高二物理讲义9原子核(教师版)

三、原子核的组成
1．原子核的组成
质子
统称核子
中子
10－15m
质子和中子除是否带电的差异以及质量上的微 小差别外，其余性质十分相似，所以统称为核子。
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三、原子核的组成
2．对核子数、电荷数、质量数的理解 ① 核子数：质子数和中子数之和叫核子数．
第十九章 原子核
1
原子核的组成
一、天然放射现象
1、1896年，法国物理学家贝可勒尔发现，铀 和含铀矿物都能发出看不见的射线，这种射线可以 穿透黑纸使照相底版感光．
钡铀云母
翠砷铜铀矿 斜水钼铀矿
2、玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了 两种放射性更强的新元素，命名为钋、镭。
一、天然放射现象
3、放射性： 物质发射射线的性质叫放射性
3、 γ射线：
γ射线呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短， 在10－10 m以下，它的电离作用更小，但穿透能力更强，甚 至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土．
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二、射线到底是什么
过研究证明中子的质量和质子的质量基本相同，但 是不带电.是中性粒子.
mn 1.6749286 1027 Kg
在对各种原子核进行的实验中，发现质子和中子 是组成原子核的两种基本粒子。
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02
03
原子核的组成
原子核由质子和中子组成 ，质子带正电荷，中子不 带电荷。
原子核的大小
原子核的半径约为$10^{15}$米，比原子半径小得 多。
原子核的密度
由于原子核内质子和中子 紧密排列，使得原子核的 密度极大，约为 $10^{17}$千克/立方米。
原子核的自旋与磁矩
原子核的自旋
原子核具有自旋角动量，是一个 量子化的矢量。自旋量子数$I$的 取值决定了原子核自旋的多重态
临界质量
维持链式反应所需的最小质量称为临界质量。当裂变物质的质量小于临界质量时，链式反 应不能自持；当质量大于临界质量时，链式反应可以自持并加速进行。
链式反应控制
在核反应堆等实际应用中，通过控制中子数量、使用反射层等方法来控制链式反应的速率 和稳定性。
05
原子能利用与环境保护问题探讨
原子能发电站工作原理简介
实验步骤和操作注意事项
实验步骤 1. 选取合适的放射性物质样品，测量其初始放射性强度。
2. 将样品放置一段时间（如数小时或数天），再次测量其放射性强度。
实验步骤和操作注意事项
01
3. 重复上述步骤多次，记录每次 测量的时间和对应的放射性强度 。
02
4. 根据测量数据绘制放射性强度 随时间变化的曲线，通过拟合得 到半衰期。
03
放射性衰变的应用与防护
放射性同位素的应用
医学诊断和治疗
利用放射性同位素发出 的射线，进行体内器官
成像、治疗癌症等。
工业探伤
利用射线穿透物质的能 力，检测材料内部缺陷
、裂纹等。
农业育种
通过辐射诱变育种，培 育出高产、优质、抗病
的农作物新品种。
科学研究

原子核的核式结构
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
原子核的组成
1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核，得到了质 子，进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜 想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认．
质子 原子核
中子
原子核的表示方法
质量数
A Z
α粒子散射实验结果
绝大多数α粒子穿过 金箔后偏角很小，或者
仍按原来的方向行进
α粒子散射实验结果
绝大多数α粒子穿过 金箔后偏角很小，或者
仍按原来的方向行进
极少数α粒子偏转角超过 了900，个别甚至被弹回
少数α 粒子发 生较大的偏转
实验结果
对结果的分析、猜想
绝大多数α粒子偏转角很
小或者不偏转
原子中绝大部分是空的
（1）α粒子通过时遇到电子后情况怎样？
根据枣糕模型，电子质 量很小，对α粒子的运 动方向不会发生明显影 响；
（2）α粒子通过原子正电部分后情况怎样？
由于正电荷均匀分布在 原子内部，α粒子两侧正 电荷对它的库仑斥力也 很小。所以，α粒子散射 后偏转角度不会很大。
据估算，产生90o偏 转的几率约为10 -3500。 最大散射角不超过10 几乎所有的α粒子都 沿原方向运动
少数α粒子发生较大角度 α粒子受到较大的
偏转
库仑斥力的作用
极少数α粒子偏转角超 α粒子在原子中运动
过了900，个别甚至被弹 回
时碰到了质量比它 大得多的东西
•1、纪律是集体的面貌，集体的声音，集体的动作，集体的表情，集体的信念。 •2、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。 •3、反思自我时展示了勇气，自我反思是一切思想的源泉。 •4、在教师手里操着幼年人的命运，便操着民族和人类的命运。一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。 •5、诚实比一切智谋更好，而且它是智谋的基本条件。 •6、做老师的只要有一次向学生撒谎撒漏了底，就可能使他的全部教育成果从此为之失败。2022年1月2022/1/302022/1/302022/1/301/30/2022 •7、凡为教者必期于达到不须教。对人以诚信，人不欺我;对事以诚信，事无不成。2022/1/302022/1/30January 30, 2022 •8、教育者，非为已往，非为现在，而专为将来。2022/1/302022/1/302022/1/302022/1/30

知识导航
本章从天然放射现象入手，通过研究三种射线(α 射线、β 射线、γ 射线)的性质及来源，揭示原子核内部是有结构的，卢 瑟福揭示了原子核是由质子、中子组成的。
本章从内容上可分为三个单元，第一单元(第 1～2 节)揭示 了原子核的组成及衰变，第二单元(第 3～4 节)介绍了射线的探 测及应用与防护，第三单元(第 5～8 节)主要讲述了原子能及其 利用。
成才之路 ·物理
人教版 ·选修3-5
路漫漫其修远兮 吾将上下而求索
第十九章 原子核
1 情景切入 2 知识导航 3 学法指导
情景切入
我们已经知道，原子是由原子核和核外电子组成的。天然 放射现象让人们认识到小小的原子核也具有复杂的结构，原子 核内蕴藏着巨大的能量。你想了解原子核的奥秘吗？请我们一 起走进核世界吧。
本章的重点：原子核的组成、天然放射现象、三种射线、 衰变和半衰期、核能、裂变、聚变等。
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C．核外有48个电子，核内有48个中子
D．核外有48个电子，核内有36个质子
B ）
3．图甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，人们根据射线的特性设计
了在不损坏工件的情况下利用射线的穿透性，来检查金属内部伤痕的情况
，如图乙所示。图乙中检查所利用的射线是（
）C
A．α射线
B．β射线
C．γ射线
D．三种射线都可以
质量数＝核子数＝质子数＋中子数
A=Z+N（N为中子数）
2
认识同位素
三者的质子数相同，但因中子数不同而质量数不同，我们称它们为
氢的三种同位素。
核电站
原料2U
同种元素的同位素具有相同的化学性质，但由于中子数不同，
它们的某些物理性质会有所不同。
3
认识核力
关于核力
①核力是强相互作用，属于四种基本相互作用中的一种。
寻找中子
查德威克从1921年就开始进行了探索这种中性粒子的实验。1932年，
他看到了居里夫妇的论文，从中受到了极大的启发，并进行了实验。当他
用α粒子轰击铍时，得到了一种中性粒子，他用碰撞中的动量守恒和能量
守恒分析得到，这种中性粒子的质量几乎与质子相等，它就是卢瑟福预言
的中性粒子，并称之为中子。
查德威克也由于发
②核力存在于质子之间、中子之间及质子与中子之间，即核子之间。
③核力是短程力。
④饱和性。某个核子只与相互邻近的数目有限的几个核子之间存在着核力
的作用。
有关核力的性质及本质，目前仍在进一步研究之中，还有待完善。
1．关于威耳逊云室探测射线，下列说法正确的是（ A ）
①威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动
的径迹

放射性同位素治疗
通过摄入或注射放射性同位素，直接对病变组织 进行治疗，如甲状腺癌的碘131治疗。
3
放射性同位素诊断
利用放射性同位素发射的射线进行医学成像诊断 ，如PET、SPECT等核医学检查技术。
放射性同位素在工业领域的应用
放射性同位素测厚技术
利用放射性同位素发射的射线测量材料厚度，广泛应用于金属、 塑料、纸张等工业产品的在线检测。
原子核的定义与结构
原子核的定义
位于原子中心的极小核心，由质 子和中子组成。
原子核的结构
质子和中子依靠强大的核力结合 在一起，形成稳定的核结构。质 子带正电荷，中子不带电荷。
原子核的电荷与质量
原子核的电荷
原子核所带的正电荷数等于其质子数，也等于原子序数。
原子核的质量
原子核的质量主要由质子和中子的质量决定，同时也有少量 的质量亏损。
裂变过程
重核在吸收一个中子后，分裂成两个或更多中等质量的核，同时释放出能量和中 子的过程。
裂变条件
需要有一个慢中子被重核吸收，引发链式反应；同时，裂变产生的中子数必须大 于1，才能维持链式反应的进行。
原子核聚变的过程与条件
聚变过程
轻核在极高的温度和压力下，克服库 仑斥力，相互接近并聚合成更重的核 ，同时释放出巨大能量的过程。
放射性衰变的应用与危害
应用
放射性同位素在医学、工业、农业等领域有广泛应用，如放射治疗、核能发电 、辐射育种等。
危害
放射性物质对人体和环境具有潜在危害，如引起基因突变、癌症等。因此，在 使用放射性物质时需严格遵守安全规范。
XX
PART 03
原子核的裂变与聚变
REPORTING
原子核裂变的过程与条件

量子力学与相对论在原子核中的结合
在原子核中，量子力学和相对论的结合可以解释原子核的稳定性、放射性衰变、核反应等 现象。
超导材料在粒子物理中应用
超导材料特性
01
超导材料是指在低温下电阻为零的材料，具有完全抗磁性、高
载流能力等特性。
超导材料在粒子加速器中应用
02
粒子加速器是研究粒子物理的重要工具，超导材料的高载流能
力使得粒子加速器能够实现更高的能量和更精确的测量。
超导材料在粒子探测器中应用
03
粒子探测器是用于探测和测量粒子的装置，超导材料的完全抗
磁性可以提高粒子探测器的灵敏度和分辨率。
暗物质和暗能量研究进展
暗物质和暗能量概念
暗物质和暗能量是宇宙学中的两个重要概念，分别指不发光且与常规物质相互作用极弱 的物质和推动宇宙加速膨胀的神秘力量。
聚变反应条件及产物
聚变反应条件
轻核（如氢的同位素氘和氚）在高温高压条件下聚合成较重的核，同时释放大量 能量。
聚变产物
聚变产生的较重核通常是稳定的，不会进一步衰变。同时，聚变反应释放的能量 远大于裂变反应。
裂变和聚变在能源领域应用
裂变在能源领域应用
目前核电站主要利用铀235的裂变反 应产生能量，通过控制反应速率实现 稳定发电。
粒子加速器类型
根据加速粒子的种类和加速原理的不同，粒子加速器可分为线性加速器、回旋加速器、同步加速器等多种类型。 其中，大型强子对撞机（LHC）是目前世界上最大、能量最高的粒子加速器。
粒子探测技术简介
粒子探测器的原理
粒子探测器是用于检测、测量和分析高能粒子的装置。其基本原理是利用粒子与物质相互作用所产生 的各种效应，如电离、激发、散射、吸收等，来探测和识别粒子。

() A．12.09 eV C．1.89 eV
B．10.20 eV D．1.51 eV
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命题意图：本题考查原子的能级跃迁问题，体现了模型建构的 核心素养．
光电流大 小/mA
逸出光电子的 最大动能/eV
1
4.0
弱
29
第一组 2
4．0
中
43
0.9 0．9
3
4．0
强
60
0．9
4
6.0
弱
27
第二组 5
6．0
中
40
2.9 2．9
6
6．0
强
55
2．9
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命题角度 | 光电效应规律的应用
例 2 [2019·北京卷，19]光电管是一种利用光照射产生电流的
装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出
了 6 次实验的结果．
组
次
入射光子的 能量/eV
相对 光强
4．原子核的衰变
衰变类型
α 衰变
β 衰变
衰变方程 AZX→ZA－－24Y＋42He
AZX→Z＋A1Y＋－01e
2 个质子和 2 个中子 核内的一个中子转化成了

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A.
2
3 9
8 4
P
u
发生β衰变后产生的新核为
U 2 3 4
92
B.
2
3 9
8 4
P
u
衰变为
23 9
4 2
U
,中子数减少2
C.温度升高时
P 2 3 8
94
u
的衰变会加快
D.
238 94
P
u
衰变为
U 2 3 4
92
释放的能量为(mPu-mU)c2
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【解析】选C、D。由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知:X原子核中