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原子核的组成和放射性衰变一、原子核的组成1.质子：带正电的粒子，质量约为1个原子质量单位。
2.中子：不带电的粒子，质量约为1个原子质量单位。
3.原子核：由质子和中子组成，是原子的核心部分。
二、放射性衰变1.放射性衰变：原子核自发地放出射线，转变为另一种原子核的过程。
2.衰变类型：a.α衰变：原子核放出一个α粒子（即氦核），质量数减少4，原子序数减少2。
b.β衰变：原子核放出一个β粒子（电子或正电子），原子序数增加1或减少1。
c.γ衰变：原子核放出γ射线，不改变原子核的质量数和原子序数。
3.半衰期：放射性物质衰变到其原有数量一半所需的时间，具有统计规律。
三、原子序数和质量数1.原子序数：原子核中质子的数量，决定了元素的化学性质。
2.质量数：原子核中质子和中子的总数。
3.核反应：原子核之间的相互作用，可能导致原子核的变化。
4.核裂变：重核分裂成两个或多个轻核的过程，释放大量能量。
5.核聚变：轻核融合成重核的过程，释放大量能量。
五、重要核反应1.轻核聚变：如氘和氚的聚变反应，是太阳和其他恒星能量来源的主要过程。
2.重核裂变：如铀-235或钚-239的裂变反应，是核电站和核武器的能量来源。
六、核能的应用1.核能发电：利用核反应堆中的核裂变过程，产生热能，驱动发电机发电。
2.核武器：利用核裂变或核聚变过程，释放巨大能量，具有极大的破坏力。
七、核辐射的危害1.电离辐射：辐射能量足以将物质电离，对人体细胞造成损伤，可能导致基因突变和细胞死亡。
2.放射性污染：放射性物质泄漏或排放，对环境和生活造成长期危害。
八、核安全的意义1.防止核事故：确保核设施的安全运行，防止核泄漏和核辐射事故。
2.防止核扩散：加强核材料和核技术的监管，防止核武器和核材料的扩散。
3.促进核能可持续发展：在确保核安全的前提下，发展核能，满足人类能源需求。
习题及方法：1.习题：一个质量数为235的铀原子核发生β衰变后，求新核的质量数和原子序数。
核能和核辐射原子核的稳定性和放射性核能和核辐射：原子核的稳定性和放射性核能是指从原子核中释放出来的能量，而核辐射则是指一种现象，在放射性元素中发生放射性衰变时，会释放出放射线和粒子。
原子核的稳定性和放射性是核能和核辐射的基础，本文将对这一主题进行探讨。
一、原子核的稳定性原子核由质子和中子组成，质子带有正电荷，中子则是中性粒子。
原子核的稳定性取决于质子和中子的比例以及质子和中子的排列方式。
如果质子和中子数量适当并合理排列，原子核将处于相对稳定的状态。
但如果此平衡被打破，原子核就会出现不稳定性，进而发生核衰变。
原子核的稳定性主要由两个因素决定：原子核的尺寸和核力的作用。
1. 原子核的尺寸原子核尺寸小于1×10^-15米，由于其微小的体积，原子核内的粒子间的排列非常密集。
质子和中子之间的成键能够维持原子核的稳定性。
如果核内的成键力不足以抵抗质子相互间的排斥力，核就会变得不稳定。
2. 核力的作用原子核内的质子之间存在着排斥力，相互之间靠近时会受到库伦力的排斥。
而核力是一种更强大的力，可以在非常短的距离内中和库伦力，使得质子和中子保持在核内。
核力的作用使得原子核可以保持相对稳定。
二、核衰变和放射性当原子核不稳定时，它会通过放射性衰变来追求更稳定的状态。
放射性衰变是指原子核自发地变为另一种原子核并释放放射线或粒子的过程。
这种放射现象就是核辐射。
核衰变可以分为三种类型：α衰变、β衰变和γ衰变。
1. α衰变α衰变是指原子核放出一个氦核，即两个质子和两个中子组成的粒子。
α粒子的质量数为4，电荷数为+2。
通过释放α粒子，母核的质量数减少4个单位，原子序数减少2个单位。
2. β衰变β衰变分为β-衰变和β+衰变两种形式。
β-衰变发生在中子过多的原子核中，其中一个中子会转变成质子、电子和反中微子。
质子数增加1个，中子数减少1个。
β+衰变发生在质子过多的原子核中，其中一个质子会转变成中子、正电子和中微子。
质子数减少1个，中子数增加1个。
高考物理科普原子核与放射性衰变在高考物理中，原子核与放射性衰变是一个重要的知识点。
了解原子核和放射性衰变的基本概念和原理，对于理解核物理、辐射与防护以及现代科技的应用都有着重要的意义。
本文将从原子核的结构、放射性衰变的种类和特点以及核能的应用等方面进行科普。
一、原子核的结构原子核是构成原子的重要组成部分之一，它位于原子的中心，由质子和中子组成。
质子带正电荷，中子是中性粒子，质子和中子统称为核子。
质子和中子的集合形成了原子核，而电子绕着原子核运动。
原子中的质子数目称为原子序数，通常用字母Z表示；质子数目和中子数目的总和称为质量数，通常用字母A表示。
一个元素的化学属性由其原子核的原子序数决定。
二、放射性衰变的种类和特点放射性衰变是指某些不稳定核在一定时间内自发地发生变化，释放出放射性物质和射线的过程。
常见的放射性衰变有α衰变、β衰变和γ射线。
1. α衰变：α衰变是指原子核放出一个α粒子的过程。
α粒子由两个质子和两个中子组成，相当于一个氦原子核。
α衰变会使原子核的质量数减少4，原子序数减少2。
例如，铀238衰变成钍234，放出一个α粒子。
2. β衰变：β衰变分为β+衰变和β-衰变两种。
β+衰变是指原子核中的一个质子转化为一个中子，并同时放出一个正电子和一个中性粒子。
这个中性粒子通常称为反中子。
β+衰变会使原子核的质量数不变，原子序数减少1。
β-衰变是指原子核中的一个中子转化为一个质子，并同时放出一个电子和一个反中子。
β-衰变会使原子核的质量数不变，原子序数增加1。
3. γ射线：γ射线是一种无电荷、无质量的电磁波，它是放射性核衰变的伴随现象。
γ射线在原子核衰变过程中释放，其能量很高，穿透能力很强。
三、核能的应用核能是指核反应中释放的巨大能量。
核能的应用包括核武器、核能发电和核医学等多个领域。
1. 核武器：核武器利用放射性衰变过程中释放的巨大能量，通过裂变或聚变反应引起核爆炸。
核武器具有巨大的威力和杀伤力，对人类和环境造成极大的危害。
揭秘原子核的稳定性和放射性衰变原子核是构成物质基础的微观粒子，它的稳定性与放射性衰变是核物理研究的重要课题。
本文将揭秘原子核的稳定性和放射性衰变的原理和机制。
一、原子核稳定性的基本要素原子核的稳定性受到以下几个因素的影响：1. 核子的质子数与中子数：核子由质子和中子组成。
对于较轻的原子核，质子数与中子数相当，稳定性较好。
但随着原子核质量的增加，中子数要略多于质子数才能保持稳定。
2. 核子的相互作用：核子之间存在着强相互作用力、电磁相互作用力和弱相互作用力。
强相互作用力是最强的一种力，它的作用可以使质子与质子、质子与中子之间产生相互吸引，从而增加核的稳定性。
3. 核子的排斥效应：质子带正电，彼此之间受到排斥力的作用。
质子间的排斥力是强相互作用力的一种副作用，会降低核的稳定性。
二、原子核的稳定性规律根据核稳定性的规律，我们可以得出以下几个结论：1. 稳定核素的范围：在元素周期表中，质子数与中子数都比较小的原子核相对稳定。
随着质子数和中子数的增加，原子核的稳定性会减弱。
一般来说，原子序数小于等于20的元素的核都较为稳定。
2. 魔数核子：某些特定的质子数和中子数组合形成的核素较为稳定，被称为魔数核子。
常见的魔数核子有氦-4、氧-16、钙-40等。
魔数核子的稳定性来源于核外层的电子排布，使核内部的核子排布更平衡。
3. β衰变：当原子核中的中子过多或过少时，为了保持核的稳定，会发生β衰变。
β衰变可分为β-衰变和β+衰变两种形式。
β-衰变是中子转变为质子，同时释放出一个电子和一个反中微子。
β+衰变是质子转变为中子，同时释放出一个正电子和一个中微子。
三、放射性衰变的机制放射性衰变是指原子核自发地转变为其他核的过程，放出辐射能量。
主要有α衰变、β衰变和γ衰变三种形式。
1. α衰变：α衰变是指原子核释放出一个α粒子，即两个质子和两个中子组成的核。
α衰变通常发生在质子数较大的重核上，以减少核内的排斥力。
这种衰变会使核的质量数减小4，而原子序数减小2。
第2节 原子核衰变及半衰期思维激活考古学中是怎样测定出土文物的年代?提示：放射性元素具有一定的衰变速率,不同元素的衰变速率不同,即半衰期是不一样的.根据衰变前后元素的剩余质量的关系:m 余=m 原(21)t/T ,可测出衰变时间t,从而确定出不同的年代.Rn 22286的衰变曲线自主整理一、天然放射现象的发现_______发现天然放射现象,揭开了人类研究原子核结构的序幕.通过对天然放射现象的研究,人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性,原子序数小于83的天然存在的元素有些也具有放射性,它们放射出来的射线共有三种. 1.α射线:速度约为光速的_______,贯穿作用_______,电离作用_______ 2.β射线:速度接近光速的_______,贯穿作用_______,电离作用_______. 3.γ射线:波长极短的电磁波,γ粒子就是光子,贯穿作用_______,电离作用_______.二、原子核的衰变1.定义:原子核自发地放出某种粒子而转变为_______的变化叫做原子核的_______.2.分类(1)α衰变:α衰变的实质是其元素的原子核同时放出由_______质子和_______中子组成的粒子(即氦核),每发生一次α衰变,新元素与原元素比较,核电荷数减少,质量数减少_______,即_______.(2)β衰变:β衰变的实质是其元素的原子核内的一个_______变成_______时放射出一个电子.每发生一次β衰变,新元素与原元素比较,核电荷数增加_______,质量数_______.即_______.(3)γ衰变:γ衰变是伴随着_______和_______同时发生的,γ衰变不改变原子核的电荷数和质量数.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时,产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子.三、半衰期1.定义:放射性元素的_______发生衰变需要的时间.2.半衰期的大小由放射性元素的原子核_______决定,跟原子所处的_______ (如压强、温度等)或_________ (如单质或化合物)无关.高手笔记1.原子核既然是由质子和中子组成的,那么为什么还会从原子核里发射出α粒子、β粒子?实际上,发射出来的α粒子和β粒子仍是原子核内的质子和中子结合或转化而成的.α粒子是原子核内的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的,β粒子是原子核内的中子转化为质子时产生并发射出来的.所以不能因为从原子核中发射出α粒子和β粒子就认为原子核也是由它们组成的.2.三种射线的比较板铅板对空气的电离作很强较弱很弱用在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光名师解惑1.对半衰期概念的理解剖析:半衰期是反映大量原子核衰变快慢的统计规律.当样品中的原子数目减小到统计规律不再起作用的时候,我们就不能按半衰期的公式去计算了.例如:2 g的Bi所含的原子核数目大,可按半衰期公式进行计算.而20个Bi核,就不再满足统计规律,也就无法判断有多少个Bi核发生了衰变.而且对单个Bi核,其何时衰变完全是偶然的,无法确定它将何时发生衰变.2.书写衰变方程的依据剖析:质量数守恒和电荷数守恒是书写衰变方程的重要依据,但要以衰变的事实为基础,不能仅仅根据两条守恒定律随意书写事实上不存在的衰变方程.另外,衰变方程是不可逆的,方程中只能用箭头“→”连接并指示衰变方向,而不能用等号“”连接.讲练互动【例题1】如图3-2-1,放射源放在铅块上的细孔中,铅块上方有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外.已知放射源放出的射线有α、β、γ三种.下列判断正确的是( )图3-2-1A.甲是α射线、乙是γ射线、丙是β射线B.甲是β射线、乙是γ射线、丙是α射线C.甲是γ射线、乙是α射线、丙是β射线D.甲是α射线、乙是β射线、丙是γ射线解析：粒子垂直进入磁场,若带电则必受洛伦兹力的作用而做圆周运动,轨迹为圆弧,而乙为直线,可判定其为不带电粒子,即乙是γ射线;再根据左手定则,即可判定甲为β射线,丙为α射线,故B 正确. 答案：B 绿色通道对衰变中放出的三种粒子不同性质及其在磁场或电场中的偏转问题进行定性分析. 变式训练1.放射性元素放出的射线,在电场中分成a 、b 、c 三束,如图3-2-2所示,其中( )图3-2-2A.c 为氦核组成的粒子B.b 为比X 射线波长更长的光子流C.b 为比X 射线波长更短的光子流D.a 为高速电子组成的电子流解析：根据射线在电场中的偏转情况,可以判断,a 射线向电场线方向偏转应为带正电的粒子组成的α射线,b 射线在电场中不偏转,所以为γ射线;c 射线受到与电场方向相反的电场力,应为带负电的粒子组成的β射线. 答案：C【例题2】铀(U 23892)经过α、β衰变形成稳定的铅(Pb 20682),问在这一变化过程中,共有多少中子转变为质子( )A.6B.14C.22D.32解析：U 23892衰变为Pb 20682,需经过8次α衰变和6次β衰变,每经过一次β衰变就会有一个中子转变为质子同时放出一个电子,所以共有6个中子转化为质子. 答案：A 绿色通道在分析有关α、β衰变的问题时,应抓住每次α衰变质量数减4、电荷数减2和每次β衰变时质量数不变、电荷数加1这一衰变规律进行分析. 变式训练2.U 23892衰变成Rn 22286共发生了__________次α衰变和__________次β衰变. 解析：根据衰变规律,Rn 的质量数比U 的质量数减少了238-222=16,而天然放射只有α衰变才能使质量数减少,且每次α衰变减少质量数为4,故发生了16÷4=4次α衰变.因每次α衰变核的电荷数减少2,故由于α衰变核的电荷数应减少4×2=8.而Rn 核的电荷数仅比U 核少了92-86=6,故说明发生了2次β衰变(即92-8+2=86). 答案：4 2【例题3】古墓中发现一古代植物,测得里面含碳14与碳12的比例是现代植物中比例的三分之一,已知碳14的半衰期为 5 730年,求这种植物生长期距今有多少年?(lg2=0.3,lg3=0.48)解析：设植物活着时碳14与碳12比值为k=1214N N ,植物死后t 年时,碳14与碳12的比值为k′=1214'N N .则:1414''N N k k =.由半衰期公式得:Tt N N k k 21''1414===31,解得: t=(lg3/lg2)T=(0.48/0.3)×5 730年=9 168年.可见该植物体的生长期距今约为9 168年. 答案：9 168年 绿色通道14C 衰变,在植物死后不能得到补充,因此它与植物体内的12C 的比例会减少.变式训练3.放射性元素的半衰期是( )A.质量减少一半需要的时间B.原子量减少一半需要的时间C.原子核全部衰变需要时间的一半D.原子核有半数发生衰变需要的时间 解析：放射性元素的半衰期是对大量的原子核而言,原子核的个数有一半发生衰变的时间叫半衰期,故D 项正确. 答案：D【例题4】如图3-2-3所示，在匀强磁场中的A 点，有一个静止的原子核，当它发生哪一种衰变时，射出的粒子以及新核的轨道才做如图所示的圆周运动,并确定它们环绕的方向.若两圆的半径之比是44∶1，这个放射性元素原子核的原子序数是多少？图3-2-3解析：原子核衰变时,遵守动量守恒定律.由原子核的初态是静止的,可以判定出衰变时射出的粒子与新核的动量大小相等、方向相反.现由图可知新核与该粒子尽管速度方向相反,但受的磁场力方向却相同,新核带正电,则该粒子带负电,这说明发生的是β衰变.设其质量为m,在磁感应强度为B 的匀强磁场中,以速度v 做匀速圆周运动,其运动半径为R=qBmv,由衰变时动量守恒知射出粒子的动量m 1v 1等于新核动量m 2v 2,而B 相同,所以R 与q 成反比,新核的q 值都比较大,可判定出衰变射出粒子的运动轨道半径大,新核半径小,知大圆是放射出的粒子的轨迹,小圆则是新核的轨迹.根据左手定则判断：在A 点发射出的粒子是负电子，它的初速度水平向左，沿圆轨道顺时针方向旋转.新核初速度水平向左，沿圆轨道逆时针旋转且有1441221==q q R R .可从发射粒子的电荷数确定新核的电荷数,由于衰变过程中电荷数守恒,可求出原来放射性元素原子核的电荷数即它的原子序数.q1=e,电荷数是1，所以q2=44e，电荷数是44.根据电荷守恒定律，原来的放射性元素原子核的原子序数是45，它发生的是β衰变，电子顺时针方向做匀速圆周运动，新核逆时针做匀速圆周运动.答案：45绿色通道原子核在衰变过程中,不仅质量数、电荷数守恒.其动量、能量也同时守恒,并兼顾带电粒子在匀强磁场中的运动规律.变式训练4.在匀强磁场中,一静止的放射性原子核发生衰变,放出一个粒子后变为另一新原子核,为此拍得如图3-2-4所示两个相切的圆形径迹的照片,则( )图3-2-4A.图甲为发生α衰变的照片,其中大圆为α粒子的径迹B.图甲为发生β衰变的照片,其中大圆为电子的径迹C.图乙为发生α衰变的照片,其中大圆为α粒子的径迹D.图乙为发生β衰变的照片,其中大圆为电子的径迹解析：图为内切圆时,原子核发生β衰变,大圆为β粒子的轨迹;图为外切圆时,原子核发生α衰变,大圆为α粒子的轨迹.答案：AD体验探究【问题】考古学家如何把放射性同位素作为“时钟”,测定土层、化石、古木年代的? 导思：不同的放射性同位素具有不同的半衰期,且不随状态、温度的改变而改变.在自然界中同位素的含量是稳定的.探究：在土层、化石、古木枯死后,其内部不再与外界进行物质交换,而内部的放射性同位素仍在进行衰变,不断减小,因此,可以根据放射性强度的大小情况算出它们的时间. 教材链接教材P 52《讨论与交流》参照α衰变规律的分析过程,通过分析Th 23490的衰变方程寻找β衰变的规律,找出新生成的核与原来的核的电荷数、质量数有什么关系,在元素周期表中的位置怎样变化,并试着用一个通式来表示.与同学交流自己的见解.答：Th 23490发生β衰变方程为Th 23490→e 01-+Pa 23491,新生核比原来的核质量数没有改变,电荷数增加1,新生核在元素周期表中的位置后移一位.其规律可表示为X A Z→e 01-+Y AZ 1+.X 为原来的原子核,Y 为新生成的原子核.。
