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(共35张PPT)
1.原子核的组成
自主落实·必备知识全过关
合作探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
素养目标
1.知道天然放射现象及三种射线的本质，了解核子、同位素的基本观念，知道原子核的组成．(物理观念)
2．根据三种射线的本质，能够利用磁场、电场区分它们，理解原子核的构成，并能分析、解决相关问题，提高解题能力．(科学思维)
3．通过利用磁场探究三种射线的本质，以及用α粒子轰击原子核发现核子，体验科学探究的过程，提高观察与实验能力．(科学探究)
自主落实·必备知识全过关
一、天然放射现象及射线的本质
1．天然放射现象
(1)1896年，法国物理学家________发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线．
(2)放射性：物质发出________的性质．

(3)放射性元素：具有放射性的元素．与它以单质还是化合物的形式存在无关
(4)原子序数大于____的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于____的元素，有的也能发出射线．
(5)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______________．
贝克勒尔
射线
83
83
钋(Po)和镭(Ra)
2．三种射线
(1)α射线：是α粒子流．其组成与________相同．速度可达到光速的，其电离能力强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用______就能把它挡住．
(2)β射线：是电子流，速度可以接近光速．它的________作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的________．
不是原子核外的电子
(3)γ射线：呈电中性，是一种________，波长很短，在10－10 m以下，它的________作用更弱，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的______和几十厘米厚的混凝土．
氦原子核
一张纸
电离
铝板
电磁波
电离
铅板
二、原子核的组成
1．质子的发现(如图所示)
氢原子核
质子
质子
2．中子的发现(如图所示)
中子
中子
原子核
3．原子核的组成
由______和______组成，它们统称为________．
4．原子核的符号
质子
中子
核子
质子数
质子数
5．同位素 同位素的化学性质相同，物理性质一般不同
核中________相同而________不同的______，在元素周期表中处于________，它们互称同位素．例如，氢有三种同位素分别为、、.
质子数
中子数
原子
同一位置
情 境 体 验
氧元素主要有两种同位素：、.
这两种同位素中哪一种粒子数是不相同的？它们的化学性质是否相同？
提示：中子数不同；化学性质相同．
合作探究·能力素养全提升
探究一　天然放射现象
核心归纳
1.三种射线的比较：
种类 α射线 β射线 γ射线
组成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波)
带电荷量 2e －e 0
质量 4mp(mp＝1.67 ×10－27 kg) 静止质量为零
速度 0.1 c 0.9 c c
贯穿本领 最弱，用 纸能挡住 较强，能穿透几 毫米厚的铝板 最强，能穿透几
厘米厚的铅板
对空气的 电离作用 很强 较弱 很弱
注意：虽然三种射线本质不同，但它们都可以使胶片感光，或使荧光屏发出荧光，进而显示出射线照射的位置．
2．元素的放射性：
放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关．因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着一定结构．
应用体验
题型1　三种射线在磁场和电场中的运动轨迹
例 1 (多选)将α、β和γ三种射线分别垂直射入匀强磁场和匀强电场，假设α粒子与β粒子速度相同，则下列表示射线偏转情况的图像中正确的是(　　)
答案：AD
解析：α射线为高速氦核流，带正电；β射线为高速电子流，带负电；γ射线为能量很高的电磁波，不带电．根据左手定则判断正、负电荷在磁场中受到的洛伦兹力方向，可知A、B两图中α射线和β射线的偏转方向均正确，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其轨迹半径r＝，由于两粒子速度相同，氦核的比荷小于电子的比荷，所以氦核运动的轨迹半径大于电子运动的轨迹半径，故A正确，B错误；根据带电粒子在电场中的受力分析，可知C、D两图中的射线偏转方向均正确，带电粒子垂直射入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向的位移为x，沿电场线方向的位移为y，则有x＝v0t，y＝·t2，解得y＝，在x相同的情况下，由于电子质量小于氦核质量，所以β射线沿电场线偏转的距离大于α射线偏转的距离，故C错误，D正确．
题型2　三种射线的特点及其应用
例 2 (多选)近几年，我国北京、上海、广州等地引进了多台γ刀，治疗患者数以万计，效果极好，成为目前治疗脑肿瘤的最佳仪器．令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半个小时内完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”，据报道，我国自主研发的旋式γ刀性能更好．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用(　　)
A．γ射线具有很强的穿透本领
B．γ射线具有很强的电离作用
C．γ射线具有很高的能量
D．γ射线能很容易地绕过阻碍物到达目的地
答案：AC
解析：γ射线是能量很高的电磁波，γ射线不带电，所以电离作用很弱，波长很短，不易发生衍射，即不会很容易地绕过阻碍物，但穿透物质的本领极强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土．A、C正确．
针对训练
1．天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知(　　)
A．②来自原子核外的电子
B．①的电离作用最强，是一种电磁波
C．③的电离作用较强，是一种电磁波
D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子
答案：D
解析：因为γ射线的穿透本领最强，α射线的穿透本领最弱，由图可知①为α射线，②为β射线，③为γ射线；β射线是原子核内的中子转变为质子时放出的电子，选项A错误；α射线电离作用最强，但它不是电磁波，选项B错误；γ射线的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子，是一种电磁波，选项C错误，D正确．
探究二　原子核的组成
核心归纳
1.对核子数、电荷数和质量数的理解
(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，质子数和中子数之和叫核子数．
(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数．
(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫作原子核的质量数．
2．同位素
原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同．把具有相同质子数、不同中子数的原子核组成的元素互称为同位素．
特别提醒
(1)β射线是原子核变化时产生的，电子并不是原子核的组成部分．
(2)同位素的化学性质相同，但物理性质不同．
应用体验
例 3 (多选)已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226.下列选项中正确的是(　　)
A．镭核中有88个质子，138个中子
B．镭核所带的电荷量是138e
C．若镭原子呈电中性，它核外有88个电子
88Ra是镭的一种同位素和以相同速度垂直射入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，它们运动的轨迹半径相同
答案：AC
解析：镭核的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138，故A正确；镭核所带的电荷量Q＝Ze＝88e，故B错误；呈电中性的原子，核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88，故C正确；带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时洛伦兹力提供向心力，由Bqv＝m可得r＝，两种粒子的核电荷数相同，但质量数不同，故它们运动的轨迹半径不同，故D错误．
针对训练
2.(多选)氢有三种同位素，分别是氕)、氘)、氚)，则下列说法中正确的是(　　)
A．它们的质子数相等
B．它们的核外电子数相等
C．它们的核子数相等
D．它们的化学性质相同
答案：ABD
解析：氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都是1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，A、B正确，C错误；同位素化学性质相同，只是物理性质不同，D正确．
学以致用·随堂检测全达标
1．原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，以下说法中正确的是(　　)
A．原子核中有质子、中子、还有α粒子
B．原子核中有质子、中子，还有β粒子
C．原子核中有质子、中子，还有γ光子
D．原子核中只有质子和中子
答案：D
解析：在放射性元素的原子核中2个质子和2个中子结合得比较紧密，有时作为一个整体放出，这就是α粒子的来源，说到底它仍是由质子和中子组成的，不能据此认为它是原子核的组成部分．原子核里是没有电子的，但中子可以转化为质子，并向核外释放一个β粒子．原子核发生衰变后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ光子的形式辐射出来，形成γ射线，故原子核里也没有γ光子．
2．(多选)在贝可勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入研究，发现在天然放射现象中共放出了三种射线，图为这种射线贯穿物体情况的示意图，①、②、③各代表一种射线，以下说法正确的是(　　)
A．射线①的电离能力最弱
B．射线②为高速的质子流
C．射线③可以用来检查金属内部有无砂眼和裂纹
D．射线③是一种高能的电磁波
答案：CD
解析：射线①用手可以挡住，说明穿透能力最弱，是α射线，α射线电离能力最强，选项A错误；射线②是高速电子流；射线③是γ射线，γ射线是一种高能的电磁波，选项B错误，D正确；射线③是γ射线，穿透能力最强，可以用来检查金属内部有无砂眼和裂纹，选项C正确．
3．如图所示，某种元素的不同同位素的原子核内的中子数N与原子核质量数A的关系是(　　)
答案：C
解析：同一元素的不同同位素的原子核内质子数是一定的，只是中子数不同，设质子数为Q，则N＋Q＝A，故N＝A－Q，Q是定值，故选C.
4.如图所示，天然放射性元素放出的α、β、γ三种射线同时射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直，进入场区后发现β射线和γ射线都沿直线前进，则α射线(　　)
A．向右偏 B．向左偏
C．直线前进 D．无法判断
答案：A
解析：γ射线不带电，在电磁场中不偏转，β射线不偏转是因为β射线中的粒子所受电场力与洛伦兹力等大反向，即Eq＝ Bqv，可得v＝，而α射线的速度比β射线的小，因此α射线受到向右的电场力大于向左的洛伦兹力，故α射线向右偏，A正确．
5．如图所示是用来监测在核电站工作的人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到了何种辐射．当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，工作人员受到辐射的射线可能是(　　)
A．α射线和β射线
B．α射线和γ射线
C．β射线和γ射线
D．α射线、β射线和γ射线
答案：A
解析：α射线的贯穿本领弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住；β射线的贯穿本领较强，能穿透黑纸和几毫米厚的铝板；γ射线的贯穿本领更强，能穿透几厘米厚的铅板．由于本题中射线穿透1 mm和3 mm的铝片，但不能穿透铅片，故一定不含γ射线，但一定含有β射线，可能含有α射线，选项A正确．(共57张PPT)
2.放射性元素的衰变
自主落实·必备知识全过关
合作探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
素养目标
1.知道衰变、半衰期并掌握原子核衰变的规律．了解核反应及放射性同位素应用的基本观念和实验证据．(物理观念)
2．理解原子核的衰变规律及半衰期的计算方法．掌握核反应方程的写法与放射性同位素的应用，培养分析、推理能力．(科学思维)
3．了解放射性同位素带来的辐射与安全问题．(科学态度与责任)
自主落实·必备知识全过关
一、原子核的衰变
1．定义
原子核自发地放出________或________，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种________．我们把这种变化称为原子核的衰变．
没有外界影响
2．衰变分类
(1)α衰变：放出α粒子的衰变．
(2)β衰变：放出β粒子的衰变．
α粒子
β粒子
原子核
3．衰变过程
＋________．
＋________．
4．衰变规律
(1)原子核衰变时________和________都守恒．
(2)任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既发生α衰变又发生β衰变，而γ射线经常伴随α射线和β射线产生．
电荷数
质量数
二、半衰期
1．定义
放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间．
只对大量原子核有意义，对少数原子核没有意义
2．决定因素
放射性元素衰变的快慢是由____________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．
3．应用
利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间．
半数
核内部自身
三、核反应
1．人工核转变：.
2．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生_________或发生状态变化的过程．
人工控制原子核的变化
3．特点：在核反应中，________守恒、________守恒．
跟衰变一样都遵循两守恒
新原子核
质量数
电荷数
四、放射性同位素的应用与安全
1．放射性同位素：很多元素都存在一些具有________的同位素，它们被称为放射性同位素．半衰期短，放射强度容易控制，使用更广泛
2．放射性同位素的应用
一是利用射线，二是用作示踪原子
(1)射线测厚仪．
(2)放射治疗．
(3)培优、保鲜．
(4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有________化学性质，用放射性同位素代替非放射性的同位素后，可以探测出原子到达的位置．
放射性
相同的
3．辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织____________．要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染．
有破坏作用
走 进 科 学
我们通常听到关于考古的报道，都会在新闻信息里重重地加上一句，这是某朝代的文物、几万年前的人类遗迹、侏罗纪的化石等，可见考古学家对年代推断是非常有信心的，考古学家是怎样确定古迹年代的？
提示：根据古迹中物体所含碳14的含量及其半衰期确定的．
合作探究·能力素养全提升
探究一　原子核的衰变规律与衰变方程
情境探究
下图为α衰变、β衰变示意图．
(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？为什么？
(2)当发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？
提示：(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数各减少2个．因为α粒子是原子核内2个质子和2个中子结合在一起发射出来的．
(2)当原子核发生β衰变时，新核的核电荷数相对于原来增加了1个．新核在元素周期表中的位置向后移动了1个位次．
核心归纳
1.衰变实质：
(1)α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子，并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，产生α衰变．转化方程为He.
(2)β衰变：原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子放射出来．转化方程为
2．衰变规律：
原子核发生衰变时，遵循三个守恒定律：
(1)衰变前后的电荷数守恒．
(2)衰变前后的质量数守恒．
(3)衰变前后的动量守恒．
3．衰变方程通式：
(1)α衰变：He.
(2)β衰变：.
应用体验
例 1 (多选)天然放射性元素(钍)经过一系列的α衰变和β衰变之后，变成 (铅)．下列说法正确的是(　　)
A．衰变过程共发生了6次α衰变和4次β衰变
B．铅核比钍核少8个质子
C．β衰变放出的电子来源于原子核外电子
D．钍核比铅核多24个中子
答案：AB
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可知，α衰变的次数m＝＝6，所以发生了6次α衰变，β衰变次数n＝2×6－(90－82)＝4，所以发生了4次β衰变，A正确；铅核有82个质子，钍核有90个质子，所以铅核比钍核少8个质子，B正确；β衰变是原子核中的中子变成质子而放出的电子，不是原子核外电子，C错误；钍核的中子数是232－90＝142，铅核的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多142－126＝16个中子，D错误．
规律方法
确定原子核衰变次数的方法
(1)方法一：设放射性元素经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素，则衰变方程为
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m
以上两式联立解得n＝，m＝＋Z′－Z
(2)方法二：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．

针对训练
1．下列表示放射性元素碘 )发生β衰变的方程是(　　)
答案：B
解析：β衰变必然放射出电子，即，故选B.
2．由于放射性元素的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现．已知经过一系列α衰变和β衰变后变成，下列说法正确的是(　　)
的原子核比的原子核少28个中子
B．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
C.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变
D.衰变前比衰变后所有物质的质量数少
答案：B
解析：与的中子数分别为237－93＝144、209－83＝126，故中子数之差为144－126＝18，即的原子核比的原子核少18个中子，A错误.衰变成的衰变方程为，式中x、y分别为α衰变和β衰变的次数，由质量数守恒和电荷数守恒得4x＋209＝237，2x－y＋83＝93，解得x＝7，y＝4，即衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变，B正确，C错误．根据衰变规律可知，反应前后质量数守恒，D错误．
探究二　半衰期的理解与应用
核心归纳
1.对半衰期的理解
半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同元素半衰期不同，有的差别很大．
2．公式
N余＝N原　m余＝m原m
式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子核数或质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数或质量，t表示衰变时间，T表示半衰期．
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，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核．
4．应用
利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变过程、推断时间等．
应用体验
例 2 关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是(　　)
A．原子核全部衰变所需时间的一半
B．原子核有半数发生衰变所需的时间
C．原子质量数减少一半所需的时间
D．原子质量减少一半所需的时间
答案：B
解析：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期，它与原子核全部衰变所需时间的一半不同，放射性元素发生衰变后变成一种新的原子核．发生不同的衰变，其质量数减少的规律不同，原子核衰变时，原来的放射性元素的原子核个数不断减少，那么放射性元素的原子核的质量也不断减小．综上所述可知，B正确．
例 3 [2022·全国甲卷]两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t＝0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t＝2t0时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在t＝4t0时刻，尚未衰变的原子核总数为(　　)
A．　　　B． C．　　　D．
答案：C
解析：设两种放射性元素的原子核原来总数分别为N1和N2，则N＝N1＋N2，因为N余＝·N原，所以t＝2t0时刻，＝N1＋N2，联立解得N1＝N，N2＝N，故t＝4t0时刻＝，C项正确．
针对训练
3.[2022·山东卷]碘125衰变时产生γ射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病．碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的(　　)
A．　　　B． C．　　　D．
答案：B
解析：设刚植入时碘的质量为m0，经过180天后的质量为m，根据m＝，
代入数据解得m＝＝m0()3＝m0，B正确．
4．现在很多心血管专科医院都引进了一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术，方法是将若干毫升含放射性元素锝的注射液注入被检测者的动脉，经过40分钟后，这些含放射性物质的注射液通过血液循环均匀地分布在血液中，这时对被检测者的心脏进行造影．心脏血管正常的位置由于有放射性物质随血液到达而显示有射线射出；心脏血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达，将无射线射出，医生根据显像情况就可以判定被检测者心血管有无病变，并判断病变位置．你认为检测用的放射性元素锝的半衰期应该最接近下列数据中的(　　)
A．10分钟 B．10小时
C．10个月 D．10年
答案：B
解析：如果半衰期太短，首先在放射期内，由于放射性物质的注射液尚未均匀地分布在血液中而无法完成检测工作，其次可能因放射强度较大而对人体造成伤害．如果半衰期太长，放射性物质长期残留在人体内也会对人体造成伤害．对比四个选项中的时间，10小时最适宜，B符合题意．
探究三　核反应
核心归纳
1.原子核的人工转变
(1)条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变．
(2)实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与原子核碰撞，将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使原子核发生了转变．
(3)规律：反应前、后电荷数守恒、质量数守恒．
2．三个重要原子核的人工转变方程
(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程：
+.
(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：
.
(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素并探测到正电子的核反应方程：
；
注意：原子核的人工转变必须要有一定的装置和条件，不会自发产生．
3．人工转变核反应与衰变的比较
(1)不同点：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，它不受物理和化学条件的影响．
(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒．

应用体验
例 4 [2022·湖北卷]上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即.根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在．下列说法正确的是(　　)
A．原子核X是
B．核反应前后的总质子数不变
C．核反应前后总质量数不同
D．中微子νe的电荷量与电子的相同
答案：A
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒有X的质量数为7，电荷数为3，可知原子核X是，A正确、C错误；由选项A可知，原子核X是，则核反应方程为，则反应前的总质子数为4，反应后的总质子数为3，B错误；中微子不带电，则中微子νe的电荷量与电子的不相同，D错误．
针对训练
5.(多选)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有(　　)
答案：BD
解析：由质量数守恒及电荷数守恒知，X1的质量数为2＋2－1＝3，电荷数为1＋1＝2；X2的质量数为2＋3－1＝4，电荷数为1＋1＝2；X3的质量数为×(235＋1－144－89)＝1，电荷数为×(92－56－36)＝0；X4的质量数为1＋6－3＝4，电荷数为3－1＝2，则X1、X2、X3、X4分别为、、、，代表α粒子)的有X2、X4，B、D正确，A、C错误．
6．(多选)1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为.X会衰变成原子核Y，衰变方程为e.则(　　)
A．X的质量数与Y的质量数相等
B．X的电荷数比Y的电荷数少1
C．X的电荷数比的电荷数多2
D．X的质量数与的质量数相等
答案：AC
解析：设X的质量数为A、电荷数为B，Y的质量数为C、电荷数为D，根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知4＋27 ＝1＋A，2＋13＝0＋B，A＝C＋0，B＝D＋1，解得A＝C＝30，B＝15，D＝14，所以X的质量数等于Y的质量数，X的电荷数比Y的电荷数多1，X的电荷数比的电荷数多2，X的质量数比的质量数多3，故A、C正确，B、D错误．
探究四　放射性同位素及其应用
核心归纳
1.放射性同位素
具有放射性的同位素，叫作放射性同位素．有天然存在的和人工放射性同位素两类．
2．放射性同位素的应用
(1)利用放射性同位素放出的射线
①探伤：射线穿透金属部件时，如果遇到砂眼、裂痕等伤痕，接收到的射线将与正常处不同，因此可利用放射性同位素放出射线探伤．
②测厚：射线穿透某些物质的能力与物质的厚度、密度有关，因此可用射线来检查某些产品的厚度，技术上可用作自动控制．
③利用射线电离作用，可以使空气电离，除去纺织车间的静电，或制成报警器．
辐照：利用射线照射，可以杀死癌细胞，用以治病；用射线照射植物，引起植物变异，用以育种等．
(2)作示踪原子
由于放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质，如果在某种元素里掺进一些放射性同位素，那么元素无论走到哪里，它的放射性同位素也经过同样的过程．而放射性同位素不断地放出射线，再用仪器探测这些射线，即可知道元素的行踪，这种用途的放射性同位素叫作示踪原子．
3．人工放射性同位素的优点
(1)天然放射性元素不过40多种，但人工放射性同位素已达3 000多种，目前每种元素都有了自己的放射性同位素．
(2)和天然放射性物质相比，人工放射性同位素的放射强度容易控制，还可以制成各种所需的不同形状，特别是它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此放射性废料容易处理．由于这些优点，所以在生产和科研中凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物质．
应用体验
例 5 下列应用中，属于将放射性同位素作为示踪原子的是(　　)
A．γ射线探伤仪
B．利用60Co治疗肿瘤等疾病
C．检测古生物体中14C与非放射性碳的含量比，以确定该生物的死亡年代
D．把含有放射性同位素的肥料施给农作物，用以检测确定农作物吸收养分的规律
答案：D
解析：γ射线探伤仪是利用γ射线的穿透能力，故A错误；利用60Co治疗肿瘤等疾病是利用它放出的γ射线，故B错误；检测古生物体中14C与非放射性碳的含量比，以确定该生物的死亡年代，是利用它的半衰期进行计算，故C错误；把含有放射性同位素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性同位素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律是示踪原子的应用，故D正确．
针对训练
7.[2021·河北卷]银河系中存在大量的铝同位素26Al.26Al核β＋衰变的衰变方程为，测得26Al核的半衰期为72万年．下列说法正确的是(　　)
A．26Al核的质量等于26Mg核的质量
B．26Al核的中子数大于26Mg核的中子数
C．将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变
D．银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg
答案：C
解析：26Al发生衰变的过程中释放正电子的同时还有核能释放，发生质量亏损，所以26Al核的质量大于26Mg核的质量，故A错误；26Al核的中子数n1＝26－13＝13，而26Mg核的中子数n2＝26－12＝14，所以26Al核的中子数小于26Mg核的中子数，故B错误；半衰期是原子核固有的属性，与物理环境和化学状态无关，故C正确；铝同位素26Al的半衰期为72万年，所以经过144万年也就是两个半衰期后还剩下没有衰变，故D错误．
学以致用·随堂检测全达标
衰变为过程中释放出某种粒子流，该粒子流(　　)
A．没有质量
B．速度与光速相同
C．能够穿透1 cm厚的铅板
D．与阴极射线电性相同
答案：D
解析：衰变为过程中，根据质量数和电荷数守恒可知，放出的粒子流为β射线，即电子流．电子有质量，故A错误；β射线的速度小于光速，故B错误；β射线不能够穿透1 cm厚的铅板，故C错误；β射线是电子流，与阴极射线电性相同，故D正确．
2．在核反应方程式O＋Z中(　　)
A．X是质子，Y是中子，Z是正电子
B．X是正电子，Y是中子，Z是质子
C．X是正电子，Y是质子，Z是中子
D．X是中子，Y是正电子，Z是质子
答案：B
解析：根据核反应中质量数和电荷数守恒可知：X的质量数为0，电荷数为1，则X为正电子；Y的质量数为1，电荷数为0，则Y为中子；Z的质量数为1，电荷数为1，则Z为质子，B正确．
3．[2021·湖南卷]核废料具有很强的放射性，需要妥善处理．下列说法正确的是(　　)
A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽
B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒
C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期
D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害
答案：D
解析：根据半衰期的定义可知，放射性元素经过两个完整的半衰期后，还剩原来的未衰变，A错误；原子核衰变时电荷数和质量数都守恒，B错误；放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，因此改变压力、温度或浓度，放射性元素的半衰期不变，C错误；过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，若辐射强度在安全剂量内则不会对人体组织造成伤害，D正确．
4．天然放射性元素经过一系列α衰变和β衰变后，变成.下列判断中正确的是(　　)
A．U(铀)元素发生α衰变的半衰期随温度升高而变短
B．共发生了4次α衰变和2次β衰变
C．α射线比β射线的穿透能力强，但电离作用比较弱
D．β粒子来源于原子的核外内层电子，β射线是高速的电子流
答案：B
解析：半衰期是由核内部自身的因素决定的，与原子所处的外部条件(如压强、温度等)无关，A错误；第一步计算α衰变的次数，m＝×(238—222)＝4，第二步计算β衰变的次数，n＝2×4－(92—86)＝2，B正确；三种射线中穿透能力强弱关系为γ>β>α；电离作用强弱关系为α>β>γ，C错误；β射线是高速电子流，β粒子来自原子核内部，D错误．
5．医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线，而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的．对于质量为m0的113Sn，经过时间t后剩余的113Sn质量为m，其-t图线如图所示．从图中可以得到113Sn的半衰期为(　　)
A．67.3 d B．101.0 d
C．115.1 d D．124.9 d
答案：C
解析：原子核衰变剩余质量为m＝，变形得＝，由题图知＝＝，由以上两式解得T＝115.1 d，C正确，A、B、D错误．
6．[2022·浙江6月](多选)秦山核电站生产的核反应方程为的衰变方程为下列说法正确的是(　　)
A．X是
C可以用作示踪原子
e来自原子核外
D．经过一个半衰期，10个将剩下5个
答案：AB
解析：根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知X为质子，A正确；由于具有放射性，且C是构成生物体的主要元素之一，所以可以用作示踪原子，B正确；β衰变放出的电子来自原子核，C错误；由于半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核不适用，所以经过一个半衰期，10个不一定剩下5个，D错误．(共38张PPT)
3.核力与结合能
自主落实·必备知识全过关
合作探究·能力素养全提升
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素养目标
1.知道四种基本相互作用与核力的特点，了解结合能、比结合能和质量亏损的基本观念和相关实验．(物理观念)
2．理解核力是短程力，掌握比结合能和质量亏损，能用质能方程进行计算，提高分析、解决问题的能力．(科学思维)
自主落实·必备知识全过关
一、核力与四种基本相互作用
1．强相互作用
(1)定义：原子核中的核子之间存在一种______的相互作用，即存在一种________，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，这种作用称为___________．
(2)特点
①核力是强相互作用的一种表现，在原子核内，核力比库仑力大得多．
②是短程力，作用范围只有约________．
每个核子只跟相邻的核子发生作用
很强
核力
强相互作用
10－15m
2．弱相互作用
(1)定义：在某些放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用．
引起原子核β衰变的原因
(2)是短程力，作用范围只有________．
10－18m
3．四种基本相互作用
二、结合能与质量亏损
1．结合能
原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要________，这就是原子核的结合能．
核子分开吸收的能量，核子结合放出的能量
2．比结合能
原子核的结合能与________之比，叫作比结合能，也叫作________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________．
能量
核子数
平均
稳定
3．质能方程
物体的能量与它的质量的关系是E＝________．
4．质量亏损
只有在核反应中才发生
原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象．
mc2
情 境 体 验
β衰变时，原子核中会生成一个电子，并将其以极高的速度抛出．
电子与原子核间为库仑引力，那么是哪种力将电子抛出的呢？
提示：弱相互作用．
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探究一　核力与四种基本相互作用
核心归纳
1.四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用
(1)引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”．是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状．万有引力是长程力．
(2)电磁相互作用：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体．
(3)强相互作用：在原子核内，强相互作用将核子束缚在一起，是短程力．
(4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因．弱相互作用也是短程力，其力程比强相互作用更短，作用强度则比电磁力小．
2．核力的性质
(1)核力是四种相互作用中的强相互作用的一种表现．
(2)核力是短程力．约在10－15m的范围内起作用，距离大于10－15m时为引力，距离小于10－15m时为斥力．
(3)核力具有饱和性．核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用．
(4)核力具有电荷无关性．核力与核子带不带电、带正电还是带负电无关．
应用体验
例 1 核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为(　　)
A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力
B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力
C．核子间存在着强大的核力
D．核子间存在着复杂的磁力
答案：C
解析：核子之间存在核力作用，核子结合成原子核或原子核分解为核子时，核子间的相互作用力做功，故伴随着巨大的能量变化，C正确．
针对训练
1.(多选)关于原子内的相互作用力，下列说法正确的是(　　)
A．原子核与电子之间的作用力主要是电磁力
B．中子和质子间的作用力主要是核力
C．质子与质子间的核力，在2.0×10－15m的距离内远大于它们相互间的库仑力
D．原子核与电子之间的万有引力大于它们之间的电磁力
答案：AB
解析：A对：原子核与电子之间的作用力主要是电磁力．B对：中子和质子间的作用力主要是核力．C错：核力与万有引力、电磁力的性质不同，核力是短程力，作用范围在10－15m之内．D错：原子核与电子之间的万有引力小于它们之间的电磁力．
2．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是(　　)
A．核力、万有引力、库仑力
B．万有引力、库仑力、核力
C．库仑力、核力、万有引力
D．核力、库仑力、万有引力

答案：D
解析：核力是强相互作用力，氦原子核内的2个质子是靠核力结合在一起的，可见核力远大于质子间的库仑力；质子质量非常小，它们之间的万有引力小于库仑力．
探究二　结合能
核心归纳
1.结合能与比结合能：结合能是原子核拆解成核子时吸收的能量，而比结合能是原子核拆解成核子时平均每个核子吸收的能量．
2．比结合能曲线：不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示．
从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小．
3．比结合能与原子核稳定的关系：
(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定．
(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小．表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定．
(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能．例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能．
应用体验
例 2 [2021·广东湛江高二下期末](多选)原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有(　　)
He核的结合能约为14 MeV
He核比核更稳定
C．两个核结合成核时释放能量
核中核子的平均结合能比核
中的大
答案：BC
解析：由图知核的比结合能约为7 MeV，所以结合能约为4×7 MeV＝28 MeV，故A错误；核比核的比结合能大，所以核比核更稳定，故B正确；两个核结合成核时，即由比结合能小的反应生成比结合能大的并释放能量，故C正确；由图知核中核子的平均结合能比核中的小，故D错误．
针对训练
3.(多选)下列关于结合能和比结合能的说法中正确的有(　　)
A．结合能是核子结合成原子核时放出的能量
B．结合能是原子核拆解成核子时所需要的最小的能量
C．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
D．重核与中等大小的原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
答案：AB
解析：结合能是核子结合成原子核时放出的能量，也是原子核拆解成核子时所需要的最小的能量，A、B正确；比结合能越大，原子核越稳定，但比结合能大的原子核，其结合能不一定大，例如中等大小的原子核的比结合能比重核的大，但由于其核子数比重核的少，所以其结合能比重核的小，C、D错误．
探究三　质量亏损与核能的计算
核心归纳
1.对质量亏损的理解
(1)质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成新核的过程中以能量的形式辐射出去了．反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给．
(2)质量亏损不是否定了质量守恒定律．根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立．
(3)质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出来．
(4)质量亏损是核反应前与核反应后的质量之差．
2．对质能方程E＝mc2的理解
(1)质量、能量是物质的两种属性，它们之间不能相互转变．
(2)质能方程建立了质量和能量之间的数量关系，即物体的总能量与其质量成正比．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2.
3．核能的计算方法
(1)根据质量亏损计算
①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm.
②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳．
(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算
根据1 u≈931.5 MeV的能量，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.其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.
4．判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法
(1)根据反应前后质量的变化情况进行判断，若质量减少即发生了亏损，则释放能量；若质量增加，则吸收能量．
(2)根据能量守恒判断，若不吸收光子而其他形式的能量(如动能)增加则放出能量．
应用体验
题型3　对质量亏损和质能方程的理解
例 3 下列说法中正确的是(　　)
A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化
B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度
C．核反应中发生的“质量亏损”是消失的质量转变为能量
D．因为在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒
答案：B
解析：E＝mc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，但并不说明能量和质量之间可以相互转化，故A错误，B正确；核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C错误；在核反应中，质量守恒，能量也守恒，只是在核反应前后能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质的一部分质量由静质量变成动质量，故D错误．
题型2　核能的计算
例 4 用质子轰击锂核，生成2个α粒子，已知质子的初动能是E1＝0.6 MeV，质子、α粒子和锂核的质量分别为mH＝1.007 3 u，mα＝4.001 5 u，mLi＝7.016 0 u，试回答：
(1)写出核反应方程．
(2)核反应前后发生的质量亏损？
(3)核反应中释放的能量为多少？
(4)若核反应释放的能量全部用来增加两个α粒子的总动能，则求核反应后两个α粒子具有 的总动能．
解析：(1)根据质量数守恒、电荷数守恒得
He.
(2)质量亏损：
Δm＝mLi＋mH－2mα＝7.016 0 u＋1.007 3 u－2×4.001 5 u＝0.020 3 u.
(3)由爱因斯坦质能方程得
ΔE＝Δmc2＝0.020 3×931.5 MeV＝18.909 45 MeV.
(4)根据题意得Ek＝E1＋ΔE＝0.6 MeV＋18.909 45 MeV＝19.509 45 MeV.
答案：He　(2)0.020 3 u　
(3)18.909 45 MeV　(4)19.509 45 MeV
针对训练
4.钚的放射性同位素衰变为铀核和X粒子．已知、和X粒子的质量分别为mPu＝239.052 1 u、mU＝235.043 9 u和mX＝4.002 6 u，1 u相当于931.5 MeV的能量．则下列说法正确的是(　　)
A．X粒子是α粒子，该核反应释放的核能约为5.22 MeV
B．X粒子是β粒子，该核反应释放的核能约为5.22 MeV
C．X粒子是α粒子，该核反应释放的核能约为3.75 MeV
D．X粒子是β粒子，该核反应释放的核能约为3.75 MeV
答案：A
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，该核反应方程为，可知X为α粒子，即，质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα，放出的能量为ΔE＝(239.052 1－235.043 9－4.002 6)×931.5 MeV＝5.22 MeV，故A正确，B、C、D错误．
5．(多选)太阳辐射的总功率约为4×1026W，其辐射的能量来自聚变反应．在聚变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核)和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量．下列说法正确的是(　　)
A．X粒子是质子
B．X粒子的质量为939.6 MeV/c2
C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg
D．太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2
答案：BC
解析：核聚变反应的方程为，故X粒子是中子，A错误；由能量守恒定律和质能关系E＝Δmc2可得，X粒子的质量mX＝MeV/c2＝939.6 MeV/c2，故B正确；根据质能关系E＝Δmc2可知，太阳因辐射每秒损失的质量Δm＝＝kg≈4.4×109 kg，17.6 MeV/c2为一次核聚变反应损失的质量，故C正确，D错误．
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1．[2020·江苏扬州高三联考]下列关于核力与核能的说法正确的是(　　)
A．核力是强相互作用的一种表现，任意两个核子之间都存在核力作用
B．原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．核力是引起原子核β衰变的原因
D．原子核中所有核子单独存在时的质量总和等于该原子核的总质量
答案：B
解析：核力是强相互作用的一种表现，但是力的作用范围很小，只对相邻的核子有作用，A错误；原子核的稳定程度由比结合能决定，比结合能越大，越稳定，B正确；引起原子核β衰变的原因是弱相互作用，而核力是强相互作用，C错误；原子核中所有核子单独存在时的质量总和大于该原子核的总质量，因为自由核子形成原子核时要释放能量，根据质能方程，质量要发生亏损，D错误．
2．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近(　　)
A．1036 kg B．1018 kg
C．1013 kg D．109 kg

答案：D
解析：由质能方程ΔE＝Δmc2，
得Δm＝＝ kg≈4.4×109 kg，D正确．(共49张PPT)
4.核裂变与核聚变
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素养目标
1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件．(物理观念)
2．了解裂变反应堆的工作原理及核电站和核能利用的优缺点．(物理观念)
3．掌握核聚变的定义及发生条件．(物理观念)
4．会判断和书写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量．(科学思维)
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一、核裂变
1．核裂变
人工转变的一种
重核被________轰击后分裂成两个质量差不多的新核，并放出核能的过程．
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________．
依据实验事实，不能杜撰核裂变反应
中子
n
3．链式反应
由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程．
4．链式反应的条件
发生裂变物质的体积大于________，裂变物质的质量大于________．
铀块足够大，中子才有足够大的概率打中某个铀核
临界体积
临界质量
二、核电站
1．核能释放的控制
通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为________．
原子弹是不可控制的链式反应

2．慢化剂
反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有________、________和________．
　与慢化剂中的原子核碰撞减速
核反应堆
石墨
重水
普通水
3．控制棒
为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收________的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入________一些，多吸收一些________，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作________．
4．能量输出
核燃料发生________释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外________，把反应堆内的________传输出去，用于发电．
中子
深
中子
控制棒
核裂变
循环流动
热量
5．核能发电的效益
一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗______左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要烧煤________．
现在的所有核电站都是应用核裂变发电
6．核污染的处理
为避免________对人体的伤害和____________对水源、空气和工作场所造成放射性污染，在反应堆外面需要修建很厚的________，用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的________，需要装入特制的容器，________．
30 t
2.5×106t
射线
放射性物质
水泥层
放射性
深埋地下
三、核聚变
1．定义
两个轻核结合成________的核的反应．
发生质量亏损
2．条件
(1)轻核的距离要达到________以内．
(2)聚变可能通过________(几百万开尔文)来实现，因此又叫热核反应．
质量较大
10－15 m
高温
3．核反应举例
(1)目前，热核反应主要应用在核武器上，如________.
(2)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__________．
(3)典型的核聚变：一个氘核和一个氚核的聚变＋17.6 MeV
该反应平均每个核子放出的能量比裂变反应平均每个核子放出的能量大________倍．
氢弹
热核反应堆
3～4
4．聚变与裂变相比有很多优点
(1)轻核聚变产能效率________．
(2)地球上聚变燃料的储量________．
(3)轻核聚变更为____________．
5．实现核聚变的方法
(1)难点：地球上没有任何容器能够经受核聚变需要的高温．
(2)方案：科学家设想了两种方案，即________和________，________是目前性能最好的一种磁约束装置．
高
丰富
安全、清洁
磁约束
惯性约束
环流器
情 境 体 验
如图为铀核裂变示意图：
(1)铀核裂变是如何发生的？试写出一种铀核裂变的核反应方程．
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
提示：(1)当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状．核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应；
n
(2)不是，铀块体积还须大于或等于临界体积．
合作探究·能力素养全提升
探究一　核裂变的原理及应用
核心归纳
1.铀核的裂变和裂变方程
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状．
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出两或三个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能．
(3)常见的裂变方程
①
n
2．链式反应的条件
(1)铀块的体积大于临界体积．
(2)铀块的质量大于临界质量．
3．裂变反应的能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温．
应用体验
题型1　裂变的特点及条件
例 1 (多选)关于铀核裂变，下列说法正确的是(　　)
A．铀核裂变的产物是多样的，但只能裂变成两种不同的核
B．铀核裂变时一般释放2～3个中子
C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235
D．铀块的体积对产生链式反应无影响
答案：BC
解析：铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是多样的，具有极大的偶然性，裂变成两块的情况比较多，也有的分裂成多于两块，裂变时一般会放出2～3个中子．铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的概率小，而要引起链式反应．需使铀块的体积不小于临界体积．综上所述，选项B、C正确．
题型2　裂变核能的计算
例 2 裂变反应是目前核能利用中常用的反应．以原子核为燃料的反应堆中，当俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为n.
已知中子及有关原子核的静止质量(以原子质量单位u为单位)mU＝235.043 9 u，mn＝1.008 7 u，mXe＝138.917 8 u，mSr＝93.915 4 u，且1 u的质量对应的能量为931.5 MeV，则此裂变反应过程中：
(1)质量亏损为多少？
(2)释放出的能量是多少？
解析：U裂变成(和，同时放出中子，裂变前后质量亏损Δm＝m前－m后＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7)u＝0.193 3 u．
(2)由爱因斯坦质能方程可知
ΔE＝Δm×931.5 MeV/u≈180.06 MeV.
答案：(1)0.193 3 u　(2)180.06 MeV
针对训练
1.(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中一种裂变反应是n，下列说法正确的有(　　)
A．上述裂变反应中伴随着中子放出
B．铀块体积对链式反应的发生无影响
C．铀核的链式反应可人工控制
D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响
答案：AC
解析：由核反应方程式可以看出铀核裂变释放出3个中子，A正确；铀块体积需达到临界体积才能发生链式反应，所以铀块体积对链式反应的发生有影响，B错误；铀核的链式反应可以通过控制棒进行人工控制，C正确；放射性物质的半衰期是元素本身的属性，与外界物理环境和化学环境均无关，D错误．
探究二　反应堆与核电站
核心归纳
1.核电站的主要组成
核电站的核心设施是核反应堆，它的主要部件列表如下：
部件名称 铀棒 慢化剂 控制棒 热循环介质 保护层
采用的 材料 浓缩 铀235 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉 水或液态钠 很厚的水泥外壳　
作用 核燃料 降低中子速度，便于铀235吸收 吸收中子，控制反应速度 把反应堆内的热量传输出去 屏蔽射线，防止放射性污染
2.反应堆的工作原理
核反应释放的能量通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电．
3．核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少．
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大，所能提供的能量大．
(3)对环境的污染要比火力发电小．
应用体验
例 3 如图是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法正确的是(　　)
A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
答案：B
解析：快中子容易与铀235擦肩而过，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，故B项正确，A项错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，故C、D错误．
针对训练
2.(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是(　　)
A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能
B．镉棒的作用是控制反应堆的功率
C．石墨的作用是吸收中子
D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
答案：ABD
解析：A对：铀棒是核燃料，裂变时放出能量．B对：镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆的功率．C错：慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速．D对：水或液态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，同时也使反应堆冷却，控制温度．
3．[2022·临沂高二检测]核电站是利用反应堆释放出的能量将水变成高温高压的水蒸气来推动汽轮发电机发电的．反应堆的核反应方程式为、、、X的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中光速为c，以下说法正确的是(　　)
A．X原子核中含有中子数为52
B．该反应质量亏损Δm＝m1－m3－m4
C．该反应释放的能量为(m1－10m2－m3－m4)c2
的比结合能大于的比结合能
答案：A
解析：根据电荷数守恒和质量数守恒可得：X的质量数为A＝235＋1－136－10＝90，电荷数为Z＝92－54＝38，所以X的中子数为90－38＝52，故A项正确；质量亏损Δm＝m1－9m2－m3－m4，根据质能方程可得释放的核能，故B、C项错误；比结合能越大原子核越稳固，由于核反应的过程中释放热量，生成物比反应物更稳固的比结合能小于的比结合能，故D项错误．
探究三　轻核聚变的理解与计算
核心归纳
1.聚变发生的条件、方法
(1)条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离为10－15m.
(2)方法：把轻核加热到几百万开尔文的高温．
2．核聚变方程
＋17.6 MeV.
3．核聚变的特点
(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．
(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．
(3)普遍性：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．核聚变的应用
(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸．
(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．
5．重核裂变与轻核聚变的区别
比较项目 重核裂变 轻核聚变
放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能
放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍 燃料储量情况 聚变燃料储量丰富 核废料处 理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多 应用体验
题型4　对轻核聚变反应的理解
例 4 (多选)下列关于聚变的说法正确的是 (　　)
A．要使聚变发生，必须克服库仑斥力做功
B．轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此聚变又叫作热核反应
C．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应
D．所有恒星中只有太阳内部在激烈地进行着热核反应
答案：ABC
解析：轻核聚变时，要使轻核之间的距离达到10－15m以内，所以必须克服库仑斥力做功，选项A正确；在轻核聚变中，原子核必须有足够的动能，才能克服巨大的库仑斥力，原子核处在几百万开尔文的高温下可以具有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，选项B、C正确；除了太阳，其他恒星内部也进行着热核反应，选项D错误．
题型2　聚变核能的计算
例 5 (多选)太阳的能量来源于轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看作是4个氢核)结合成1个氦核同时放出2个正电子的过程．下表中列出了部分粒子的质量取(1 u＝×10－26kg)：
粒子名称 质子(p) α粒子 正电子(e) 中子(n)
质量/u 1.007 8 4.002 6 0.000 5 1.008 7
以下说法正确的是(　　)
A．核反应方程为e
B．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.027 6 kg
C．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为4.6×10－29kg
D．聚变反应过程中释放的能量约为4.14×10－12J
答案：ACD
解析：由核反应的质量数守恒及电荷数守恒可知，核反应方程为e，故选项A正确；反应中的质量亏损为Δm＝4mP－mα－2me＝(4×1.007 8－4.002 6－2×0.000 5) u＝0.027 6 u＝4.6×10－29 kg，故选项C正确，B错误；由质能方程得ΔE＝Δmc2＝4.6×10－29×(3×108)2 J＝4.14×10－12 J，故选项D正确．
题型3　核反应类型的判断
例 6 [2022·云南保山龙陵一中高二上月考]对于下列各核反应方程，表述正确的是(　　)
n是β衰变
答案：A
解析：A选项中轻核结合成质量较大的核，是核聚变反应，A正确；B选项是原子核的人工转变，B错误；C选项产物中有电子，是β衰变，C错误；D选项中铀235是重核，发生的是裂变，D错误．
针对训练
4.[2021·浙江1月](多选)如图所示是我国全超导托卡马克核聚变实验装置.2018年11月，该装置实现了1×108 ℃等离子体运行等多项重大突破，为未来和平利用聚变能量迈出了重要一步．关于核聚变，下列说法正确的是 (　　)
A．聚变又叫热核反应
B．太阳就是一个巨大的热核反应堆
C．高温能使原子核克服核力而聚变
D．对相同质量的核燃料，轻核聚变
比重核裂变产能多
答案：ABD
解析：聚变又叫热核反应，选项A正确；太阳就是一个巨大的热核反应堆，选项B正确；要使轻核发生聚变，必须使它们之间的距离达到10－15m以内，核力才能起作用，那么热核反应时要将轻核加热到很高的温度，使它们具有足够的动能来克服库仑力而聚变在一起形成新的原子核，即高温能使轻核克服库仑力而聚变，但不是使原子核克服核力而聚变，选项C错误；对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多，选项D正确．
学以致用·随堂检测全达标
1．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．核聚变比核裂变产能效率高
B．在目前条件下，使原子核聚变要比裂变容易
C．氢弹的原理是核裂变反应
D．核聚变和核裂变发生后，产生的新核的比结合能比反应前原子核的比结合能大
答案：AD
解析：核聚变比核裂变产能效率高，A正确；在目前条件下，核裂变要比核聚变容易，B错误；氢弹的原理是核聚变反应，C错误；核聚变和核裂变发生后都有质量亏损，产生的新核更稳定些，故产生的新核的比结合能比反应前原子核的比结合能大，D正确．
2.我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于裂变反应的是(　　)
n
答案：D
解析：选项A是质量小的核结合成质量较大的核，属于核聚变；选项B是卢瑟福发现质子的人工核转变方程；选项C是约里奥—居里夫妇发现人工放射性同位素的人工核转变方程；选项D是铀核在中子轰击下分裂为中等质量的核的过程，属于核裂变．
3. [2022·黄山高二检测](多选)我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，显示了“EAST”装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1 000 s，温度超过1亿摄氏度，这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平，合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是(　　)
A．两个氘核聚变成一个所产生的另一个粒子是质子
B．两个氘核聚变成一个所产生的另一个粒子是中子
C．两个氘核聚变成一个所释放的核能为(2m1－m3－m4)c2
D．两个氘核聚变成一个所释放的核能为(2m1－m3－m2)c2
答案：BD
解析：由核反应方程知X应为中子，故A项错误，B项正确；释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，故C项错误，D项正确．
4．一座发电能力为P＝1.0×106 kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%.核反应堆中发生的裂变反应为n，已知每次核反应过程放出的核能ΔE＝的质量mU＝390×10－27kg.求：
(1)发生一次核反应的质量亏损Δm.
(2)每年(1年＝3.15×107 s)消耗的的质量．
解析：(1)由ΔE＝Δmc2，解得Δm＝3.1×10－28 kg.
(2)反应堆每年提供的核能：
E总＝
(其中T表示1年的时间)
以M表示每年消耗的的质量，得：
M∶mU＝E总∶ΔE
解得：M＝
代入数据得：M＝1.1×103 kg
答案：(1)3.1×10－28 kg　(2)1.1×103 kg(共21张PPT)
5.“基本”粒子
自主落实·必备知识全过关
合作探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
素养目标
1.知道电子、中子，质子并不是组成物质的最基本的粒子．(物理观念)
2．知道粒子的分类及其作用，了解夸克模型．(物理观念)
3．知道夸克是组成强子的成分．(物理观念)
自主落实·必备知识全过关
一、发现新粒子
1．直到19世纪末，人们都认为________是组成物质的不可再分的最小微粒．
2．后来认为________、电子、________和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子”．从20世纪后半期起，将“基本”二字去掉，统称为粒子．
3．1932年发现了________，1937年发现了________，1947年发现了________和________．以及之后的超子等．
原子
光子
质子
正电子
μ子
K介子
π介子
二、粒子的分类
1．现在已经发现的粒子达400多种．大体可被分为________、________、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别．
2．强子是参与强相互作用的粒子．质子和中子都是强子．
3．轻子不参与强相互作用，最早发现的轻子是________.
4．1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作________．
强子
轻子
电子
夸克
合作探究·能力素养全提升
探究　粒子的发现和分类
核心归纳
1.新粒子的发现及特点
新粒子 正电子 μ子 K介子与π介子 超子
发现时间 1932年 1937年 1947年 20世纪40年代后
基本特点 质量、寿命、自旋等性质与相对应的粒子相同而电荷等其他性质相反　　　 比质子的质量小 质量介于电子与核子之间 其质量比质子大
2.粒子的分类
分类 参与的相互作用 发现的粒子 备注
强子 参与强相互作用 质子、中子、介子、超子 强子有内部结构，由夸克构成
轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 未发现内部结构
规范玻 色子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子 光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用
希格斯 玻色子 — — 希格斯玻色子是这几种基本粒子中最后一个被发现的
3.夸克模型
(1)夸克的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的．
(2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)．
(3)夸克所带电荷：夸克所带的电荷分别为元电荷的－或＋.
(4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷．
应用体验
例 关于粒子，下列说法正确的是(　　)
A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B．强子都是带电的粒子
C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论
D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
答案：D
解析：A、B错：质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子；不同夸克构成的强子，有的带电，有的不带电．C错，D对：夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，有±e和±e，说明电子电荷不再是电荷的最小单位．
针对训练
(多选)已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷．
下列说法正确的是(　　)
A．π＋由u和组成 B．π＋由和d组成
C．π－由u和组成 D．π－由和d组成
π＋ π－ u d
带电荷量 ＋e －e
答案：AD
解析：根据各种粒子带电情况，π＋的带电荷量为＋e，故由u和组成；π－的带电荷量为－e，故由和d组成．
学以致用·随堂检测全达标
1.根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是(　　)
A．夸克、轻子、胶子等粒子
B．质子和中子等强子
C．光子、中微子和电子等轻子
D．氢核、氘核、氦核等轻核
答案：A
解析：宇宙形成之初产生了夸克、轻子、胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由的光子、中微子、电子等轻子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成中性的氢原子，最后形成恒星和星系，因此A正确，B、C、D错误．
2．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．强子是参与强相互作用的粒子
B．轻子是不参与强相互作用的粒子
C．目前发现的轻子只有8种
D．夸克有6种，它们带的电荷量分别为元电荷的＋或－
答案：ABD
解析：粒子可分为强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子几种类别，强子就是所有参与强相互作用的粒子的总称，A正确；轻子就是不参与强相互作用的粒子的总称，B正确；目前发现的轻子只有6种，分别是电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子，C错误；夸克有6种，它们带的电荷分别为元电荷的＋或－，D正确．
3．目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的．u夸克带的电荷量为＋e，d夸克带的电荷量为－e，e为元电荷，下列论断中可能正确的是(　　)
A．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
答案：B
解析：质子带的电荷量为2×e＋(－e)＝e，中子带的电荷量为e＋2×(－e)＝0.
4．K－介子的衰变方程为：K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负电，π0介子不带电．如图所示，匀强磁场的方向垂直于纸面向外，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入，其轨迹为图中的虚线圆弧，若K－介子在磁场中发生衰变，则衰变产生的π－介子和π0介子的运动轨迹可能是(　　)
答案：C
解析：π－介子与K－介子均带负电，若二者运动方向相同，可知受洛伦兹力的方向相同，圆弧的弯曲方向相同，由动量守恒定律可知，π－介子的动量小于K－介子的动量，由r＝可知，π－介子的轨迹半径较小；π0介子不带电，则沿直线运动，选项C正确，D错误；若π0介子反向运动，由动量守恒定律可知，π－介子的动量大于K－介子的动量，由r＝可知，π－介子的轨迹半径较大；由于π－介子与K－介子均带负电，受洛伦兹力的方向相同，圆弧的弯曲方向相同，选项A、B错误．
5.[2022·北京卷]正电子是电子的反粒子，与电子质量相同、带等量正电荷．在云室中有垂直于纸面的匀强磁场，从P点发出两个电子和一个正电子，三个粒子运动轨迹如图中1、2、3所示．下列说法正确的是(　　)
A．磁场方向垂直于纸面向里
B．轨迹1对应的粒子运动速度越来越大
C．轨迹2对应的粒子初速度比轨迹3的大
D．轨迹3对应的粒子是正电子
答案：A
解析：根据题图可知，1和3粒子绕转动方向一致，则1和3粒子为电子，2为正电子，电子带负电且顺时针转动，根据左手定则可知磁场方向垂直纸面向里，A正确，D错误；电子在云室中运行，洛伦兹力不做功，而粒子受到云室内填充物质的阻力作用，粒子速度越来越小，B错误；带电粒子若仅在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律可知qvB＝m，解得粒子运动的半径为r＝.根据题图可知轨迹3对应的粒子运动的半径更大，速度更大，粒子运动过程中受到云室内物质的阻力的情况下，此结论也成立，C错误．

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