第十九章

《原子核》119.1《原子核的組成》21.放射性和放射性元素:1896年，法國物理學家貝克勒爾發現，鈾和含鈾的礦物能夠發出看不見的射線，這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光，物質發射射線的性質稱為放射性．具有發射性的元素稱為放射性元素．2.天然放射性現象:放射性元素自發地放出射線的現象叫做天然放射現象．一、天然放射現象3鋇鈾云母翠砷銅鈾礦斜水鉬鈾礦鈾鈣石礦4

放射性不是少數幾種元素才有的，研究發現，原子序數大于82的所有元素，都能自發的放出射線，原子序數小于83的元素，有的也具有放射性．放大了1000倍的鈾礦石天然放射現象56在放射性現象中放出的射線是什么東西呢？它們除了能穿透黑紙使照相底片感光的性質以外，還有些什么性質呢？這些射線帶不帶電呢？二、射線到底是什么78大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點910放射性由左手定則可得如下結論：11放射性思考與討論不加磁場，如何實現如下圖偏轉情況？12α射線根據射線的偏轉方向和磁場方向的關系可以確定，偏轉較小的一束由帶正電荷的粒子組成，我們把它叫做α射線，α射線由帶正電的α粒子組成.科學家們研究發現每個α粒子帶的正電荷是電子電荷的2倍，α粒子質量大約等于氦原子的質量.進一步研究表明α粒子就是氦原子核.由于α粒子的質量較大，所以α射線的穿透本領最小，我們用一張厚紙就能把它擋住.13β射線與α射線偏轉方向相反的那束射線帶負電荷，我們把它叫做β射線.研究發現β射線由帶負電的粒子（β粒子）組成.進一步研究表明β粒子就是電子.

β射線的穿透本領較強，很容易穿透黑紙，還能穿透幾厘米厚的鋁板.14γ射線

中間不發生偏轉的那束射線叫做γ射線，研究表明，γ射線的實質是一種波長極短的電磁波，它不帶電，是中性的.

γ射線的穿透本領極強，一般薄金屬板都擋不住它，它能穿透幾十厘米厚的水泥墻和幾厘米厚的鉛板.1516放射性由上圖所示實驗可得如下結論經過研究可得三種射線電離能力關系如下

17天然放射現象射線射線射線電離能力貫穿能力速度成分氦原子核高速電子流高能量電磁波1/10光速接近光速光速弱較強很強很容易較弱更小閱讀課文填寫表格：18放射性19三、原子核的組成放射性現象中放出的三種射線都是從放射性元素的原子核內釋放出來的，這表明原子核也有內部結構.原子核內究竟還有什么結構？原子核又是由什么粒子組成的呢？20三.質子和中子的發現

1.質子的發現（盧瑟福）1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核，得到了質子。經過研究證明，質子帶正電荷，其電量和一個電子的電量相同，它的質量等于一個電子質量的1836倍.進一步研究表明，質子的性質和氫原子核的性質完全相同，所以質子就是氫原子核.21

同樣的方法，從氟、鈉、鋁的原子核中打出了質子。------質子是原子核的組成部分。原子核是否只是由質子組成呢？核的質量核的電量質子質量質子電量？

盧瑟福進而猜想原子核內存在不帶電的中子，這一猜想被他的學生查德威克用實驗證實，并得到公認．>222.中子的發現1.盧瑟福的預言2.1932年英國物理學家查德威克又發現了中子3.23四.原子核的組成1.原子核的組成:質子和中子2.原子核中的三個整數:(1)核子數:質子和中子質量相差很小,統稱為核子.質子數和中子數之和叫核子數.(2)核電荷數(z):原子核所帶的電荷總是質子數的整數倍,用這個整數表示核電荷量.(3)核質量數(A):原子核的質量等于質子和中子的質量和,所以原子核的質量幾乎等于單個核子質量的整數倍,這個整數,叫核質量數.3.原子核中的兩個等式:(1)核電荷數=質子數=元素的原子序數=核外電子數(2)核質量數=核子數=質子數+中子數24原子核組成中子質子統稱核子XAZ（核）電荷數質量數

10－15m核電荷數：原子核所帶的電荷總是質子電荷的整數倍，這個倍數叫電荷數質量數：原子核的質量幾乎等于單個核子質量的整數倍，這個倍數叫質量數例如：25X表示

元素符號Z表示

質子數A表示

質量數原子核的表示：26原子核組成課本68頁思考與討論鈾235的核子數，質子數與中子數各為多少？27

4.同位素:若原子核質子數相同，而中子數不同，（質量數當然不同），在元素周期表中的位置相同,則互為同位素。故互稱同位素.同位素具有相同的化學性質.28原子核組成課本68頁思考與討論鈾235的核子數，質子數與中子數各為多少？29原子核組成課本68頁思考與討論鈾235的核子數，質子數與中子數各為多少？30氘和氚是氫的同位素，關于氕、氘、氚的原子，下列說法哪個正確？（1）具有相同的質子數、相同的中子數、相同的電子數；（2）具有不同的質子數、相同的中子數、相同的電子數；（3）具有相同的質子數、不同的中子數、相同的電子數；（4）具有相同的質子數、相同的中子數、不同的電子數．（3）31小結32小結33問題與練習課本P69

第3題第4題3419.2《放射性元素

的衰變》35回顧：三種放射性射線的性質三種射線

、

、

三種射線的性質：最弱最強c

光子較弱較弱接近c電離本領貫穿本領速率組成物質

射線射線種類氦核電子最強最弱36一、原子核的衰變2.衰變遵循的原則：質量數守恒，電荷數守恒。

原子核放出α粒子或β粒子，由于核電荷數變了，它在周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。1.原子核的衰變：我們把原子核由于放出某種粒子而轉變為新核的變化叫做原子核的衰變（decay）．

37（1）

衰變:原子核放出

粒子的衰變叫做

衰變．

3.原子核衰變的分類:38（1）

衰變:原子核放出

粒子的衰變叫做

衰變．

3.原子核衰變的分類:（2）β衰變:原子核放出β粒子的衰變叫做β衰變．

39思考與討論原子核里沒有電子，β衰變中的電子來自哪里？

40（1）

衰變:原子核放出

粒子的衰變叫做

衰變．

3.原子核衰變的分類:（2）β衰變:原子核放出β粒子的衰變叫做β衰變．

（3）γ衰變:伴隨

射線或

射線產生.41注意：1、放射性元素衰變不可能有單獨的γ衰變！2、衰變后元素的化學性質發生了變化，即：生成了新的原子核！42例：

經過一系列

衰變和

衰變后，可以變成穩定的元素鉛206，問這一過程

衰變和

衰變次數？解：設經過x次

衰變，y次

衰變238＝206＋4x92=82+2x-yx＝8y＝643釷232經過6次

衰變和4次

衰變后變成一種穩定的元素，這種元素是什么？它的質量數是多少？它的原子序數是多少？練習：44二、半衰期1、半衰期放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期。放射性元素的剩余質量與原有質量的關系：452、不同的放射性元素，半衰期不同例如：氡222衰變為釙218的半衰期為3.8天鐳226衰變為氡222的半衰期為1620年鈾238衰變為釷234的半衰期長達4.5×109年463、半衰期的計算例：已知釷234的半衰期是24天，1g釷經過120天后還剩多少？計算表達式:放射性元素的剩余質量與原有質量的關系：47練習1.鉍210的半衰期是5天，經過多少天后，20g鉍還剩1.25g?2.10克鐳226變為氡222的半衰期為1620年，有人說：經過1620年有一半鐳發生衰變，還有鐳（226）5克，再經過1620年另一半鐳也發生了衰變，鐳226就沒有了，對嗎？為什么？48(1)“單個的微觀事件是不可預測的”，所以，放射性元素的半衰期，描述的是統計規律。(2)半衰期的長短由核內部自身的因素決定，跟所處的化學狀態和外部條件都沒有關系。4、注意：49五、應用1、人們利用地殼巖石中存在的微量的放射性元素的衰變規律，測定地球的年齡為46億年。地殼有一部漫長的演變歷史，一部不斷變化、不斷發展的歷史。2、碳14測年技術，14C是具有放射性的碳的同位素，能夠自發的進行β衰變，變成氮。50一、原子核的衰變2.衰變原則：質量數守恒，電荷數守恒。1.原子核的衰變：我們把原子核由于放出某種粒子而轉變為新核的變化叫做原子核的衰變（decay）．（1）

衰變:原子核放出

粒子的衰變叫做

衰變．

（2）β衰變:原子核放出β粒子的衰變叫做β衰變．

（3）γ衰變:總是伴隨

射線或

射線產生.二、半衰期1、半衰期:放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期。2、不同的放射性元素，半衰期不同放射性元素衰變的快慢是核內部自身因素決定。課堂總結放射性元素半衰變是一個統計規律。51判斷古生物年代常用14C定年法。若干萬年以前，始祖鳥通過攝食，吸收了植物中含有14C的營養物質，死亡后不再吸收。隨著年代的推移，其體內14C的含量為現代鳥的，已知地表中14C的含量基本不變，14C的半衰期為T年，試判斷始祖鳥距今年代為：

ABCD2高考題回顧：52高考題回顧：1．圖中P為放在勻強電場中的天然放射源，其放出的射線在電場的作用下分成a、b、c三束，以下判斷正確的是A．a為α射線、b為β射線B．a為β射線、b為γ射線C．b為γ射線、C為α射線D．b為α射線、C為γ射線BC532002年上海10．完成核反應方程：Th→Pa＋

。衰變為的半衰期是1.2分鐘，則64克經過6分鐘還有

克尚未衰變。2高考題回顧：54例題分析為測定某水庫的存水量，將一瓶放射性同位素溶液倒入水庫中，已知這杯溶液每分鐘衰變8×107次，這種同位素半衰期為2天，該放射性同位素溶液在較短時間內與水庫中水混合均勻.10天后從水庫取出1m3的水，并測得每分鐘衰變10次，求水庫的存水量為多少？2.5×105m355例題分析例題：本題中用大寫字母代表原子核，E經α衰變成為F，再經β衰變成為G，再經α衰變成為H。上述系列衰變可記為下式：另一系列衰變如下：已知P和F是同位素，則（）A.Q和G是同位素，R和H是同位素B.R和E是同位素，S和F是同位素C.R和G是同位素，S和H是同位素D.Q和E是同位素，R和F是同位素B56例題分析例題：在垂直于紙面的勻強磁場中，有一原來靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運動軌跡分別如圖中a、b所示，由圖可以知（）A.該核發生的α衰變B.該核發生的β衰變C.磁場方向一定垂直紙面向里D.磁場方向向里還是向外不能判定BDab5719.3《探測射線

的方法》58天然放射現象射線射線射線電離能力貫穿能力速度成分氦原子核高速電子流高能量電磁波1/10光速接近光速光速弱較強很強很容易較弱更小591、粒子使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過飽和汽會產生云霧，過熱液體會產生氣泡2、使照相底片感光3、使熒光物質產生熒光射線中的粒子與其它物質作用會產生的現象：60一、威爾遜云室：構造：一個圓筒狀容器，低部可以上下移動，上蓋是透明的，內有干凈空氣實驗時，加入少量酒精，使酒精蒸汽達到過飽和狀態。利用射線的電離本領61a射線在云室中的徑跡：直而粗原因：a粒子質量大，不易改變方向，電離本領大，沿涂產生的粒子多?射線在云室中的徑跡：比較細，而且常常彎曲原因：粒子質量小，跟氣體碰撞易改變方向，電離本領小，沿途產生的離子少62二、氣泡室-----高能物理實驗的最風行的探測設備

氣泡室是由一密閉容器組成，容器中盛有工作液體63液體在特定的溫度和壓力下進行絕熱膨脹，由于在一定的時間間隔內（例如50ms）處于過熱狀態，液體不會馬上沸騰，這時如果有高速帶電粒子通過液體，在帶電粒子所經軌跡上不斷與液體原子發生碰撞而產生低能電子，因而形成離子對，這些離子在復合時會引起局部發熱，從而以這些離子為核心形成胚胎氣泡，經過很短的時間后，胚胎氣泡逐漸長大，就沿粒子所經路徑留下痕跡。如果這時對其進行拍照，就可以把一連串的氣泡拍攝下來，從而得到記錄有高能帶電粒子軌跡的底片。照相結束后，在液體沸騰之前，立即壓縮工作液體，氣泡隨之消失，整個系統就很快回到初始狀態，準備作下一次探測。64氣泡室中帶電粒子的徑跡氣泡室的優點：它的空間和時間分辨率高；工作循環周期短，本底干凈、徑跡清晰，可反復操作。但也有不足之處：那就是掃描和測量時間還嫌太長；體積有限，而且甚為昂貴，65三、蓋革-米勒計數器一種能自動把放射微粒計數出來的儀器，利用了射線的電離本領6619.4《放射性的

應用與防護》67

雖然放射線看不見，但是我們可以根據一些現象來探知放射線的存在，這些現象主要是：探測射線的方法1、使氣體電離2、使照相底片感光3、使熒光物質產生熒光68威耳孫云室觀察威耳孫云室的結構，研究射線在云室中的徑跡：

射線徑跡

徑跡的長短和粗細可以知道粒子的性質；粒子軌跡的彎曲方向可以知道粒子帶電的正負．

射線徑跡69

氣泡室里裝的是液體，控制室內的溫度和壓強，使室內的溫度略低于液體的沸點，當氣泡室的壓強突然降低時，液體的沸點降低因此液體過熱，在通過室內射線粒子周圍就有氣泡形成．通過照片上記錄的情況，可以分析粒子的帶電、動量、能量等情況．氣泡室70

德國物理學家蓋革在1928年與彌勒合作研制出的計數器用來檢測放射性是非常方便的，蓋革管的結構如圖所示：蓋革－彌勒計數器窗口陰極陽極接放大器粒子71蓋革－彌勒計數器72四、放射性的應用與防護731932年，居里夫婦用α粒子轟擊鈹，鋁，硼等元素，發現了前所未有的穿透性強的輻射，后來被確定為中子流。1934年，查德威克在用α粒子轟擊鈹，鋁，硼等元素，除了測到中子流外，還探測到了正電子。有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素注意：1、放射性同位素與放放射性元素一樣，都有一定的半衰期，衰變規律一樣。2、放射性同位素衰變可生成另一種新元素。3、可以用人工的方法得到放射性同位素。4、放射性同位素跟同種元素的非放射性同位素具有相同的化學性質。74(二)、放射性同位素的應用

放射性同位素在農業、醫療衛生、和科學研究等許多方面得到了廣泛的應用．其應用是沿著利用它的射線和作為示蹤原子兩個方向展開的．放射性的應用射線應用示蹤原子探傷儀培育新種保存食物消除有害靜電消滅害蟲治療惡性腫瘤農作物檢測診斷器質性和功能性疾病生物大分子結構及功能研究75放射性的應用食品保鮮棉花育種放射性同位素造影術糧食保存“放療”治療放射線測厚儀76放射性污染和防護

過量的放射性會對環境造成污染，對人類和自然界產生破壞作用．20世紀人們在毫無防備的情況下研究放射性遭原子彈炸后的廣島77放射性污染和防護

為了防止有害的放射線對人類和自然的破壞，人們采取了有效的防范措施：檢測輻射裝置全身污染檢測儀輻射檢測系統輻射源的存放鈾78放射性污染和防護

核電站的核反應堆外層用厚厚的水泥來防止放射線的外泄：791：下列關于放射線的說法中不正確的是()A、放射線可以用來進行工業探傷．B、放射線可以使細胞發生變異．C、放射同位素可以用來做示蹤原子．D、放射線對人體無害．8019.5《核力與結合能》81原子核的組成原子核是由質子和中子組成的，質子和中子統稱為核子．電荷數=質子數質量數=質子數+中子數=核子數82

原子核的半徑約為10-15m,只相當原子半徑的萬分之一。在這么小的空間里帶正電的質子與質子間的庫侖斥力是很大，萬有引力太小，只有庫侖力的10-36。而通常原子核是穩定的,原子核中的質子要靠自身的萬有引力來抗衡相互間的庫侖力是不可能的。于是核內還應有另一種力把各種核子緊緊拉在一起,此力稱為核力。核力mpmp庫侖力庫侖力萬有引力萬有引力核力

核子靠什么力結合成原子核？83核力：能夠把核中的各種核子聯系在一起的強大的力叫做核力．核力具有怎樣的特點呢？一、核力：84

2.核力是短程力。約在10-15m量級時起作用，距離大于0.8×10-15m時為引力,距離為10×10-15m時核力幾乎消失，距離小于0.8×10-15m時為斥力。3.核力具有飽和性。核子只對相鄰的少數核子產生較強的引力，而不是與核內所有核子發生作用。4.核力具有電荷無關性。對給定的相對運動狀態，核力與核子電荷無關。

要真正了解核子間的相互作用還要考慮核子的組成物——夸克的相互作用。1.核力是四種相互作用中的強相互作用（強力）的一種表現。85除核力外原子核內還存在弱相互作用（弱力）弱力是引起中子－質子轉變的原因弱相互作用也是短程力，力程比強力更短，為10－18m，作用強度則比電磁力小。四種相互作用力：萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力86核力弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子－質子轉變的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強力更短，為10－18m，作用強度則比電磁力小。除核力外原子中還存在著弱相互作用力四種相互作用力：萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力長程力短程力87二、原子核中質子與中子的比例88二、原子核中質子與中子的比例自然界中較輕的原子核，質子數與中子數大致相等，但對于較重的原子核，中子數大于質子數，越重的元素，兩者相差越多。為什么會這樣呢？89核越來越大，有些核子間的距離越來越遠。隨著距離的增加，核力與電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以，原子核大到一定程度時，相距較遠的質子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩定了。這時，如果不再成對地增加核子，而只增加中子，中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，有助于維系原子核的穩定。由于這個原因，穩定的重原子核里，中子數要比質子數多。90

由于核力的作用范圍是有限的，如果繼續增大原子核，一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用，這時即使再增加中子也無濟于事，這樣的核必然是不穩定的。在宇宙演化的進程中，各種粒子有機會進行各種組合，但那些不穩定的組合很快就瓦解了，只有200多種穩定的原子核長久地留了下來?，F在觀察到的天然放射性元素，則正在瓦解之中。91宏觀模型：相距很遠的兩個物體，由于萬有引力而相互接近，運動速度越來越大，引力勢能轉化為動能最后撞在一起，動能變成它們的內能散失掉了。兩個物體為了結合而付出了代價－－失去了一些能量，如果要把它們分開，還要重新賦予它們這份能量。微觀模型：原子核是核子結合在一起構成的，結合時也失去了一些能量，要把它們分開，同樣也需要能量。92某一數值時某一數值時相同93

由于核子間存在著強大的核力，所以核子結合成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化．可見，當核子結合成原子核時要放出一定能量；原子核分解成核子時，要吸收同樣的能量．這個能量叫做原子核的結合能．三、結合能從實驗知道只有當光子能量等于或大于2.22MeV時，這個反應才會發生.相反的過程一個質子和一個中子結合成氘核，要放出2.22MeV的能量。94結合能并不是由于核子結合成原子核而具有的能量，而是為把核子分開而需要的能量。比結合能：結合能與核子數之比，稱做為比結合能。也叫平均結合能。比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定。三、結合能95四、質量虧損1、例題：中子的質量

=1.6749×10－27Kg質子的質量

=1.6726×10－27Kg中子和質子的質量和

=3.3475×10－27Kg

氘核的質量

=3.3436×10－27Kg質量差

=0.0039×10－27Kg96四、質量虧損2、質量虧損：原子分解為核子時，質量增加；核子結合成原子核時，質量減少。原子核的質量小于組成原子核的核子的質量之和，叫做質量虧損。1、例題：97愛因斯坦質能方程

E=mc2

式中c是真空中的光速，m是物體的質量，E是物體的能量。核子在結合成原子核時出現的質量虧損Δm，正表明它們在互相結合過程中放出了能量ΔE=Δm·c2983、有關問題的理解和注意事項第一.核反應過程中:

核子結合成原子核時,新核質量小于核子的質量(質量虧損),同時以

光子形式釋放核能;

原子核分解為核子時,需要吸收一定能量,核子的總質量大于原原子核的質量.第二.核反應過程中,質量虧損時,核子個數不虧損(即質量數守恒),可理解為組成原子核后,核內每個核子仿佛“瘦了”一些.第三.質量虧損并非質量消失,而是減少的質量m以以

光子形式輻射釋放核能

(動質量),因此質量守恒定律不被破壞.99將一個質子和一個中子結合成一個氘核，能量減小了，是否違反了能量守恒定律？為什么？

沒有違反能量守恒定律；減小的這部分能量以γ光子釋放出去。將一個質子和一個中子結合成一個氘核，質量減小了，是否違反了質量守恒定律？為什么？

沒有違反質量守恒定律；減小的那部分質量等于γ光子的動質量。質能方程100第四.公式ΔE=Δm·c2

的單位問題國際單位:

m用“kg”C用“m/s”ΔE用“J”常用單位:

m用“u(原子質量單位)”1u=1.660566×10-27kgΔE用“uc2”1uc2=931MeV(表示1u的質量變化相當于931MeV的能量改變)P82問題與練習3.101當然，2.19MeV的能量的絕對數量并不算大，但這只是組成1個氘核所放出的能量．如果組成的是6.02×1023個氘核時，放出的能量就十分可觀了．與之相對照的是，使1摩的碳完全燃燒放出的能量為393.5×103J．折合為每個碳原子在完全燃燒時放出的能量只不過4eV．若跟上述核反應中每個原子可能放出的能量相比，兩者相差數十萬倍．第五.核反應中釋放或吸收的能量比化學反應中釋放或吸收的能量大好幾個數量級.102103反應后氘核的質量一定小于反應前質子和中子的質量和

反應前后質量數不變，因而質量不變核子結合成核時，一定釋放核能γ光子具有的能量為.中子和質子結合成氘核，同時釋放γ光子，核反應方程是,下列說法正確的是（）為核反應中的質量虧損ACD質能方程104課堂練習:(1)試證明，1原子質量單位u相當于931.50MeV的能量．1u=1.6606×-27kg，光速c=2.9979×108m/s，1eV=1.6022×10-19J．(2)碳原子的質量是12.000000u，可以看做是由6個氫原子(質量是1.007825u)和6個中子組成的．求核子結合成碳原子核時釋放的能量．(在計算中可以用碳原子的質量代替碳原子核的質量，用氫原子的質量代替質子的質量，因為電子的質量可以在相減過程中消去．)105106質能方程對于質能方程我們主要應用在各種核反應中輕核聚變重核裂變10719.6《重核的裂變》108

鈾核裂變的產物是多種多樣的，有時裂變為氙（Xe)和鍶(Sr),有時裂變為鋇（Ba）和氪（Kr）或者銻（Sb）和鈮（Nb），同時放出2～3個中子。鈾核還可能分裂成三部分或四部分，不過這種情形比較少見。109

鈾核裂變的許多可能的核反應中的一個是：

92235u+01n→3890sr+54136xe+1001n110在這個反應中釋放的能量可以計算如下：裂變以前：U235.0439un1.0087u236.0526u裂變以后：Sr89.9077uXe135.9072u10n10.0867u235.9016u反應過程中質量減少了△m=0.1510u.111反應中釋放的能量：

△E=△mc2=141兆電子伏說明：如果1克鈾全部裂變，它放出的能量就相當于2500噸優質煤完全燃燒時放出的化學能。112

鈾核裂變時，同時釋放出2～3個中子，如果這些中子再引起其他U235核裂變，就可使裂變反應不斷地進行下去，這種反應叫做鏈式反應。

113

核反應堆：

石墨作用：作減速劑

鎘棒作用：控制鏈式反應速度

水泥防護層作用：防止鈾核裂變產物發出各種射線對人體危害11419.7《核聚變》115復習:1、在原子核反應產生的核能怎樣計算？E=mc2?E=?mc21u=951.5MeV2、怎樣理解核反應中的質量守恒與質量虧損。116新課教學一、輕核聚變

某些輕核結合成質量較大的核的核反應過程，同時放出大量的核能。例：1、輕核聚變的條件：核子要距離十分近加熱高溫熱核反應幾百萬度高溫1172、熱核反應的優點：（1）熱核反應釋放的能量比裂變大得多。（2）反應后的廢物較易處理。（3）原料易得。118例1、已知氘核質量為2.0136u，中子質量為1.0087u

核的質量為3.0150u。求：（1）寫出兩個氘核聚變成的核反應方程式（2）計算上述核反應中釋放的核能。23He23He【分析】算出核反應中的質量虧損，利用愛因斯坦質能方程即可求出反應釋放的核能。解答：（1）（2）由題給條件可求得質量虧損為：Δm=2.0136×2－(3.0150+1.0087)=0.0035u∴釋放的核能為ΔE=Δmc2=931.5×0.0035=3.26MeV119

靜止在勻強磁場中的原子核，俘獲一個速度為7.7×104m/s的中子而發生核反應放出α粒子后變成一個新原子核，已知中子速度方向與磁場方向垂直，測得α粒子速度為：2×104m/s，方向與中子速度方向相同，求：（1）生成的新核是什么？寫出核反應方程式。（2）生成的新核的速度大小和方向。（3）若α粒子與新核間相互作用不計，則二者在磁場中運動軌道半徑之比及周期之比各為多少？6Li3解：（1）寫出核反應方程式生成的新核是氚核例2、120（2）由動量守恒定律mnvn=mαvα+mHvHvn=7.7×104m/svα=2×104m/s∴VH=(mnvn-mαvα)/mH=(1×7.7×104-4×2×104)／3=-1.0×103m/s方向與中子方向相反（3）由r=mv/qB∝mv/qrα:rH=mαvα/qα

：

mHvH/qH

=（4×2／

2

）:（3×0.1）=40:3T=2πm/qB∝m/qTα:TH=4/2:3/1=2:3121

靜止在勻強磁場中的核，沿與磁場垂直的方向射出一個α粒子后，變成鈾的一種同位素核，同時釋放能量為0.09MeV光子。核的質量為238.99965u，鈾核質量為234.99347u，α粒子的質量為4.001509u，1u=1.660566×10-27

kg）若不計光子的動量，求：（1）鈾核與α粒子回轉半徑之比RU∶Rα；（2）α粒子的動能為多少？239

Pu94239

Pu94解：（1）射出α粒子的過程中動量守恒239

Pu940=mUvU-mαvα(1)由帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式得RU=mUvU/qUBRα=mαvα/qαB（2）由(1)(2)得RU/Rα=qα/qU=2/92=1/46例9.122（2）核反應中釋放的核能為ΔE=Δmc2=(238.999655-234.99347-4.001509)×931.5=4.356MeV由能的轉化和守恒定律知EkU+Ekα=ΔE-0.09=4.266MeV∵pU=pα∴由EK=1/2·mv2=p2/2mEKU/EKα=mα/mU=4/235∴α粒子的動能為EKα=(EkU+Ekα)×mU／(mα+mU)=4.266×235／239=4.195(MeV)12304年廣東5

中子n、質子p、氘核D的質量分別為現用光子能量為E的γ射線照射靜止氘核使之分解，反應的方程為 若分解后中子、質子的動能可視為相等，則中子的動能是（）A.B.C.D.C1241．下列說法中正確的是 （）

A．質子與中子的質量不等，但質量數相等

B．兩個質子間，不管距離如何，核力總是大于庫侖力

C．同一種元素的原子核有相同的質量數，但中子數可以不同

D．除萬有引力外，兩個中子之間不存在其它相互作用力A03年江蘇高考112519.8《粒子和宇宙》126第十九章原子核第八節粒子和宇宙127比比誰小

分子由______構成，不同原子構成_______分子，相同原子構成_______分子。原子是由位于中心的_______和核外高速旋轉的______構成的。（電子帶___電，原子核帶___電）原子核是由_____和_____構成的。（質子帶___電，中子_______電）質子和中子都是由_____組成的。原子化合物單質原子核電子負正質子中子不帶夸克正128蓋爾曼（夸克）129道爾頓（原子）湯姆遜（電子）盧瑟福（質子）查德威克（中子）蓋爾曼（夸克）發現各種微粒的科學家130一、“基本粒子”不基本1311995美國費米國家加速器實驗室證實了頂夸克(TopQuark)的存在132二、發現新的粒子133粒子的分類1.按自旋分類2.共振態粒子—壽命極短（約10-23s）1344.按相互作用分類(＋——參與)正、反粒子物理量的絕對值都相同，但某些物理量(如電荷、磁矩等)的符號相反。

引力子自旋應為2、靜止質量和電荷為零，以光速運動。

光子自旋為1，是玻色子3.正粒子、反粒子135輕子（共12種）中微子系中性粒子，質量為零，只參與弱相互作用。說明136強子分類K介子和各種超子稱為奇異粒子。試驗中發現以下現象

協同產生:一個超子總是和一個或幾個K介子同時產生。奇異粒子協同產生的過程極快(約為10-23s),表明是在強相互作用下進行的；而衰變過程很慢(壽命約為10-8～

10-10s)，表明是在弱相互作用下進行的。137強子結構的夸克模型下夸克d

上夸克u

奇夸克

s強子結構夸克模型(1964年)：介子（夸克和反夸克組成）重子（三個夸克組成）粲夸克c

底夸克b

頂夸克

t138三、夸克模型139例如質子奇異粒子π+介子1401