第十七章原子核.doc

江安中学14届高三物理组 教学活动单第十九章 原子核活动一：原子核的组成1天然放射现象(1)1896年，法国物理学家贝可勒尔发现，铀和含铀矿物都能发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素。(2)玛丽居里和她的丈夫皮埃尔居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)、镭(Ra)。放射性元素自发地发出射线的现象。原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线。2三种射线的本质及特征（1）射线：它是高速氦核流，速度约为光速的，穿透能力较差（用纸能挡住），电离作用比较强。（2）射线：它是高速电子流，速度可达光速的99%，穿透能力较强（穿透几毫米的铝板），电离作用较弱。（3）射线：它是能量很高的电磁波，穿透能力很强（穿透几厘米的铅板及几十厘米厚的混凝土），电离作用很弱。3原子核的组成（1）质子和中子的发现 （2）原子核的组成原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。（3）原子核的符号 核电荷数质子数(Z)元素的原子序数核外电子数。质量数(A)核子数质子数中子数。（4）同位素：例如，氢有三种同位素11H、12H、13H。活动二：原子核的衰变 半衰期1原子核的衰变（1）衰变的类型一种是衰变，另一种是衰变，而射线是伴随衰变或衰变产生的。（2）衰变方程衰变： 92238U 90234Th24He 衰变： 90234Th 91234Pa1_0e（3）衰变规律：电荷数守恒、质量数守恒。（4）衰变和衰变的实质衰变：201n211H24He衰变：01n11H10e放射性的原子核在发生衰变、衰变时，蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以光子的形式辐射出来。2半衰期（2）定义：大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。（2）决定因素放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。不同的放射性元素，半衰期不同。（3）适用条件半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核。活动三：放射性同位素 放射性的应用与防护1核反应（1）定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。（2）原子核的人工转变人类第一次实现的原子核的人工转变： 714N24He_817O11H查德威克发现中子的核反应：49Be24He 612C01n（3）遵循原则：质量数守恒，电荷数守恒。2人工放射性同位素（1）人工放射性同位素的发现1934年约里奥居里夫妇发现经过粒子轰击的铝片中含有放射性磷1530P。发现磷同位素的方程：24He1327Al1530P01n ； 1530P1430Si10e（2）人工放射性同位素相比天然放射性同位素的优势：放射强度容易控制。可制成各种所需的形状。半衰期短，废料易处理。3人工放射性同位素的应用(1)应用它的射线。利用射线的贯穿本领：在医疗上，常用以控制病变组织的扩大。利用射线培育优良品种、延长保质期利用射线的电离作用：(2)作示踪原子。在农业生产中，探测农作物在不同的季节对元素的需求。在工业上，检查输油管道上的漏油位置。在生物医疗上，可以检查人体对某元素的吸收情况，也可以帮助确定肿瘤的部位和范围。4辐射与安全人类从来就生活在有放射性的环境之中，过量的射线对人体组织有破坏作用。要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。5人工转变核反应与衰变的比较原子核的人工转变，是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理化学条件的影响。活动四：核力与结合能 质量亏损1核力(1)定义：原子核内相邻核子之间的相互作用力。(2)特点：核力是强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多。核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内。在大于0.81015 m小于1.51015 m的范围内表现为吸引力，在小于0.81015 m时表现为斥力。核力的饱和性：每个核子只跟邻近的核子发生核力作用。2四种基本相互作用2原子核中质子与中子的比例（1）较轻原子核：质子数和中子数大致相等。（2）较重原子核：中子数大于质子数，越重的原子核两者相差越多。3结合能（1）结合能原子核是核子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能。（2）比结合能原子核的结合能与核子数之比称做比结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，中等大小的核的比结合能最大、最稳定。原子核的比结合能曲线不同原子核的比结合能随质量数（核子数）变化图线如图所示。4质量亏损(1)爱因斯坦质能方程Emc2。(2) 根据爱因斯坦质能方程Emc2计算核能。其中m的单位是千克，E的单位是焦耳。(3)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。(4) 利用原子质量单位u和电子伏特计算：1 u相当于931 MeV活动五：裂变反应 聚变反应 链式反应1裂变反应（1）定义：重核分裂为质量较小的核，释放出核能的反应。（2）铀核裂变用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是 92235U01n 56144Ba3689Kr301n。（3）链式反应当一个中子引起一个铀核裂变后，裂变释放的中子再引起其他轴核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应。（4）链式反应的条件发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的质量大于临界质量。2核电站（1）定义核电站是利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成：燃料：铀棒。慢化剂：使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收，采用石墨、重水或普通水（轻水）作慢化剂；控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法减少中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子的特性，就可以容易地控制链式反应的速度。（2）工作原理：核燃料裂变释放能量，使反应区温度升高。（3）能量输出利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电。（4）核污染的处理为避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线。核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。3核聚变（1）定义：两个轻核结合成质量较大的核的反应。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。（2）核反应举例：12H13H24He01n17.6 MeV（3）实例分析：核武器：氢弹，由普通炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。宇宙天体：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。4受控热核反应（1）聚变与裂变相比有很多优点：轻核聚变产能效率高；地球上聚变燃料的储量丰富；轻核聚变更为安全、清洁。（2）约束核聚变材料的方法：磁约束和惯性约束。选修3-5第4页共4页2013-12-24