2017-2018學(xué)年高中物理第3章原子核與放射性1原子核結(jié)構(gòu)學(xué)案魯科版選修3-5

1、第 1 節(jié)原子核結(jié)構(gòu)目標(biāo)定位1. 了解質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)過程 2 知道原子核的組成，理解核子、同位素的概 念 3 了解核反應(yīng)的概念，會書寫核反應(yīng)方程.二、原子核的組成1._ 組成：原子核由質(zhì)子和中子組成，它們統(tǒng)稱為核子._2原子核的符號：AX,其中 X 為元素符號,A表示原子核的質(zhì)量數(shù)，Z表示核電荷數(shù).3. 基本關(guān)系：核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=原子序數(shù)；質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)=核子數(shù). _4. 同位素：具有相同的質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子互稱同位素.5. 核反應(yīng)：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程.6.核反應(yīng)方程：用原子核符號描述核反應(yīng)過程的式子.例如:；He+ NR YCW1H.7. 核反應(yīng)中質(zhì)

2、量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒 _、質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)圖 i1. 1919 年，盧瑟福做了用a粒子轟擊氮原子核的實驗.實驗裝置如圖1 所示:T進(jìn)氣孔、A2放射源、F鋁箔、S熒光屏、M顯微鏡、C真空容器.2實驗過程：容器C里放有放射性物質(zhì)A,從A放射出的a粒子射到鋁箔F上，適當(dāng)選取 鋁箔的厚度，使a粒子恰好被它完全吸收，而不能透過. 在F的后面放一熒光屏S,M是顯 微鏡，通過M可以觀察到S是否有閃光.3實驗現(xiàn)象：開始，S上無閃光(因為a粒子沒有穿過鋁箔)打開進(jìn)氣孔T的閥門，通入 氮氣，可以觀察到S上有閃光.4實驗分析：容器C中通入氮氣后，用顯微鏡觀察到熒光屏上有閃光，閃光一定是a粒子擊中氮核后產(chǎn)生的新粒子透過鋁箔

3、引起的.5 新粒子性質(zhì)研究(1) 把這種粒子引進(jìn)電磁場中，根據(jù)它在電磁場中的偏轉(zhuǎn)，測出了它的質(zhì)量和電荷量，進(jìn)而確定它就是氫原子核，又叫質(zhì)子.用符號表示為iH 或 p.(2) 人們用同樣的辦法從其他元素的原子核中也轟擊出了質(zhì)子.6 實驗結(jié)論：質(zhì)子是原子核的組成部分.【例 1】1919 年盧瑟福通過如圖 2 所示的實驗裝置，第一次完成了原子核的人工轉(zhuǎn)變，并由此發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子圖中A為放射源發(fā)出的 _ 粒子，B為_ 氣寫出該實驗的核反應(yīng)方程：_.414171答案 a 氮2He+78O+1H解析 題圖為a粒子轟擊氮原子核生成質(zhì)子的實驗裝置，放射源A發(fā)出的是a粒子，B為氮氣，其核反應(yīng)方程為：4He+14NR：

4、0+1H.二、中子的發(fā)現(xiàn)1 科學(xué)家在 1930 年利用 Po 放出的a射線轟擊鈹原子核時， 產(chǎn)生了一種看不見的貫穿能力 很強(qiáng)、不受電場和磁場影響的射線.2 1932 年，約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)如果用來自鈹?shù)纳渚€去轟擊石蠟，能從石蠟中打出質(zhì)子，如圖 3 所示.圖 33.1932 年， 查德威克進(jìn)一步研究這種射線時發(fā)現(xiàn)， 這種射線是一種不帶電的、 質(zhì)量接近質(zhì) 子的粒子流，3即是盧瑟福猜想的中子.4結(jié)論：中子是原子核的組成部分.【例 2】 如圖 4 所示為查德威克研究原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實驗示意圖，由天然放射性元素釙(Po)放出a射線轟擊鈹時會產(chǎn)生粒子流a,用粒子流a轟擊石蠟后會打出粒子流b,下列說法正確的

5、是()不可見粒子珅圖 4A. a為質(zhì)子，b為中子B. a為丫射線，b為中子C. a為中子，b為丫射線D. a為中子，b為質(zhì)子答案 D解析 不可見的粒子轟擊石蠟時打出的應(yīng)是質(zhì)子，因為質(zhì)子就是氫核，而石蠟中含有大量氫原子，轟擊石蠟的不可見粒子應(yīng)該是中子，故D 正確.三、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.原子核的直徑為10151014m.2原子核的符號和數(shù)量關(guān)系：(1)符號：ZX.(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

6、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)的原子核互稱為同位素.4.核反應(yīng)、核反應(yīng)方程(1) 核反應(yīng)：在核物理學(xué)中，原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程.(2) 核反應(yīng)方程：用原子核符號描述核反應(yīng)過程的式子.盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為；He+1；NR!H(3) 核反應(yīng)的規(guī)律：在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒.【例 3】 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)

7、 若鐳原子呈電中性，它核外有幾個電子？4中，它們運動的軌跡半徑之比是多少？答案(1)88138(2)1.41X10T7C (3)88(4)113 : 114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= AZ= 226- 88 = 138.(2)鐳核所帶電荷量一 19一 17Q= Ze=88X1.6X10 g 1.41X10 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

8、中做勻速圓周運動的向心力由洛倫茲力提供，故有2vBqv=m，兩種r借題發(fā)揮對核子數(shù)、電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)的理解(1) 核子數(shù)：質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小，二者統(tǒng)稱為核子，所以質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫 核子數(shù).(2) 電荷數(shù)(Z):原子核所帶的電荷等于質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，通常用這個數(shù)表示原子核的電荷量，叫做原子核的電荷數(shù).質(zhì)量數(shù)(A):原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量總和，而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相等，所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個倍數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù).針對訓(xùn)練據(jù)報道，俄科學(xué)家成功合成了具有極強(qiáng)放射性的117 號新元素，該元素目前尚未被命名，是在實驗室人工創(chuàng)造的最新的超重元素.新元素有

9、兩種同位素，其中一種有176個中子，而另一種有 177 個中子，則：(1) 該元素兩種同位素的原子核的核電荷數(shù)各為多少？原子的核外電子數(shù)各為多少？(2) 該元素兩種同位素的原子核的質(zhì)量數(shù)各為多少？(3) 若用 X 表示 117 號元素的元素符號，該元素的兩種同位素用原子核符號如何表示？答案(1)均為 117 均為 117 (2)293294(3)117X2散解析(1)元素的原子序數(shù)等于該元素原子核的核電荷數(shù)，等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)故117 號元素的核電荷數(shù)和核內(nèi)質(zhì)子數(shù)均為 117,原子呈中性，故核外電子數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)， 也為 117.22888Ra 是鐳的一種同位素，讓226Ra 和228Ra 以相

10、同速度垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場同位素具有相同的核電荷數(shù)，但質(zhì)量數(shù)不同，故r22622611358 2281145(2)原子核的質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和，故該元素中子數(shù)為176 的原子核的質(zhì)量數(shù)為117+ 176 = 293，中子數(shù)為 177 的原子核的質(zhì)量數(shù)為 117 + 177= 294.(3) 元素符號一般用AX 表示，其中A表示質(zhì)量數(shù)，Z表示核電荷數(shù)，由前兩問可得該元素的兩種同位素的原子核符號，中子數(shù)為176 的原子核的符號為2；7X,中子數(shù)為 177 的原子核的符號為【例 4】完成下列核反應(yīng)方程，并指出其中 _ 是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，_ 是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程.(1)1：

11、N+ in1；C+_(2)1：N+2H1/0_?B+ in_ +加 e(4)9Be+2H_+：n56257 (5)26Fe+1H27C0+_答案見解析解析7N+：n 一VC+1H144171,(2)7N+2H8O+1H10174(3)5B+on3Li +2He(4)9Be+2H162C+On56Fe+1H27Co+On其中發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程是(2).發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是(4).對點練習(xí)質(zhì)子與中子的發(fā)現(xiàn)1.(多選)關(guān)于質(zhì)子與中子，下列說法正確的是()A. 原子核(除氫核外)由質(zhì)子和中子構(gòu)成B. 質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子C. 盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在D. 盧瑟福發(fā)現(xiàn)了中子，并預(yù)言了質(zhì)子

12、的存在答案 ABC解析 原子核內(nèi)存在質(zhì)子和中子，中子和質(zhì)子統(tǒng)稱為核子， 盧瑟福只發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，以后又預(yù)言了中子的存在.鞏團(tuán)泡眩用:;：反憒6原子核的組成、核反應(yīng)方程2.(多選)氫有三種同位素，分別是氕 (1H)、氘(2H)、氚(1H)，則()A. 它們的質(zhì)子數(shù)相等B. 若為中性原子，它們的核外電子數(shù)相等C. 它們的核子數(shù)相等D. 它們的化學(xué)性質(zhì)相同答案 ABD解析 氕、氘、氚的核子數(shù)分別為 1、2、3,質(zhì)子數(shù)和中性原子核外電子數(shù)均相同，都是1,中子數(shù)等于核子數(shù)減去質(zhì)子數(shù)，故中子數(shù)各不相同，A B 兩項正確；同位素化學(xué)性質(zhì)相同，只是物理性質(zhì)不同， D 正確.3.（多選）鋁箔被a粒子轟擊后發(fā)生了以下

13、核反應(yīng)：+2HhX+On下列判斷正確的是（ ）A.On 是質(zhì)子 B.On 是中子C. X 是14si 的同位素D. X 是1iP的同位素答案 BD解析 由核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒知，X 是；5P,故選項 C 錯誤，選項 D 正確；in 是中子，故選項 A 錯誤，選項 B 正確.4以下是物理學(xué)史上 3 個著名的核反應(yīng)方程x+3LI2y y+7Nx+8Oy+9Be z+1gCx、y和z是 3 種不同的粒子，其中z是（）A.a粒子 B .質(zhì)子 C .中子 D .電子答案 C解析 把前兩個方程化簡，消去x,即174N+3Li =y+ g 可見y是2He,結(jié)合第三個方程，根 據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量

14、數(shù)守恒可知z是中子in.因此選項 C 正確.題組訓(xùn)練淅加驊芒測（時間：60 分鐘）題組一 對質(zhì)子、中子的理解1.（多選）關(guān)于原子核結(jié)構(gòu)，下列說法正確的是（）A. 原子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單位B. 原子核集中了原子的全部正電荷7C. 所有原子核中都有質(zhì)子和中子D. 原子核的電荷數(shù)就等于原子核外的電子數(shù)答案 BD解析 原子不是構(gòu)成物質(zhì)的基本單位，原子還可以再分為電子和原子核，A 項錯誤；原子核集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，原子核的電荷數(shù)就等于原子核外的電子數(shù)，故B D 項正確；氫原子核中只有質(zhì)子，故C 項錯誤.2.在垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場中，從A處垂直于磁場飛出一批速度相同的中子、質(zhì)子、電

15、子、a粒子的粒子流，形成如圖1 所示的徑跡，則中子的徑跡是 _ ，質(zhì)子的徑跡是_ ，電子的徑跡是 _,a粒子的徑跡是 _.圖 1答案解析 中子不帶電，在磁場中不偏轉(zhuǎn)，中子的徑跡是；電子帶負(fù)電，在磁場中由左手定則2（ r（，亠mv mv可判斷為電子的徑跡；質(zhì)子、a粒子帶正電，則粒子流向右偏轉(zhuǎn)，再由qvB=-R得R=-B=V-卩，比較卩得得為質(zhì)子的徑跡，為a粒子的徑跡.Bq q題組二對原子核組成及同位素的理解3. 同位素是指（）A. 質(zhì)子數(shù)相同而核子數(shù)不同的原子B. 核子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子C. 核子數(shù)相同而質(zhì)子數(shù)不同的原子D. 中子數(shù)相同而核子數(shù)不同的原子答案 A解析 原子序數(shù)相同（即核電荷

16、數(shù)、質(zhì)子數(shù)相同）而質(zhì)量數(shù)不同（即核子數(shù)不同）的元素互為同 位素，故 A 對.4.人類探測月球時發(fā)現(xiàn)，在月球的土壤中含有較豐富的質(zhì)量數(shù)為3 的氦，它可作為未來核聚變的重要原料之一，氦的該種同位素應(yīng)表示為（）A.3He B.3He C.；He D.3He答案 B解析 氦的同位素質(zhì)子數(shù)一定相同，質(zhì)量數(shù)為3,故應(yīng)表示為2He,因此 B 正確.5兩個同位素原子核符號分別為妝和BY,則下列正確的是（）8A. M= NB. A=BC. M- A=Nk BD. M- N= A- B答案 B解析 同位素原子核具有相同的質(zhì)子數(shù)，不同的中子數(shù)，因而質(zhì)量數(shù)也不相同，故選B.6.（多選）一個原子核為28130Bi，關(guān)于

17、這個原子核，下列說法中正確的是（）A. 核外有 83 個電子，核內(nèi)有 127 個質(zhì)子B. 核外有 83 個電子，核內(nèi)有 83 個質(zhì)子C. 核內(nèi)有 83 個質(zhì)子，127 個中子D. 核內(nèi)有 210 個核子答案 CD解析 根據(jù)原子核的表示方法得質(zhì)子數(shù)為83,質(zhì)量數(shù)為 210,故中子數(shù)為 210- 83= 127 個，而質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子，故核子數(shù)為210 個，因此 C D 正確；由于不知道原子的電性，就不能判斷核外電子數(shù),故 A、B 不正確.7據(jù)最新報道，放射性同位素欽166Ho,可有效治療癌癥，該同位素原子核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差是 ()A. 32 B . 67 C . 99 D . 166答

18、案 A解析 由題知該同位素原子核內(nèi)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)與中性原子核外電子數(shù)之差為99- 67= 32,故 A 對，B、C、D 錯.8. ( 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. 原子核中的中子數(shù)一定跟核外電子數(shù)相等C. 用a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)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比，因 而原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子答案 CD解析 原子中除了有帶負(fù)電的電子外，還有帶正電的質(zhì)子， 故 A 錯

19、；原子核中的中子數(shù)不一定跟核外電子數(shù)相等， 故 B 錯；正是用a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)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比,才確定原子核內(nèi)還有別的中性粒子，故D 正確.9(多選 )法國里昂的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種只由四個中子構(gòu)成的粒子,這種粒子稱為“四中子”,也有人稱之為“零號元素”下列有關(guān)“四中子”粒子的說法正確的是()A. 該粒子不顯電性B. 在周期表中與氫元素占同一位置9C. 該粒子質(zhì)量比氫原子小D. 該粒子質(zhì)量數(shù)為 4答案 AD解析 由題目中信息可得：此粒子是由四個中子構(gòu)成的粒子,所以它的核電荷數(shù)為零,故A對，B 錯；而它的質(zhì)量

20、數(shù)為 4,故 C 錯，D 對.10下列說法正確的是 ()A.9oTh 為釷核，由此可知，釷核的質(zhì)量數(shù)為90，釷核的質(zhì)子數(shù)為 234B.4Be 為鈹核，由此可知，鈹核的質(zhì)量數(shù)為9,鈹核的中子數(shù)為 4C. 同一元素的兩種同位素具有相同的質(zhì)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 項釷核的質(zhì)量數(shù)為 234，質(zhì)子數(shù)為 90,所以 A 錯；B 項的鈹核的質(zhì)子數(shù)為 4,中子 數(shù)為 5,所以 B錯；由于同位素是指質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同，即質(zhì)量數(shù)不同，因而C 錯,D 對.題組三核反應(yīng)方程11 211.對于核反應(yīng)方程：iH+oniH,下列說法正確的是（）A.iH 和1H是兩種不同的兀素B.H 和2H 具有相同的質(zhì)子數(shù)C.H 和2H 具有相同的中子數(shù)D. 核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)不守恒答案 B解析通過以下表格進(jìn)行逐項分析：選項情景與過程分析判斷A1H 和1H 是冋位素，都是氫兀素XB：H 和1H 是冋位素，都是氫兀素，具有相冋的質(zhì)子數(shù)VC冋位素具有相冋的質(zhì)子數(shù)，而具有不冋的中子數(shù)X