2020
第四章 原子核
章末复习课
【知识体系】
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原子核的组成???
① ??
??核子?中子??
??
?三种射线：α射线、β射线，②
??
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?衰变分类α衰变：③
??β衰变：④ ???? 衰变规律?⑤ 守恒原子核的衰变??
⑥ ?? 守恒
???半衰期?意义：表示衰变快慢
?0
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1?t??公式：m＝m??2??
T1/2
决定因素：由⑦ 决定
原子核??14
4171 72
8
1
??
质子的发现：N＋He→O＋H 中子的发现：9Be41214
2
6
0
?人工转变??＋He→C＋n
30300?正电子的发现：15
P→14
Si＋1
e
??放射性同位素及应用与防护
??
?定义??核力??
特点
??核力与结合能??结合能
?平均结合能
核能的利用??
?⑧ ?
?
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轻核聚变
??小粒子和大宇宙??
?粒子
??
夸克模型
[答案填写] ①质子 ②γ射线 ③AA－44A A 0
ZX→Z－2Y＋2He ④ZX→Z＋1Y＋－1e ⑤质量数 ⑥电荷数⑧重核裂变
主题1 对核反应方程及类型的理解
1．核反应．
常见核反应分为衰变、人工转变、裂变、聚变等几种类型．
⑦核本身性质 2020
(1)衰变．
2344114
α衰变：238 92U→ 90Th＋2He(核内21H＋20n→2He)．
β衰变： 90Th→ 91Pa＋－1e(核内0n→1H＋－1e)．
γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级．
衰变反应的特点：衰变是原子核自发地转变成另一种原子核，反应物只有一个放射性核，生成物中除有一个新核外，还有α粒子或β粒子．
(2)人工转变．
14 794
234234 011 0
N＋2He→ 8O＋1H(发现质子的核反应)．
4
12
1
4171
Be＋2He→ 6C＋0n(发现中子的核反应)．
人工转变特点：以高能微观粒子轰击原子核为标志，反应物中除有一个原子核外，还有一个入射粒子，如
α粒子、质子、中子等．
(3)裂变．
235 92
U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋30n.
1141921
裂变特点：质量较大的重核捕获中子分裂成两个以上中等质量的核，并放出几个中子． (4)聚变．
21
H＋1H→2He＋0n
341
聚变特点：反应物中为n个质量较小的轻核，生成物包含一个质量较大的核． 2．核反应方程的书写．
(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有些核反应方程还要考虑到能量守恒规律． (2)核反应方程中的箭头(→)表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号． (3)写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造．
(4)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上；然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子)的电荷数和质量数；最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子)，并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号．
【典例1】 (2016·上海卷)放射性元素A经过2次α衰变和1次β衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了( )
A．1位 C．3位
B．2位 D．4位
解析：原子核经过一次α衰变，电荷数减小2，所以经过2次α衰变后电荷数减小4；同时，经过一次β衰变，电荷数增加1；所以元素A经过2次α衰变和1次β衰变后电荷数减小3，则生成的新元素在元素周期表中的位置向前移3位，故C正确，A、B、D错误．
答案：C 针对训练
1．(2017·全国卷Ⅱ)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为 92U→ 90Th＋2He.下列说法正确的是( )
238
234
4
2020
A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能 B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小 C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间 D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
p2
解析：根据动量守恒定律可知，生成的钍核的动量与α粒子的动量等大反向，故B正确；根据Ek＝可知，
2m衰变后钍核的动能小于α粒子的动能，故A错误；铀核的半衰期等于一半数量的铀核衰变需要的时间，而放出一个α粒子所经历的时间是一个原子核衰变的时间，故两者不等，故C错误；由于该反应放出能量，由质能方程可知，衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，故D错误．
答案：B
主题2 核能的计算
核能的计算是原子核物理中的热点问题，在重核的裂变、轻核的聚变、放射性衰变以及某些人工转变的核反应中，都伴随着巨大的核能释放，根据不同的题设条件和不同的核反应特征，归纳以下几种计算方法：
(1)根据质量亏损计算(E＝mc或ΔE＝Δmc)．
①根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm. ②根据爱因斯坦质能方程E＝mc或ΔE＝Δmc计算核能． ③计算过程中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳． (2)利用原子单位u和电子伏特计算(ΔE＝Δm×931.5 MeV)． ①明确原子单位u和电子伏特间的关系． 因1 u＝1.6606×10
2
－27
2
2
2
2
kg，
－27
则E＝mc＝1.660 6×10又1 eV＝1.6×10则E＝1.494×10
－19
×(3.0×10) J＝1.494×10
82－10
J.
J，
－10
J＝931.5 MeV.
②根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.
③上式中，Δm单位是u，ΔE的单位是MeV. (3)利用平均结合能来计算核能．
原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能．
(4)根据能量守恒和动量守恒来计算核能．
参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题给条件中没有涉及质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，从动量和能量守恒可以计算出核能的变化．
(5)应用阿伏加德罗常数计算核能．
若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏加德罗常数计算核能更为简便．
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①根据物体的质量m和摩尔质量M，由n＝求出摩尔数，并求出原子核的个数N＝NAn＝NA. ②由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0(或直接从题目中找出E0)． ③再根据E＝NE0求出总能量．
【典例2】 已知氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时( )
A．释放出4.9 MeV的能量 B．释放出6.0 MeV的能量 C．释放出24.0 MeV的能量 D．吸收4.9 MeV的能量
解析：依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为1H＋1H→2He，因氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，故核反应过程释放能量．ΔE＝4×7.1 MeV－2×2×1.1 MeV＝24.0 MeV，故选C.
答案：C 针对训练
2．试计算用α粒子轰击铍(4Be)核发现中子的核反应中所释放的能量(已知铍核、碳核、α粒子和中子的质量分别为mBe＝9.012 19 u，mC＝12.000 0 u，mα＝4.002 6 u，mn＝1.008 665 u．1 u＝1.660 566× 10
－27
9
2
2
4
mMmM kg)．
9
4
12
1
解析：核反应方程为4Be＋2He→ 6C＋0n＋ΔE，核反应中的质量亏损为 Δm＝mBe＋mα－mC－mn＝
(9.012 19＋4.002 6－12.000 0－1.008 665)u＝0.006 125 u， ΔE＝Δmc＝0.006 125×931.5 MeV≈5.705 MeV 或ΔE＝0.006 125×1.660 566×1010
－13
－27
2
×(3×10) J≈9.15×
82
J.
－13
答案：5.705 MeV(或9.15×10 J)
统揽考情
半衰期、质能方程的应用、计算和核反应方程的书写是高考的热点问题，试题一般以基础知识为主，较简单． 真题例析
(2017·全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是1H＋1H→2He＋0n. 已知1H的质量为2.013 6 u, 2He的质量为3.015 0 u, 0n的质量为1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c. 氘核聚变反应中释放的核能约为( )
A．3.7 MeV
2
2
3
1
2
3
1
2
B．3.3 MeV