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2．核能

(1)結(jié)合能：核子結(jié)合成原子核時(shí)放出一定的能量，原子核分解成核子時(shí)吸收一定能量，這種能量叫結(jié)合能．

(2)質(zhì)量虧損：核子結(jié)合生成原子核，所生成的原子核的質(zhì)量比生成它的核子的總質(zhì)量要小些，這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。

　 也可以認(rèn)為．在核反應(yīng)中，參加核反應(yīng)的總質(zhì)量m和核反應(yīng)后生成的核總質(zhì)量m^/之差：　 Δm=m一m^/

(3)愛因斯坦質(zhì)能方程：愛因斯坦的相對(duì)論指出：物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系，它們的關(guān)系是：E = mc²，這就是愛因斯坦的質(zhì)能方程。

質(zhì)能方程的另一個(gè)表達(dá)形式是：ΔE=Δmc²。

(4)核能計(jì)算：

①應(yīng)用公式ΔE=Δmc ²時(shí)應(yīng)選用國際單位，即ΔEM的單位為焦耳，Δm的單位為千克，C的單位為米／秒．

②1u相當(dāng)于931．5MeV，其中u為原子質(zhì)量單位：1u=1．660566×10^－27kg ，lMev= l0⁶ ev，leV＝1．6×10^－19J

③應(yīng)用公式ΔE=931．5Δm時(shí)，ΔE的單位為兆電子伏(MeV)，Δm的單位為原子質(zhì)量單位．

[例10]下面是一核反應(yīng)方程，用表示光速，則(　　 )　

A. X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘C²

B. X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘C²

C. X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘C²

D. X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子的質(zhì)量和，再乘C²

解：根據(jù)在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒，可知核反應(yīng)方程中的X為中子，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc²知，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子的質(zhì)量和，再乘以C²，答案為D。

1．核力：原子核的半徑很小，其中的質(zhì)子之間的庫侖力很大，受到這么大的庫侖斥力卻能是穩(wěn)定狀態(tài)，一定還有另外一種力把各核子緊緊地拉在一起．這種力叫做核力

①核力是很強(qiáng)的力

②核力作用范圍小，只在2．0×10^－15 m短距離內(nèi)起作用

③每個(gè)核子只跟它相鄰的核子間才有核力作用

3.放射性同位素的應(yīng)用

⑴利用其射線：α射線電離性強(qiáng)，用于使空氣電離，將靜電泄出，從而消除有害靜電。γ射線貫穿性強(qiáng)，可用于金屬探傷，也可用于治療惡性腫瘤。各種射線均可使DNA發(fā)生突變，可用于生物工程，基因工程。

⑵作為示蹤原子。用于研究農(nóng)作物化肥需求情況，診斷甲狀腺疾病的類型，研究生物大分子結(jié)構(gòu)及其功能。

⑶進(jìn)行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木質(zhì)文物的產(chǎn)生年代。

一般都使用人工制造的放射性同位素(種類齊全，半衰期短，可制成各種形狀，強(qiáng)度容易控制)。

[例9] 關(guān)于放射性同位素應(yīng)用的下列說法中正確的有　　　　　　　　　　　　　　

A.放射線改變了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電，因此達(dá)到消除有害靜電的目的

B.利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，也能進(jìn)行人體的透視

C.用放射線照射作物種子能使其DNA發(fā)生變異，其結(jié)果一定是成為更優(yōu)秀的品種

D.用γ射線治療腫瘤時(shí)一定要嚴(yán)格控制劑量，以免對(duì)人體正常組織造成太大的危害

解：利用放射線消除有害靜電是利用放射線的電離性，使空氣分子電離成為導(dǎo)體，將靜電泄出。γ射線對(duì)人體細(xì)胞傷害太大，不能用來進(jìn)行人體透視。作物種子發(fā)生的DNA突變不一定都是有益的，還要經(jīng)過篩選才能培育出優(yōu)秀品種。用γ射線治療腫瘤對(duì)人體肯定有副作用，因此要科學(xué)地嚴(yán)格控制劑量。本題選D。

2．原子核的人工轉(zhuǎn)變：用高能粒子轟擊靶核，產(chǎn)生另一種新核的反應(yīng)過程，其核反應(yīng)方程的一般形式為：。

式中是靶核的符號(hào)，為入射粒子的符號(hào)，是新生核符號(hào)，是放射出的粒子的符號(hào)。

① 盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為：

② 查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為：。

③ 約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)方程為：

，其中，P是放射性同位素，e為正電子．

1．原子核的組成：質(zhì)子和中子組成原子核。質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子，原子核的質(zhì)量數(shù)等于其核子數(shù)，原子核的電荷數(shù)等于其質(zhì)子數(shù)，原子核的中子數(shù)N等于其質(zhì)量數(shù)A與電荷數(shù)Z之差，即N=A-Z。

質(zhì)子質(zhì)量= 1．007277u＝1．6725×10^－27kg;　 中子質(zhì)量=1．008665u＝1．6748×10^--27kg

具有相同的質(zhì)子數(shù)、不同的中子數(shù)的原子核互稱為同位素．

[例7]現(xiàn)在，科學(xué)家們正在設(shè)法探尋“反物質(zhì)”．所謂的“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的，“反粒子”與其對(duì)應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電量，但電荷的符號(hào)相反，據(jù)此，若反α的粒子，它的質(zhì)量數(shù)為　　　　　　　　 ，電荷數(shù)為　　　　　　　　　 ．

[解析]α粒子是氦核，它是由二個(gè)質(zhì)子和二個(gè)中子組成，故質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2．而它的“反粒子”的質(zhì)量數(shù)也是“4”，但電荷數(shù)為“－2”．

[例8] 目前普遍認(rèn)為，質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成。u夸克帶電量為e，d夸克帶電量e，e為基元電荷。下列論斷可能正確的是　

A．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成

B．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成

C．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成

D．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成

分析與解　 原子帶電量為，中子的帶電量為，選項(xiàng)B正確。

3、原子核的衰變規(guī)律

(1)α衰變的一般方程為→+He·每發(fā)生一次α衰變，新元素與原元素相比較，核電荷數(shù)減小2，質(zhì)量數(shù)減少4．α衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核同時(shí)放出由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成的粒子(即氦核)．(核內(nèi))

(2)β衰變的一般方程為→+e．每發(fā)生一次β衰變，新元素與原元素相比較，核電荷數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變．β衰變的實(shí)質(zhì)是元素的原子核內(nèi)的一個(gè)中子變成質(zhì)子時(shí)放射出一個(gè)電子．(核內(nèi))， +β衰變：(核內(nèi))

(3)γ射線是伴隨α衰變或β衰變同時(shí)產(chǎn)生的、γ射線不改變?cè)�子核的電行�?shù)和質(zhì)量數(shù)．其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時(shí)，產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子．

(4)半衰期

A．意義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間．用希臘字母τ表示

　公式：，

B．半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理狀態(tài)(如任強(qiáng)、溫度等)或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)或化合物)無關(guān)．

[例4]Th(釷)經(jīng)過一系列α和β衰變，變成Pb(鉛)，下列說法正確的是(　　 )

　　 A．鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子　　　　　　 B．鉛核比釷核少16個(gè)中子

　　 C．共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變　　 D．共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變

解析：由原子核符號(hào)的意義，很容易判定A、B是正確的．　　

至于各種衰變的次數(shù)，由于β衰變不會(huì)引起質(zhì)量數(shù)的減少，故可先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的減少確定α衰變的次數(shù)為：x=＝6次)

　　 再結(jié)合核電荷數(shù)的變化情況和衰變規(guī)律來判定β衰變的次數(shù)y應(yīng)滿足：

　2X－ y＝90－ 82= 8　　 　所以y＝2x-8＝4(次)　　 即D也是正確的．　　　 答案：ABD

[例5]鈾()經(jīng)過α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛()，問在這一變化過程中，共有多少中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子(　　　 )

　　　 A．6 ； B．14；　 C．22 ；　 D．32

　　 解析：衰變?yōu)?sub>，需經(jīng)過 8 次α衰變和 6次β衰變，每經(jīng)過一次β衰變就會(huì)有一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，同時(shí)放出一個(gè)電子，所以共有6個(gè)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子．　　　 答案：A

[例6]如圖所示，兩個(gè)相切的圓表示一個(gè)靜止原子核發(fā)生某種核變化后，產(chǎn)生的兩種運(yùn)動(dòng)粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡，可能的是(　　　　 )

　 A.原子核發(fā)生了α衰變；B．原子核發(fā)生了β衰變

　 C．原子核放出了一個(gè)正電子；D．原子核放出了一個(gè)中子；

�。劢馕觯輧蓚�(gè)相切的圓表示在相切點(diǎn)處是靜止的原子核發(fā)生了衰變，由于無外力作用，動(dòng)量守恒，說明原子核發(fā)生衰變后，新核與放出的粒子速度方向相反，若是它們帶相同性質(zhì)的電荷，則它們所受的洛侖茲力方向相反，則軌道應(yīng)是外切圓，若它們所帶電荷的性質(zhì)不同，則它們的軌道應(yīng)是內(nèi)切圓．圖示的軌跡說明是放出了正電荷，所以可能是α衰變或放出了一個(gè)正電子，故A、C兩選項(xiàng)正確．

　[點(diǎn)評(píng)]本題僅僅只是判斷衰變的種類，而沒有判斷軌跡是屬于哪種粒子的．處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的原子核發(fā)生的衰變，它們的動(dòng)量大小相等，而新核的電量一般遠(yuǎn)大于粒子(α、β)的電量，又在同一磁場中，由洛侖茲力提供向心力時(shí)，其圓運(yùn)動(dòng)的半徑R＝mv／qB，此式的分子是相等的，分母中電量大的半徑小，電量小的半徑大，所以，一般情況下，半徑小的是新核的軌跡，半徑大的是粒子(α、β或正電子)的軌跡．

3．γ射線：波長極短的電磁波，貫穿作用最強(qiáng)，電離作用最弱．

　三種射線在勻強(qiáng)磁場、勻強(qiáng)電場、正交電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況比較：

[例3] 如圖所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質(zhì)，放射線從其右端小孔中水平向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，則下列說法中正確的有

A..打在圖中a、b、c三點(diǎn)的依次是α射線、γ射線和β射線

B.α射線和β射線的軌跡是拋物線

C.α射線和β射線的軌跡是圓弧　　　　　　　

D.如果在鉛盒和熒光屏間再加一個(gè)豎直向下的場強(qiáng)適當(dāng)?shù)膭驈?qiáng)電場，可能使屏上的亮斑只剩下b

解：由左手定則可知粒子向右射出后，在勻強(qiáng)磁場中α粒子受的洛倫茲力向上，β粒子受的洛倫茲力向下，軌跡都是圓弧。由于α粒子速度約是光速的1/10，而β粒子速度接近光速，所以在同樣的混合場中不可能都做直線運(yùn)動(dòng)(如果一個(gè)打在b，則另一個(gè)必然打在b點(diǎn)下方。)本題選AC。

2．β射線：速度約為光速十分之幾的電子流，貫穿作用很強(qiáng)，電離作用較弱．

1．α射線：速度約為光速1／10的氦核流，貫穿作用很弱，電離作用很強(qiáng)．

2、三種射線的本質(zhì)和特性