原子核知識點和練習

1、、歷史人物及相關(guān)成就1. 湯姆生：發(fā)現(xiàn)電子，并提出原子棗糕模型 說明原子可再分2. 盧瑟福： 粒子散射實驗說明原子的核式結(jié)構(gòu)模型。發(fā)現(xiàn)質(zhì)子3. 查德威克：發(fā)現(xiàn)中子4. 約里奧. 居里夫婦：發(fā)現(xiàn)正電子5. 貝克勒爾：發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象說明原子核可再分6. 愛因斯坦：質(zhì)能方程 E mc2 ， E mc27. 玻爾：提出玻爾原子模型，解釋氫原子線狀光譜8. 密立根：油滴實驗測量出電子的電荷量 、核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變衰變自發(fā)238 234 492 U 90Th 2He衰變自發(fā)234 234 090Th 91Pa 1e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?74N 24He 187o 11H 盧瑟福發(fā)現(xiàn)

2、質(zhì)子49Be 24He 162C 01n 查德威克發(fā)現(xiàn)中子1273 A l 24He 1350P 01n 約里奧. 居里夫婦1350P 1340Si 10e發(fā)現(xiàn)放射性同位素， 同時發(fā)現(xiàn)正電子重核裂變比較容易進行人工控制29325U 01n 14546Ba 3869Kr 301n29325U 01n 15346Xe 3980Sr 1001n輕核聚變除氫彈外無 法控制12H 13H 24He 01n1、核反應(yīng)過程一般都是不可逆的， 所以核反應(yīng)方程只能用單箭頭表示反應(yīng)方向， 不能用等號連接。1. 核反應(yīng)的生成物一定要以實驗事實為基礎(chǔ)， 不能憑空只依據(jù)兩個守恒定律杜撰出生成物來寫出核反應(yīng)方程2. 核反

3、應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，遵循電荷數(shù)守恒 、三種射線比較種類射線(24He)射線( 01e)射線速度0.1c0.99cC在電磁場中偏轉(zhuǎn)與 a 射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱，用紙能擋住較強，穿透幾毫米的鋁板最強，穿透幾厘米的鉛板對空氣的電 離作用很強較弱很弱在空氣中的 徑跡粗、短、直細、較長、曲折最長通過膠片感光感光感光產(chǎn)生機制核內(nèi)兩個中子和兩 個質(zhì)子結(jié)合的比較 緊密，有時會作為一 個整體從較大的原 子核拋射出來核內(nèi)的中子可以轉(zhuǎn) 化為一個質(zhì)子和一 個電子，產(chǎn)生的電子 從核內(nèi)發(fā)射出來放射性原子核在發(fā) 生兩種衰變后產(chǎn)生 得新核往往處于高 能級，當它向低能 級躍遷時，輻射 r 光子1、半衰期：

4、表示原子衰變一半所用時間；2、半衰期由原子核內(nèi)部本身的因素據(jù)頂，跟原子所處的物理狀態(tài)（如壓強、溫度 ）或化學狀態(tài)（如單質(zhì)、化合物）無關(guān)；3、半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，個別原子核經(jīng)多長時間衰變無法預測，對個別或 極少數(shù)原子核，無半衰期而言；4、放射性同位素的應(yīng)用： （1）工業(yè)、攤上、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等（ 2）作為示蹤原子。三、原子結(jié)構(gòu)1、原子的核式結(jié)構(gòu)模型（1）粒子散射實驗結(jié)果：絕大多數(shù) 粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，少數(shù) 粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù) 粒子甚 至被反彈回來。（2）原子的核式結(jié)構(gòu)模型： 在原子中心有一個很小的原子核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負電 的電子

5、在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。（3）原子核的尺度：原子核直徑的數(shù)量級為 10-15m，原子直徑的數(shù)量級約為 10-10m。（4）原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。2、玻爾原子模型原子處于最低（ 1）原子只能處于一系列能量不連續(xù)的狀態(tài)中， 具有確定能量的未定狀態(tài)叫定態(tài) 能級的狀態(tài)叫基態(tài)，其他的狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。（2）頻率條件：c高能 m到低能 m態(tài)：輻射光子 hv Em En h c（ 3）原子的不同能量狀態(tài)對應(yīng)于電子的不同運行軌道。五、氫原子光譜波長公式1)氫原子的能級公式：En12 E1 (n 1,2,3.) 其中 E1=-3.6ev n2)氫原子的半徑公式：2 r

6、n nr1(n 1,2,3.) ,其中 r1=0.533）注意：×10-10m氫原子能級圖：n5432E/eV 0 -0.54 -0.85 -1.51-3.40-13.61圖31、氫原子光譜的實驗規(guī)律 巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線，其A、原子躍遷條件： hv Em En ，只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情 況。對于光子和原子作用而使原子電離時， 只要入射光的能量 E 13.6eV ，原子就能吸收， 對于實物粒子與原子作用使原子激發(fā)時，粒子能量大于或等于能級差即可。B、原子躍遷發(fā)出的光譜線條數(shù) N Cn2 n（n2 1） ，是一群氫原子，而不是一個，因為某一個 氫

7、原子有固定的躍遷路徑。六、核力與核能1、核力：原子核內(nèi)核子間存在的相互作用力2、特點：強相互作用、短程力，作用范圍 1.5 ×10-15m之內(nèi)3、核能（1）質(zhì)能方程：一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系， 物體的總能量和他的質(zhì)量成正比。 即 E mc 2 含義：物體具有的能量與他的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系，物體的能量增大，質(zhì)量也增 大，物體的能量減小，質(zhì)量也減小。（2）核子在結(jié)合成核子時出現(xiàn)質(zhì)量虧損 m，吸收的能量也要相應(yīng)減小。 E mc2原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加m，吸收能量 E mc 24、重核的裂變與輕核的聚變（1）重核的裂變 所謂重核即為質(zhì)量數(shù)很大的原子核

8、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， 產(chǎn)生的中子可使裂變反應(yīng)不斷地進行下去， 這種反應(yīng)叫鏈式反應(yīng)。 核反應(yīng)堆的構(gòu)造：A. 核燃料用鈾棒； B減速劑用石墨、重水或普通水； 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）輕核的聚變所謂輕核是指質(zhì)量數(shù)很小的原子核，如氫核、氘核等 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 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)聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個核子

9、放出的能量大約要大 3-4 倍。例題分析例 1 ： 完成下列核反應(yīng)方程，指出核反應(yīng)的類型：（1） 150Be 24He173 N 01n（人工轉(zhuǎn)變）（2） 29328U29304C 24He（衰變）（3） 29325U 01n15368 Ba 3965Kr 301n（裂變）（4）37 Li 11H224He（聚變）例 2：18.靜止的鐳 226（ 28286 Ra）發(fā)生衰變，生成氡 222（ 28262 Rn），如果衰變中放出的能量都轉(zhuǎn)化為 粒子和氧核的動能（1）寫出衰變方程；（2）求粒子與氡核的動能之比；畫出軌跡示意圖， 并計算軌道半徑（3）若粒子與氡核的運動方向與勻強磁場的方向垂直， 之比

10、解：（ 1）衰變方程為： 28286 Ra 28262 Rn+ 24 He2）衰變時動量守恒： m vmRnvRn 0得：vmRnvRnm因為：mRn1113）因為它們在勻強磁場中的運動方向與磁場方向垂直，所以軌道半徑R mv qB2mEk 12mv2， 所以： EEkkRn但衰變時射出的 粒子與反沖核 （Rn） 都帶正電荷，且動量大小相等，則它們在勻強磁場做圓 周運動的軌跡是一對外切圓，軌道半徑和粒子電量成反比：RqRnRRnq431針對練習一、多選題1.對盧瑟福的 粒子散射實驗現(xiàn)象的分析表明了（）A.B.C.D. 原子核只占原子體積的極小部分2. 圖中 P 為放在勻強電場中的天然放射源，其

11、放出的射線在電場的作用下分成a、b、c 三束，以下判斷正確的是（ ）A.a 為射線、b為C.b 為射線、c 為B. a為射線、b 為D.b為射線、c 為射線3. 原子核 A經(jīng)過一次衰變和一次 A C，則（）A. 核 A的中子數(shù)減核 C的中子數(shù)等于 2B. 核 A的質(zhì)量數(shù)減核 C的質(zhì)量數(shù)等于 5C. 原子核為 A 的中性原子中的電子數(shù)比原子核為 B的中性原子中的電子數(shù)多 1D. 核 C的質(zhì)子數(shù)比核 A 的質(zhì)子數(shù)少 14. 新發(fā)現(xiàn)的一種放射性元素 X，它的氧化物 2的半衰期為 8 d ，2與 F2能發(fā)生如下反應(yīng)： 2 2 2F24XF 2，XF（ ）A. 2 d B.4 d C.8 d D.16

12、d5. 如圖所示是“原子核人工轉(zhuǎn)變”實驗裝置示意圖，其中 A是粒子放射源， F是鋁箔， S是熒光 屏，在容器中充入氮氣后，屏 S 上出現(xiàn)閃光，該閃光是（）A. B. 粒子從 FC. D. 放射性物質(zhì)放出的 射線射到屏上產(chǎn)生的6. 一個質(zhì)子以 1.0 ×107 m/s 的速度撞入一個靜止的鋁原子核后被俘獲，鋁原子核變?yōu)楣柙雍耍?已知鋁原子核的質(zhì)量是質(zhì)子的 27 倍，硅原子核的質(zhì)量是質(zhì)子的 28 倍，則下列判斷中正確的是 （）A.核反應(yīng)方程為 1237 Al+ 11 H 1248 SiB.核反應(yīng)方程為 1237 Al+ 10 n 1248 Si+ 10eC. 硅原子核速度的數(shù)量級為 1

13、07 m/s, 方向跟質(zhì)子的初速度D. 硅原子核速度的數(shù)量級為 105 m/s, 方向跟質(zhì)子的初速度方向一致7. 關(guān)于核力，下列說法中正確的有（ ）A.B.C.D. 原子核內(nèi)的某一核子與其他核子間都有核力作用8. 一個中子和一個質(zhì)子相結(jié)合生成一個氘核，若它們的質(zhì)量分別是m1、m2、m3，則（）A. 由于反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)不變，所以 m1m2=m3B. 由于反應(yīng)時釋放出了能量，所以 m1m2>m3C. 由于反應(yīng)在高溫高壓下進行從而吸收能量，所以 m1m2< m32D. 反應(yīng)時產(chǎn)生了頻率為 （m1 m2 m3）c 的光子，式中 c 是光速， h是普朗克常量 h二、填空題。9.29304Th

14、 23941 Pa +.29304Th衰變?yōu)?9314 Pa的半衰期是 1.2 min ，則 64 g 29304Th經(jīng)過6 min 還有 g尚未衰變.10. 原子核 A經(jīng)過若干次衰變后變成原子核 B，已知 B核的中子數(shù)比 A核少 m， B核的質(zhì)子數(shù)比 A 核少 n，則此衰變過程中共有 次衰變， 次衰變.三、計算題。11、氫原子的核外電子質(zhì)量為 m，電量為 e，在離核最近的軌道上運動，軌道半徑為 r 1 （1）電子運動的動能 Ek 是多少？ （2）電子繞核轉(zhuǎn)動的頻率 f 是多少？（3）氫原子核在電子軌道處產(chǎn)生的電場強度 E 為多大？12、鈾核（ 23952 U）裂變生成鋇（ 14516 Ba）

15、和氪（ 3962 r ），已知29325 U、 14516 Ba、 3962 r 和中子的質(zhì)量分別是 235.0439 ， 140.9139u ，91.8973u 和 1.0087u.（1） 寫出鈾裂變反應(yīng)方程，并計算一個鈾 235（2） 我國秦山核電站功率為 3×105 kW，假設(shè)鈾 235能夠完全裂變，其中一半的核能轉(zhuǎn)化為電 能，以上述裂變反應(yīng)來估算電站一年消耗多少鈾 235?13、云室處在磁感應(yīng)強度為 B的勻強磁場中， 一靜止質(zhì)量為 M的原子核在云室中發(fā)生一次 衰變， 粒子的質(zhì)量為 m，電量為 q，其運動軌跡在與磁場垂直的平面內(nèi)， 現(xiàn)測得 粒子運動軌道半徑為 R，試求衰變過程中

16、質(zhì)量虧損 . （涉及動量問題時，虧損的質(zhì)量可忽略不計）15、太陽現(xiàn)正處于主序星演化階段，它主要是由電子的 11H、 24 He等原子核組成，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 2e411H 24 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 11H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 11H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=6.4×106 m，地球質(zhì) 量 m=6.0 × 10

17、24 kg，月地中心的距離 r =1.5 ×1011 m，地球表面處的重力加速度 g= 10m/s2，1 年約為 3.2 × 107 s ，試估算目前太陽的質(zhì)量 M.(2) 已知質(zhì)量 mp=1.6726×10 kg，24 He質(zhì)量 m =6.6458 ×10 kg，電子質(zhì)量 me=0.9 ×10 kg， 光速 c=3×108 m/s. 求每發(fā)生一次題中所述的核聚變反應(yīng)所釋放的核能 .(3) 又知地球上與太陽光垂直的每平方米截面上，每秒通過的太陽輻射能 W=1.35 × 10 3 J/m2. 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)果只要求一位有效數(shù)字 )四、課堂小結(jié)。1、知道三種射線，及其質(zhì)量電量的區(qū)別