新教材一輪復(fù)習(xí)魯科版第16章第2講原子核學(xué)案

第2講原子核

-------------、必備知識(shí)?落實(shí)基礎(chǔ)性/------------

一、原子核的組成、放射性元素的衰變

1.天然放射現(xiàn)象

元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),

說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

2.原子核的組成：原子核是由康壬和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核

內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。

3.原子核的衰變

⑴衰變：原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化。

⑵分類

α衰變：m+lHe,如：曼U―錨ITh+2He;

0

β衰變：OX-z+?Y+O-IX如：郁Th-鉀Pa+-ιeo

(3)半衰期：放射性元素的原子核有生教發(fā)生衰變所需的時(shí)間。半衰期由原

子核內(nèi)部的因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。

4.放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)

(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性

同位素的化學(xué)性質(zhì)相同。

⑵應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等。

(3)防護(hù)：防止放射性對(duì)人體組織的傷害。

思考辨析

1.原子核的電荷數(shù)就是核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù)。(J)

2.β射線是高速電子流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板。(J)

3.半衰期可以通過人工進(jìn)行控制。(X)

4.某放射性元素的半衰期為4天，若有100個(gè)這樣的原子核，經(jīng)過4天后

還剩50個(gè)。這種說法對(duì)嗎？

提示：不對(duì)，半衰期是大量放射性元素的原子核衰變時(shí)所遵循的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,

不能用于少量的原子核發(fā)生衰變的情況，因此，經(jīng)過4天后，100個(gè)原子核有多

少發(fā)生衰變是不能確定的，所以這種說法不對(duì)。

注意事項(xiàng)/核反應(yīng)方程：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，但不是總質(zhì)量守恒。

二、核力與結(jié)合能核裂變與核聚變

1.核力和核能

(1)核力：原子核內(nèi)部，鄰近核壬間所特有的相互作用力。

(2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損?m,其對(duì)應(yīng)的能量ΔJE=ΔJTIC2O

(3)原子核分解成核子時(shí)要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加A∕n,吸收的能

量為AE=AHlC2。

2.裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)

⑴重核裂變

①定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個(gè)質(zhì)量數(shù)較

小的原子核的過程。

②典型的裂變反應(yīng)方程：

贊U+An-然Kr+第Ba+3g°

③鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：重核裂變產(chǎn)生的空子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程。

④臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積及其相應(yīng)

的質(zhì)量。

⑤裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆。

⑥反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、慢化劑、控制棒、防護(hù)層。

(2)輕核聚變

①定義：兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程。輕核聚變反應(yīng)必須在

高溫下進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)。

②典型的聚變反應(yīng)方程：

?H+|H—^He+?n+17.6MeV0

思考辨析

1,核力是強(qiáng)相互作用，在任何情況下都比庫(kù)侖力大。(X)

2.鈾核裂變時(shí)會(huì)吸收大量的能量。(X)

3.核聚變中平均每個(gè)核子放出的能量，比裂變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出的

能量大。（J）

4.有人認(rèn)為質(zhì)量虧損就是核子的個(gè)數(shù)變少了，這種認(rèn)識(shí)對(duì)不對(duì)？

提示：不對(duì)。在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒，即核子的個(gè)數(shù)不變，只是核子組成

原子核時(shí)，仿佛變“輕”了一些，原子核的質(zhì)量總是小于其全部核子質(zhì)量之和,

即發(fā)生了質(zhì)量虧損，核子的個(gè)數(shù)并沒有變化。

5.2020年12月3日，“嫦娥五號(hào)”從月球上帶回的?e是未來核聚變最理

想的原料，me聚變產(chǎn)生的是？He和質(zhì)子，不會(huì)產(chǎn)生中子，請(qǐng)嘗試寫由其核反

應(yīng)方程式。

提示：2。He—^He+21Ho

注意事項(xiàng)/（1）核子數(shù)越多，結(jié)合能越大，比結(jié)合能不一定越大。

（2）質(zhì)能方程表明質(zhì)量和能量有著緊密聯(lián)系，但不能相互轉(zhuǎn)化。

--------------\關(guān)鍵能力?提升綜合性/-----------

考點(diǎn)1原子核的組成（基礎(chǔ)考點(diǎn)）

「題組通關(guān)」

1.關(guān)于原子核內(nèi)部的信息，最早來自天然放射現(xiàn)象。人們從破解天然放射

現(xiàn)象入手，一步步揭開了原子核的秘密。下列說法正確的是（）

A.法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了X射線

B.德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出α射線

C.盧瑟福用ɑ粒子轟擊氮原子核，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子

D.居里夫婦通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了中子

C解析：法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出射線，A

錯(cuò)誤；德國(guó)物理學(xué)家倫琴，發(fā)現(xiàn)了倫琴射線，又叫X射線，B錯(cuò)誤；盧瑟福用ɑ

粒子轟擊氮原子核，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在，C正確；查德威克通過

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了中子，D錯(cuò)誤。

2.（多選）下列說法正確的是（）

A.JJlX與/1Y互為同位素

B.[X與"飛丫互為同位素

c.AX與片NY的中子數(shù)相同

D.受U核內(nèi)有92個(gè)質(zhì)子，235個(gè)中子

BC解析：A選項(xiàng)中，ZX核與"ZLIY核的質(zhì)子數(shù)不同，不是同位素，A錯(cuò)

誤；B選項(xiàng)中，％X核與喘IY核的質(zhì)子數(shù)都為根，而質(zhì)量數(shù)不同，則中子數(shù)不同，

所以互為同位素，B正確；C選項(xiàng)中，ZX核內(nèi)的中子數(shù)為〃一機(jī)，ZWY核內(nèi)的

中子數(shù)為（〃一2）—（?i—2）=〃一山，所以中子數(shù)相同，C正確；球U核內(nèi)有143

個(gè)中子，而不是235個(gè)中子，D錯(cuò)誤。

「題后歸納」

原子核的“數(shù)”與“量”的辨析

（1）核電荷數(shù)與原子核的電荷量是不同的，組成原子核的質(zhì)子的電荷量都是

相同的，所以原子核的電荷量一定是質(zhì)子電荷量的整數(shù)倍，我們把核內(nèi)的質(zhì)子

數(shù)叫核電荷數(shù)，而這些質(zhì)子所帶電荷量的總和才是原子核的電荷量。

（2）原子核的質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是不同的，也與元素的原子量不同。原子核內(nèi)質(zhì)

子和中子的總數(shù)叫作原子核的質(zhì)量數(shù)，原子核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子質(zhì)量的總

和。

考點(diǎn)2放射性元素的衰變（基礎(chǔ)考點(diǎn)）

「題組通關(guān)」

1.（2020?山東高考）筑核汨發(fā)生P衰變成為氮核汨e。假設(shè)含瓶材料中i

H發(fā)生P衰變產(chǎn)生的電子可以全部定向移動(dòng)，XIO,Xi（）-8A。Xlor9c,在

這段時(shí)間內(nèi)發(fā)生β衰變的僦核m的個(gè)數(shù)為（）

XlO14XlO16

XlO16XlO18

B解析：根據(jù)/=：=半，可得產(chǎn)生的電子數(shù)為〃=，=錯(cuò)誤！個(gè)=IoI6χi（）i6

個(gè)。故選B。

2.如圖所示，把放射源鈾、缽或鐳放入用鉛做成的容器中，射線從小孔射

出。在射線經(jīng)過的空間施加磁場(chǎng)（垂直紙面向里），發(fā)現(xiàn)射線分裂成三束，下列關(guān)

于這三束射線的說法正確的是（）

A.射線①中每顆粒子的質(zhì)量是射線③中每顆粒子質(zhì)量的4倍

B.射線②的電離能力最強(qiáng)

C.若加熱鉛盒，則單位時(shí)間內(nèi)射出的粒子數(shù)會(huì)增加

D.盧瑟福用射線①轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子

D解析：根據(jù)左手定則可知，①帶正電，是α射線GHe核），②是Y射線，

③是β射線（_；e）,而α粒子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；射線①即ɑ

射線的電離能力最強(qiáng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期與外界條件無關(guān)，若

加熱鉛盒，則單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)不變，射出的粒子數(shù)不變，選項(xiàng)C

錯(cuò)誤；盧瑟福用α射線轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，選項(xiàng)D正確。

3.（2021?銀川模擬）自然界中存在的放射性元素的原子核并非只發(fā)生一次衰

變就達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而是要發(fā)生一系列連續(xù)的衰變，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。某些

原子核的衰變情況如圖所示（N表示中子數(shù)，Z表示質(zhì)子數(shù)），則下列說法正確的

是（）

A.由領(lǐng)iRa到鍋iAc的衰變是α衰變

B.已知道Ra的半衰期是T,貝!!8個(gè)篇Ra原子核經(jīng)過2T時(shí)間后還剩2個(gè)

C.從WTh到迎Pb共發(fā)生5次α衰變和2次β衰變

D.圖中發(fā)生的α衰變和β衰變分別只能產(chǎn)生a和β射線

C解析：由"Ra到避AC放出電子，則此衰變是P衰變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；半

衰期是大量原子核衰變遵循的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)少量的原子核不適用，選項(xiàng)B錯(cuò)誤;

WTh變?yōu)楸躊b,質(zhì)量數(shù)減少20,則發(fā)生了5次a衰變，根據(jù)5X2-χ=8得，

x=2,知發(fā)生了2次β衰變，故C正確；題圖中發(fā)生的α衰變和β衰變，往往

伴隨Y射線產(chǎn)生，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

「題后歸納」

1.衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì)

(l)α衰變和β衰變的比較

衰變類型a衰變?chǔ)滤プ?/p>

衰變方程2X7NY+扭e織一zdιY+Je

2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)

中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子

衰變實(shí)質(zhì)整體射出

2∣H+2λn——>iHeAn--lH+4e

勻強(qiáng)磁場(chǎng)

中運(yùn)動(dòng)軌Q}

跡的形狀

衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量之取守恒、動(dòng)量守恒

(2)γ射線：經(jīng)常伴隨著a衰變或β衰變同時(shí)產(chǎn)生。實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)

生a衰變或β衰變過程中輻射出的光子。

2.三種射線的成分和性質(zhì)

名稱構(gòu)成符號(hào)電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)

--

a射線iHe+2e4u~??~

1~

電子較強(qiáng)較強(qiáng)

β射線4e~e1837U

γ射線Y00最強(qiáng)

(1)半衰期的公式：N余=N原Qy,機(jī)余=機(jī)Igeyo式中的N原、機(jī)原表示衰

變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射

性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，，表示衰變時(shí)間，T表示半衰期。

(2)對(duì)于發(fā)生a衰變和β衰變的原子核，設(shè)發(fā)生a衰變和β衰變的次數(shù)分別

為〃、根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒列方程A=A'+4?,Z=Z'+2n-∕n0兩

A-A,,

式聯(lián)立解得〃=1m=-∑—+Z'-Zo

考點(diǎn)3核力與核能(基礎(chǔ)考點(diǎn))

「題組通關(guān)J

1.在自然界穩(wěn)定的原子核中，中子數(shù)(N)和質(zhì)子數(shù)(Z)之間的關(guān)系如圖所示。

根據(jù)圖中所提供的信息及原子核的有關(guān)知識(shí)，對(duì)于在自然界中穩(wěn)定的原子核，

下列說法正確的是()

A.較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)大致相等

B.較重的原子核，質(zhì)子數(shù)大于中子數(shù)

C.越重的原子核，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的差值越小

D.在很大的原子核中，可以有質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相等的情況

A解析：根據(jù)題中給出的中子數(shù)(N)和質(zhì)子數(shù)(Z)的關(guān)系圖像可知，較輕的

原子核，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)大致相等，而較重的原子核，中子數(shù)明顯大于質(zhì)子數(shù)，

A正確，B錯(cuò)誤；由題圖可知，越重的原子核，中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)的差值越大，C

錯(cuò)誤；在很大的原子核中，由于核力明顯減弱，質(zhì)子和質(zhì)子間的排斥作用，導(dǎo)

致質(zhì)子結(jié)合到原子核的數(shù)目越來越少，不可能出現(xiàn)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相等的情況，

D錯(cuò)誤。

2.(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的

有()

A.IHe核的結(jié)合能約為14MeV

B.ZHe核比§Li核更穩(wěn)定

C.兩個(gè)汨核結(jié)合成ZHe核時(shí)釋放能量

D.黃U核中核子的平均結(jié)合能比瑞Kr核中的大

BC解析：由題圖可知，？He核的比結(jié)合能約為7MeV,因此它的結(jié)合能

約為7MeVX4=28MeV,A項(xiàng)錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，表明原子核中核子結(jié)合得

越牢固，原子核越穩(wěn)定，結(jié)合題圖可知B項(xiàng)正確；兩個(gè)比結(jié)合能小的彳H核結(jié)合

成比結(jié)合能大的2He核時(shí)，會(huì)釋放能量，C項(xiàng)正確；由題圖可知，錯(cuò)U核的比

結(jié)合能（即平均結(jié)合能）比黑Kr核的小，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

3.（2020?全國(guó)卷∏）兄核汨可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量，其總效果可用

反應(yīng)式6*H―*23He+21H+2An+43.15MeV表示。海水中富含弁I,×1022φ,

若全都發(fā)生聚變反應(yīng),其釋放的能量與質(zhì)量為M×IO7XIO-13j,則M約為（）

A.40kgB.100kg

C.400kgD.1000kg

C解析：鼠核YH可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量，其總效果可用反應(yīng)式

6汨一＞2iHe÷21H+2An+43.15MeV表示，則平均每個(gè)殺核聚變釋放的能量為

E

￡=W=,6）X1022個(gè)，可以放出的總能量為Eo=Nε,由。=〃呵可得，要釋放相同

的熱量，需栗燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤的質(zhì)量，〃=號(hào)=?=397kg。故選C。

「題后歸納」

1.核反應(yīng)方程式的書寫

（1）熟記常見基本粒子的符號(hào)，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子（1H）、

中子（An）、α粒子GHe）、β粒子（。一⑻、正電子（㈣、用核GH）、瓶核（汨）等。

（2）掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)核反應(yīng)

方程是否正確的依據(jù)。由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時(shí)只能用

“一”表示反應(yīng)方向。

⑶核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。

2.核能的計(jì)算方法

書寫核反計(jì)算質(zhì)量利用LE=AmC2

應(yīng)方程虧損'm計(jì)算釋放的核能

（1）根據(jù)AE=AmC2計(jì)算時(shí)，A機(jī)的單位是“kg”，C的單位是“m/s”，AE

的單位是“J”0

⑵根據(jù)AE=AznX931.5MeV計(jì)算時(shí)，?m的單位是“u”，AE的單位是

“MeV”o

（3）根據(jù)核子的比結(jié)合能來計(jì)算核能：

原子核的結(jié)合能=核子的比結(jié)合能X核子數(shù)。

考點(diǎn)4核裂變與核聚變（基礎(chǔ)考點(diǎn)）

「題組通關(guān)」

1.關(guān)于核反應(yīng)的類型，下列表述正確的是（）

A.贊U—>WTh+lHe是α衰變

B「N+?He—>%O+]H是β衰變

C.2He+4Al-gP+血是核聚變

D.舊Se-聚Kr+23e是核裂變

l11

A解析：WU—?鋪Th+?He是a衰變，故選項(xiàng)A正確；為N+yHe--8O

+IH是人工轉(zhuǎn)變，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；lHe+uAl―?；*+An是人工轉(zhuǎn)變，故選項(xiàng)C

錯(cuò)誤；?Se—>3sKr+2Le是β衰變，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

2.（2020?浙江高考）（多選）太陽輻射的總功率約為4XIO26W,其輻射的能量

來自于聚變反應(yīng)。在聚變反應(yīng)中，一個(gè)質(zhì)量為1876.1MeV∕c2（c為真空中的光速）

的氣核6H）和一個(gè)質(zhì)量為2809.5MeV/的負(fù)核GH）結(jié)合為一個(gè)質(zhì)量為3728.4

MeV∕c2的氮核GHe）,并放出一個(gè)X粒子，同時(shí)釋放大約17.6MeV的能量。下

列說法正確的是（）

A.X粒子是質(zhì)子

B.X粒子的質(zhì)量為939.6MeVZc2

×IO9kg

D.太陽每秒因?yàn)檩椛鋼p失的質(zhì)量約為17.6MeV∕c2

BC解析：由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為1,電荷數(shù)為0,則

X為中子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)能量關(guān)系可知叫I=（I876.1+2809.5-3728.4）

2176MeV

MeV∕c--N—,解得孫1=939?6MeV∕2,選項(xiàng)B正確；太陽每秒放出的能

E4×IO26

量E=Pf=4*1026j,損失的質(zhì)量Am=.=9χ]016義I。'kg,選項(xiàng)C正確；因

為E=4×IO26J=v√T7^×lθ45×IO39MeV,則太陽每秒因?yàn)檩椛鋼p失的質(zhì)量為

AZM=AXIO39MeVZc2,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

3.（2021?遼寧模考）中科院近代物理