第85課時原子核

目標要求1.了解天然放射現(xiàn)象及三種射線的性質(zhì)。2.了解原子核的衰變，掌握半衰期的概念，并會進行

有關(guān)計算。3.了解四種核反應(yīng)類型，能根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程。4.認識原子核的結(jié)合能

與比結(jié)合能，能進行有關(guān)核能的計算。

考點一原子核的衰變及半衰期

1.原子核的組成：原子核是由和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的。

2.天然放射現(xiàn)象

放射性元素地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明

具有復雜的結(jié)構(gòu)。原子序數(shù)大于83的元素都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于或等于83的元素，有的也

能發(fā)出射線。

3.三種射線的比較

名稱構(gòu)成符號電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)

α射線核He＋2e4u最最

4

β射線2e－eu較強較強

01

γ射線光子?γ1018307最最

4.原子核的衰變

(1)衰變：原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。

(2)α衰變、β衰變

衰變類型α衰變β衰變

→＋

衰變方程X→＋X＋

???44??0

??1

2個質(zhì)子和2?個中子??結(jié)2Y合成2H一e個整體射出中子轉(zhuǎn)化為?質(zhì)1Y子和電e子

衰變實質(zhì)

H＋n→n→＋

114110

21202He01H?1e

勻強磁場中軌跡形狀

衰變規(guī)律守恒、質(zhì)量數(shù)守恒

(3)γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的。

5.半衰期

(1)公式：N余＝N原(?，m余＝m原(?，式中t為衰變時間，T1/2為半衰期。

1?1/21?1/2

2)2)

(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由決定的，跟原子所處的外部條件(如

溫度、壓強)和化學狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。

6.放射性同位素的應(yīng)用與防護

(1)放射性同位素：有放射性同位素和放射性同位素兩類，放射性同位素的化學性質(zhì)相

同。

(2)應(yīng)用：放射治療、培優(yōu)、保鮮、做等。

(3)防護：防止放射性對人體組織的傷害。

1.三種射線按穿透能力由強到弱的排列順序是γ射線、β射線、α射線。()

2.β衰變中的電子來源于原子核外電子。()

3.發(fā)生β衰變時，新核的電荷數(shù)不變。()

4.如果現(xiàn)在有100個某放射性元素的原子核，那么經(jīng)過一個半衰期后還剩50個。()

例1(2024·山東卷·1)2024年是中國航天大年，神舟十八號、嫦娥六號等已陸續(xù)飛天，部分航天器裝

載了具有抗干擾性強的核電池。已知Sr衰變?yōu)閅的半衰期約為29年；衰變?yōu)閁的半衰期

9090238234

約為87年?，F(xiàn)用相同數(shù)目的Sr和38Pu各做一塊39核電池，下列說法正確的9是4P(u)92

90238

ASr衰變?yōu)閅時產(chǎn)生α粒子3894

9090

B.38Pu衰變?yōu)?9U時產(chǎn)生β粒子

238234

C.5904年后，剩余9的2Sr數(shù)目大于Pu的數(shù)目

90238

D.87年后，剩余的38Sr數(shù)目小于94Pu的數(shù)目

90238

例2(2023·浙江138月選考·9)宇宙9射4線進入地球大氣層與大氣作用會產(chǎn)生中子，中子與大氣中的氮14

會產(chǎn)生以下核反應(yīng)：＋→＋，產(chǎn)生的能自發(fā)進行β衰變，其半衰期為5730年，利用碳

14114114

14的衰變規(guī)律可推斷古7N木的0n年代6。C下1列H說法正確的6C是()

A.發(fā)生β衰變的產(chǎn)物是N

1415

B.β衰6C變輻射出的電子來自碳7原子的核外電子

C.近年來由于地球的溫室效應(yīng)，引起的半衰期發(fā)生微小變化

14

D.若測得一古木樣品的含量為活體植6C物的，則該古木距今約為11460年

141

6C考點二4核反應(yīng)及核反應(yīng)類型

1.核反應(yīng)的四種類型

類型可控性核反應(yīng)方程典例

α衰變自發(fā)→＋________

衰變238234

β衰變自發(fā)92U9→0Th＋

2342340

＋→_9_0T__h__＋91Pa(盧瑟?1e福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)

人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?基本粒子轟擊原子核)1441

7N＋2He→＋(1查H德威克發(fā)現(xiàn)中子)

49121

2He4Be6C0n

＋→______＋約里奧－居里夫婦發(fā)

2741現(xiàn)放射性同位素，同

13Al2He0n

→＋________

時發(fā)現(xiàn)正電子

3030

15P14Si

＋→＋＋________

重核裂變?nèi)菀卓刂?慢中子、鏈式反應(yīng))235114489

92U＋0n→56Ba＋36Kr＋________

235113690

現(xiàn)階段很難控制(需要極高溫度——92U0n54Xe38Sr

輕核聚變＋→_________＋＋17.6MeV

一般由核裂變提供)231

1H1H0n

2.核反應(yīng)方程式的書寫

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

()、β粒子()、正電子()、氘核()、氚核()等。

(2)掌握核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律：守恒，守恒。

(3)由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時只能用“→”表示反應(yīng)方向。

例3(2023·全國甲卷·15)在下列兩個核反應(yīng)方程中X＋→Y＋、Y＋→2X，X和Y代表兩種

14177

不同的原子核，以Z和A分別表示X的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，7則N()8O3Li

A.Z＝1，A＝1B.Z＝1，A＝2

C.Z＝2，A＝3D.Z＝2，A＝4

例4(2023·天津卷·3)關(guān)于太陽上進行的核聚變，下列說法正確的是()

A.核聚變需要在高溫下進行

B.核聚變中電荷不守恒

C.太陽質(zhì)量不變

D.太陽核反應(yīng)方程式：＋→＋＋3

2351141921

92U0n5考6B點a三36K質(zhì)r量虧0n損及核能的計算

1.核力和核能

(1)核力：原子核內(nèi)部，間所特有的相互作用力。核力是強相互作用，為短程力，作用范圍只有約

10－15m，與電性無關(guān)。

(2)結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們需要的能量，叫作原子核的結(jié)合

能，也叫核能。

(3)比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與之比，叫作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，原子核

中核子結(jié)合得越，原子核越。

2.質(zhì)量虧損

凡是釋放核能的核反應(yīng)，反應(yīng)后各原子核(新生核)及微觀粒子的質(zhì)量(即靜止質(zhì)量)之和，兩者的差

值就叫。

3.質(zhì)能方程

(1)愛因斯坦得出物體的能量與它的質(zhì)量的關(guān)系：。

(2)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對應(yīng)減少的能量ΔE＝。原子核分解成核子時要吸

收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝。

4.核能的計算

(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計算核能。

①ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位為“kg”，c的單位為“m/s”，則ΔE的單位為“J”。

②ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位為“u”，則可直接利用ΔE＝Δm×931.5MeV/u計算，此時ΔE的單位為

“MeV”，即1u＝1.6605×10－27kg，相當于931.5MeV，這個結(jié)論可在計算中直接應(yīng)用。

(2)利用比結(jié)合能計算核能

原子核的結(jié)合能＝核子的比結(jié)合能×核子數(shù)。

核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該核反應(yīng)所

釋放(或吸收)的核能。

1.核力就是庫侖力。()

2.核反應(yīng)中，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，一定有核能產(chǎn)生。()

3.原子核的結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。()

4.原子核越大，它的結(jié)合能越大，比結(jié)合能可能越小。()

例5某核電站利用鈾核裂變釋放出能量，其主要核反應(yīng)方程為＋→＋＋3，如圖

2351144891

為原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)之間的關(guān)系圖線，下列說法正確的是9(2U0)n56Ba36Kr0n

A.兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成He核時釋放能量約為28MeV

4

BHe核的平均核子質(zhì)量大于2Li核的平均核子質(zhì)量

46

C.2通常把核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生3鏈式反應(yīng)的最大體積叫作它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量

D.為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，核反應(yīng)堆中需要在鈾棒之間插進一些石墨棒。當反應(yīng)過于劇烈

時，將石墨棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈式反應(yīng)的速度就會慢一些

例6(2023·全國乙卷·16)2022年10月，全球眾多天文設(shè)施觀測到迄今最亮伽馬射線暴，其中我國的

“慧眼”衛(wèi)星、“極目”空間望遠鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻。由觀測結(jié)果推斷，該伽馬

射線暴在1分鐘內(nèi)釋放的能量量級為1048J。假設(shè)釋放的能量來自于物質(zhì)質(zhì)量的減少，則每秒鐘平均減

少的質(zhì)量量級為(光速為3×108m/s)()

A.1019kgB.1024kg

C.1029kgD.1034kg

例7盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，產(chǎn)生了氧17和一個質(zhì)子，首次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變。已知

α粒子的比結(jié)合能為ε1，氮核的比結(jié)合能為ε2，該反應(yīng)需吸收ΔE的能量，設(shè)氮核N靜止。

14

(1)寫出該反應(yīng)的核反應(yīng)方程；7

(2)求氧17的比結(jié)合能；

(3)已知mα＝4.002603u，mN＝14.003074u，mO＝16.999133u，mH＝1.007825u，1u相當于931.5

MeV的能量，該反應(yīng)需吸收的能量ΔE＝1.19MeV。若核反應(yīng)中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為動能，要使這一

反應(yīng)可能實現(xiàn)，求入射的α粒子的最小動能。

答案精析

考點一

1.質(zhì)子質(zhì)子數(shù)

2.自發(fā)貝克勒爾原子核

3.氦強弱電子弱強

4.(2)電荷數(shù)

5.(2)核內(nèi)部自身的因素無關(guān)

6.(1)天然人工(2)示蹤原子

判斷正誤

1.√2.×3.×4.×

例1D[根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知Sr衰變?yōu)閅時產(chǎn)生電子，即β粒子，故A錯誤；

9090

根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知Pu衰變?yōu)?8U時產(chǎn)3生9He，即α粒子，故B錯誤；

2382344

根據(jù)題意可知Pu的半衰期大于9S4r的半衰期，92相同數(shù)目的2Sr和Pu經(jīng)過相同的時間，Sr經(jīng)過的

238909023890

半衰期的次數(shù)多9，4所以剩余的Sr3數(shù)8目小于Pu的數(shù)目，故3C8錯誤，9D4正確。]38

90238

例2D[根據(jù)CN＋，38即C發(fā)生β衰94變的產(chǎn)物是N，選項A錯誤；β衰變輻射出的電子來自原

141401414

子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化6為→質(zhì)7子時放?1出的電6子，選項B錯誤；半衰7期是放射性物質(zhì)的固有屬性，由原子核本身決

定，與外界環(huán)境無關(guān)，選項C錯誤；若測得一古木樣品的C含量為活體植物的，可知經(jīng)過了2個半衰期，

141

則該古木距今約為5730×2年＝11460年，選項D正確。]64

考點二

1.HeOPn1nHe

417300114

2.(21H8n15He+1e300H02H(2)質(zhì)量數(shù)電荷數(shù)

1140023

例3)1D0[設(shè)Y2的電荷?1數(shù)e和+質(zhì)1e量數(shù)1分別1為m和n，根據(jù)核反應(yīng)方程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，第一個核

反應(yīng)方程的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二個核反應(yīng)方程的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿足n

＋7＝2A，m＋3＝2Z，聯(lián)立解得Z＝2，A＝4，故選D。]

例4A[因為高溫時才能使得粒子的熱運動劇烈，才有可能克服它們自身相互間的排斥力，使得它們間

的距離縮短，才能發(fā)生核聚變，故A正確；核聚變中電荷是守恒的，故B錯誤；因為太陽一直在發(fā)生核聚

變，會放出大量能量，根據(jù)質(zhì)能方程可知有質(zhì)量虧損，故C錯誤；核聚變的方程為H＋He＋，題

2341

中為核裂變方程，故D錯誤。]11H→20n

考點三

1.(1)核子(2)分開(3)核子數(shù)

牢固穩(wěn)定

2.變小質(zhì)量虧損

3.(1)E＝mc2(2)Δmc2Δmc2

判斷正誤

1.×2.√3.×4.√

例5A[根據(jù)圖像可知He的比結(jié)合能約為7MeV，所以兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成He核時釋放能量

44

約為E＝4×7MeV＝28M2eV，故A正確；核的比結(jié)合能比Li核的大，故He核的平2均核子質(zhì)量小于

4