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2012屆高三物理一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案
十八、原子和原子核（2）
【課題】原子核
【目標(biāo)】
1、了解天然放射現(xiàn)象，知道三種射線的本質(zhì)和特性，掌握核衰變的特點(diǎn)和規(guī)律；
2、知道原子核人工轉(zhuǎn)變的原理，了解質(zhì)子、中子和放射性同位素的發(fā)現(xiàn)過程。
3、知道原子核的組成和核力的概念；理解核能的概念，知道獲得核能的兩種途徑。
【導(dǎo)入】
一、天然放射現(xiàn)象
1、發(fā)現(xiàn)過程：1896年貝克勤耳發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，從此，揭開了人類研究原于核結(jié)構(gòu)的序幕．居里夫婦對鈾和鈾的各種礦石的研究發(fā)現(xiàn)了釙和鐳．之后，人們通過對天然放射現(xiàn)象的進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)了原子序數(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，有的也有放射性．放射出來的射線共有三種：α射線、β射線和γ射線．
2、三種射線的本質(zhì)和特性
二、原子核的衰變
1、衰變：原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓��?br>2、衰變規(guī)律：α衰變 X→ Y+ He ； β衰變 X→ Y+ e
3、α衰變和β衰變的實(shí)質(zhì)
4、γ射線：總是伴隨α衰變或β衰變產(chǎn)生的，不能單獨(dú)放出γ射線．γ射線不改變原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)．實(shí)質(zhì)是元素在發(fā)生α衰變或β衰變時(shí)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)），向低能級躍遷而輻射出光子．
5、半衰期
放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間，它是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，不是一個原子發(fā)生衰變所需經(jīng)歷的時(shí)間．
決定因素：由原子核內(nèi)部的因素決定，與原子所處的物理狀態(tài)（如壓強(qiáng)、溫度等）或化學(xué)狀態(tài)（如單質(zhì)或化合物）無關(guān)．
四、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：
1、質(zhì)子、中子的發(fā)現(xiàn)： N+ He→ O+ H； Be+ He→ C+ n
2、放射性同位素和正電子的發(fā)現(xiàn)：1934年約里奧?居里夫婦用a粒子轟擊鋁核產(chǎn)生一種新的放射性元素，此后人們認(rèn)識到放射性同位素可用人工核反應(yīng)制�。�
Al+ He→ P+ n P→ Si+ e
3、探測射線的方法：
（1）威耳遜云室；（2）氣泡室；（3）蓋革計(jì)數(shù)器等（見課本P73-74）
4、放射性同位素的應(yīng)用：
（1）利用它的射線；（2）做示蹤原子。（見課本P76-78）
五、核反應(yīng)
某種元素的原子核變?yōu)榱硪环N元素的原子核的過程叫做核反應(yīng)．常見的核反應(yīng)分為衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變等幾種類型．
六、核力和核能
1、核力是核子之間的引力．核力與核子是否帶電無關(guān)；是一種強(qiáng)相互作用；也是一種近程力（當(dāng)兩個核子間距r＜2×10-15m時(shí)才發(fā)生作用）．只有相鄰的核子間才有核力作用．
2、核能．克服核力做功，使原子核分解為單個核子時(shí)吸收的能量，或若干個單個核子在核力作用下結(jié)合成原子核時(shí)放出的能量，叫原子核的結(jié)合能，簡稱核能．
例如 H+ n→ H+△E （△E=2.22 MeV）
2．核能的計(jì)算
根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程 E=mc2或△E=△m c2
3．獲得核能的兩種途徑：
（1）重核的裂變：重核分裂成兩個（或兩個以上）中等質(zhì)量核時(shí)要釋放能量，這種核反應(yīng)叫裂變．
鈾核裂變的反應(yīng)為： U+ n→ Xe+ Sr+ 2 n +217MeV
在一定條件下，如鈾塊大于臨界體積時(shí)，裂變反應(yīng)是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，會放出大量能量．原子彈爆炸是激烈的裂變反應(yīng)．秦山核電站和大亞灣核電站也是利用裂變反應(yīng)．
（2）輕核的聚變：輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的變化．
例如氘核和氚核聚合成氦核． H＋ H→ He＋ n＋17.6MeV
【導(dǎo)研】
[例1] （1） 如圖所示，a為未知的天然放射源，b為一張黑紙，C為水平放置的平行金屬板，板間有豎直方向較強(qiáng)的勻強(qiáng)電場，d為熒光屏，e為固定不動的顯微鏡筒．整個裝置放在真空中，實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果將電場E撤去，從顯微鏡內(nèi)觀察到熒光屏上每分鐘閃爍的亮點(diǎn)數(shù)沒有變化．如果再將黑紙b移開，則從顯微鏡筒內(nèi)觀察到的每分鐘閃爍的亮點(diǎn)數(shù)大為增加，由此可判定放射源a發(fā)出的射線為（ ）
A．β射線和γ射線 B．α射線和β射線
C．α射線和γ射線 D．α射線和X射線
（2）如圖,在有小孔的鉛盤中，放有能連續(xù)放出α、β、γ三種射線的放射性元素，放出的三種射線都打在孔對面屏M上的A點(diǎn)．要使三種射線分開，分別打在屏上的A、B、C三點(diǎn)（其中B到A的距離大于C到A的距離）可采取的措施是在屏與孔之間加上（ ）
A．重直紙面向里的勻強(qiáng)磁場 B．垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場
C．水平向右的勻強(qiáng)電場 D．水平向左的勻強(qiáng)電場
[例2] 镅( Am)是一種放射性元素，在其分裂過程中，會釋放出一種新的粒子，變成镎( NP)，由于放出的這種粒子很容易被空氣阻隔，因此不會對人體構(gòu)成任何的危害，火警的報(bào)警系統(tǒng)就是利用這種粒子作為報(bào)警的重要工具，這種粒子是（ ）
A． 粒子 B．質(zhì)子 C．中子 D．正電子
[例3] “軌道電子俘獲”也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，其內(nèi)部一個質(zhì)子變?yōu)橹凶樱瑥亩�變成一個新核（稱為子核），并且放出一個中微子的過程，中微子的質(zhì)量極小，不帶電，很難被探測到，人們最早是通過子核的反沖而間接證明中微子的存在的．關(guān)于一個靜止的母核發(fā)生“軌道電子俘獲”，衰變?yōu)樽雍瞬⒎懦鲋形⒆樱�下面的說法中正確的是（ ）
A．子核的動量與中微子的動量相同 B．母核的電荷數(shù)小于子核的電荷數(shù)
C．母核的質(zhì)量數(shù)等于子核的質(zhì)量數(shù) D．子核的動能大于中微子的動能
[例4] 對下列四個方程理解正確的是 ( )
① ； ②
③ ④
A．方程①是衰變方程，其中X是β粒子
B．方程②是裂變方程，其中X是質(zhì)子，且釋放出核能
C．方程③是聚變方程，其中X是α粒子，且要吸收能量
D．方程④是人工核轉(zhuǎn)變方程，其中X是α粒子
[例5] 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的 （氦3）。它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂掀鋮⑴c的一種核聚變反應(yīng)的方程式為 。關(guān)于 聚變下列表述正確的是（ ）
A．聚變反應(yīng)不會釋放能量 B.聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核
C．聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損 D.目前核電站都采用 聚變反應(yīng)發(fā)電
[例6] 在原子物理的研究中經(jīng)常用到核子平均結(jié)合能的概念，核子平均結(jié)合能是指質(zhì)子、中子結(jié)合成某原子核時(shí)每個核子放出核能的平均值。下圖為核子平均結(jié)合能與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖像．下列說法中正確的是（ ）
A．某原子核的核子平均結(jié)合能大，則其核子的平均質(zhì)量小
B．某原子核的核子平均結(jié)合能大，則其核子的平均質(zhì)量大
C．若D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過程一定放出能量
D．若A能分裂成B、C，分裂過程一定吸收能量
【導(dǎo)練】
1、有關(guān)放射性元素半衰期的下列說法中正確的是（ ）
A．放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間
B．放射性元素的原子核全部發(fā)生衰變所用的時(shí)間的一半
C．兩個原子核有一個原子核發(fā)生衰變所用的時(shí)間
D．做示蹤原子的物質(zhì)盡可能選用半衰期長一些的放射性元素
2、（08重慶卷）放射性同位素釷232經(jīng)α、β衰變會生成氧，其衰變方程為
，其中（ ）
A．x＝1，y＝3 B．x＝2，y＝3 C．x＝3，y＝1 D．x＝3，y＝2
3、下面說法中正確的是（　�。�
A． （釷）經(jīng)過一系列的α和β衰變，成為 ，鉛核比釷核少12個中子
Ｂ．β衰變的實(shí)質(zhì)是核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子
Ｃ．γ射線是波長很短的電磁波，它的貫穿能力很大
Ｄ．利用γ射線的電離作用，可檢查金屬內(nèi)部有無砂眼或裂紋
4、（吉林省長白縣2010屆高三質(zhì)量檢測）（1）寫出下列兩個核反應(yīng)的反應(yīng)方程
Al(鋁核)俘獲一個α粒子后放出一個中子.__________________________
α粒子轟擊 N (氮核)放出一個質(zhì)子._____________________ _____


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