2017-2018學年高中物理 第19章 原子核 1 原子核的組成學案 新人教版選修3-5

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1、 1　原子核的組成 [學習目標] 1.了解什么是放射性和天然放射現(xiàn)象.2.知道原子核的組成及三種射線的特征． 一、天然放射現(xiàn)象和三種射線 [導學探究]　1.1896年法國物理學家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，即天然放射現(xiàn)象．是否所有的元素都具有放射性？放射性物質發(fā)出的射線有哪些種類？ 答案　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．放射性物質發(fā)出的射線有三種：α射線、β射線、γ射線． 2．怎樣用電場或磁場判斷三種射線粒子的帶電性質？ 答案　讓三種射線通過勻強電場，則γ射線不偏轉，說明γ射線不帶電．α射線偏轉方向

2、和電場方向相同，帶正電，β射線偏轉方向和電場方向相反，帶負電．或者讓三種射線通過勻強磁場，則γ射線不偏轉，說明γ射線不帶電，α射線和β射線可根據(jù)偏轉方向和左手定則確定帶電性質． [知識梳理] 1．對天然放射現(xiàn)象的認識 (1)1896年，法國物理學家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)某些物質具有放射性． (2)物質發(fā)射射線的性質稱為放射性，具有放射性的元素稱為放射性元素，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． (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． 2．對三種射線的認識 種類 α射線 β射線 γ射線 組成 高速氦核流 高速

3、電子流 光子流(高頻電磁波) 帶電 荷量 2e －e 0 速率 0.1c 0.99c c 貫穿 本領 最弱，用一張紙就能擋住 較強，能穿透幾毫米厚的鋁板 最強，能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土 電離 作用 很強 較強 很弱 [即學即用]　判斷下列說法的正誤． (1)1896年，法國的瑪麗·居里首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象．(　×　) (2)原子序數(shù)大于83的元素都是放射性元素．(　√　) (3)原子序數(shù)小于83的元素都不能放出射線．(　×　) (4)α射線實際上就是氦原子核，α射線具有較強的穿透能力．(　×　) (5)β射線是高速電子流

4、，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板．(　√　) (6)γ射線是能量很高的電磁波，電離作用很強．(　×　) 二、原子核的組成 [知識梳理] 1．質子的發(fā)現(xiàn) 1919年，盧瑟福用鐳放射出的α粒子轟擊氮原子核，從氮核中打出了一種新的粒子，測定了它的電荷和質量，確定它是氫原子核，叫做質子，用p或H表示，其質量為mp＝1.67×10－27 kg. 2．中子的發(fā)現(xiàn) (1)盧瑟福的預言：原子核內可能還有一種不帶電的粒子，名字叫中子． (2)查德威克的發(fā)現(xiàn)：用實驗證明了中子的存在，用n表示，中子的質量非常接近質子的質量． 3．原子核的組成 (1)核子數(shù)：質子和中子質量差別非常微小，二

5、者統(tǒng)稱為核子，所以質子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù)． (2)電荷數(shù)(Z)：原子核所帶的電荷總是質子電荷的整數(shù)倍，通常用這個整數(shù)表示原子核的電荷量，叫做原子核的電荷數(shù)． (3)質量數(shù)(A)：原子核的質量等于核內質子和中子的質量的總和，而質子與中子的質量幾乎相等，所以原子核的質量幾乎等于單個核子質量的整數(shù)倍，這個倍數(shù)叫做原子核的質量數(shù)． 4．同位素 具有相同的質子數(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，它們互稱為同位素．例如：氫有三種同位素，分別是H、H、H. [即學即用]　判斷下列說法的正誤． (1)質子和中子都不帶電，是原子核的組成成分，統(tǒng)稱為核子．(　×　) (2)原

6、子核的電荷數(shù)就是核內的質子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù)．(　√　) (3)同位素具有不同的化學性質．(　×　) (4)原子核內的核子數(shù)與它的核電荷數(shù)不可能相等．(　×　) 一、天然放射現(xiàn)象和三種射線 1．三種射線的實質 α射線：高速氦核流，帶2e的正電荷； β射線：高速電子流，帶e的負電荷； γ射線：光子流(高頻電磁波)，不帶電． 2．三種射線在電場中和磁場中的偏轉 (1)在勻強電場中，γ射線不發(fā)生偏轉，做勻速直線運動，α粒子和β粒子沿相反方向做類平拋運動，在同樣的條件下，β粒子的偏移大，如圖1所示． 圖1 (2)在勻強磁場中，γ射線不發(fā)生偏轉，仍做勻速直線運動，

7、α粒子和β粒子沿相反方向做勻速圓周運動，且在同樣條件下，β粒子的軌道半徑小，如圖2所示． 圖2 3．元素的放射性 (1)一種元素的放射性與是單質還是化合物無關，這就說明射線跟原子核外電子無關． (2)射線來自于原子核說明原子核內部是有結構的． 例1　如圖3所示，R是一種放射性物質，虛線框內是勻強磁場，LL′是厚紙板，MM′是熒光屏，實驗時，發(fā)現(xiàn)在熒光屏的O、P兩點處有亮斑，由此可知磁場的方向、到達O點的射線種類、到達P點的射線種類應屬于下表中的(　　) 圖3 選項 磁場方向 到達O點 的射線 到達P點 的射線 A 豎直向上 β α B 豎直向下 α

8、 β C 垂直紙面向里 γ β D 垂直紙面向外 γ α 答案　C 解析　R放射出來的射線共有α、β、γ三種，其中α、β射線垂直于磁場方向進入磁場區(qū)域時將受到洛倫茲力作用而偏轉，γ射線不偏轉，故打在O點的應為γ射線；由于α射線貫穿本領弱，不能射穿厚紙板，故到達P點的應是β射線；依據(jù)β射線的偏轉方向及左手定則可知磁場方向垂直紙面向里． 例2　(多選)將α、β、γ三種射線分別射入勻強磁場和勻強電場，圖中表示射線偏轉情況正確的是(　　) 答案　AD 解析　已知α粒子帶正電，β粒子帶負電，γ射線不帶電，根據(jù)正、負電荷在磁場中運動受洛倫茲力方向和正、負電荷在電場中

9、受電場力方向可知，A、B、C、D四幅圖中α、β粒子的偏轉方向都是正確的，但偏轉的程度需進一步判斷． 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，其半徑r＝， 將數(shù)據(jù)代入，則α粒子與β粒子的半徑之比 ＝··＝××≈371， A對，B錯； 帶電粒子垂直進入勻強電場，設初速度為v0，垂直電場線方向位移為x，沿電場線方向位移為y，則有 x＝v0t，y＝t2， 消去t可得y＝. 對某一確定的x值，α、β粒子沿電場線偏轉距離之比 ＝··＝××≈， C錯，D對． 三種射線的鑒別： (1)α射線帶正電、β射線帶負電、γ射線不帶電．α射線、β射線是實物粒子，而γ射線是光子流，屬于電磁波的一種．

10、 (2)α射線、β射線都可以在電場或磁場中偏轉，但偏轉方向不同，γ射線則不發(fā)生偏轉． (3)α射線穿透能力弱，β射線穿透能力較強，γ射線穿透能力最強，而電離本領相反． 二、原子核的組成 1．原子核(符號X) 原子核 2．基本關系 核電荷數(shù)＝質子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)，質量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質子數(shù)＋中子數(shù)． 例3　已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核的質量數(shù)是226.試問： (1)鐳核中有幾個質子？幾個中子？ (2)鐳核所帶電荷量是多少？(保留三位有效數(shù)字) (3)呈電中性的鐳原子，核外有幾個電子？ 答案　(1)88　138　(2)1.41×10－17 C　(3)8

11、8 解析　(1)鐳核中的質子數(shù)等于其原子序數(shù)，故質子數(shù)為88，中子數(shù)N等于原子核的質量數(shù)A與質子數(shù)Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138. (2)鐳核所帶電荷量 Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C≈1.41×10－17 C. (3)核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88. 針對訓練　在α粒子轟擊金箔的散射實驗中，α粒子可以表示為He，He中的4和2分別表示(　　) A．4為核子數(shù)，2為中子數(shù) B．4為質子數(shù)和中子數(shù)之和，2為質子數(shù) C．4為核外電子數(shù)，2為中子數(shù) D．4為中子數(shù)，2為質子數(shù) 答案　B 解析　根據(jù)X所表示的物理意義，原子核的質子數(shù)決定核外電子數(shù)，

12、原子核的核電荷數(shù)就是核內的質子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù)．原子核的質量數(shù)就是核內質子數(shù)和中子數(shù)之和，即為核內的核子數(shù).He符號的左下角表示的是質子數(shù)或核外電子數(shù)，即為2，He符號左上角表示的是核子數(shù)，即為4，故選項B正確． 1．下列現(xiàn)象中，與原子核內部變化有關的是(　　) A．α粒子散射現(xiàn)象 B．天然放射現(xiàn)象 C．光電效應現(xiàn)象 D．原子發(fā)光現(xiàn)象 答案　B 解析　α粒子散射現(xiàn)象說明了金箔原子中有一個很小的核；光電效應現(xiàn)象說明了光的粒子性，原子發(fā)光現(xiàn)象說明核外電子躍遷具有量子化的特征；只有天然放射現(xiàn)象才能說明原子核具有內部結構，選項B正確． 2．下列說法正確的是(　　) A

13、．α射線是由高速運動的氦核組成的，其運行速度接近光速 B．β射線能穿透幾毫米厚的鉛板 C．γ射線的穿透能力最強，電離能力最弱 D．β射線的粒子和電子是兩種不同的粒子 答案　C 3．以下說法正確的是(　　) A.Rn為氡核，由此可知，氡核的質量數(shù)為86，氡核的質子數(shù)為222 B.Be為鈹核，由此可知，鈹核的質量數(shù)為9，鈹核的中子數(shù)為4 C．同一元素的兩種同位素具有相同的質量數(shù) D．同一元素的兩種同位素具有不同的中子數(shù) 答案　D 解析　A項氡核的質量數(shù)為222，質子數(shù)為86，所以A錯誤；B項鈹核的質量數(shù)為9，中子數(shù)為5，所以B錯誤；由于質子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子核互稱為同位

14、素，即它們的質量數(shù)不同，因而C錯誤，D正確． 一、選擇題(1～6題為單選題，7～10題為多選題) 1．在天然放射性物質附近放置一帶電體，帶電體所帶的電荷很快消失的根本原因是(　　) A．γ射線的貫穿作用 B．α射線的電離作用 C．β射線的貫穿作用 D．β射線的中和作用 答案　B 解析　由于α粒子電離作用較強，能使空氣分子電離，電離產生的電荷與帶電體的電荷中和，使帶電體所帶的電荷很快消失． 2．放射性元素放出的射線，在電場中分成A、B、C三束，如圖1所示，其中(　　) 圖1 A．C為氦原子核組成的粒子流 B．B為比X射線波長更長的光子流 C．B為比X射線波長更短

15、的光子流 D．A為高速電子組成的電子流 答案　C 解析　根據(jù)射線在電場中的偏轉情況，可以判斷，A射線向電場線方向偏轉，應為帶正電的粒子組成的射線，所以是α射線；B射線在電場中不偏轉，所以是γ射線；C射線在電場中受到與電場方向相反的作用力，應為帶負電的粒子，所以是β射線． 3．據(jù)最新報道，放射性同位素鈥Ho，可有效治療癌癥，該同位素原子核內中子數(shù)與核外電子數(shù)之差是(　　) A．32 B．67 C．99 D．166 答案　A 解析　根據(jù)原子核的表示方法得核外電子數(shù)＝質子數(shù)＝67，中子數(shù)為166－67＝99，故核內中子數(shù)與核外電子數(shù)之差為99－67＝32，故A對． 4．下列

16、關于He的敘述正確的是(　　) A.He與H互為同位素 B.He原子核內中子數(shù)為2 C.He原子核內質子數(shù)為2 D.He代表原子核內有2個質子和3個中子的氦原子核 答案　C 解析　He核內質子數(shù)為2，H核內質子數(shù)為1.兩者質子數(shù)不等，不是同位素，A錯誤；He原子核內中子數(shù)為1，B錯誤；He代表原子核內有2個質子和1個中子的氦原子核，核外電子數(shù)為2，故C正確，D錯誤． 5．若用x代表一個中性原子中核外的電子數(shù)，y代表此原子的原子核內的質子數(shù)，z代表此原子的原子核內的中子數(shù)，則對U的原子來說(　　) A．x＝92　y＝92　z＝235 B．x＝92　y＝92　z＝143 C．x

17、＝143　y＝143　z＝92 D．x＝235　y＝235　z＝325 答案　B 解析　在U中，左下標為質子數(shù)，左上標為質量數(shù)，則y＝92；中性原子的核外電子數(shù)等于質子數(shù)，所以x＝92；中子數(shù)等于質量數(shù)減去質子數(shù)，z＝235－92＝143，所以B選項正確． 6．物理學重視邏輯，崇尚理性，其理論總是建立在對事實觀察的基礎上．下列說法正確的是(　　) A．天然放射現(xiàn)象說明原子核內部是有結構的 B．電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到原子具有核式結構 C．α粒子散射實驗的重要發(fā)現(xiàn)是電荷是量子化的 D．密立根油滴實驗表明核外電子的軌道是不連續(xù)的 答案　A 解析　放射現(xiàn)象中釋放出了其他粒子，說明原

18、子核內部具有一定的結構，A正確；電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的，B錯誤；α粒子散射實驗否定了湯姆孫提出的棗糕式原子模型，建立了核式結構模型，C錯誤；密立根油滴實驗測定了電子的電荷量，D錯誤． 7．天然放射性物質的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的是α射線 D．β粒子是電子，但不是原來繞核旋轉的核外電子 答案　ACD 8．氫有三種同位素，分別是氕(H)、氘(H)、氚(H)，則(　　) A．它們的質子

19、數(shù)相等 B．它們的核外電子數(shù)相等 C．它們的核子數(shù)相等 D．它們的中子數(shù)相等 答案　AB 解析　氕、氘、氚的核子數(shù)分別為1、2、3，質子數(shù)和核外電子數(shù)相同，都為1，中子數(shù)等于核子數(shù)減去質子數(shù)，故中子數(shù)各不相同，所以A、B選項正確． 9．下列關于放射性元素發(fā)出的三種射線的說法中正確的是(　　) A．α粒子就是氫原子核，它的穿透本領和電離本領都很強 B．β射線是電子流，其速度接近光速 C．γ射線是一種頻率很高的電磁波，它可以穿過幾厘米厚的鉛板 D．以上三種說法均正確 答案　BC 解析　α粒子是氦原子核，它的穿透本領很弱而電離本領很強，A項錯誤；β射線是電子流，其速度接近光速

20、，B項正確；γ射線的穿透能力很強，可以穿透幾厘米厚的鉛板，C項正確． 10．如圖2所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質，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磁場，則下列說法中正確的是(　　) 圖2 A．打在圖中a、b、c三點的依次是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豎直向下的場強適當?shù)膭驈婋妶?，可能使屏上的亮斑只剩下b 答案　AC 解析　由左手定則可知粒子向右射出，在題圖所示勻強磁場中α粒子受到的洛倫茲力向上，β粒子受到的洛倫茲力向下，軌跡都是圓弧．由于

21、α粒子的速度是光速的，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動，本題應選A、C. 二、非選擇題 11．有關O、O、O三種同位素的比較，試回答下列問題： (1)三種同位素中哪一種粒子數(shù)是不相同的？ . A．質子 B．中子 C．核外電子 (2)三種同位素中，哪一個質量最大？ . (3)三種同位素的化學性質是否相同？ . 答案　(1)B　(2)O　(3)相同 解析　(1)同位素質子數(shù)相同，中子數(shù)不同，核外電子數(shù)與質子數(shù)相同，故不相同的是中子． (2)O、O、O的質量數(shù)分別是16、17、18、，故O質量最大． (

22、3)三種同位素質子數(shù)相同，故化學性質相同． 12．在暗室的真空裝置中做如下實驗： 在豎直放置的平行金屬板間的勻強電場中，有一個能產生α、β、γ三種射線的放射源．從放射源射出的一束射線垂直于電場方向射入電場，如圖3所示，在與放射源距離為H高處，水平放置兩張疊放著的、涂藥品面朝下的印像紙(比一般紙厚且涂有感光藥品的紙)，經射線照射一段時間后兩張印像紙顯影．(已知mα＝4 u，mβ＝ u，vα＝，vβ＝c) 圖3 (1)上面的印像紙有幾個暗斑？各是什么射線的痕跡？ (2)下面的印像紙顯出一串三個暗斑，試估算中間暗斑與兩邊暗斑的距離之比？ (3)若在此空間再加上與電場方向垂直的勻強磁場

23、，一次使α射線不偏轉，一次使β射線不偏轉，則兩次所加勻強磁場的磁感應強度之比是多少？ 答案　(1)兩個暗斑　β射線和γ射線　(2)5∶184　(3)10∶1 解析　(1)因α粒子穿透本領弱，穿過下層紙的只有β射線和γ射線，β射線、γ射線在上面的印像紙上留下兩個暗斑． (2)下面印像紙上從左向右依次是β射線、γ射線、α射線留下的暗斑．設α射線、β射線留下的暗斑到中央γ射線留下暗斑的距離分別為xα、xβ. 則對α粒子，有xα＝aαt2＝aα·2，aα＝ 對β粒子，有xβ＝＝aβ·2，aβ＝ 聯(lián)立解得＝. (3)若使α射線不偏轉，則qαE＝qαvαBα，所以Bα＝， 同理，若使β射線不偏轉，則Bβ＝.故＝＝. 11