原子核（选修三第五章，总结笔记）
（1）天然放射现象
1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线。
物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象，叫作天然放射现象。
原子序数大于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能发出射线。
（2）射线的本质
【α射线】
①是高速粒子流，其组成与氦原子核相同。
②速度可达到光速的。
③电离作用强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。
【β射线】
①是高速电子流。
②它的速度更大，可达光速的99%。
③电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。
【γ射线】
①是能量很高的电磁波，波长很短，在以下。
②电离作用更弱，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。
【α、β、γ三种射线的比较】
质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子。
中子的发现：卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子，查德威克通过实验证实了中子的存在，中子是原子核的组成部分。
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。
原子核的符号
同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素。原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质．同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数不同，所以它们的物理性质不同。例如，氢有三种同位素(氕)、
(氘)、
(氚)。
【三种射线在磁场中偏转情况的分析】
γ射线不论在电场还是磁场中，总是做匀速直线运动，不发生偏转。
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粒子沿相反方向做类平抛运动，且在同样的条件下，β粒子的偏移量大，根据粒子在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动，偏移量x可表示为：。
所以，同样条件下β与α粒子偏移量之比为。
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粒子轨迹半径小，偏移量大，根据得
。
所以，同样条件下β与α粒子轨迹半径之比为。
2.放射性元素的衰变
（1）原子核的衰变
定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子，而变成另一种原子核的变化。
【衰变类型】
①α衰变：原子核放出α粒子的衰变．进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2，的α衰变方程：
。
②β衰变：
原子核放出β粒子的衰变．进行β 衰变时，质量数不变，电荷数加1，的β衰变方程：
。
③衰变规律：电荷数守恒，质量数守恒。
【原子核衰变的理解】
①方法：设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程为：
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：。
②技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．
（2）半衰期
定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
【特点】
①不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大。
②放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。
适用条件：半衰期描述的是统计规律，不适用于少数原子核的衰变。
定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程。
原子核的人工转变：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，核反应方程：。
遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。
放射性同位素：具有放射性的同位素。
放射性同位素的分类：天然放射性同位素；人工放射性同位素。
【应用】
①射线测厚仪：工业部门使用放射性同位素发出的射线来测厚度。
②放射治疗。 ③培优、保鲜。
④示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素代替非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置。
【书写核反应方程时注意点】
①质量数守恒和电荷数守恒； ②中间用箭头，不能写成等号；
③核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质量的变化。
（5）辐射与安全
人类一直生活在放射性的环境中。过量的射线对人体组织有破坏作用。在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。
3.核力与结合能
（1）核力与四种基本相互作用
核力：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。这种作用称为强相互作用。
【强相互作用的特点】
强相互作用是短程力，作用范围只有约。
距离增大时，强相互作用急剧减小。超过，相互作用不存在。
【弱相互作用】
弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。
弱相互作用是短程力，其力程只有。
【四种基本相互作用】
在原子核内，强相互作用将核子束缚在一起。
在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体。
万有引力主要作用于宏观和宇宙尺度上，是万有引力使行星绕着恒星运行，且联系着星系团。
（2）结合能
结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。
比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。比结合能越大，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。
【质能方程】
物体的能量与它的质量的关系是：。
根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。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。
运用质能方程时应注意单位。一般情况下，公式中各量都应取国际单位制单位。但在微观领域，用国际单位制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位，1u对应931.5 MeV能量。
【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。所谓质量亏损，并不是质量消失，而是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。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。
4.核裂变与核聚变
（1）核裂变的发现
核裂变：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变。
铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中两种典型的反应是：
链式反应：中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫作核裂变的链式反应。
临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。
链式反应发生的条件：①铀块的体积大于或等于临界体积；②有足够浓度的铀235；③有足够数量的慢中子。
核能的释放：由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，因此，铀核裂变为中等质量的原子核时，会发生质量亏损，释放核能。
裂变反应的能量大小：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235 全部裂变放出的能量相当于2800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。
（2）反应堆与核电站
核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成：
燃料：铀棒。
慢化剂：石墨、重水和普通水(也叫轻水)。
控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒．
工作原理：核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。
【核电站的主要部件及作用】
在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。
核电站发电的优点：消耗的核燃料少；作为核燃料的铀、钍等在地球上可采用储量大，所能提供的能量大；对环境的污染要比火力发电小。
（3）核聚变
定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。
核反应方程：。
条件：要使轻核发生聚变，必须使轻核间的距离达到核力发生作用的距离以内，这要克服原子核间巨大的库仑斥力作用，使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，有一种方法就是给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。
宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核聚变成氦核释放的核能。
人工热核反应：氢弹。首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
【核聚变与核裂变的比较】
优点：①轻核聚变产能效率高；②地球上核聚变燃料氘和氚的储量丰富；③轻核聚变更为安全、清洁。
缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。
解决方案：磁约束和惯性约束。
（1）“基本”粒子
人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子，把它们叫作“基本粒子”。随着科学的发展，科学家们发现很多新粒子不能看作由质子、中子、电子组成，并发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。
（2）发现新粒子
强子：是参与强相互作用的粒子．质子和中子都是强子。
轻子：不参与强相互作用．电子、电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已发现的轻子。
规范玻色子：是传递各种相互作用的粒子，如光子，中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子。
希格斯玻色子：是希格斯场的量子激发。
（4）夸克与粒子物理标准模型
夸克、夸克模型：1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克。
夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。
夸克所带电荷：夸克所带的电荷是元电荷的或
。例如，上夸克带的电荷量为
，下夸克带的电荷量为
。
粒子物理标准模型是一整套关于粒子的理论．其中，夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子是组成物质的几类最基本的粒子。
意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。
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