5 核力与结合能
[目标定位] 1.了解四种基本相互作用，知道核力的性质.2.能简单解释轻核和重核内中子数、质子数具有不同比例的原因.3.知道原子核的结合能和比结合能的概念.4.知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算．
一、核力与四种基本相互作用
1．核力：原子核里的核子间存在着相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核．
2．核力特点
(1)核力是核子间的强相互作用的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．
(2)核力是短程力，作用范围在1.5×1015m之内．
(3)每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这也称为核力的饱和性．
(4)核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用．3．四种基本相互作用
(1)长程力：万有引力、电磁力，在相同距离上，电磁力要比万有引力强1035倍．
(2)短程力：发生在原子核内的强相互作用和弱相互作用．弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，其力程比强力更短，为10－18 m.
二、原子核中质子与中子的比例
1．较轻原子核：质子数与中子数大致相等．
2．较重原子核：中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多．
三、结合能与质量亏损
1．结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量；或若干个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量．
2．比结合能：原子核的结合能与核子数之比，也叫平均结合能，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．
3．质量亏损
(1)爱因斯坦质能方程：E＝mc2．
(2)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．
(3)亏损的质量与释放的能量间的关系：ΔE＝Δmc2．
想一想有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？
答案不对，在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化．
一、对核力及原子核中质子与中子的比例的理解
1．核力的特点：核力是只在邻近的核子之间发生的一种强相互作用，是短程力．
2．核子比例关系：较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多．
3．形成原因
(1)若质子与中子成对地构建原子核，由于核力是短程力．当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了．
(2)若只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多．
(3)由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的．
例1下列关于原子核中质子和中子的说法，正确的是( )
A．原子核中质子数和中子数一定相等
B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多
C．原子核都是非常稳定的
D．对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的
答案 D
解析自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多．因此正确答案选D.
二、结合能与比结合能的理解
1．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19－5－1所示．
图19－5－1
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．
2．当比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时会释放核能．
3．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，中等核子数的原子核，比结合能较大，原子核较稳定．
例2下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有( )
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B．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
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
答案 D
解析核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．借题发挥结合能、比结合能的对比理解
(1)核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分开成核子时一定吸收能量．吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大．
(2)比结合能为结合能与核子数的比值，比结合能越大表明原子核越稳定．一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的比结合能大．
针对训练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________________．
答案10n＋11H―→21H Q 2
解析方程式：10n＋11H―→21H
核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫原子核的结合能．它的结合能与核子数之比，称作比结合能，由题意知氘核的核子数为2，所以比结合能为Q
2.
三、质量亏损和核能的计算
1．对质能方程和质量亏损的理解 (1)质能方程
质能方程：爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是E ＝mc 2
. (2)质量亏损
质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．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 ＝Δmc 2. 2．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 ＝Δmc 2
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原子质量单位(u)相当于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.
例3 某核反应方程为2
1H ＋3
1H →4
2He ＋X.已知2
1H 的质量为2.013 6 u ，3
1H 的质量为3.018 0 u ，4
2He 的质量为4.002 6 u ，X 的质量为1.008 7 u ．则下列说法中正确的是( ) A ．X 是质子，该反应释放能量
B ．X 是中子，该反应释放能量
C ．X 是质子，该反应吸收能量
D ．X 是中子，该反应吸收能量 答案 B
解析 由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得2
1H ＋3
1H →4
2He ＋1
0X ，X 为中子，在该反应发生前反应物的总质量m 1＝2.013 6 u ＋3.018 0 u ＝5.031 6 u ，反应后产物总质量m 2＝4.002 6 u ＋1.008 7 u ＝5.011 3 u ．总质量减少，出现了质量亏损．根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，故B 正确．
借题发挥在核反应中，是释放能量还是吸收能量，需要确定反应前、后质量的变化．若反应后质量减少即发生了质量亏损，则释放出能量，反之吸收能量．由于不明确质量亏损的含义和与能量的关系，易误选D.注意此反应过程质量发生亏损，释放出能量．
例4已知氮核质量M N＝14.007 53 u，氧17核的质量M O＝17.004 54 u，氦核质量M He＝4.003 87 u，氢核质量M H＝1.008 15 u，试判断：147N＋42He―→178O＋11H这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？
答案吸收能量 1.2 MeV
解析反应前总质量：M N＋M He＝18.011 40 u，
反应后总质量：M O＋M H＝18.012 69 u.
可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应．
吸收的能量利用ΔE＝Δmc2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量，
故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV.
对原子核中质子与中子的比例的理解
1．在自然界中，对于较重的原子核的中子数和质子数的比例关系，下列说法正确的是( ) A．中子数等于质子数 B．中子数小于质子数
C．中子数大于质子数 D．无法确定
答案 C
解析原子核越重，原子间库仑斥力就越大，而中子数多于质子数，因中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以才有助于维系原子核的稳定，故稳定的重原子核里，中子数要比质子数多．故正确答案为C.
对结合能与比结合能的理解
2．(2014·北京卷)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)( )
A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)c
C．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2
答案 C
解析根据质能方程，ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3，则ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，C正确，A、B、D
错误．
质量亏损和核能的计算
3．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是( )
A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比
B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能
C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损
D．E＝mc2中的E是发生核反应中释放的核能
答案 D
解析爱因斯坦质能方程E＝mc2，定量地指出了物体能量和质量之间的关系，A正确；由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量降低，向外释放了能量；反之，若物体的质量增加了，则物体的能量升高，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故B、C 正确，D错误．
4．一个锂核(73Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知质子的质量是1.673 6×10－27 kg，锂核的质量是11.650 5×10－27 kg，氦核的质量是6.646 6×10－27 kg.
(1)写出上述核反应的方程；
(2)计算上述核反应释放出的能量．(保留3位有效数字)
答案(1)73 Li＋11H―→242He
(2)2.78×10－12 J
解析(1)73 Li＋11H―→242He
(2)核反应的质量亏损
Δm＝m Li＋m p－2mα＝(11.650 5×10－27＋1.673 6×10－27－2×6.646 6×10－27) kg＝3.09×10－29 kg 释放的能量
ΔE＝Δmc2＝3.09×10－29×(3×108)2 J＝2.78×10－12 J
(时间：60分钟)
题组一对核力及结合能的理解
1．下列关于核力的说法正确的是( )
A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用
B．核力就是电磁力
C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内
D．核力与电荷有关
答案 C
解析核力是短程力，超过1.5×10－15 m，核力急剧下降几乎消失，故C对；核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对；核力与电荷无关0，故D错．
2．(2013·新课标全国卷Ⅱ)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(133 55Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能
D．比结合能越大，原子核越不稳定
E．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
答案ABC
解析结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；核子数越多，结合能越大，选项C正确；比结合能也叫平均结合能，比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D错误；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项E错误．
3．对结合能、比结合能的认识，下列正确的是( )
A．一切原子核均具有结合能
B．自由核子结合为原子核时，可能吸收能量
C．结合能越大的原子核越稳定
D．比结合能越大的原子核越稳定
答案AD
解析由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量；反之，将原子核分开变为自由核子时需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A正确、B错误；核子较多的原子核的结合能大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误、D正确．
图19－5－2
如图19－5－2所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是( )
A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量
B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量
C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量
D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量
答案 C
解析因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A错，同理可得B、D错，C正确．
题组二质量亏损和核能的计算
5．对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是( )
A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm
B．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2
C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量
D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是Δm
答案ABD
解析一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm，即发生质量亏损，所以选项A、D正确；如果物体的质量增加了Δm，它的能量一定相应增加Δmc2，所以选项B正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误．
6．一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是11H＋10n―→21H＋γ，以下说法中正确的是( )
A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和
B．反应前后的质量数不变，因而质量不变
C．γ光子的能量为Δmc2，Δm为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度
D．因存在质量亏损Δm，所以“物质不灭”的说法不正确
答案AC
解析核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为A、C.
7．原子质量单位为u，1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是( )
A．(M－m1－m2)u·c2 B．(m1＋m2－M)u×931.5 J
C．(m1＋m2－M)c2 D．(m1＋m2－M)×931.5 eV
答案 C
解析在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1 u相当于931.5 MeV的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，故C正确，A、B、D错．8．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是( )
A．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子
B．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零
答案AD
解析用能量小于结合能的光子照射氘核时，氘核一定不能分解，所以A正确、B错误；用能量大于结合能的光子照射氘核时，氘核可能分解，只要分解，分解出的质子和中子动能之和一定不为零(若动能之和为零就分不开了)，所以C错误、D正确．
9．氘核和氚核聚变时的核反应方程为21H＋31H→42He＋10n，已知31H的平均结合能是2.78 MeV，21H的平均结合能是1.09 MeV，42He的平均结合能是7.03 MeV，则核反应时释放的能量为________MeV.
答案17.6
解析聚变反应前氘核和氚核的总结合能
E 1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV ＝10.52 MeV.
反应后生成的氦核的结合能
E 2＝7.03×4 MeV ＝28.12 MeV.
由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为 ΔE ＝E 2－E 1＝(28.12－10.52) MeV ＝17.6 MeV. 题组三 综合应用
10．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV 的质子1
1H 轰击静止的A
E X ，生成两个动能均为8.9 MeV 的4
2He.(1 MeV ＝1.6×10－13
J)
(1)
上
述
核
反
应
方
程
为
________________________________________________________________________． (2)质量亏损为________kg.
答案 (1)1
1H ＋7
3X ―→4
2He ＋4
2He(或1
1H ＋7
3Li ―→4
2He ＋4
2He) (2)3.1×10
－29
解析 (1)根据电荷数和质量数守恒可写出核反应方程为1
1H ＋7
3X ―→4
2He ＋4
2He 或1
1H ＋7
3Li ―→4
2He ＋4
2He. (2)设反应前质子的动能为E k0，反应后4
2He 的动能为E k ，由于质量亏损而释放的能量为 ΔE ＝2E k －E k0＝(2×8.9－0.5) MeV ＝17.3 MeV ， 根据爱因斯坦质能方程，有
Δm ＝ΔE c 2＝17.3×1.6×10－13
（3.0×108）
2 kg ＝3.1×10
－29
kg. 11．两个中子和两个质子结合成一个氦核，同时释放一定的核能，中子的质量为 1.008 7 u ，质子的质量为1.007 3 u ，氦核的质量为4.002 6 u ，试计算中子和质子生成1 kg 的氦时，要释放出多少核能？
答案 6.59×1014
J
解析 先计算生成一个氦核释放的能量，再根据1 kg 氦核的个数即可求出释放的总的核能．核反应方程
21
1H ＋21
0n ―→4
2He
生成一个氦核过程的质量亏损
Δm ＝(1.008 7 u ＋1.007 3 u )×2－4.002 6 u ＝0.029 4 u ， 释放的核能ΔE ＝0.029 4×931.5 MeV ＝27.386 MeV 生成1 kg 氦核释放的能量E ＝n ΔE ，
E ＝
1 0004
×6.02×1023×27.386×106×1.6×10－19 J ＝6.59×1014
J. 12．一个静止的铀核232
92U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核228
90Th(原子质量为228.028 7 u)．(已知原子质量单位1 u ＝1.67×10－27
kg ，1 u 相当于931.5
MeV 的能量)
(1)写出铀核的衰变反应方程； (2)算出该衰变反应中释放出的核能；
(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？ 答案 (1)232
92U ―→228
90Th ＋4
2He (2)5.50 MeV (3)5.41 MeV 解析 (1)232
92U ―→228
90Th ＋4
2He
(2)质量亏损Δm ＝m U －m α－m Th ＝0.005 9 u ΔE ＝Δmc 2＝0.005 9×931.5 MeV ＝5.50 MeV (3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等， 即p Th ＋(－p α)＝0，p Th ＝p α
E kTh ＝p 2Th 2m Th ，E k α＝p 2α
2m α
，E kTh ＋E k α＝ΔE
所以α粒子获得的动能 E k α＝m Th m α＋m Th ·ΔE ＝228
4＋228×5.5 MeV ＝5.41 MeV
氢原子的能级图 n E /eV ∞ 0 1 -13.6 2 -3.4 3 4 -0.8 5 E 1 E 2 E 3 高考物理知识点总结24 原子、原子核 整个知识体系，可归结为：两模型(原子的核式结构模型、波尔原子模型)；六子(电子、质子、中子、正电子、α粒子、γ光子)；四变(衰变、人工转变、裂变、聚变)；两方程(核反应方程、质能方程)。 4条守恒定律(电荷数守恒、质量数守恒、能量守恒、动量守恒)贯串全章。 1.汤姆生模型(枣糕模型) 汤姆生发现电子，使人们认识到原子有复杂结构。从而打开原子的大门. 2.卢瑟福的核式结构模型(行星式模型)卢瑟福α粒子散射实验装置,现象,从而总结出核式结构学说 α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔，实验现象：结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但是有少数α粒子发生了较大的偏转.这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。 卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。 由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m 。 而核式结构又与经典的电磁理论发生矛盾：①原子是否稳定,②其发出的光谱是否连续 3.玻尔模型(引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n 叫量子数)玻尔补充三条假设 ⑴定态--原子只能处于一系列不连续的能量状态(称为定态),电子虽然绕核运转,但不会向外辐射能量。 (本假设是针对原子稳定性提出的) ⑵跃迁--原子从一种定态跃迁到另一种定态,要辐射(或吸收)一定频率的光子(其能量由两定态的能量差决定)(本假设针对线状谱提出) (终初E E h -=ν) 辐射(吸收)光子的能量为hf ＝E 初-E 末 氢原子跃迁的光谱线问题[一群氢原子可能辐射的光谱线条数为()2 12-==n n C N n ]。 [ (大量)处于n 激发态原子跃迁到基态时的所有辐射方式] ⑶能量和轨道量子化----定态不连续,能量和轨道也不连续;(即原子的不同能量 状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应,原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道分布也是不连续的) (针对原子核式模型提出，是能级假设的补充) 氢原子的激发态和基态的能量(最小)与核外电子轨道半径间的关系是: 【说明】氢原子跃迁 ① 轨道量子化r n =n 2r 1(n ＝1,2.3…) r 1=0.53×10-10m 能量量子化：21n E E n = E 1=－13.6eV ②
高中物理必背知识点原子和原子核公式 原子和原子核公式总结 1.粒子散射试验结果a)大多数的粒子不发生偏转;(b)少数 粒子发生了较大角度的偏转;(c)极少数粒子出现大角度的 偏转(甚至反弹回来) 2.原子核的大小：10-15～10-14m，原子的半径约10-10m(原子的核式结构) 3.光子的发射与吸收：原子发生定态跃迁时,要辐射(或吸收)一定频率的光子:h=E初-E末{能级跃迁｝ 4.原子核的组成：质子和中子(统称为核子)， {A=质量数=质子数+中子数，Z=电荷数=质子数=核外电子数=原子序数〔见第三册P63〕｝ 5.天然放射现象：射线(粒子是氦原子核)、射线(高速运动的电子流)、射线(波长极短的电磁波)、衰变与衰变、半衰期(有半数以上的原子核发生了衰变所用的时间)。射线是伴随射线和射线产生的〔见第三册P64〕 6.爱因斯坦的质能方程:E=mc2{E:能量(J)，m:质量(Kg)，c:光在真空中的速度｝ 7.核能的计算E=mc2{当m的单位用kg时，E的单位为J;当m用原子质量单位u时，算出的E单位为uc2;1uc2=931.5MeV｝〔见第三册P72〕。 注：
(1)常见的核反应方程(重核裂变、轻核聚变等核反应方程)要求掌握; (2)熟记常见粒子的质量数和电荷数; (3)质量数和电荷数守恒,依据实验事实,是正确书写核反应方程的关键; (4)其它相关内容:氢原子的能级结构〔见第三册P49〕/氢原子的电子云〔见第三册P53〕/放射性同位数及其应用、放射性污染和防护〔见第三册P69〕/重核裂变、链式反应、链式反应的条件、核反应堆〔见第三册P73〕/轻核聚变、可控热核反应〔见第三册P77〕/人类对物质结构的认识。 考生只要在全面复习的基础上，抓住重点、难点、易错点，各个击破，夯实基础，规范答题，一定会稳中求进，取得优异的成绩。为大家整理了高中物理必背知识点：原子和原子核公式
高中物理原子与原子核知识点总结(必修三) 载自：搜高考网.soogk. 原子、原子核这一章虽然不是重点,但是高考选择题也会涉及到,其实只要记住模型和方程式,就不会在做题上出错,下面的一些总结希望对大家有所帮助. 卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构学说,玻尔把量子说引入到核式结构模型之中,建立了以下三个假说为主要内容的玻尔理论.认识原子核的结构是从发现天然放射现象开始的,发现质子的核反应是认识原子核结构的突破点.裂变和聚变是获取核能的两个重要途径.裂变和聚变过程中释放的能量符合爱因斯坦质能方程。 整个知识体系，可归结为：两模型(原子的核式结构模型、波尔原子模型)；六子(电子、质子、中子、正电子、粒子、光子)；四变(衰变、人工转变、裂变、聚变)；两方程(核反应方程、质能方程)。 4条守恒定律(电荷数守恒、质量数守恒、能量守恒、动量守恒)贯串全章。 1.汤姆生模型(枣糕模型) 汤姆生发现电子，使人们认识到原子有复杂结构。从而打开原子的大门. 2.卢瑟福的核式结构模型(行星式模型)卢瑟福α粒子散射实验装置,现象,从而总结出核式结构学说 α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔，实验现象：结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但是有少数α粒子发生了较大的偏转.这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。
卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。 由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m。 而核式结构又与经典的电磁理论发生矛盾：①原子是否稳定,②其发出的光谱是否连续 3.玻尔模型(引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n叫量子数)玻尔补充三条假设 ⑴定态--原子只能处于一系列不连续的能量状态(称为定态),电子虽然绕核运转,但不会向外辐射能量。 (本假设是针对原子稳定性提出的) ⑵跃迁--原子从一种定态跃迁到另一种定态,要辐射(或吸收)一定频率的光子(其能量由两定态的能量差决定)(本假设针对线状谱提出) ( ) 辐射(吸收)光子的能量为hf＝E初-E末 氢原子跃迁的光谱线问题[一群氢原子可能辐射的光谱线条数为 ]。
《原子核》知识梳理 【原子核的组成】 1．1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现质子即氢原子核。 2．卢瑟福预想到原子内存在质量跟质子相等的不带电的中性粒子，即中子。查德威克经过研究，证明：用天α射线轰击铍时，会产生一种看不见的贯穿能力很强（10-20厘米的铅板）的不带电粒子，用其轰击石蜡时，竟能从石蜡中打出质子，此贯穿能力极强的射线即为设想中的中子。 3．质子和中子统称核子，原子核的电荷数等于其质子数，原子核的质量数等于其质子数与中子数的和。具有相同质子数的原子属于同一种元素；具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素。 【放射性元素的衰变】 1．天然放射现象 人类认识原子核有复杂结构和它的变化规律，是从天然放射现象开始的。 1896年贝克勒耳发现放射性，在他的建议下，玛丽·居里和皮埃尔·居里经过研究发现了新元素钋和镭。 用磁场来研究放射线的性质： α射线带正电，偏转较小，α粒子就是氦原子核，贯穿本领很小，电离作用很强，使底片感光作用很强 β射线带负电，偏转较大，是高速电子流，贯穿本领很强（几毫米的铝板），电离作用较弱； γ射线中电中性的，无偏转，是波长极短的电磁波，贯穿本领最强（几厘米的铅板），电离作用很小。 2．原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。在衰变中电荷数和质量数都是守恒的（注意：质量并不守恒。）。 3.半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。放射性元素衰变的快慢是由核内部本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，它是对大量原子的统计规律。 【放射性的应用与防护】 1．放射性同位素的应用： 利用它的射线（贯穿本领、电离作用、物理和化学效应） 做示踪原子。 2．放射性同位素的防护：过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核的破坏，因此，在使用放射性同位素时，必须注意人身安全，同时要放射性物质对空气、水源等的破坏。
高中物理原子与原子核知识点总结 1.汤姆生模型(枣糕模型) （）发现电子，使人们认识到原子有复杂结构。从而打开人们认识原子的大门. 2.核式结构模型：（）通过α粒子散射实验,总结出核式结构学说。由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出（）大小的数量级是（）。 核式结构与经典的电磁理论发生矛盾：①原子是否稳定,②其发出的光谱是否连续 3.玻尔模型(引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n叫量子数)玻尔补充三条假设 ⑴定态--原子只能处于一系列不连续的能量状态(称为定态),电子虽然绕核运转,但不会向外辐射能量。 ⑵跃迁--原子从一种定态跃迁到另一种定态,要辐射(或吸收)一定频率的光子(其能量由两定态的能量差决定)，辐射(吸收)光子的能量为（） 氢原子跃迁的光谱线问题[一群氢原子从n激发态原子跃迁到基态时可能辐射的光谱线条数为（）。 ⑶能量和轨道量子化----定态不连续,能量和轨道也不连续; 氢原子的激发态和基态的能量(最小)与核外电子轨道半径间的关系是:（） 【说明】氢原子跃迁 ① 轨道量子化r n=n2r1(n＝1,2.3…)r1=0.53×10-10m
能量量子化：E1=－13.6eV ② ③氢原子跃迁时应明确： 一个氢原子直接跃迁向高（低）能级跃迁，吸收（放出）光子 ( 某一频率光子 ) 一群氢原子各种可能跃迁向低（高）能级跃迁放出（吸收）光子 (一系列频率光子) ④氢原子吸收光子时——要么全部吸收光子能量，要么不吸收光子 A光子能量大于电子跃迁到无穷远处(电离)需要的能量时，该光子可被吸收。(即：光子和原子作用而使原子电离) B光子能量小于电子跃迁到无穷远处(电离)需要的能量时,则只有能量等于两个能级差的光子才能被吸收。 ⑤氢原子吸收外来电子能量时——可以部分吸收外来碰撞电子的能量因此，能量大于某两个能级差的电子均可被氢原子吸收，从而使氢原子跃迁。 ⑶玻尔理论的局限性。由于引进了量子理论（轨道量子化和能量量子化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。
高中物理原子与原子核知识点总结(选修3－5) 原子、原子核这一章虽然不是重点,但是高考选择题也会涉及到,其实只要记住模型和方程式,就不会在做题上出错,下面的一些总结希望对同学们有所帮助. 一波粒二象性 1光电效应的研究思路 (1)两条线索： h为普朗克常数 h=6.63×J·S ν为光子频率 2．三个关系 (1)爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0。 (2)光电子的最大初动能E k可以利用光电管实验的方法测得，即E k＝eU c，其中U c是遏止电压。 (3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc。 3波粒二象性 波动性和粒子性的对立与统一 (1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性。 (2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强。 (3)光子说并未否定波动说，E＝hν＝hc λ 中，ν（频率）和λ就是波的概念。 光速C=λν (4)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的。 3．物质波 (1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，也
叫德布罗意波。 (2)物质波的波长：λ＝h p ＝h mv ，h 是普朗克常量。 二 原子结构与原子核 （1）卢瑟福的核式结构模型 卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构学说,玻尔把量子说引入到核式结构模型之中,建立了以下三个假说为主要容的玻尔理论.认识原子核的结构是从发现天然放射现象开始的,发现质子的核反应是认识原子核结构的突破点.裂变和聚变是获取核能的两个重要途径.裂变和聚变过程中释放的能量符合爱因斯坦质能方程。 整个知识体系，可归结为：两模型(原子的核式结构模型、波尔原子模型)；六子(电子、质子、中子、正电子、 粒子、 光子)；四变(衰变、人工转变、裂变、聚变)；两方程(核反应方程、质能方程)。 4条守恒定律(电荷数守恒、质量数守恒、能量守恒、动量守恒)贯串全章。 1.(1)电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆通过对阴极射线的研究发现了电子。电子的发现证明了原子是可再分的。 (2)汤姆原子模型：原子里面带正电荷的物质均匀分布在整个原子球体中，而带负电的电子镶嵌在球。 2.卢瑟福的核式结构模型(行星式模型)卢瑟福α粒子散射实验装置,现象,从而总结出核式结构学说
原子和原子核问题 一、氢原子光谱与能级跃迁 1．氢原子光谱 (1) 光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． (2)光谱分类(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式 1 λ＝R ( 1 22－ 1 n2) (n＝3,4,5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)． 光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线，可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10-10 g时就可以被检测到，这种方法称为光谱分析。(4)在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义． 2．氢原子的能级结构、能级公式 (1) 玻尔理论 ①定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量． ②跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝E m－E n.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) ③轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．(2)几个概念
①能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫做能级． ②基态：原子能量最低的状态． ③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他的状态． ④量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数． (3) 氢原子的能级公式：E n＝1 n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能 量，其数值为E1＝－13.6 eV. (4) 氢原子的半径公式：r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径， 又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.. 3．氢原子的能级图 【例题】 1 当用具有1.87eV能量的光子照射n＝3激发态的氢原子时，氢原 子（）
原子核章末高考真题链接 1．(全国卷Ⅲ)1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核1327Al，产生了第一个人工放射性同位素X：α＋1327Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为() A．15和28B．15和30 C．16和30 D．17和31 解析：选B因为α粒子是24He、中子是01n，所以根据反应方程式前后质量数、质子数相等得出24He＋1327Al→01n＋1530X.故选B. 2．(北京卷)在核反应方程24He＋147N→178O＋X中，X表示的是() A．质子B．中子 C．电子D．α粒子 解析：选A设X为A Z X，根据核反应的质量数守恒：4＋14＝17＋Z，则Z ＝1.电荷数守恒：2＋7＝8＋A，则A＝1， 即X为11H，即为质子，故选项A正确，B、C、D错误． 3．(天津卷)国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台．下列核反应中放出的粒子为中子的是() A.147N俘获一个α粒子，产生178O并放出一个粒子 B.1327Al俘获一个α粒子，产生1530P并放出一个粒子 C.115B俘获一个质子，产生48Be并放出一个粒子 D.36Li俘获一个质子，产生23He并放出一个粒子
解析：选B根据质量数和电荷数守恒可知四个核反应方程分别为147N＋24 He→178O＋11H、1327Al＋24He→1530P＋01n、115B＋11H→48Be＋24He、36Li＋11H→23He＋24He，故只有B项正确． 4．(江苏卷)已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为() A．1∶4 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1 解析：选B经过2T，对A来说是2个半衰期，A的质量还剩1 4.经过2T， 对B来说是1个半衰期，B的质量还剩1 2.所以剩有的A和B质量之比为1∶2， 选项B正确． 5．(全国卷Ⅱ)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为238 92U→90234 Th＋24He.下列说法正确的是() A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能 B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小 C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间 D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 解析：选B根据动量守恒定律可知衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动 量大小，B正确；根据E k＝p2 2m可知衰变后钍核的动能小于α粒子的动能，A错误；半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，C错误；衰变后质量亏损，因此α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，D错误．6．(全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是12H＋12H→23He＋01n.已知21H的质量为2.013 6 u，23He 的质量为3.015 0 u，01n的质量为1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为() A．3.7 MeV B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV 解析：选B氘核聚变反应的质量亏损Δm＝2m 氘－m 氦 －m n＝0.003 5 u，则 该反应释放的核能为ΔE＝Δm×931 MeV＝3.258 5 MeV≈3.3 MeV.
高中物理-原子核章末复习 【知识网络梳理】 【知识要点与方法指导】 一、重点、难点、方法 1．物理学史 （1）贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂的结构。 （2）卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的实验，发现了质子。 （3）查德威克用α粒子轰击铍原子核实验，发现了中子。 （4）约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝箔的实验，发现了放射性同位素和正电子。 2．原子核衰变法则 衰变过程中遵守电荷数守恒和质量数守恒。 44 22011X Y He X Y e A A Z Z A A Z Z αβ--+-?→+??→+?? 衰变:衰变: 3．几个重要的核反应 原子核2 2)E mc E mc ?? ? ? ???? ? ???? ?? ? ? ?? ?=?=?? 原子核原子核的转变核能、爱因斯坦的质能方程（或1011n H ???? ???中子质子核子：质子与中子的统称核力：只存在于相邻核子间的强相互作用力，是短程力????????????? 衰变人工转变裂变聚变???????质子的发现中子的发现正电子的发现放射性同位素及其应用αβ???衰变衰变
二、要点深化 1．三种射线在电场和磁场中偏转的特点和判断方法。 （1）不论在电场还是磁场中，γ射线总是做匀速直线运动，不发生偏转。 根据上述特点，在电场或磁场中不发生偏转的射线是γ射线。 （2）α射线和β射线在电场中偏转的特点。在匀强电场中，α和β粒子沿相反方向作类平抛运动，且在同样的条件下，β粒子的偏移最大，根据粒子在电场力方向做初速为零的匀加速 直线运动，位移x 可表示为：2 201122qE y x at m v ?? ==? ??? ∝21mv 。 所以，在同样条件下β与α粒子偏移之比为 2 21410 3712/1837c x e v x e v c βα?? ???=? ?=>。 （3）α射线和β射线在磁场中的偏转特点。在匀强磁场中，α和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径最小，偏转最大。 根据 2mv mv qvB R R qB == 得∝mv q 所以，在同样条件下β与α粒子的轨道半径之比为 /183721 14/10367 R v c e R v c e βα = ??=<。 根据上述径迹特点，即使电场和磁场方向未知，也可以区分射线的种类。 2．核能的计算方法 （1）根据质量亏损计算，步骤如下： ①根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损m ?。 ②根据爱因斯坦质能方程22E mc E mc =?=?或计算核能。 ③计算过程中m ?的单位是千克，E ?的单位是焦耳。 （2）利用原子单位u 和电子伏特计算。
评卷人得分 一、多选题 1．下面是铀核裂变反应中的一个：235 92U＋1 n―→136 54 Xe＋90 38 Sr＋101 n 已知铀235的质量为235.043 9u，中子质量为1.008 7u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2u，则此核反应中( ) A．质量亏损为Δm＝235.043 9u＋1.008 7u－89.907 7 u－135.907 2u B．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)u C．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)×(3×108)2J D．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)×931.5MeV 【答案】BD 【解析】计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错，B对；质量单位为“u”时，可直接用“1u的亏损放出能量931.5MeV”计算总能量，故D对，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错。 2．关于原子结构和核反应的说法中正确的是( ) A．卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出了原子的核式结构模型 B．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的 C．据图可知，原子核A裂变成原子核B和C要放出核能量 D．据图可知，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量 【答案】ACD
【解析】卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出了原子的核式结构模型，即A正确；天然放射现象的发现，揭示了原子核具有复杂的结构，故B错误；A裂变为B和C，D和E 聚变为F，由于核子的平均质量都减少，所以都发生质量亏损，都放出了能量，故C、D 正确。 3．有关放射性同位素30 15 P的说法，正确的是( ) A.30 15P与40 14 X互为同位素 B.30 15 P与其同位素有相同的化学性质 C．用30 15 P制成化合物后它的半衰期变长 D.30 15 P能释放正电子，可用其作示踪原子，观察磷肥对植物的影响 【答案】BD 【解析】同位素具有相同的质子数，不同的质量数，故A选项错误；同位素有相同的化 学性质，故B选项正确；半衰期与物理和化学状态无关，故C选项错误；30 15 P为放射性同位素，可做示踪原子，故D选项正确． 4．一个质子以1.4×107m/s的速度撞入一个孤立的静止铝原子核后被俘获，铝原子核变为硅原子核，已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍。则下列判断中正确的是( ) A．核反应方程为27 13Al＋1 1 H→28 14 Si B．核反应方程为27 14Al＋1 1 H→27 14 Si＋1 n C．硅原子核速度的数量级为107m/s D．硅原子核速度的数量级为105m/s 【答案】AD 【解析】核反应方程为27 13Al＋1 1 H→28 14 Si，由动量守恒定律得m×1.4×107＝28mv′， 解得v′＝5×105m/s，因此选项A、D正确。 5．正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15 8 O注入人体， 15 8 O在人体衰变放出的正电子与人体的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器
原子结构和原子核 一、原子结构光谱和能级跃迁 1．电子的发现 英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”． 2．原子的核式结构 (1)1909～1911年，英籍物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，提出了核式结构模型． 图1 (2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图1所示． (3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动． 3．氢原子光谱 (1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． (2)光谱分类 (3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式1 λ＝R( 1 22－ 1 n2)(n ＝3,4,5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)． (4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高．在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义． 4．氢原子的能级结构、能级公式 (1)玻尔理论 ①定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量． ②跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，
这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝E m－E n.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) ③轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的． (2)能级和半径公式： ①能级公式：E n＝1 n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV. ②半径公式：r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m. 5．氢原子的能级图 能级图如图2所示 图2 二、原子核核反应和核能 1．原子核的组成 (1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．质子带正电，中子不带电． (2)基本关系 ①核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数． ②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数． (3)X元素的原子核的符号为A Z X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数． 2．天然放射现象 (1)天然放射现象 元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构． (2)放射性同位素的应用与防护 ①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同． ②应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等． ③防护：防止放射性对人体组织的伤害．
高二物理原子核练习题 一、单选题（每题4分） 1．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出（） A．原子的核式结构模型B．原子核内有中子存在 C．电子是原子的组成部分D．原子核是由质子和中子组成的 2．一个氘核（）与一个氚核（）发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质 量亏损．聚变过程中（） A．吸收能量，生成的新核是B．放出能量，生成的新核是 C．吸收能量，生成的新核是D．放出能量，生成的新核是 3．原子弹和氢弹各是根据什么原理制造的（） A．都是依据重核的裂变 B．都是依据轻核的聚变 C．原子弹是根据轻核聚变，氢弹是根据重核裂变 D．原子弹是根据重核裂变，氢弹是根据轻核聚变 4．关于原子核，下列说法中正确的是（） A．原子核能发生β衰变说明原子核内存在电子 B．核反应堆利用镉棒吸收中子控制核反应速度 C．轻核的聚变反应可以在任何温度下进行 D．一切核反应都能释放核能 5．下列说法中正确的是（） A．铀核发生裂变时的核反应是U→Ba+Kr+2n B．对天然放射现象的研究建立了原子的核式结构 C．压力和温度对放射性元素衰变的快慢没有任何影响 D．α粒子散射实验说明原子核是由质子和中子组成 6．下面说法中正确的是（） A．用α粒子轰击铍（）核，铍核转变为碳核（），同时放出β射线B．β射线是由原子核外电子受激发而产生的 C．γ射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很强 D．利用γ射线的电离作用，可检查金属内部有无砂眼或裂纹 7．某放射性元素的原子核发生两次α衰变和六次β衰变，关于它的原子核的变化，下列说法中正确的是（） A．质子数减小2 B．质子数增加2 C．中子数减小8 D．核子数减小10 8．下列说法正确的是（） A．动量为零时，物体一定处于平衡状态 B．动能不变，物体的动量一定不变 C．物体所受合外力不变时，其动量一定不变 D．物体受到恒力的冲量也可能做曲线运动 9．一质量为m=2kg的可以看作质点的物体，受到一个变力的作用，从 静止开始做变加速直线运动，其加速度随时间的变化关系如图，则该物 体4.0s末的动量大小为（） A．30kg?m/s B．40kg?m/s C．80kg?m/s D．20kg?m/s 二、多选题（每题4分） 10．根据玻尔理论，在氢原子中，量子数n越大，则（） A．电子轨道半径越小B．核外电子运动速度越小 C．原子能级的能量越小D．电子的电势能越大 11．关于核力，下列说法中正确的是（） A．核力是一种特殊的万有引力B．原子核内任意两个核子间都有核力作用 C．核力是原子核能稳定存在的原因D．核力是一种短程强作用力
2019年高中物理知识点总结原子和原子核原子和原子核 1.粒子散射试验结果a)大多数的粒子不发生偏转;(b)少数粒子发生了较大角度的偏转;(c)极少数粒子出现大角度的偏转(甚至反弹回来) 2.原子核的大小：10-15～10-14m，原子的半径约10-10m(原子的核式结构) 3.光子的发射与吸收：原子发生定态跃迁时,要辐射(或吸收)一定频率的光子:h=E初-E末{能级跃迁｝ 4.原子核的组成：质子和中子(统称为核子)，{A=质量数=质子数+中子数，Z=电荷数=质子数=核外电子数=原子序数〔见第三册P63〕｝ 5.天然放射现象：射线(粒子是氦原子核)、射线(高速运动的电子流)、射线(波长极短的电磁波)、衰变与衰变、半衰期(有半数以上的原子核发生了衰变所用的时间)。射线是伴随射线和射线产生的〔见第三册P64〕 6.爱因斯坦的质能方程:E=mc2{E:能量(J)，m:质量(Kg)，c:光在真空中的速度｝ 7.核能的计算E=mc2{当m的单位用kg时，E的单位为J;当m用原子质量单位u时，算出的E单位为uc2;1uc2=931.5MeV｝〔见第三册P72〕。 注： (1)常见的核反应方程(重核裂变、轻核聚变等核反应方程)要求掌握; (2)熟记常见粒子的质量数和电荷数;
(3)质量数和电荷数守恒,依据实验事实,是正确书写核反应方程的关键; (4)其它相关内容:氢原子的能级结构〔见第三册P49〕/氢原子的电子云〔见第三册P53〕/放射性同位数及其应用、放射性污染和防护〔见第三册P69〕/重核裂变、链式反应、链式反应的条件、核反应堆〔见第三册P73〕/轻核聚变、可控热核反应〔见第三册P77〕/人类对物质结构的认识。 考生们只要加油努力，就一定会有一片蓝天在等着大家。以上就是查字典物理网的编辑为大家准备的2019年高中物理知识点总结：原子和原子核
原子核 一、选择题： 1.对卢瑟福的α粒子散射实验现象的分析表明了 A.原子内存在着质量和正电荷集中的原子核 B.原子内有带负电的电子 C.电子绕核运行的轨道是不连续的 D.原子核只占原子体积的极小部分 2.图中P 为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a 、b 、c 三束，以下判断正确的是 A.a 为α射线、b 为β射线 B.a 为β射线、b 为γ射线 C.b 为γ射线、c 为α射线 D.b 为α射线、c 为γ射线 3.原子核A 经过一次β衰变和一次α衰变的过程如下： A ?→? β Β?→?α C ，则 A.核A 的中子数减核C 的中子数等于2 B.核A 的质量数减核C 的质量数等于5 C.原子核为A 的中性原子中的电子数比原子核为B 的中性原子中的电子数多1 D.核C 的质子数比核A 的质子数少1 4.新发现的一种放射性元素X ，它的氧化物Ｘ2Ｏ的半衰期为8 d ，Ｘ2Ｏ与F 2能发生如下反应：2Ｘ 2 Ｏ＋2F 2 4XF ＋Ｏ2，XF 的半衰期为 A.2 d B.4 d C.8 d D.16 d 5.如图所示是“原子核人工转变”实验装置示意图，其中A 是α粒子放射源，F 是铝箔，S 是荧光屏，在容器中充入氮气后，屏S 上出现闪光，该闪光是
A.α粒子射到屏上产生的 B.α粒子从F 打出的粒子射到屏上产生的 C.α粒子击中氮核后产生的新粒子射到屏上产生的 D.放射性物质放出的γ射线射到屏上产生的 6.一个质子以1.0×107 m/s 的速度撞入一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变为硅原子核，已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列判断中正确的是 A.核反应方程为27 13Al+11H 28 14→Si B.核反应方程为2713Al+10n 28 14→Si+0 1-e C.硅原子核速度的数量级为107 m/s,方向跟质子的初速度方向一致 D.硅原子核速度的数量级为105 m/s,方向跟质子的初速度方向一致 7.关于核力，下列说法中正确的有 A.原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用 B.核力既可能是引力，又可能是斥力 C.核力对核子做正功，原子核要释放核能 D.原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用 8.一个中子和一个质子相结合生成一个氘核，若它们的质量分别是m 1、m 2、m 3，则 A.由于反应前后质量数不变，所以m 1＋m 2=m 3 B.由于反应时释放出了能量，所以m 1＋m 2＞m 3 C.由于反应在高温高压下进行从而吸收能量，所以m 1＋m 2＜m 3 D.反应时产生了频率为h c m m m 2 321)(++的光子，式中c 是光速，h 是普朗克常量 二、填空题。 9.完成核反应方程： Pa Th 23491 23490 →+_______. 23490 Th 衰变为234 91 Pa 的半衰期是1.2 min ，则64 g 23490 Th 经过6 min 还有_______ g 尚未衰 变. 10.原子核A 经过若干次衰变后变成原子核B ，已知B 核的中子数比A 核少m ，B 核的质子数比A 核少n ，则此衰变过程中共有________次α衰变，________次β衰变.
4.原子核的结合能 学习目标知识脉络 1.知道原子核的结合能及质 量亏损，并能用质能方程进 行计算．(重点、难点) 2.知道比结合能的概念，知 道比结合能越大的原子核越 稳定，了解比结合能曲线的 意义．(重点) 原子核的结合能及其计算 [先填空] 1．结合能 核子结合成原子核所释放的能量． 2．质能关系式： (1)物体的能量与其质量的关系式E＝mc2. (2)能量计算ΔE＝Δmc2. 3．质量亏损 核反应中的质量减少称为质量亏损． [再判断] 1．原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量．(×) 2．质量亏损是因为这部分质量转化为能量．(×) 3．质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系．(√) [后思考] 有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？ 【提示】不对．在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化．
1．对质量亏损的理解 质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．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，这时质能方程也写为ΔE＝Δmc2. 2．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原子质量单位(u)相当于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. 1．一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是11H＋10n→21H＋γ，以下说法中正确的是( ) A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和 B．反应前后的质量数不变，因而质量不变 C．反应前后质量数不变，但会出质量亏损 D．γ光子的能量为Δmc2，Δm为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度 E．因存在质量亏损Δm，所以“物质不灭”的说法不正确 【解析】核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为A、C、D. 【答案】ACD 2．关于质能方程，下列哪些说法是正确的( ) 【导学号：11010045】A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量 B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值 C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D．一定量的质量总是与一定量的能量相联系的 E．物体的质量减少，总能量也随之减少 【解析】质能方程E＝mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2
高二物理原子和原子核知识点总结 一、原子结构知识点： 1、电子的发现和汤姆生的原子模型： (1)电子的发现： 1897年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进行了一系列的研究，从而发现了电子。 电子的发现表明：原子存在精细结构，从而打破了原子不可再分的观念。 (2)汤姆生的原子模型： 1903年汤姆生设想原子是一个带电小球，它的正电荷均匀分布在整个球体内，而带负电的电子镶嵌在正电荷中。 2、α粒子散射实验和原子核结构模型 (1)α粒子散射实验：1909年，卢瑟福及助手盖革手吗斯顿完成 ①装置： ②现象： a. 绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。 b. 有少数α粒子发生较大角度的偏转 c. 有极少数α粒子的偏转角超过了90度，有的几乎达到180度，即被反向弹回。 (2)原子的核式结构模型： 由于α粒子的质量是电子质量的七千多倍，所以电子不会使α粒子运动方向发生明显的改变，只有原子中的正电荷才有可能对α粒子的运动产生明显的影响。如果正电荷在原子中的分布，像汤姆生模型那模均匀分布，穿过金箔的α粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡，α粒了运动将不发生明显改变。散射实验现象证明，原子中正电荷不是均匀分布在原子中的。
1911年，卢瑟福通过对α粒子散射实验的分析计算提出原子核式结构模型：在原子中心存在一个很小的核，称为原子核，原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。 原子核半径小于10-14m，原子轨道半径约10-10m。 3、玻尔的原子模型 (1)原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾(两方面) a. 电子绕核作圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷，要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾。 b. 电子绕核旋转时辐射电磁波的频率应等于电子绕核旋转的频率，随着旋转轨道的连续变小，电子辐射的电磁波的频率也应是连续变化，因此按照这种推理原子光谱应是连续光谱，这种原子光谱是线状光谱事实相矛盾。 (2)玻尔理论 上述两个矛盾说明，经典电磁理论已不适用原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三个假设： ①定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外在辐射能量，这些状态叫定态。 ②跃迁假设：原子从一个定态(设能量为E2)跃迁到另一定态(设能量为E1)时，它辐射成吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即 hv=E2-E1 ③轨道量子化假设，原子的不同能量状态，跟电子不同的运行轨道相对应。原子的能量不连续因而电子可能轨道的分布也是不连续的。即轨道半径跟电子动量mv的乘积等于h/2π的整数倍，即：轨道半径跟电了动量mv的乘积等于h/2π的整数倍，即