高中物理选修3-5中关于原子及原子核的思维导图

【例 2】 对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是
() A．将原子核拆解成自由核子时释放能量 B．自由核子结合为原子核时吸收能量 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
【解析】 A、B 错：自由核子结合成原子核的过程中，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．
(3)1 g 氘核完全参与上述反应，共释放核能多少？阿伏加德 罗常数 NA＝6.0×1023 m可知，氘核与氚核的聚变 反应：21H＋31H→42He＋baX＋17.6×106 eV，X 的质量数是 1，电荷 数是 0，故 X 是中子．
答案：D
变式训练 2 (多选)下列对核力的认识正确的是(ACD) A．核力是强相互作用的一种表现 B．核力存在于质子和中子之间、中子和中子之间，质子和 质子之间只有库仑斥力
C．核力是核子间相互作用的力，是短程力 D．核力只存在于相邻的核子之间
核力的特点
(1)强力：核力是强相互作用(强力)的一种表现．在原子核的 尺度内，核力比库仑力大得多．
要点三 质量亏损与质能方程
题型 1 对质能方程的理解与应用 【例 4】 (多选)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 是发生核反应时释放的核能
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 2.0×10－15 m 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

在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核。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 在核外空间绕着核旋转。
根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分“空 旷”的，举一个简单的例子：
原子
体育场
原子核
根据卢瑟福的原子核式模型和 α 粒子散射的实验数据， 可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以估计出原子核 的大小。
(1) 原子的半径约为 10 ─ 10 m、原子核半径约是 10 ─14 m， 原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。
(2) 原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期 表内的原子序数相等。
(3) 电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力。
1. 在用 α 粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的 α 粒子的
绝大多数 α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数 α 粒子发生了较大的偏转，并且有极少数 α 粒子的偏转超过 了90°，有的甚至几乎达到180°。
西瓜模型或枣糕模型能否解释这种现象？
根据汤姆孙模型计算的结果：电子质量很小，对 α 粒子的 运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布， α 粒子 所受库仑力也很小，故 α 粒子偏转角度不会很大。
汤姆孙发现了电子，并且知道了电子是带负电 荷的，人们推断出原子中还有带正电的物质。那么 这两种物质是怎样构成原子的呢？
？
汤姆孙的原子模型பைடு நூலகம்
在汤姆孙的原子模型中，原子是一个球体，正电核均 匀分布在整个球内，电子镶嵌其中。
英国物理学家 汤姆孙
汤姆孙原子模型 （枣糕模型）
1909～1911年，英国物理学家 卢瑟福和他的助手们进行了 α 粒子 散射实验。
运A动. 全情部况α是粒( 子B穿过) 金属箔后仍按原来的方向前进

2.探究讨论。 (1)原子核内有质子和中子,质子带正电,中子不带电。原子核为 什么不会在质子间库仑斥力的作用下分散为一个一个的核子呢? 答案:核子间(质子与质子、中子与中子、质子与中子)存在着一 种比库仑力大得多的核力。
(2)较重的原子核中中子数和质子数有什么关系?如何解释?原子 核可以无限地增大吗? 答案:①较重的原子核中中子数大于质子数,而且越重的原子核, 两者相差越多。 ②由于原子核是短程力,原子核大到一定程度时,相距较远的质 子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力,原子核就不稳定了。这 时,不再成对地增加质子和中子,而只增加中子,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, 故较重的原子核内中子数多于质子数。 ③稳定的重原子核里,中子数要比质子数多,由于核力作用范围 有限,以及核力的饱和性,如果继续增大原子核,一些核子间距离会 大到其间根本没有核力作用,这时即使再增加中子,形成的核也一 定是不稳定的,所以原子核不能无限地增大。
能量为
MeV。
解析:聚变反应前氘核和氚核的总结合能 E1=(1.09×2+2.78×3) MeV=10.52 MeV。 反应后生成的氦核的结合能 E2=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=E2-E1=(28.12-10.52) MeV=17.6 MeV。质的理解 爱因斯坦质能方程反映的是质量亏损和核能这两种现象之间的 联系,并不表示质量和能量之间的转变关系。对于质量亏损,不能 理解为质量变成了能量,质能方程的本质是: (1)质量或能量是物质的属性之一,绝不能把物质和它们的某一属 性(质量和能量)等同起来。 (2)质能方程揭示了质量和能量的不可分割性,建立了这两个属性 在数值上的关系,这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒,质量和 能量在数值上的联系绝不等于这两个量可以相互转化。 (3)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。

占 0.7%
主要原料是氘，氘在地球上的储 量非常丰富.1 L 海水中大约有 0.03 g 氘，如果用来进行热核反 应，放出的能量约和燃烧 300 L
汽油相当
速度比较容易进行人工
控制，现在的核电站还都 目前，人们还不能控制
用裂变反应释放核能
拓展 聚变的武器——氢弹
(氢弹爆炸形成的蘑菇云) 氢弹是利用轻核聚变制成的爆炸武器，其构造如图所示．由于轻 核聚变需要几百万度的高温才能进行，所以先利用原子弹爆炸达到这 样高的温度，在高温高压下，进而使核燃料发生核反应，原子弹爆炸 时产生的高温，可以使其中的轻核发生如下核反应：
5 ． 太 阳 能 ： 太 阳 的 主 要 成 分 是 __氢______ ， 太 阳 中 心 温 度 可 达 1.5×107 K，在此高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，太阳 能就来自于太阳内部___聚__变___释放的核能．
二、受控热核反应
1．聚变的优点：第一：轻核聚变产能效率高．第二：地球上聚变 燃料的储量丰富．第三：轻核聚变更为安全、清洁，控制温度，可控
21H＋21H→31H＋11H＋4.0 MeV， 21H＋31H→42He＋01n＋17.6 MeV， 21H＋21H→32He＋01n＋3.25 MeV， 32He＋12H→24He＋11H＋18.3 MeV.
三、粒子和宇宙
1．“基本粒子”不基本 (1)直到 19 世纪末，人们都认为光子、电子、___质__子_______和 ______中_子_____是基本粒子． (2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上 _基_本__粒__子__组成的，并发现___质__子___、__中__子____等本身也有复杂结构． 2．发现新粒子 (1)新粒子：1932 年发现了_正__电__子___，1937 年发现__μ__子____，1947 年发现 K 介子和 π 介子及以后的超子、__反__粒_子 ___等． (2)粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为 三大类：__强__子____、轻子和__媒_介__子___．

三、原子核的组成 1．质子的发现
氮原子核
原子核
2．中子的发现
卢瑟福
查德威克
原子核
中性
中子
3．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为 核子．
4．原子核的符号 质子数
中子数
质子数
5．同位素：具有相同的__质__子__数__，而_中__子__数___不同的原子核，在 元素周期表中处于_同_一__位__置__，它们互称为同位素．例如，氢有三种同 位素11H、21H、31H.
第十九章 原子核
19-1 原子核的组成 19-2 放射性元素的衰变
知识结构导图
19-1 原子核的组成
核心素养目标 物理观念：天然放射现象、放射性元素、α 射线、β 射线、γ 射线． 科学思维：三种射线的本质、特点及应用． 科学探究：三种射线的穿透本领． 科学态度与责任：了解发现天然放射现象的相关史实.
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
解析：A、B 对，C 错：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．D 对：同位素的化学性质相同，只是物理性质不同．
答案：ABD
答案：C
2．下列说法正确的是( ) A.29304Th 为钍核，由此可知，钍核的质量数为 90，钍核的质子数为 234 B.94Be 为铍核，由此可知，铍核的质量数为 9，铍核的中子数为 4 C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数 D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数
解析：A 项钍核的质量数为 234，质子数为 90，所以 A 错；B 项的 铍核的质子数为 4，中子数为 5，所以 B 错；由于同位素是指质子数相同 而中子数不同，即质量数不同，因而 C 错、D 对．

公式
En＝E1/n2（ E1：基态能量量，值为－13.6eV ）
基态和激发态
原子子能量量最低的状态叫基态， 起其他能量量（相对于基态）较高高的状态叫激发态
量量子子数 轨道半径
现代物理理学认为原子子的可能状态是不不连续的，各状态 可用用正整数1,2,3,…表示，叫作量量子子数，一一般用用n 表示
rn＝n2r1
1. 质能方方程 2. 平均结合能
参与核反应的粒子子所组成的系统，在核反应中的动 量量和能量量是守恒的
在题设条件没有涉及到质量量亏损或者核反应释放的核能 完全转变为新生生成的粒子子的动能而而无无光子子辐射的情况 下，根据动量量守恒和能量量守恒可以计算出核能的变化
说明
电荷数守恒、质量量数守恒
用用箭头→表示核反应进行行行的方方向
Z：核电荷数（原子子序数）
原子子核的组成
两个等式
电荷数（Z）＝质子子数＝核电荷数＝核外电子子数 质量量数（A）＝质子子数＋中子子数
同位素
概念 放射性同位素
具有相同质子子数，不不同中子子数的原子子核，在元素周期表中处于同一一位置，因而而互称同 位素
分为天然放射性同位素和人人工工放射性同位素 放射性同位素的化学性质相同
规律律：电荷数守 恒，质量量数守恒
β衰变
分类
原子子核的衰变
反应
列列式
计算
结果
天然放射现象
放射性
概念
放射性元素 天然放射现象
应用用
应用用与防护
防护
物质发射射线的性质 具有放射性的元素 放射性元素自自发地发出射线的现象 消除静电、工工业探伤、做示踪原子子等 防止止放射性对人人体组织的伤害
天然放射现象的发现
核电荷数原?子序数两个等式电荷数z质?子数核电荷数核外电?子数质量?数a质?子数中?子数同位素概念具有相同质?子数不?同中?子数的原?子核在元素周期表中处于同?一位置因?而互称同位素放射性同位素分为天然放射性同位素和?人?工放射性同位素放射性同位素的化学性质相同原?子核的衰变定义原?子核放出粒?子或粒?子变成另?一种原?子核的变化称为原?子核的衰变分类衰变?方程实质举例?衰变?方程实质举例?计算反应列?式结果三种射线射线实质氦核流速率01c穿透能?力?最弱能?用纸挡住电离作?用很强射线实质?高速电?子流速率099c穿透能?力?较强能穿透?几毫?米厚的铝板电离作?用较弱射线实质光?子?高频电磁波光速穿透能?力?最强能穿透?几厘?米厚的铅板电离作?用很弱半衰期定义放射性元素有半数的原?子核发?生衰变需要的时间叫做这种元素的半衰期特点半衰期是由原?子核本身的因素决定的跟原?子所处的物理?状态或化学状态?无关半衰期只对?大量?原?子核衰变才有意义因为该规律?为统计规律?对少数或单个?无意义计算题设设有质量?为m0的某种放射性元素其个数为n0半衰期为t经过n个半衰期的时间tnt剩余未衰变的质量?剩余未衰变的个数2014年?福建卷核反应核?力?与结合能核?力?定义在原?子核内核?子间存在着?一种将核?子紧紧束缚在内的作?用?力?称为核?力?特点核?力?是短程?力?作?用范围在151015m之内核?力?是?一种强相互作?用每个核?子只跟它相邻的核?子间才有?力?的作?用结合能结合能核?子结合成原?子核时放出的能量?或原?子核分解成核?子时吸收的能量?都叫做原?子核的结合能?比结合能结合能与核?子数之?比叫?比结合能或平均结合能?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?比结合能随质量?数变化的图像质量?亏损概念原?子核的质量??小于组成它的核?子的质量?之和这个现象叫质量?亏损质能?方程emc2或?e?mc2重核裂变定义重核分裂成两个中等质量?的核释放出核能的反应叫做核裂变铀核裂变链式反应定义铀核裂变时同时放出若?干个中?子如果这些中?子再引起其他铀核的裂变就可以使裂变反应不?断地进?行?下去这种反应叫链式反应条件铀块的体积临界体积临界体积是裂变物质能够发?生链式反应的最?小体积或者裂变时的质量?临界质量?有?足够数量?的慢中?子应?用原?子弹和原?子反应堆轻核聚变定义两轻核结合成质量?较?大的核的反应过程