如图,在有小孔的铅盘中，放有能连续放出α、β、γ三种射线的放射性元素，放出的三种射线都打在孔对面屏M上的A点．要使三种射线分开，分别打在屏上的A、B、C三点（其中B到A的距离大于C到A的距离）可采取的措施是在屏与孔之间加上（ ）
A．重直纸面向里的匀强磁场 B．垂直纸面向外的匀强磁场
C．水平向右的匀强电场 D．水平向左的匀强电场
[例2] 镅( Am)是一种放射性元素，在其分裂过程中，会释放出一种新的粒子，变成镎( NP)，由于放出的这种粒子很容易被空气阻隔，因此不会对人体构成任何的危害，火警的报警系统就是利用这种粒子作为报警的重要工具，这种粒子是（ ）
A． 粒子 B．质子 C．中子 D．正电子
[例3] “轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核（称为母核）俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核（称为子核），并且放出一个中微子的过程，中微子的质量极小，不带电，很难被探测到，人们最早是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的．关于一个静止的母核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下面的说法中正确的是（ ）
A．子核的动量与中微子的动量相同 B．母核的电荷数小于子核的电荷数
C．母核的质量数等于子核的质量数 D．子核的动能大于中微子的动能
[例4] 对下列四个方程理解正确的是 ( )
① ； ②
③ ④
A．方程①是衰变方程，其中X是β粒子
B．方程②是裂变方程，其中X是质子，且释放出核能
C．方程③是聚变方程，其中X是α粒子，且要吸收能量
D．方程④是人工核转变方程，其中X是α粒子
[例5] 科学家发现在月球上含有丰富的 （氦3）。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料其参与的一种核聚变反应的方程式为 。关于 聚变下列表述正确的是（ ）
A．聚变反应不会释放能量 B.聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损 D.目前核电站都采用 聚变反应发电
[例6] 在原子物理的研究中经常用到核子平均结合能的概念，核子平均结合能是指质子、中子结合成某原子核时每个核子放出核能的平均值。下图为核子平均结合能与原子序数Z的关系图像．下列说法中正确的是（ ）
A．某原子核的核子平均结合能大，则其核子的平均质量小
B．某原子核的核子平均结合能大，则其核子的平均质量大
C．若D、E能结合成F，结合过程一定放出能量
D．若A能分裂成B、C，分裂过程一定吸收能量
【导练】
1、有关放射性元素半衰期的下列说法中正确的是（ ）
A．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间
B．放射性元素的原子核全部发生衰变所用的时间的一半
C．两个原子核有一个原子核发生衰变所用的时间
D．做示踪原子的物质尽可能选用半衰期长一些的放射性元素
2、（08重庆卷）放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氧，其衰变方程为
，其中（ ）
A．x＝1，y＝3 B．x＝2，y＝3 C．x＝3，y＝1 D．x＝3，y＝2
3、下面说法中正确的是（ ）
A． （钍）经过一系列的α和β衰变，成为 ，铅核比钍核少12个中子
Ｂ．β衰变的实质是核内的一个中子转化为一个质子和一个电子
Ｃ．γ射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很大
Ｄ．利用γ射线的电离作用，可检查金属内部有无砂眼或裂纹
4、（吉林省长白县2010届高三质量检测）（1）写出下列两个核反应的反应方程
Al(铝核)俘获一个α粒子后放出一个中子.__________________________
α粒子轰击 N (氮核)放出一个质子._____________________ _____
