原子核既然是由质子和中子组成的,它的质量就应等于所有质子和中子的质量之和： 根据爱因斯坦质能关系,可
原子核的组成
原子核的组成原子核是物质世界中最微小的结构之一，它由质子和中子组成。
这个微小而精密的结构承载着丰富的信息和能量。
了解原子核的组成对于我们理解物质的本质和整个宇宙的演化过程至关重要。
首先，让我们来了解原子核的基本构成单位——质子和中子。
质子是带有正电荷的基本粒子，它的质量约为中子的近2000倍。
中子是一种不带电的基本粒子，其质量与质子相近。
质子和中子被称为核子。
它们通过强相互作用相互结合而成稳定的原子核。
然而，质子和中子自身也并不是不可分割的基本粒子，它们分别由更基本的粒子组成。
质子是由三个夸克（上夸克和两个下夸克）组成的复合粒子，而中子也由三个夸克（两个上夸克和一个下夸克）组成。
夸克是一类基本粒子，它们具有电荷和不同的颜色荷。
夸克之间通过强相互作用相互吸引形成一个稳定的原子核。
原子核的结构非常复杂，其中夸克之间的相互作用起到了至关重要的作用。
除了强相互作用外，质子和中子之间还具有电磁相互作用。
在原子核内，质子之间的排斥力非常强，因为它们带有相同的正电荷。
中子之间也存在排斥力。
然而，通过强相互作用的吸引力，原子核能够保持相对稳定的结构。
原子核的组成不仅仅与基本粒子有关，还与能量有关。
原子核的质量并不等于核子的质量之和。
这是因为质子和中子之间的结合能导致质量的损失。
根据爱因斯坦的质能关系，质量的损失被转化为能量。
这就是著名的爱因斯坦方程E=mc²。
原子核的组成和结构对于物质的性质和相互作用具有重要影响。
原子核的质量决定了原子的质量，而原子的质量决定了物质的密度和强度。
原子核的结构影响着原子的化学性质和相互作用方式。
通过研究和理解原子核的组成，我们可以探索物质的本质和宇宙的演化过程。
最后，值得一提的是，原子核并非一成不变。
在一些物理过程中，原子核可能经历衰变，从而转变成不同的核。
核衰变是一种放射性衰变过程，其中原子核释放出粒子或电磁辐射。
这种核变化是原子核组成的动态体现，也是宇宙演化中不可或缺的一部分。
中学物理核能知识点解析
中学物理核能知识点解析核能(或称原子能)是通过核反应从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的质能方程E=mc² ，其中E=能量，m=质量，c=光速。
今天我要与大家分享的是：中学物理《核能》知识点解析。
具体内容如下:核能可通过三种核反应之一释放：1、核裂变，较重的原子核分裂释放结合能。
2、核聚变，较轻的原子核聚合在一起释放结合能。
3、核衰变，原子核自发衰变过程中释放能量。
核能俗称原子能，它是原子核里的核子——中子或质子，重新分配和组合时释放出来的能量。
核能分为两类：一类叫裂变能，一类叫聚变能。
核能有巨大威力。
1公斤铀原子核全部裂变释放出来的能量，约等于2700吨标准煤燃烧时所放出的化学能。
一座100万千瓦的核电站，每年只需25吨至30吨低浓度铀核燃料，运送这些核燃料只需10辆卡车;而相同功率的煤电站，每年则需要300多万吨原煤，运输这些煤炭，要1000列火车。
核聚变反应释放的能量则更巨大。
据测算1公斤煤只能使一列火车开动8米;一公斤裂变原料可使一列火车开动4万公里;而1公斤聚变原料可以使一列火车行驶40万公里，相当于地球到月球的距离。
原子及核世界上的一切物质都是由带正电的原子核和绕原子核旋转的带负电的电子构成的。
原子核包括质子和中子，质子数决定了该原子属于何种元素，原子的质量数等于质子数和中子数之和。
如一个铀-235原子是由原子核(由92个质子和143个中子组成)和92个电子构成的。
如果把原子看作是我们生活的地球，那么原子核就相当于一个乒乓球的大小。
虽然原子核的体积很小，但在一定条件下它却能释放出惊人的能量。
同位素质子数相同而中子数不同或者说原子序数相同而原子质量数不同的一些原子被称为同位素，它们在化学元素周期表上占据同一个位置。
简单的说同位素就是指某个元素的各种原子，它们具有相同的化学性质。
按质量不同通常可以分为重同位素和轻同位素。
铀同位素铀是自然界中原子序数最大的元素。
原子核的组成和核力
1931年，约里奥夫妇反复了玻特和贝克旳试验，并用这种未知射线去轰击石蜡。成果竟从中打出能量约5.7 MeV旳质子．这是异常惊人旳新发觉，因为其行为完全不同于γ射线，γ射线只能打出电子而打不出质子，γ光子旳质量近乎０，电子也很轻，光子撞击电子，使它动起来是合乎常理旳，但质子质量是电子旳1800倍，一颗子弹怎么能撞动一辆汽车呢？假如以为轰击石蜡旳射线是γ射线，那么光子旳能量应达55 MeV，这与实际测得旳射线能量10 MeV相去甚远．这射线在向约里奥夫妇招手呼喊：我不是γ射线……！可惜旳是，他们擦肩而过，无缘相识。面对55eV与10eV旳矛盾 ，他们还是十分牵强地解释为其他旳原因，并于1932年１月11日向巴黎科学院提交了试验情况和对未知射线鉴定为γ射线旳结论。
1932年１月底，查得威克得到这一论文，约里奥夫妇旳试验使他心跳，他以为约里奥夫妇旳结论肯定有误，违反能量守恒啊！他敏感到这很可能是导师卢瑟福预言、自己苦苦寻找了23年旳中子。他决定用云室旳措施探测射线旳速度和质量。
他先测出射线旳速度不到光速旳十分之一，排除了是γ射线旳可能，又用弹性碰撞动量守恒旳措施测出不带电粒子旳质量与质子质量差不多。他还根据自旋拟定不带电旳粒子不可能是由质子和电子组合而成，只能是另一种新旳独立粒子，他称之为中子。就这么，仅用了十天时间，成功地证明了这种中性射线就是中子流。他当之无愧地成为“中子之父”，并所以获1935年诺贝尔物理奖。
原子核旳表达:
高中物理必修3-5原子核知识点
高中物理必修3-5原子核知识点原子核是高中物理必修3-5的内容，有哪些知识点需要我们了解?下面是店铺给大家带来的高中物理原子核知识点，希望对你有帮助。
高中物理原子核知识点一、原子核的组成1、1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现质子即氢原子核。
2、卢瑟福预想到原子内存在质量跟质子相等的不带电的中性粒子，即中子。
查德威克经过研究，证明：用天α射线轰击铍时，会产生一种看不见的贯穿能力很强(10-20厘米的铅板)的不带电粒子，用其轰击石蜡时，竟能从石蜡中打出质子，此贯穿能力极强的射线即为设想中的中子。
3、质子和中子统称核子，原子核的电荷数等于其质子数，原子核的质量数等于其质子数与中子数的和。
具有相同质子数的原子属于同一种元素;具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素。
二、放射性元素的衰变1、天然放射现象(1)人类认识原子核有复杂结构和它的变化规律，是从天然放射现象开始的。
(2)1896年贝克勒耳发现放射性，在他的建议下，玛丽·居里和皮埃尔·居里经过研究发现了新元素钋和镭。
(3)用磁场来研究放射线的性质(图见3-5第74页)：①α射线带正电，偏转较小，α粒子就是氦原子核，贯穿本领很小，电离作用很强，使底片感光作用很强;②β射线带负电，偏转较大，是高速电子流，贯穿本领很强(几毫米的铝板)，电离作用较弱;③γ射线中电中性的，无偏转，是波长极短的电磁波，贯穿本领最强(几厘米的铅板)，电离作用很小。
2、原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。
在衰变中电荷数和质量数都是守恒的(注意：质量并不守恒。
)。
γ射线是伴随α射线或β射线产生的，没有单独的γ衰变(γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。
)。
2、半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。
放射性元素衰变的快慢是由核内部本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，它是对大量原子的统计规律。
第一章_原子核物理讲义
②当A＞30时，比结合能接近于8MeV/Nu， 这表明原子核的结合能与核子数近似成正 比。这一事实揭示了核力的饱和性。 ③比结合能曲线的形状是中间高、两头低。 说明A为50－150的中等质量的原子核结合 的比较紧，而很轻的核和很重的核结合得 比较松，这正是人类利用核能的基本根据。 当一个重原子核分裂成两个中等质量的原 子核时，比结合能由小变大，有核能释放 出来。例如235U吸收一个热中子后，裂变成 两个中等质量的原子核，比结合能由7.6增 大到8.5MeV/Nu，同时有大约210MeV的能量 放出。
7 (2 )3 L i核 的 半 径 为 ： R 1 .2 73 1 .2 1 .9 12 .3 0 f m 2 n 7 由 原 子 物 理 易 知 ， 电 子 的 轨 道 半 径 由 公 式 ： r = a 计 算 ， 对 于 i原 子 最 内 层 1 3L z 0 .5 3 10 1 0 4 轨 道 ， 取 n = 1 、 z = 3 、 a 0 .5 3 1 0 m , 则 r 1 0 m = 1 .7 7 1 0f m ， 从 而 1 3 r 1 7 7 0 0 7 6 9 6 。 R 2 .3 0 可 见 原 子 核 半 径 比 原 子 半 径 小 数 千 倍 。
1
§1.3原子核的结合能和质量（或结 合能的）半经验公式
1、原子能的结合能
（1）“1+1≠2” 原子核既然是中子和质子所组成，但 原子核的质量小于核内中子和质子质量之 和。 中子和质子组成氘核时，会发出一部分 能量（2.225MeV），这就是氘核的结合能。
（2）核的结合能 假如，一原子核质量为m，有Z个质子， N个中子，那么该原子核的结合能B由下式 决定：
利用高能电子散射实验，测得一些核的电荷分布如图 1.2.1，这种分布可近似用二参量费米分布函数描述， 即： ρ r－c （1.2.4） 1+exp( ）
5.1原子核的组成 教案-2021-2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修3
5.1原子核的组成〖教材分析〗本节教材从放射性物质的的射线分成三束的实验事实出发，分别介绍了a 射线，β射线和γ射线。
通过研究这三种射线，确定了原子核内是由结构的。
最后有卢瑟福和它的学生共同完成了原子核构造的猜想与验证，知道原子核由中子和质子组成。
〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道三种射线的特性，原子核的组成及其表示符号。
科学思维∶通过一些宏观实验，去猜测、探究微观结构，建立微观模型。
科学探究：分析天然放射现象和a粒子散射实验培养学生分析能力，揭示原子核的科学本质。
科学态度与责任∶尊重客观实验事实，认识到原子核可以再分。
体会到极大极小的原理，感悟生命的渺小，更加的热爱生命。
〖教学重难点〗教学重点：三种射线的本质，原子核的组成及表示方法，同位素的概念。
教学难点：原子核的组成及表示方法。
〖教学准备〗多媒体课件等。
〖教学过程〗核能是人类第一次利用除太阳以外的能量。
（动图展示核电站）核能是蕴藏在原子核内部的能量。
核能的发现是人们探索微观物质结构的一个重大成果。
人类通过许多方式利用核能，主要的途径是发电。
一、新课引入关于原子核内部信息的研究，最早来自矿物的天然放射现象。
那么，人们是怎样从破解天然放射现象入手，一步步揭开了原子核秘密的呢?二、新课教学（一）天然放射现象1.贝克勒尔的早期研究1896年，贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，它能穿透黑纸使底片感光。
这是铀原子本身的性质。
（视频介绍新中国发现的铀矿，增加爱国主义教育。
）2.居里夫妇的研究居里夫妇对铀和含铀的各种矿石进行了深入研究。
他们研究了一种沥青铀矿，根据它的含铀量计算发出的射线不会太强。
①居里夫妇对最早提出了放射性的概念②命名两种新元素：钋（Po）和镭（Ra）3.放射性的概念①放射性：物质发射射线的性质②放射性元素：具有放射性的元素③天然放射现象：放射性的元素自发地发出射线的现象放射性并不是少数元素的专利，所有原子序数大于等于83的元素以及部分原子序数小于83的元素都具有放射性。
原子核原子的中心部分
原子核原子的中心部分原子核是一颗原子的中心部分，它包含着原子的大部分质量。
原子核是由质子和中子组成的，它们紧密地聚集在一起，形成了一个稳定的结构。
1. 原子核的组成原子核由质子和中子组成。
质子带有正电荷，而中子是中性粒子。
在原子核中，质子和中子通过强相互作用力相互紧密地结合在一起。
2. 原子核的质量原子核的质量主要来自于质子和中子的质量之和。
质子的质量约为1.6 x 10^-27千克，中子的质量约为1.7 x 10^-27千克。
因此，原子核的质量通常比电子的质量大得多。
3. 原子核的大小原子核的大小相对于整个原子来说非常小。
通常情况下，原子核的直径约为10^-15米，而整个原子的直径约为10^-10米。
因此，原子核的体积非常小，占据了整个原子体积的极小部分。
4. 原子核的稳定性原子核的稳定性取决于质子和中子之间的相互作用力。
当质子和中子的数量适当时，他们之间的相互作用力足够强大以维持原子核的稳定。
然而，当原子核中的质子或中子数量不平衡时，它可能变得不稳定，从而导致放射性衰变。
5. 原子核的能级结构原子核内部的质子和中子存在不同的能级。
这些能级影响了原子核内部的一些核反应和放射性衰变过程。
通过研究原子核能级结构，科学家可以揭示原子核的物理性质和核反应的机制。
总结:原子核是原子的中心部分，由质子和中子组成。
它的质量大部分来自质子和中子，而且相对于整个原子而言，它的体积非常小。
原子核的稳定性取决于质子和中子之间的相互作用力以及它们的数量。
对原子核的研究有助于我们更好地理解原子的结构和性质。
原子结构原子核与电子构型的关系
原子结构原子核与电子构型的关系原子结构、原子核与电子构型的关系原子是构成物质的基本单位，而原子结构的重要组成部分是原子核和电子。
原子核位于原子的中心，而电子则围绕原子核运动。
原子核和电子之间存在着一定的关系，这种关系决定了原子的化学性质和物理性质。
本文将探讨原子结构、原子核与电子构型之间的关系。
一、原子结构的组成原子结构主要由原子核和电子组成。
原子核是由质子和中子组成的，质子带有正电荷，中子不带电荷。
原子核位于原子的中心，占据很小的体积，但质量非常大。
电子是带有负电荷的粒子，围绕着原子核旋转，形成电子云。
二、原子核和元素的关系原子核中的质子数目决定了元素的性质。
每个元素都有一个特定的原子序数，就是其原子核中质子的数目。
例如，氢元素的原子核中只有一个质子，所以它的原子序数为1；氧元素的原子核中有八个质子，所以其原子序数为8。
原子序数不同的元素具有不同的化学性质。
三、原子核和质量数的关系原子核中还包含中子，中子的数目和质子的数目之和称为质量数。
原子的质量主要由原子核的质量决定。
质量数不同的同位素在化学性质上相同，但物理性质可能有所不同。
例如，氢元素有三种同位素，氘（D）、氚（T）和正常氢（H），它们的质量数分别为2、3和1。
四、电子的能级和电子壳层电子围绕原子核运动，其运动轨道被划分为不同的能级，每个能级可以容纳一定数量的电子。
不同的能级由数字表示，能级数字越高，能级越远离原子核，能量也越高。
每个能级又可以进一步分为不同的轨道，称为电子壳层。
在电子壳层中，每个轨道可以容纳一定数量的电子，按顺序填充。
五、电子构型和元素周期表电子的排布遵循一定的规律，即泡利的不相容原理和洪特规则等。
根据这些规律，可以确定每个元素的电子构型。
电子构型描述了一个原子中各个能级和电子壳层的填充情况。
通过电子构型，我们可以推测出元素的化学性质和反应行为。
元素周期表中的元素按照其原子序数排列，并以电子构型的方式展示。
六、原子核与电子构型的关系原子核的质子数目决定了元素的化学性质，而电子构型则决定了元素的电子行为。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
左右)。这说明中等 质量的核最稳定。 80 100 120 140 160 180 200 220 240
质量数A
比结合能曲线
上页 下页 返回 退出
要利用核能，理论上是把自由状态的Z个质子和 (A-Z)中子结合起来组成中等质量的核，这样放出 的结合能最多。但实际上，用质子和中子直接组成 中等核是不现实的，因为自由中子不易得到，即便 得到了一些，自由中子的半衰期也较短。
具有能量
E 1u c2 1.49449681010 J
质子质量
9.340605102 MeV mp 1.007277u
中子质量
mn 1.008665u
核子平均结合能 [Zmp ( A Z )mn mE ]c2 / A
上页 下页 返回 退出
例题15-2 Z 26 A 56 mE 55.922u
上页 下页 返回 退出
聚变：两个质量较小的原子核（轻核）在一定条件 上聚合为质量较大的原子核。
6 3
Li
2 1
H
2
4 2
He
22.4MeV
2 1
H
2 1
H
3 2
He
1n
0
3.25MeV
3 1
H
2 1
H
4 2
He
1n
0
17.6MeV
7 3
Li
1 1
H
2
4 2
He
17.3MeV
上述反应都需要超高温条件，称为热核反应。
上页 下页 返回 退出
因此，要利用原子核的结合能，必须从自然界 中存在的原子核来考虑。
方法有二： 第一种方法是重核裂变；
第二种方法是轻核聚变。
上页 下页 返回 退出
二、重核的裂变
裂变： 质量较大的原子核（重核）在一定条件下 分裂为两个或多个中等质量的原子核。
U 235 92
1 0
n
141 56
Ba
92 36
Kr
3
1 0
(MeV)
1.11 2.83 2.57 7.07
原子核的 核子的
核
结能 比结合能
E(MeV) (MeV)
12 6
C
92.2
16 8
O
127.5
63 29
Cu
552
238 92
U
1803
7.68 7.97 8.75 7.58
上页 下页 返回 退出
原子核的结合能非常大，所以一般原子核 都是非常稳定的系统。然而，不同原子核的 稳定程度不同。
§15-2 原子核的结合能 裂变和聚变
一、原子核的结合能
原子核既然是由质子和中子组成的，它的质量就 应等于所有质子和中子的质量之和：
mx Zmp ( A Z )mn
但实验测定的原子质量mX总是小于所有核子质量 之和，这一差值称为原子核的质量亏损：
m Zmp ( A Z )mn mX
根据爱因斯坦质能关系，可得原子核的结合能：
n
200MeV
U 235 92
1 0
n
139 54
Xe
95 38
Sr
2
1 0
n
200MeV
上页 下页 返回 退出
用能量为1eV以下的慢中子轰击铀核时，铀核会分
裂为两个质量相近的中等质量的核，同时放出一至三
个快速中子。这种重核分裂为中等质量核的过程称为
重核的裂变。
235 U
92
1 0
n
140 Xe 54
两个原子核互相接近产生聚变反应时，由
于原子核间存在很大的库仑斥力，原子核碰撞
动能必须克服两原子核间的电势能 Ep。
Ep
(Z1e)(Z2e)
4π0 (R1 R2 )
Z1Z 2
从上式可知，电势能随着原子序数的增大
而增大，对原子序数大的重核，电势能大而
不易被克服；仅对于原子序数小的轻核才能
发生核聚变。
受控热核反应：如果在受控条件下，每次裂变平 均只有一个中子引起新的裂变，维持稳定的链式反 应，这就是核反应堆中的情况。
上页 下页 返回 退出
原子弹： 利用铀、钚原子核的自持核裂变链式反 应原理制成的武器。
自持核裂变链式反应：不需外界干预，自身可持续 进行的核裂变链式反应。
上页 下页 返回 退出
三、轻核的聚变
U
7.5MeV
239 94
Pu
7.56MeV
上页 下页 返回 退出
比结合能ε （MeV/核子）
9
8
4 2
He
7
6
5
4
6 3
Li
82 23
Kr
U 233
92
195 73
Pt
a.最轻和最重的核 的比结合能较小。
b.大多数中等质量的
核，比结合能较大且
3
近似相等(都在8MeV
2
1
0 0
2 1
H
20
40
60
氢弹：利用氘、氚（氢的 同位素）等轻原子核的聚 变反应原理制成的核武器， 通常称为氢弹。
氢弹反应式
6 3
Li
1 0nLeabharlann 3 1H4 2
He
4.8MeV
2 1
H
3 1
H
4 2
He
1n
0
17.6MeV
氢弹结构示意图
上页 下页 返回 退出
选择进入下一节 §15-0 教学基本要求 §15-1 原子核的基本性质 §15-2 原子核的结合能 裂变和聚变 §15-3 原子核的放射性衰变 §15-4 粒子物理简介 §15-5 宇宙学简介
上页 下页 返回 退出
E (m)c2 [Zmp (A Z)mn mX]c2
质子和中子组成核的过程中，有能量E释放出 来。反之，要使原子核再分解为单个的质子和中 子就必须吸收E的能量。
氘 E
质子
中子
氘核吸收E能量后分解为质子和中子
上页 下页 返回 退出
原子结合能的计算
一原子质量单位 1u 1.6605521027 kg
140 57
La
-01e
140 La
57
140 58
Ce
-01e
94 Sr
38
Y 94
39
-01e
94 Y
39
94 40
Zr
-01e
上页 下页 返回 退出
裂变产物的百分数
裂变的产物分布曲线
上页 下页 返回 退出
原子弹： 铀核裂变时放出巨大的能量，同时能 放出多于二个中子，若分裂时放出的中子全部被别 的铀核吸收，又引起新的裂变。这样，裂变的数目 将按指数规律增大，结果形成一发散的链式反应， 这就是原子弹中发生的情况。
94 38
Sr
2
1 0
n
裂变后形成的中等质量的核具有过多的中子，由
于中子具有放射性，所以这些中等质量的核是不稳定 的。它们通过一系列的衰变，放射性的中等质量的 核才转化为稳定核。
140 Xe 54
140 55
Cs
-01e
上页 下页 返回 退出
140 Cs 55
140 56
Ba
-01e
140 Ba 56
上页 下页 返回 退出
最重要的聚变过程之一是碳氮循环，其
循环结果是把四个质子结合成一个氮核：
p
12 C 6
13 N
7
13 N
7
13 C
6
e
ν
p
13 C
6
14 7
N
γ
p
14 7
N
15 O 8
γ
15 O 8
15 N
7
e
ν
p
15 7
N
12 C 6
4 2
H
e
γ
这个过程中释放的能量约为26.7MeV
上页 下页 返回 退出
解：核子平均结合能
(261.007277 301.008665 55.922) uc2 / 56 0.009411uc2
8.79MeV
上页 下页 返回 退出
原子核的结合能
原子核的 核 结合能
E(MeV)
2 1
H
2.23
3 1
H
8.47
3 2
He
7.72
4 2
He
28.3
核子的 比结合能
每个核子的平均结合能称为比结合能：
E mc2
AA
核子的比结合能越大，原子核就愈稳定。
上页 下页 返回 退出
a.中等质量原子核的核子平均结合能较大
56 26
Fe
8.79MeV
75 33
As
8.47MeV
63 29
Cu
8.75MeV
b.轻核和重核的核子平均结合能都较小
3 1
H
2.83MeV
238 92