文档内容
第十七章 原 子 核
第十七章 原 子 核
知识网络
质子
原子核的组成
中子
衰变
原 人工转变
子 核反应类型
核 裂变
聚变
核能开发利用
粒子与宇宙
概述： 本章是高中所学物理的最后一部分内容， 了解与原子核有关的知识及核能的开发与
利用. 按照知识脉络了解原子核的组成、 核力、 结合能、 核反应、 衰变、 半衰期、 裂变、
聚变等基本知识. 知道所谓 “基本粒子” 并不 “基本” .
157GAOZHONGWULIGONGSHIDINGLIDINGLUTUBIAO
高中物理公式、 定理、 定律图表
一、 原子核的组成
一、 知识图解
α射线
天然放射现象 β射线
主
要 γ射线
知
识
点 质子： 1H
1
原子核的组成
中子： 1n
0
二、 重点知识剖析
1. 同位素： 具有相同的质子数而不同的中子数的同一元素的原子.
2. 三种射线的比较.
射线种类 射线组成 符号 电荷量 质量 射出速度 电离本领 穿透本领
α射线 氦核 4He +2e 4×1.66×10-27kg 0.1c 强 弱
2
β射线 电子 0e -e 0.91×10-30kg 接近光源 较弱 较强
-1
γ射线 γ光子 hv 0 无静止质量 光速c 弱 强
三、 学习方法引导
例题 如图， x为未知的放射源， L为薄 L
名师经验谈：依据三
铝片， 计数器对α粒子、 β粒子、 γ光子
种射线的不同贯穿本
x B 计数器
领判断通过 L 后的射 均能计数， 若在放射源和计数器之间加
线， 然后再依据磁场 上 L 后， 计数器的计数率大幅度减小，
对运动电荷的作用确
在 L 和计数器之间再加竖直向下的匀强
定计数器记录的是哪
磁场， 计数器的计数率不变， 则x可能是 （ ）
种粒子， 由此可判断
放射源的情况. A. α、 β和γ的混合放射源 B. 纯α放射源
C. α和γ的放射源 D. 纯γ放射源
解析：在放射源和计数器之间加上铝片后， 计数器的计数率大幅度
减小， 说明射线中有穿透力很弱的粒子， 即α粒子， 在铝片和计数
器之间再加竖直向下的匀强磁场， 计数器的计数率不变， 说明穿过
铝片的粒子中无带电粒子， 故只有γ射线， 因此放射源可能是α和
γ的放射源.
158第十七章 原 子 核
二、 放射性元素的衰变
一、 知识图解
衰变
主 概念
要 半衰期
知
识 α衰变
点
种类
β衰变
二、 重点知识剖析
1. 衰变： 自行发生， 不受外界因素影响 （与温度、 压强、 状态等因素无关）， 遵从电荷数守恒、
质量数守恒.
21 "t
2. 半衰期： m=m T （注： m为衰变后剩余原子核的质量， m 为衰变前原子核的质量， t为
0 2 0
衰变的时间， T为半衰期. ） 注意， 每经过一个半衰期， 原有原子核的一半发生衰变.
三、 学习方法引导
例题 14C是一种半衰期为5730年的放射性同位素， 若考古工作者
探测到某古木中14C的含量为原来的四分之一， 则该古树死亡的时
名师经验谈：由于大
间距今大约为 （ ）
气中14C的含量为一定
A. 22920年 B. 11460年 C. 5730年 D. 2865年
值， 古生物失去活力
解析：假设古木死亡时14C的质量为m 0 ， 现在的质量为 m， 由死亡 后与大气的交换结束，
至今所含14C经过了n个半衰期， 由题意可知：
m
=
21 "n
=
1
， 所
14C 随衰变逐渐减少，
m 0 2 4 因此可依据衰变规律
以n=2， 即古木死亡的时间为5730×2年=11460年. 确定年代.
答案 B
四、 高考回眸
1． （2013广东） 铀核裂变是核电站核能的重要来源， 其一种裂变反应235U+1n→144Ba+89Kr+31n， 下
92 0 56 36 0
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： 从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出， A对； 铀块体积对链式反应的发生
有影响， B错； 铀核的链式反应可人工控制， C对； 铀核的半衰期不会受到环境温度的影响， D错.
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高中物理公式、 定理、 定律图表
三、 探测射线的方法 放射线的应用与防护
一、 知识图解
威耳逊云室
探测射线的方法 气泡室
重
要 盖革—米勒计数器
知
识 核反应
点
放射性的应用与防护 人工放射性同位素
辐射与安全
二、 重点知识剖析
1. 放射性同位素： 通过人工方法实现原子核人工转变产生的同位素具有放射性， 可达上千种.
2. 示踪原子： 利用放射性同位素制成各种化合物， 使其参与化学反应， 带有 “放射性标记” 利
用相关仪器探测.
三、 学习方法引导
例题 有关放射性同位素的下列说法， 正确的是 （ ）
要点提示: A. 与其他质量数相同的原子互为同位素
人工放射性同位素 B. 与其同位素有相同的化学性质
和天然放射性元素都具
C. 制成化合物后它的半衰期变长
有放射性， 且人工放射
D. 含有32P的磷肥释放正电子， 可用作示踪原子， 观察磷肥对植物
性同位素的放射强度容
易控制， 半衰期比天然 的影响
放射性物质短得多， 所 解析 同位素有相同的质子数， 不同质量数， 故 A 错； 同位素有
以实际应用更广泛， 掌 相同的化学性质， 故 B 对； 半衰期与物理、 化学状态无关， 故 C
握三种射线的特性是解
错； 32P为放射性同位素， 可用作示踪原子， 故D对.
题的关键.
答案 BD
160第十七章 原 子 核
四、 核力与结合能
一、 知识图解
核力的特点
主
要 稳定核中质子和中子的比例关系
知
识 结合能的意义
点
结合能 质量亏损
质能方程： E=mc2
二、 重点知识剖析
1. 核力特点： ①强相互作用， 比库仑力大得多； ②短程力、 作用范围在 1.5×10-15 m 内； ③具
有饱和性， 只与邻近核子作用.
2. 对原子核中质子与中子比例的解释： ①质子数太多库仑力大于核力、 原子核不稳定； ②核力
的饱和性决定中子数也不能太多.
3. 结合能： 把原子核中的核子分开所需要的能量； 比结合能 （平均结合能） 是一个核子的结合
能.
4. 质量亏损： 核子结合成原子核时质量略有减少.
三、 学习方法引导
例题 2 个质子和 1 个中子结合可以生成氦 3， 反应方程式为：
21H+1n→3He， 已知每个质子的质量为 1.007277 u， 中子的质量为 名师经验谈：求出反
1 0 2
1.008665 u， 氦核的质量为3.002315 u， 试求氦3的结合能.
应过程中的质量亏损，
再由爱因斯坦的质能
解析：粒子结合前后的质量亏损为： Δm=2m
H
+m
n
-m
α
=0.020904 u
方程或原子单位质量
法一： 由爱因斯坦质能方程， 得结合能为： E=Δmc2≈3.1242×10-12J 与能量的关系即可求
法二： 由于1 u相当于931.5 MeV的能量， 则结合能为： 解.
E=0.020904×931.5 MeV≈19.4721 MeV.
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高中物理公式、 定理、 定律图表
五、 重核的裂变、 轻核的聚变
一、 知识图解
核反应方程
核裂变过程
重 链式反应： 条件
核
裂
变 工作原理
核电站
优点
主要知识点
定义
发生条件
核
聚
优点
变
爆炸式热核反应———氢弹
类别
受控热核反应： 合理利用核能
二、 重点知识剖析
1. 裂变： 是一个重原子的原子核分裂为两个或更多较轻原子核、 并在分裂时释放两到三个自
由中子并释放巨大能量的过程， 其产物不确定. 产物不同， 质量亏损不同， 释放的核能也不同.
2. 链式反应： 裂变不间断地发生， 是核反应堆及制造原子弹的原理.
3. 明确聚变与裂变的区别， 聚变反应发生必须在核子接近到 10-15 m， 同时需要很高的温度
（几百万开尔文） .
4. 聚变的优点 （与裂变相比较）： ①产能效率高； ②燃料储备丰富； ③安全、 清洁 （出现问题
时没有高温， 则反应立即停止） .
三、 学习方法引导
例题 1 铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是： 235U+1n→
92 0
名师经验谈：根据核
141Ba+92Kr+31n， 求：
56 36 0
反应前后的质量亏损，
（1） 试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量. （235U、 141Ba、 92Kr
用爱因斯坦的质能方 92 56 36
程就可以算出释放的
和1
0
n的质量分别为： 235.0439 u、 140.9139 u、 91.8973 u、 1.0087 u）
核能. （2） 1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？ 它相当于
燃烧多少煤释放的能量？ (煤的热值为2.94×107J/kg)
162第十七章 原 子 核
解析： （1） 裂变反应的质量亏损为：
Δm=（235.0439+1.0087-140.9139-91.8973-3×1.0087） u=0.2153 u.
一个铀235原子核裂变后释放的能量为：
ΔE=Δmc2=0.2153×931.5 MeV=200.6 MeV
（2） 1 kg铀235中含原子核的个数为：
1
N= 个=2.56×1024个
235.0439×1.6606×10-27
1 kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量：
ΔE =N·ΔE=2.56×1024×200.6 MeV=5.14×1026MeV
N
设q为煤的热值， M为煤的质量， 有： ΔE =qM，
N
ΔE 5.14×1026×1.6×10-19
则： M= N = kg=2800 t
q 2.94×107
例题 2 下面是一核反应方程2H+3H→4He+X， 用c表示光速， 则
1 1 2
（ ）
名师经验谈：由题目
A. X是质子， 核反应放出的能量等于质子质量乘c2
可获取以下信息： 核
B. X是中子， 核反应放出的能量等于中子质量乘c2 反应中已知反应物和
C. X是质子， 核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核 主要生成物， 解答本
题可依据核反应中电
与质子的质量和， 再乘c2
荷数和质量数守恒确
D. X 是中子， 核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦
定X， 再由质能方程确
核与中子的质量和， 再乘c2
定放出的能量.
解析：由质量数守恒及核电荷数守恒可得X为中子， 再根据质能方
程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与 c2的乘积， 故 D
项正确.
答案 D
四、 高考回眸
1． （2012新课标） 氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量， 该反应方程为： 2H+3H→4He+
1 1 2
x， 式中x是某种粒子. 已知： 2H、 3H、 4He和粒子x的质量分别为2.0141 u、 3.0161 u、 4.0026 u和
1 1 2
1.0087 u； 1 u=931.5 MeV/c2， c是真空中的光速. 由上述反应方程和数据可知， 粒子x是 ，
该反应释放出的能量为 MeV （结果保留3位有效数字） .
答案： 1n （中子） 17.6
0
解析： 根据2H+3H→4He+x并结合质量数守恒和电荷数守恒知x为1n； 由质能方程ΔE=Δmc2得
1 1 2 0
936 Mev
ΔE=（m2
1H
+m3
1H
-m4
2He
-m1
0n
）c2=（m2
1H
+m3
1H
-m4
2He
-m1
0n
）
1 u
=17.6MeV.
2. （2012大纲） 235U经过m次α衰变和n次β衰变成207.7Pb， 则 （ ）
92 82
A.m=7， n=3 B.m=7， n=4 C.m=14， n=9 D.m=14， n=18
答案： B
解析： 原子核每发生一次α衰变， 质量数减少4， 电荷数减少2； 每发生一次β衰变， 质量数不
变， 电荷数增加1. 比较两种原子核， 质量数减少28， 即发生了7次α衰变； 电荷数应减少14， 而电
荷数减少10， 说明发生了4次β衰变， B项正确.
3. （2012江苏） 一个中子与某原子核发生核反应， 生成一个氘核， 其核反应方程式为 .
该反应放出的能量为Q， 则氘核的比结合能为 .
Q
答案： 1n+1H→2H
0 1 1 2
解析： 核反应过程遵循质量数、 电荷数守恒， 因此1n+1H→2H； 比结合能即平均每个核子释放的
0 1 1
Q
能量， 两个核子结合放出Q的能量， 比结合能为 .
2
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高中物理公式、 定理、 定律图表
六、 粒子和宇宙
一、 知识图解
强子
粒子 轻子
主
要 媒介子
知
识
点 宇宙的演化
宇宙
恒星的演化
二、 重要知识剖析
基本粒子： 是一定历史条件下提出来的可理解为组成物质的不可再分的最小微粒， 随着研究的
深入又逐渐发现新粒子， 所以说， “基本粒子” 不 “基本” .
三、 学习方法引导
例题 目前普遍认为， 质子和中子都是由称为u夸克和d夸克的两
2 1
类夸克组成， u夸克带电量为 e， d夸克带电量为- e， e为元电
3 3
荷， 下列论断可能正确的是 （ ）
Ａ. 质子由一个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
小贴士： 只要知道质 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
子带一个元电荷的电
d夸克组成
量， 而中子不带电，
C. 质子由2个u夸克和1个d夸克组成， 中子由2个d夸克和1个
很容易得出正确结论.
u夸克组成
D. 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1个
d夸克组成
解析：根据质子带一个单位的正电荷和中子不带电这一特点， 可判
定2个d夸克和一个u夸克可能组成一个中子； 而2个u夸克和 1
个d夸克可能组成一个质子. 故C正确.
答案 Ｃ
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