2019-2020學(xué)年高中物理 第19章 1 原子核的組成學(xué)案 新人教版選修3-5

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1、1　原子核的組成 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.知道天然放射現(xiàn)象及其規(guī)律.2.理解三種射線的本質(zhì)，以及如何利用磁場區(qū)分它們．(重點(diǎn))3.掌握原子核的組成，知道核子和同位素的概念．(重點(diǎn))4.掌握質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)和核子數(shù)間的關(guān)系．(重點(diǎn)) 一、天然放射現(xiàn)象及三種射線 1．天然放射現(xiàn)象 (1)1896年，法國物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)具有放射性． (2)①放射性：物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)． ②放射性元素：具有放射性的元素． ③天然放射現(xiàn)象：放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象． (3)原子序數(shù)大于或等于83的元素，都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于83的元素，有的也能放出射線． (4)瑪麗·居里和

2、她的丈夫皮埃爾·居里發(fā)現(xiàn)了兩種放射性更強(qiáng)的新元素，命名為釙(Po)和鐳(Ra)． 2．三種射線 (1)α射線：實際上就是氦原子核，速度可達(dá)到光速的，其電離能力強(qiáng)，穿透能力較差，在空氣中只能前進(jìn)幾厘米，用一張紙就能把它擋?。? (2)β射線：是高速電子流，它速度很大，可達(dá)光速的99%，它的穿透能力較強(qiáng)，電離能力較弱，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板． (3)γ射線：呈電中性，是能量很高的電磁波，波長很短，在10－10 m以下，它的電離作用更小，但穿透能力更強(qiáng)，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板或幾十厘米厚的混凝土． 二、原子核的組成 1．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)(如圖所示) 2．中子的發(fā)現(xiàn)(如

3、圖所示) 3．原子核的組成 由質(zhì)子和中子組成，它們統(tǒng)稱為核子． 4．原子核的符號 5．同位素 具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱同位素．例如，氫有三種同位素，H、H、H. 1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”) (1)放射性元素發(fā)出的射線的強(qiáng)度可以人工控制． (×) (2)放射性元素的放射性都是自發(fā)的現(xiàn)象． (√) (3)γ射線的穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱． (√) (4)原子核的核子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)． (×) (5)在元素周期表中處在同一位置上，而質(zhì)量數(shù)不同的元素叫同位素． (√) 2．(多選)天然放射性物質(zhì)的

4、放射線包括三種成分，下列說法正確的是(　　) A．一張厚的黑紙能擋住α射線，但不能擋住β射線和γ射線 B．某原子核在放出γ射線后會變成另一種元素的原子核 C．三種射線中對氣體電離作用最強(qiáng)的是α射線 D．β粒子是電子，但不是原來繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子 [解析]　由三種射線的本質(zhì)和特點(diǎn)可知，α射線穿透本領(lǐng)最弱，一張黑紙都能擋住，而擋不住β射線和γ射線，故A正確；γ射線是一種波長很短的光子，不會使原核變成新核．三種射線中α射線電離作用最強(qiáng)，故C正確；β粒子是電子，來源于原子核，故D正確． [答案]　ACD 3．據(jù)最新報道，放射性同位素鈥Ho在醫(yī)療領(lǐng)域有重要應(yīng)用，該同位素原子核內(nèi)中子數(shù)與核外

5、電子數(shù)之差是(　　) A．32　　 B．67　　　C．99　　　D．166 [解析]　根據(jù)原子核內(nèi)各量的關(guān)系可知核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝67，中子數(shù)為166－67＝99，故核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差為99－67＝32，故A對，B、C、D錯． [答案]　A 對三種射線的理解 1．α、β、γ射線性質(zhì)、特征比較 射線種類 組成 速度 貫穿本領(lǐng) 電離作用 α射線 α粒子是氦原子核He 約c 很小，一張薄紙就能擋住 很強(qiáng) β射線 β粒子是高速電子流e 接近c(diǎn) 很大，能穿過幾毫米厚的鋁板 較弱 γ射線 波長很短的電磁波 等于c 最大，能穿過幾厘米厚

6、的鉛板 很小 2．三種射線在電場、磁場中偏轉(zhuǎn)情況的比較 (1)在勻強(qiáng)磁場中，α射線偏轉(zhuǎn)半徑較大，β射線偏轉(zhuǎn)半徑較小，γ射線不偏轉(zhuǎn)，如圖所示． (2)在勻強(qiáng)電場中，α射線偏離較小，β射線偏離較大，γ射線不偏離，如圖所示． 3．元素的放射性 如果一種元素具有放射性，那么不論它是以單質(zhì)的形式存在，還是以某種化合物的形式存在，放射性都不受影響．也就是說，放射性與元素存在的狀態(tài)無關(guān)，放射性僅與原子核有關(guān)．因此，原子核不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子核也存在著一定結(jié)構(gòu)． 【例1】　(多選)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

7、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豎直向下的勻強(qiáng)電場，則屏上的亮斑可能只剩下b [解析]　由左手定則可知粒子向右射出后，在勻強(qiáng)磁場中帶正電的α粒子受的洛倫茲力向上，帶負(fù)電的β粒子受的洛倫茲力向下，軌跡都是圓弧．而γ射線不帶電，做直線運(yùn)動．所以B錯誤，A、C正確；如果在鉛盒和熒光屏間再加一豎直向下的勻強(qiáng)電場時，由于α粒子速度約是光速的，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，D錯誤． [答案]　A

8、C 三種射線的比較方法 (1)知道三種射線帶電的性質(zhì)，α射線帶正電、β射線帶負(fù)電、γ射線不帶電．α、β是實物粒子，而γ射線是光子流，屬于電磁波的一種． (2)在電場或磁場中，通過其受力及運(yùn)動軌跡半徑的大小來判斷α和β射線，由于γ射線不帶電，故運(yùn)動軌跡仍為直線． (3)α射線穿透能力較弱，β射線穿透能力較強(qiáng)，γ射線穿透能力最強(qiáng)． 1．如圖所示，放射性元素鐳釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，其中________是α射線，________是β射線，________是γ射線． [解析]　由放射現(xiàn)象中α射線帶正電，β射線帶負(fù)電，γ射線不帶電，結(jié)合在電場與

9、磁場中的偏轉(zhuǎn)可知②⑤是γ射線，③④是α射線． [答案]?、邰堋ⅱ佗?、② ⑤ 原子核的組成 1．原子核的組成 原子核是由質(zhì)子、中子構(gòu)成的，質(zhì)子帶正電，中子不帶電．不同的原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的個數(shù)并不相同． 2．原子核的符號和數(shù)量關(guān)系 (1)符號：X. (2)基本關(guān)系：核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)．質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)． 3．同位素 原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)決定了核外電子的數(shù)目，進(jìn)而也決定了元素的化學(xué)性質(zhì)，同種元素的質(zhì)子數(shù)相同，核外電子數(shù)也相同，所以有相同的化學(xué)性質(zhì)，但它們的中子數(shù)可以不同，所以它們的物理性質(zhì)不同．把具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)

10、的原子核互稱為同位素． 【例2】　已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核的質(zhì)量數(shù)是226.試問： (1)鐳核中有幾個質(zhì)子？幾個中子？ (2)鐳核所帶電荷量是多少？ (3)若鐳原子呈電中性，它核外有幾個電子？ (4)Ra是鐳的一種同位素，讓Ra和Ra以相同速度垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，它們運(yùn)動的軌跡半徑之比是多少？ [解析]　因為原子序數(shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)、中性原子的核外電子數(shù)都是相等的，原子核的質(zhì)量數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和．由此可得： (1)鐳核中的質(zhì)子數(shù)等于其原子序數(shù)，故質(zhì)子數(shù)為88，中子數(shù)N等于原子核的質(zhì)量數(shù)A與質(zhì)子數(shù)Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138.

11、(2)鐳核所帶電荷量Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C≈1.41×10－17 C. (3)鐳原子呈電中性，則核外電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，故核外電子數(shù)為88. (4)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的向心力為洛倫茲力，故有Bqv＝m，r＝.兩種同位素具有相同的核電荷數(shù)，但質(zhì)量數(shù)不同，故＝＝. [答案]　(1)88　138　(2)1.41×10－17 C　(3)88 (4)113∶114 原子核的“數(shù)”與“量”辨析 (1)核電荷數(shù)與原子核的電荷量是不同的，組成原子核的質(zhì)子的電荷量都是相同的，所以原子核的電荷量一定是質(zhì)子電荷量的整數(shù)倍，我們把核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)叫核電荷數(shù)，而這些質(zhì)子所帶電荷

12、量的總和才是原子核的電荷量． (2)原子核的質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是不同的，也與元素的原子量不同．原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的總數(shù)叫做核的質(zhì)量數(shù)，原子核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和． 2．(多選)下列說法正確的是(　　) A．X與Y互為同位素 B．X與Y互為同位素 C．X與Y中子數(shù)相同 D．U核內(nèi)有92個質(zhì)子，235個中子 [解析]　A選項中，X核與Y核的質(zhì)子數(shù)不同，不能互為同位素；B選項中X核與Y核質(zhì)子數(shù)都為m，而質(zhì)量數(shù)不同，則中子數(shù)不同，所以互為同位素；C選項中X核內(nèi)中子數(shù)為n－m，Y核內(nèi)中子數(shù)為(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子數(shù)相同；U核內(nèi)有143個中子，而不是235個中

13、子． [答案]　BC 課 堂 小 結(jié) 知 識 脈 絡(luò) 1.物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性．放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，叫做天然放射現(xiàn)象． 2．α射線是高速氦核流，β射線是高速電子流，γ射線是光子流． 3．原子核由質(zhì)子和中子組成．盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核獲得了質(zhì)子，查德威克證實了中子的存在. 1．(多選)以下說法中正確的是(　　) A．原子中含有帶負(fù)電的電子，所以原子帶負(fù)電 B．原子核中的質(zhì)子數(shù)一定與核外電子數(shù)相等 C．用粒子轟擊氮、氟、鈉、鋁等元素的原子核都可以打出質(zhì)子，因此人們斷定質(zhì)子是原子核的組成部分 D．絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于核電荷數(shù)跟

14、質(zhì)子電荷數(shù)之比，因此原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子 [解析]　原子中除了帶負(fù)電的電子外，還有帶正電的質(zhì)子，故A錯；對于中性原子來說，原子核中的質(zhì)子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等，故B錯；正是用α粒子轟擊原子核的實驗才發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，故C正確；因為絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于核電荷數(shù)跟質(zhì)子電荷數(shù)之比，才確定原子核內(nèi)必還有別的中性粒子．故D正確． [答案]　CD 2．原子核中能放出α、β、γ射線，關(guān)于原子核的組成，下列說法正確的是(　　) A．原子核中有質(zhì)子、中子，還有α粒子 B．原子核中有質(zhì)子、中子，還有β粒子 C．原子核中有質(zhì)子、中子，還有γ粒子 D．原子核中只有質(zhì)子和中子

15、[解析]　在放射性元素的原子核中，2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合得較緊密，有時作為一個整體放出，這就是α粒子的來源，不能據(jù)此認(rèn)為α粒子是原子核的組成部分．原子核里是沒有電子的，但中子可以轉(zhuǎn)化成質(zhì)子，并向核外釋放一個電子，這就是β粒子．原子核發(fā)出射線后處于高能級，在回到低能級時多余的能量以γ光子的形式輻射出來，形成γ射線，故原子核里也沒有γ粒子，故D正確． [答案]　D 3．在軋制鋼板時需要動態(tài)地監(jiān)測鋼板厚度，其監(jiān)測裝置由放射源、探測器等構(gòu)成，如圖所示．該裝置中探測器接收到的是(　　) A．X射線　B．α射線 C．β射線 D．γ射線 [解析]　放射源放出的是α射線、β射線、γ射線，無X射

16、線，故選項A錯誤；另外α射線穿透本領(lǐng)最弱，一張紙就能將其擋住，而β射線穿透本領(lǐng)較強(qiáng)能穿透幾毫米厚的鋁板，γ射線穿透本領(lǐng)最強(qiáng)可以穿透幾厘米厚的鉛板，而要穿過軋制鋼板只能是γ射線，故選項B、C錯誤，選項D正確． [答案]　D 4．(多選)圖中P為放在勻強(qiáng)電場中的天然放射源，其放出的射線在電場的作用下分成a、b、c三束，以下判斷正確的是(　　) A．a(chǎn)為α射線、b為β射線 B．a(chǎn)為β射線、b為γ射線 C．b為γ射線、c為α射線 D．b為α射線、c為γ射線 [解析]　由題圖可知電場線方向向右，α射線帶正電，所受電場力方向與電場線方向一致，故α射線向右偏轉(zhuǎn)，即c為α射線．β射線帶負(fù)電，所受電場力方向與電場線方向相反，故β射線向左偏轉(zhuǎn)，即a為β射線．γ射線不帶電，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即b為γ射線．故選項B、C正確． [答案]　BC - 8 -