原子核的基礎(chǔ)知識

原子核的基礎(chǔ)知識【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.知道什么是天然放射性及其規(guī)律和發(fā)現(xiàn)的意義；知道三種射線的本質(zhì)和區(qū)分方法；了解質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)；知道原子核是由質(zhì)子和中子組成的，掌握原子序數(shù)、核電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)之間的關(guān)系；知道a和P衰變的規(guī)律及實質(zhì)；理解半衰期的概念；學(xué)會利用半衰期解決相關(guān)問題；了解探測射線的儀器及原理；了解探測射線的方法；了解原子核人工轉(zhuǎn)變及人工放射性同位素；了解放射性的應(yīng)用；了解放射性同位素的應(yīng)用.【要點梳理】要點一、原子核的組成天然放射現(xiàn)象一一貝克勒爾的發(fā)現(xiàn)1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能發(fā)出一種看不見的射線，這種射線能穿透黑紙而使照相底片感光.這種元素白發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫天然放射現(xiàn)象。物質(zhì)發(fā)射看不見的射線的性質(zhì)稱為放射性，具有放射性的元素稱為放射性元素.研究發(fā)現(xiàn)，自然界中原子序數(shù)大于或等于83的所有元素，都能、自發(fā)地放出射線；原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性.后來居里夫人發(fā)現(xiàn)了兩種放射性很強(qiáng)的元素一針和鐳.雖然具有天然放射性的元素的種類很多。但它們在地球上的含量很少.對放射線的研究研究方法：讓放射線通過電場或磁場來研究其性質(zhì).把樣品放在鉛塊的窄孔中，在孔的對面放著照相底片，在沒有電場和磁場時，發(fā)現(xiàn)在底片上正對孔的位置感光了.若在鉛塊和底片之間放一對電極或加上磁場，使電場方向或磁場方向跟射線方向垂直，結(jié)果在底片上有三個地方感光了，說明在電場或磁場作用下，射線分為三束，表明這些射線中有的帶電，有的不帶電，如圖甲和乙所示.從感光位置知道，帶正電的射線偏轉(zhuǎn)較小，這種射線叫a射線；帶負(fù)電的射線偏轉(zhuǎn)較大，這種射線叫&射線；不偏轉(zhuǎn)的射線叫r射線.各種射線的性質(zhì)、特征a射線：盧瑟福經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，a射線粒子帶有兩個單位正電荷，質(zhì)量數(shù)為4,即a粒子是氦核，速度約是光速的1/10，有較大的動能.特征：貫穿本領(lǐng)小，電離作用強(qiáng)，能使沿途中的空氣電離.P射線：貝克勒爾證實，P射線是電子流，其速度可達(dá)光速的99%.特征：貫穿本領(lǐng)大，能穿透黑紙，甚至穿透幾毫米厚的鋁板，但電離作用較弱.r射線是一種波長很短的電磁波一光子流，是能量很高的電磁波，波長人V10-10m.特征：貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)，能穿透幾厘米厚的鉛板.電離作用最弱.天然放射現(xiàn)象的意義天然放射現(xiàn)象說明原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的.元素的放射性不受單質(zhì)和化合物存在形式的影響.化學(xué)反應(yīng)決定于核外的電子，能量有限，不可能放出a粒子，也不可能放出高速的電子和7光子來，因此三種射線只能是從原子核內(nèi)放出的.說明原子核是有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的.原子核的組成盧瑟福建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，知道核外有帶負(fù)電的電子，原子核內(nèi)有帶正電的物質(zhì)，那么，原子核內(nèi)的構(gòu)成又是怎樣的呢？（1）質(zhì)子的發(fā)現(xiàn).1919年，盧瑟福又用a粒子轟擊氮核，結(jié)果從氮核中打出了一種粒子，并測定了它的電荷與質(zhì)量，知道它是氫原子核，把它叫做質(zhì)子.符號p或1H.以后又從氟、鈉、鋁等原子核中打出了質(zhì)子，所以1斷定質(zhì)子是原子核的組成部分.一開始，人們以為原子核只是由質(zhì)子組成的.但是，這不能正確地解釋原子核的質(zhì)量和原子核所帶的電荷量.如果原子核只是由質(zhì)子組成的，那么，某種原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比，應(yīng)該等于這種原子核的電荷跟質(zhì)子電荷之比.實際上，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跟質(zhì)子電荷之比（2）中子的發(fā)現(xiàn).盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子后，預(yù)言核內(nèi)還有一種不帶電的粒子，并給這種還未“出生”的粒子起了一個名字叫“中子”.盧瑟福的預(yù)言十年后就變成了現(xiàn)實，他的學(xué)生查德威克用實驗證明了原子核內(nèi)含有中子，中子的質(zhì)量非常接近于質(zhì)子的質(zhì)量（用a粒子轟擊鈹原子核實驗）.（3）原子核的組成.原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子.原子核所帶電荷都是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，用Z表示，叫做原子核的質(zhì)子數(shù)，或叫核電荷數(shù).原子核的質(zhì)量是核內(nèi)質(zhì)子和中子質(zhì)量的總和.由于質(zhì)子和中子質(zhì)量幾乎相等，所以原子核的質(zhì)量近似等于核子質(zhì)量的整數(shù)倍，用這個整數(shù)代表原子核的質(zhì)量，叫做原子核的質(zhì)量數(shù)，用A表示，原子核的符號可以表示為AX.其中X為元素符號，A為原Z子核的質(zhì)量數(shù)，Z為核電荷數(shù)，例如氦核，可表示為4He?表示氦核的質(zhì)量數(shù)為4,電荷數(shù)為2，核2內(nèi)有2個質(zhì)子和2個中子.238U代表鈾核，質(zhì)量數(shù)為238，電荷數(shù)為92，質(zhì)子數(shù)為92，中子數(shù)為146，92有時也可寫為238U或簡稱為鈾238.同位素原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)決定了元素的化學(xué)性質(zhì)，同種元素的原子質(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.定義：具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子互稱同位素.例如氫的三種同位素：氕（；H）、氘（2H）、氤（3H）.要點二、放射性元素的衰變原子核的衰變天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu).原子核放出a粒子或P粒子，并不表明原子核內(nèi)有P粒子或P粒子（8粒子是電子流，而原子核內(nèi)不可能有電子存在），放出后“就變成新的原子核”，這種變化稱為原子核的衰變.（1）衰變規(guī)律：原子核衰變時，前后的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒.（2）衰變方程：a衰變：P衰變：（3）兩個重要的衰變：核反應(yīng)中遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化（質(zhì)量虧損）而釋放出核能.當(dāng)放射性物質(zhì)發(fā)生連續(xù)衰變時，原子核中有的發(fā)生a衰變，有的發(fā)生P衰變.同時伴隨著y輻射.（4）a粒子和P粒子衰變的實質(zhì)要點詮釋：在放射性元素的原子核中，2個中子和2個質(zhì)子結(jié)合得比較緊密，有時會作為一個整體從較大的原子核中拋射出來，這就是放射性元素發(fā)生的儀衰變現(xiàn)象.原子核里雖然沒有電子，但是核內(nèi)的中子可以轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子，產(chǎn)生的電子從核內(nèi)發(fā)射出來，這就是P衰變.a粒子實質(zhì)就是氦核，它是由兩個質(zhì)子和兩個中子組成的.當(dāng)發(fā)偕衰變時，原子核中的質(zhì)子數(shù)減2，中子數(shù)也減2，因此新原子核的核電荷數(shù)比未發(fā)生衰變時的原子核的核電荷數(shù)少2，為此在元素周期表中的位置向前移動兩位.P衰變是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)化成一個電子，即&粒子放射出去，同時還生成一個質(zhì)子留在核內(nèi)，使核電荷數(shù)增加.但P衰變不改變原子核的質(zhì)量數(shù)，所以發(fā)生P衰變后，新原子核比原來的原子核在周期表中的位置向后移動一位.y射線是在發(fā)生a或P衰變過程中伴隨而生，且y粒子是不帶電的粒子，因此y射線并不影響原子核的核電荷數(shù)，故y射線不會改變元素在周期表中的位置.但y射線是伴隨a或p衰變而生，它并不能獨(dú)立發(fā)生，所以，只要有y射線必有a衰變或p衰變發(fā)生.因此從整個衰變過程來看，元素在周期表中的位置可能要發(fā)生改變.半衰期放射性元素具有一定的衰變速率，例如氡222經(jīng)a衰變后變成針218，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過3.8天后，有一半氡發(fā)生了衰變，再經(jīng)過3.8天后，只剩下四分之一的氡，再經(jīng)3.8天后，剩下的氡為原來的八分之一；鐳226變?yōu)殡?22的半衰期是1620年.不同元素的半衰期是不一樣的.要點詮釋：（1）定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間叫這種元素的半衰期.半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量；不同的放射性元素，其半衰期不同，有的差別很大.（2）公式：用b表示半衰期，m0與N0表示衰變前的質(zhì)量和原子核數(shù)，m和N表示衰變后的質(zhì)量和原子核數(shù)，n表示半衰期數(shù)，則（3）影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部的因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)（如溫度、壓強(qiáng)）或化學(xué)狀態(tài)（如單質(zhì)、化合物）無關(guān).（4）規(guī)律理解：半衰期是個統(tǒng)計概念，只對大量原子核有意義，對少數(shù)原子核是沒有意義的.某一個原子核何時發(fā)生衰變，是不可知的.若樣品中有四個原子核，它們的半衰期為0天，10天后是否有兩個原子核發(fā)生了衰變是無法確定的.核反應(yīng)方程的配平及a、P衰變次數(shù)的確定方法核反應(yīng)方程中有兩個守恒規(guī)律：質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒.確定衰變次數(shù)的原理是兩個守恒規(guī)律.方法是：設(shè)放射性元素ZX經(jīng)過n次a衰變和m次P衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Z'Y，則表示該核反應(yīng)的方程為：根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程：以上兩式聯(lián)立解得：由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個二元一次方程組.技巧上，為了確定衰變次數(shù)，一般是由質(zhì)量數(shù)的改變先確定儀衰變的次數(shù)，這是因為P衰變的次數(shù)的多少對質(zhì)量數(shù)沒有影響，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定P衰變的次數(shù).幾點說明：①核反應(yīng)過程一般都不是可逆的，所以核反應(yīng)方程式只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接.核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個守恒杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程.核反應(yīng)中遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)而釋放出核能.當(dāng)放射性物質(zhì)發(fā)生連續(xù)衰變時，原子核中有的發(fā)生a衰變，有的發(fā)生P衰變，同時伴隨著y輻射.要點三、探測射線的方法威耳遜云室構(gòu)造：主要部分是一個塑料或玻璃制成的容器，它的下部是一個可以上下移動的活塞，上蓋是透明的，可以通過它來觀察和拍攝粒子運(yùn)動的徑跡，云室里面有干凈的空氣.如圖所示.原理：把一小塊放射性物質(zhì)(放射源)放在室內(nèi)側(cè)壁附近(或放在室外，讓放射線從窗口射入)，先往云室里加少量的酒精，使室內(nèi)充滿酒精的飽和蒸氣，然后使活塞迅速向下運(yùn)動，室內(nèi)氣體由于迅速膨脹，溫度降低，酒精蒸氣達(dá)到過飽和狀態(tài).這時如果有射線粒子從室內(nèi)氣體中飛過，使沿途的氣體分子電離，過飽和酒精蒸氣就會以這些離子為核心，凝結(jié)成霧滴，這些霧滴沿射線經(jīng)過的路線排列，于是就顯示出了射線的徑跡.這種云室是英國物理學(xué)家威耳遜于1912年發(fā)明的，故叫威耳遜云室.放射線在云室中的徑跡.a粒子的質(zhì)量比較大，在氣體中飛行時不易改變方向.由于它的電離本領(lǐng)大，沿途產(chǎn)生的離子多，所以它在云室中的徑跡直而粗.。粒子的質(zhì)量小，跟氣體分子碰撞時容易改變方向，并且電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子少，所以它在云室中的徑跡比較細(xì)，而且常常彎曲.Y粒子的電離本領(lǐng)很小，在云室中一般看不到它的徑跡.根據(jù)徑跡的長短和粗細(xì)，可以知道粒子的性質(zhì)；把云室放在磁場中，從帶電粒子運(yùn)動軌跡的彎曲方向，還可以知道粒子所帶電荷的正負(fù).氣泡室氣泡室的原理同云室的原理類似，所不同的是氣泡室里裝的是液體(如液態(tài)氫).控制氣泡室內(nèi)液體的溫度和壓強(qiáng)，使室內(nèi)溫度略低于液體的沸點.當(dāng)氣泡室內(nèi)壓強(qiáng)突然降低時，液體的沸點變低，因此液體過熱，在通過室內(nèi)射線粒子周圍就有氣泡形成，從而顯示射線徑跡.蓋革一米勒計數(shù)器構(gòu)造：主要部分是蓋革管，外面是一根玻璃管，里面是一個接在電源負(fù)極的導(dǎo)電圓筒，筒的中間有一條接正極的金屬絲.管中裝有低壓的惰性氣體和少量的酒精蒸氣或漠蒸氣，如圖所示.原理：在金屬絲和圓筒兩極間加上一定的電壓，這個電壓稍低于管內(nèi)氣體的電離電壓.當(dāng)某種射線粒子進(jìn)入管內(nèi)時，它使管內(nèi)的氣體電離，產(chǎn)生電子……這樣，一個射線粒子進(jìn)人管中后可以產(chǎn)生大量電子，這些電子到達(dá)陽極，陽離子到達(dá)陰極，在外電路中產(chǎn)生了一次脈沖放電，利用電子儀器可以把放電次數(shù)記錄下來.優(yōu)缺點.優(yōu)點：放大倍數(shù)很大，非常靈敏，用它來檢測放射性是很方便的.缺點：它對于不同的射線產(chǎn)生的脈沖現(xiàn)象相同，因此只能用來計數(shù)，而不能區(qū)分射線的種類.如果同時有大量粒子，或兩個粒子射來的時間間隔很短(少于200ms)時，也不能計數(shù).乳膠照相放射線能夠使照相底片感光.放射線中的粒子經(jīng)過照相底片上的乳膠時，使乳膠中的漠化銀分解，經(jīng)顯影后，就有一連串的黑點示出粒子的徑跡.要點四、放射性的應(yīng)用與防護(hù)人工放射性同位素1932年，約里奧?居里和瑪麗?居里用a粒子轟擊鈹、鋁、硼等元素，發(fā)現(xiàn)了前所未見的穿透性強(qiáng)的輻射，后經(jīng)查德威克的研究，確定為中子流.1934年，他們用a粒子轟擊鋁、硼時，除探測到預(yù)料中的中子外，還探測到了正電子.正電子是科學(xué)家在1923年發(fā)現(xiàn)的，它帶一個單位正電荷，質(zhì)量跟電子質(zhì)量相同.若拿走a粒子放射源，鋁箔不再發(fā)射中子，但仍不斷地發(fā)射正電子，而且這種放射性跟天然放射性具有相同的性質(zhì)和規(guī)律，也有半衰期.經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：鋁核被a粒子擊中后發(fā)生了如下一系列核變化.這一反應(yīng)生成的磷30是磷的一種同位素，具有放射性，它像天然放射性元素一樣發(fā)生衰變，它衰變時放出正電子，衰變方程如下：這種具有放射性的同位素叫放射性同位素，這是人類第一次得到的人工放射性物質(zhì)，由于這一重大發(fā)現(xiàn)，約里奧?居里夫婦于1935年獲諾貝爾獎.后來人們用質(zhì)子、氘核、中子、Y射線等轟擊原子核，也得到了放射性同位素.天然存在的放射性元素只有四十多種，但用人工方法得到的放射性同位素有一千多種，因而使放射性同位素具有廣泛的應(yīng)用.放射性同位素的應(yīng)用利用它放射出的射線.利用Y射線的貫穿本領(lǐng).利用鉆60放出的很強(qiáng)的Y射線來檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼和裂紋，這叫Y射線探傷.利用Y射線可以檢查30cm厚的鋼鐵部件.利用放射線的貫穿本領(lǐng)，可用來檢查各種產(chǎn)品的厚度、密封容器中的液面高度等，從而自動控制生產(chǎn)過程.利用射線的電離作用.放射線能使空氣電離，從而可以消除靜電積累，防止靜電產(chǎn)生的危害.利用Y射線對生物組織的物理、化學(xué)效應(yīng)使種子發(fā)生變異，培育優(yōu)良品種.利用放射線的能量，轟擊原子核實現(xiàn)原子核的人工轉(zhuǎn)變.在醫(yī)療上，常用以控制病變組織的擴(kuò)大.作為示蹤原子.把放射性同位素的原子摻到其他物質(zhì)中去，讓它們一起運(yùn)動、遷移，再用放射性探測儀器進(jìn)行追蹤，就可知道放射性原子通過什么路徑，運(yùn)動到哪里了，是怎樣分布的.我們把用作這種用途的放射性同位素叫做示蹤原子.示蹤原子有極為廣泛的應(yīng)用：在工業(yè)上可用示蹤原子檢查地下輸油管道的漏油情況.在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可用示蹤原子確定植物在生長過程中所需的肥料和合適的施肥時間.在醫(yī)學(xué)上，可用示蹤原子幫助確定腫瘤的部位和范圍.在生物科學(xué)研究方面，放射性同位素示蹤法在生物化學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，它為揭示體內(nèi)和細(xì)胞內(nèi)理化過程的秘密，闡明了生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)起了極其重要的作用.使生物化學(xué)從靜態(tài)進(jìn)入動態(tài)，從細(xì)胞水平進(jìn)入分子水平，闡明了一系列重大問題，如遺傳密碼、細(xì)胞膜受體、RNA-DNA逆轉(zhuǎn)錄等，使人類對生命基本現(xiàn)象的認(rèn)識開辟了一條新的途徑.例如：在給農(nóng)作物施肥時，在肥料里放一些放射性同位素，這樣可以知道農(nóng)作物在各季節(jié)吸收含有哪種元素的肥料.利用示蹤原子還可以檢查輸油管道上的漏油位置，在生物學(xué)研究方面，同位素示蹤技術(shù)也起著十分重要的作用.放射性的污染和防護(hù)放射線在我們的生活中無處不在.在合理應(yīng)用放射性的同時，又要警惕它的危害，進(jìn)行必要的防護(hù).過量的放射性會對環(huán)境造成污染，對人類和自然產(chǎn)生破壞作用.圖示是世界通用的輻射警示標(biāo)志.(1)放射性污染.過量的放射性會對環(huán)境造成污染，對人類和自然界產(chǎn)生破壞作用.幾件需要記住的放射性污染是：1945年美國向日本的廣島和長崎投了兩枚原子彈，當(dāng)日炸死了十多萬人，另有無數(shù)的平民受到輻射后患有各種疾病，使無辜的平民痛不欲生.1987年前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站的泄露造成了大量人員的傷亡，至今大片領(lǐng)土仍是生物活動的禁區(qū).美國在近幾年的兩次地區(qū)沖突(海灣地區(qū)、科索沃地區(qū))中大量使用了含有放射性的貧鈾彈，使許多人患有莫名其妙的疾病.(2)放射性的危害與防護(hù).危害核爆炸核爆炸的最初幾秒鐘放射出來的主要是強(qiáng)烈的y射線和中子流，這些射線具有很強(qiáng)的穿透能力，對人體和其他生物有很強(qiáng)的殺傷作用核泄漏核工業(yè)生產(chǎn)和核科學(xué)研究中使用的放射性原材料，一旦泄漏就會造成嚴(yán)重污染醫(yī)療照射醫(yī)療中如果放射線的劑量過大，也會導(dǎo)致病人受到損害，甚至造成病人的死亡防護(hù)密封防護(hù)把放射源密封在特殊的包殼里，或用特殊方法覆蓋，以防止放射線泄漏距離防護(hù)距放射源越遠(yuǎn)，人體吸收的劑量就越少，受到的危害就越輕時間防護(hù)盡量減少受輻射時間屏蔽防護(hù)在放射源與人體之間加屏蔽物能起到防護(hù)作用【典型例題】類型一、原子核的組成例1.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了().原子不可再分B.原子的核式結(jié)構(gòu)C.原子核還可再分D.原子核由質(zhì)子和中子組成【思路點撥】湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子說明原子也可再分；盧瑟福通過a粒子散射實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)；貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，說明了原子核也是有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的；天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核還可再分；盧瑟福用a粒子轟擊氮核，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，查德威克用儀粒子轟擊鈹核打出了中子，使人們認(rèn)識到原子核是由質(zhì)子和中子組成的.【答案】C【解析】本題涉及物理學(xué)史的一些知識.湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子說明原子也可再分；盧瑟福通過元粒子散射實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)；貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，說明了原子核也是有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的；天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核還可再分；盧瑟福用a粒子轟擊氮核，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，查德威克用儀粒子轟擊鈹核打出了中子，使人們認(rèn)識到原子核是由質(zhì)子和中子組成的.所以正確選項為C.【總結(jié)升華】要了解一些科學(xué)的史實，了解人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)及物質(zhì)運(yùn)動規(guī)律的認(rèn)識過程.正是這些偉大的發(fā)現(xiàn)才使我們逐步認(rèn)識了我們所生存的世界.舉一反三：【變式】將以、。、Y三種射線分別射入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，圖中表示射線偏轉(zhuǎn)情況正確的是().【答案】A、D【解析】已知a粒子帶正電，P粒子帶負(fù)電，Y射線不帶電，根據(jù)正、負(fù)電荷在磁場中運(yùn)動受洛倫茲力方向和正、負(fù)電荷在電場中受電場力方向，可知A、B、C、D四幅圖中，a、P粒子的偏轉(zhuǎn)方向都是正確的，但偏轉(zhuǎn)的程度需進(jìn)一步判斷.mvc帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，其半徑r=；—，將其數(shù)據(jù)代入，則a粒子與P粒子的半徑Bq之比為由此可見，A項正確，B項錯誤.帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場，設(shè)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，則有消去t可得對某一確定的x值，a、p粒子沿電場線偏轉(zhuǎn)距離之比為由此可見，C項錯誤，D項正確.【總結(jié)升華】明確a射線、P射線及Y射線的本質(zhì)特征，并能準(zhǔn)確判斷它們在電場和磁場中的受力情況.例2.下列說法正確的是().*4Th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2349Be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44同一元素的兩種同位素具有相同的質(zhì)量數(shù)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.【總結(jié)升華】明確核子數(shù)、原子數(shù)、核外電子數(shù)及中子數(shù)的相互關(guān)系，是正確解答此類問題的關(guān)鍵.舉一反三：【變式】已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核質(zhì)量數(shù)是226，試問：鐳核中有幾個質(zhì)子？幾個中子？鐳核所帶的電荷量是多少？若鐳原子呈中性，它核外有幾個電子？(4)228Ra是鐳的一種同位素，讓226Ra和228Ra以相同速度垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁888888場中，它們運(yùn)動的軌道半徑之比是多少？【答案】見解析?！窘馕觥吭有驍?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：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.鐳核所帶電荷量Q=Ze=88x1.6x10T9C=1.41x10T7C.核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88.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，故有兩種同位素具有相同的核電荷數(shù)，但質(zhì)量數(shù)不同，故【總結(jié)升華】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)子所帶電荷量的總和才是原子核的電荷量.本題容易把核電荷數(shù)誤認(rèn)為是原子核的電荷量而造成錯解.例3.陰極射線中的電子流與P射線有什么區(qū)別？【思路點撥】陰極射線中的電子流與P射線都是由電子組成，但兩種電子產(chǎn)生機(jī)理不同?！敬鸢浮恳娊馕觥！窘馕觥侩m然陰極射線中的電子流與P射線都是由電子組成，但兩種電子產(chǎn)生機(jī)理不同，電子流中的電子是原子核核外電子，而P射線中的電子不是原子核核外電子，而是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子時放出的電子.同樣，+P粒子即正電子是原子核中的質(zhì)子變?yōu)橹凶訒r釋放出來的.但并不能因此說原子核中有電子.舉一反三：【變式】氫有三種同位素，分別是氕(；H)、氘(2H)、氤(3H，則().它們的質(zhì)子數(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.它們的化學(xué)性質(zhì)相同【答案】A、B、D【解析】氕、氘、氤的核子數(shù)分別為1、2、3，質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)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.【總結(jié)升華】明確同位素的特點及核子數(shù)、質(zhì)子數(shù)、核外電子數(shù)及中子數(shù)的相互關(guān)系，是解此類題的關(guān)鍵.例4.如圖為查德威克實驗示意圖，由天然放射性元素針(Po)放射的a射線轟擊鈹時會產(chǎn)生粒子流A，用粒子流A轟擊石蠟時，會打出粒子流8,經(jīng)研究知道（）.A為中子，B為質(zhì)子B.A為質(zhì)子，B為中子C.A為y射線，B為中子D.A為中子，B為y射線【答案】A【解析】不可見射線A，轟擊石蠟時打出的應(yīng)該是質(zhì)子，因為質(zhì)子就是氫核，而石蠟中含有大量氫原子，轟擊石蠟的不可見射線應(yīng)該是中子.【總結(jié)升華】錯解的原因是不熟悉發(fā)現(xiàn)中子這一著名實驗，對于粒子流4和粒子流B的性質(zhì)純屬猜測，以為最終打出的粒子流B是中子.舉一反三：【變式】如圖所示，虛線為a粒子散射實驗中某一a粒子的運(yùn)動軌跡，O點處有一重原子核，a、b、c為軌跡上的三點，其中b點距O點最近，a、c兩點距O點的距離相等，則（）.a粒子由a到b的過程其動能在增大a粒子由a到b的過程其動能在減小a粒子在a點時的電勢能小于在b點時的電勢能a、b、c三點的電勢相等【答案】B、C【解析】由于a粒子在從a經(jīng)b到c的運(yùn)動過程中受到原子核對它的斥力作用，斥力對a粒子先做負(fù)功后做正功，a粒子的動能先減小后增大，電勢能先增大后減小，且a、c兩點在同一個等勢面上，所以本題應(yīng)選B、C.【總結(jié)升華】a粒子散射實驗反映出粒子間相互作用過程中力和運(yùn)動的關(guān)系（力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因），同時也反映出該過程中能量守恒、動量守恒等性質(zhì)，望同學(xué)們在學(xué)可中要深刻理解這些內(nèi)容.例5.計數(shù)器是一種探測射線的儀器，如圖所示，X為未知放射源，它向右方發(fā)射放射線.放射線首先通過一塊薄鋁箔P（厚度約為1mm），并經(jīng)過一個強(qiáng)磁場區(qū)域后到達(dá)計數(shù)器，計數(shù)器上單位時間內(nèi)記錄到的射線粒子是一定的.現(xiàn)將強(qiáng)磁場移開，計數(shù)器單位時間內(nèi)所記錄的射線粒子基本保持不變，然后將薄鋁箔P移開，則計數(shù)器單位時間內(nèi)記錄的射線粒子明顯上升.據(jù)此可以判定X為（）.純P放射源B.純y放射源c.a和P的混合放射源d.a和y的混合放射源【思路點撥】熟悉三種放射線（a射線、P射線、y射線）的基本特性，特別是三者在帶電情況和穿透本領(lǐng)等方面的差異?！敬鸢浮緿【解析】將強(qiáng)磁場移開，計數(shù)器單位時間內(nèi)所記錄的射線粒子基本保持不變，即磁場對射線粒子沒有影響，則可以斷定計數(shù)器接收到的是不帶電的7射線，以后將薄鋁箔P（厚度約為1mm）移開，則計數(shù)器單位時間內(nèi)記錄的射線粒子明顯上升.這說明計數(shù)器除了接收到了y射線之外，還接收到了一種原來被厚度約為1mm的薄鋁箔P擋住的射線，而厚度約為1mm的薄鋁箔只能將a射線擋住，所以X為能放射a射線和y射線的混合放射源，故D項正確.【總結(jié)升華】本題緊密聯(lián)系科研實際，涉及天然放射現(xiàn)象和對放射線的探測等知識，旨在考查學(xué)生分析、推理、綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識解決問題的能力等.求解本題的關(guān)鍵在于，要熟悉三種放射線（a射線、P射線、Y射線）的基本特性，特別是三者在帶電情況和穿透本領(lǐng)等方面的差異，并需要具備必要的邏輯推理能力.本題易錯之處主要表現(xiàn)在：對三種放射線（a射線、P射線、y射線）的基本特性不熟悉.類型二、放射性元素的衰變例6.本題中用大寫字母代表原子核，E經(jīng)a衰變成為F,再經(jīng)。衰變成為G，再經(jīng)a衰變成為H.上述系列衰變可記為下式：另一系列衰變?nèi)缦拢阂阎狿和F是同位素，則（）.Q和G是同位素，R和H是同位素R和E是同位素，S和F是同位素R和G是同位素，S和H是同位素Q和E是同位素，R和F是同位素【答案】B【解析】本題考查的是a衰變與P衰變的規(guī)律，關(guān)鍵是弄清楚各核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù).由于P和F是同位數(shù)，設(shè)它們的質(zhì)子數(shù)為n，則其他各原子核的質(zhì)子數(shù)可分別表示如下：由此可以看出R和E是同位素，S和F是同位素，Q和G是同位素.舉一反三：【變式1】238U經(jīng)過一系列a衰變和p衰變后，可以變成穩(wěn)定的元素鉛206（206pb），問這一，，過程a衰變和p衰變次數(shù)？【答案】86【解析】設(shè)經(jīng)過x次a衰變，y次P衰變由①②式得【變式2】放射性同位素釷232經(jīng)a、p衰變會生成氡，其衰變方程為232ThT220Rn+xa+yP，9086其中（）.A.x—1，y—3B.x—2，y—3C.x—3，y—1D.x—3，y—2【答案】D【解析】根據(jù)衰變方程左右兩邊的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可列方程解得故答案為D.例7.關(guān)于放射性元素的半衰期，下列說法中正確的是（）.原子核全部衰變所需要的時間的一半原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間原子量減少一半所需要的時間元素質(zhì)量減半所需要的時間【思路點撥】放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間叫做這種元素的半衰期，它與原子核全部衰變所需要的時間的一半不同.【答案】B、D【解析】放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間叫做這種元素的半衰期，它與原子核全部衰變所需要的時間的一半不同.放射性元素發(fā)生衰變后成了一種新的原子核，原來的放射性元素原子核的個數(shù)不斷減少，當(dāng)原子核的個數(shù)減半時，放射性元素的原子核的質(zhì)量也減半.故選項B、D正確.【總結(jié)升華】錯選A，原因是對半衰期的概念理解不到位，認(rèn)為原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需時間為半衰期，余下的一半再經(jīng)過一個半衰期就衰變結(jié)束，事實是再經(jīng)過一個半衰期減少了一半的一半.舉一反三：【變式】放射性元素的原子核在a衰變或P衰變生成新原子核時，往往會同時伴隨輻射.已知A、B兩種放射性元素的半衰期分別為T1和%，經(jīng)過T=T1-T2時間后測得這兩種放射性元素的質(zhì)量相等，那么它們原來的質(zhì)量之比m：mB=.【答案】Y2頊t【解析】放射性元素的原子核在發(fā)生a衰變、P衰變時，蘊(yùn)藏在核內(nèi)的能量會釋放出來，使產(chǎn)生的新核處于高能級，這時它要向低能級躍遷，能量以Y光子的形式輻射出來，因此，Y射線經(jīng)常是伴隨a射線和P射線產(chǎn)生的；設(shè)t時間后放射性元素的質(zhì)量均為m，由衰變規(guī)律知，【總結(jié)升華】很好地掌握和理解半衰期的概念，是解答好本題的關(guān)鍵.例8.碳14具有放射性，其半衰期t=5686年，空氣中碳12跟碳14的存量約為1012：1.2.活著的生物體中碳的這兩種同位素質(zhì)量之比與空氣中相同.生物體死亡后，不再吸收碳，碳14將以t=5686年為半衰期減少，因此測出生物遺骸中碳12與碳14的質(zhì)量比，再跟空氣中的相比較，可估算出古生物的死亡年代.如果現(xiàn)測得一古代遺骸中碳14跟碳12的存量比為空氣中的三分之二，試估算該古生物遺骸的年代.【答案】見解析?！窘馕觥吭O(shè)該遺骸在古代活著時含14C為%個，含12C為m個，則古代時期存量比為m.測得一一n該遺骸目前含14C為n個，而12C因不具有放射性，不會衰變，仍為m個，其存量比為一.設(shè)古代和m目前空氣中14C與12C存量之比基本不變，令為k.由題意得即由得取對數(shù)得：【總結(jié)升華】應(yīng)用“放射性碳14測年法”是現(xiàn)代考古學(xué)中分析推測古代文化遺址年代的最基本方法.舉一反三：【變式】如圖所示，有界勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，區(qū)域足夠大，方向垂直于紙面向里，直角坐標(biāo)系xOy的y軸為磁場的左邊界，A為固定在X軸上的一個放射源，內(nèi)裝有鐳（226Pa），鐳核沿著+X方向釋放一個a粒子后衰變成氡核（Rn），在y軸上放有粒子接收器，移動粒子接收器，在N點能接收到a粒子，N點到O點的距離為l.已知O4間距離為:，a粒子質(zhì)量為m、電荷量為q，氡核的質(zhì)量為M.（1）寫出鐳核的衰變方程；（2）求一個原子靜止的鐳核衰變時放出的能量.【答案】見解析。【解析】（1）衰變方程為（2）鐳核衰變放出a粒子和氡核，分別在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，a粒子射出時被粒子接收器接收，設(shè)a粒子在磁場中的軌道半徑為R，其圓心位置為圖中O'點，有解得a粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，有即a粒子的動能為衰變過程中動量守恒，有氡核反沖的動能衰變釋放能量類型三、探測射線的方法例9.利用威爾遜云室探測射線時能觀察到細(xì)長而彎曲的徑跡，則下列說法正確的是（）.可知有a射線射人云室中可知是p射線射人云室中觀察到的是射線粒子的運(yùn)動D.觀察到的是射線粒子運(yùn)動路徑上的酒精霧滴【思路點撥】探測射線粒子的方法都是利用它們和其他物質(zhì)發(fā)生作用時產(chǎn)生的現(xiàn)象，來顯示射線粒子的存在.【答案】B、D【解析】因為觀察到威爾遜云室中存在的細(xì)而彎曲的徑跡，是P射線的徑跡，A選項錯誤B選項正確；射線粒子的運(yùn)動肉眼是觀察不到的，觀察到的是酒精的過飽和汽在射線粒子運(yùn)動路徑上形成的霧滴，C選項錯誤，D選項正確.【總結(jié)升華】三種射線粒子肉眼都看不見，探測射線粒子的方法都是利用它們和其他物質(zhì)發(fā)生作用時產(chǎn)生的現(xiàn)象，來顯示射線粒子的存在．舉一反三：【變式】用蓋革一米勒計數(shù)器測定放射源的放射強(qiáng)度為每分鐘405次，若將一張厚紙板放在計數(shù)器與放射源之間，計數(shù)器幾乎測不到射線.10天后再次測量，測得該放射源的放射強(qiáng)度為每分鐘101次，則下列關(guān)于射線性質(zhì)及它的半衰期的說法正確的是（）.放射源射出的是a射線放射源射出的是P射線這種放射性元素的半衰期是5天這種放射性元素的半衰期是2.5天【答案】A、C【解析】因厚紙板能擋住這種射線，可知這種射線是穿透能力最差爐射線，選項A正確，B錯誤；因放射性元素原子核個數(shù)與單位時間內(nèi)衰變的次數(shù)成正比，10天后測出放射強(qiáng)度為原來的四分之一，說明10天后放射性元素的原子核個數(shù)只有原來的四分之一，由半衰期公式知已經(jīng)過了兩個半衰期，故半衰期是5天.【總結(jié)升華】計數(shù)器能測出放射源在單位時間內(nèi)放出射線粒子的個數(shù)，即用它測出放射源的放射強(qiáng)度，是環(huán)境監(jiān)測的有效手段.計數(shù)器在放射性同位素的應(yīng)用方面可以作為傳感器的信息源.例10.下述關(guān)于放射線的探測說法正確的是（）.氣泡室探測射線的原理與云室探測射線原理類似由氣泡室內(nèi)射線徑跡可以分析粒子的帶電、動量、能量等情況蓋革一米勒計數(shù)器探測射線的原理中也利用射線的電離本領(lǐng)蓋革一米勒計數(shù)器不僅能計數(shù)，還能用來分析射線的性質(zhì)【答案】A、B、C【解析】氣泡室探測射線原理與云室類似，不同的是氣泡室中是在射線經(jīng)過時產(chǎn)生氣泡來顯示射線徑跡的，故A選項正確；由氣泡室內(nèi)徑跡中氣泡的多少及徑跡在磁場中的彎曲方向等，可分析射線的帶電、動量、能量等情況，故B選項正確；蓋革一米勒計數(shù)器利用射線電離作用，產(chǎn)生電脈沖進(jìn)而計數(shù)，所以C選項正確；由于對于不同射線產(chǎn)生的脈沖現(xiàn)象相同，因此計數(shù)器只能用來計數(shù)，不能區(qū)分射線的種類，所以D選項錯誤.【總結(jié)升華】理解探測射線的原理是解決這類問題的關(guān)鍵.類型四、放射性的應(yīng)用與防護(hù)例11.人工放射性同位素被用作示蹤原子，主要是因為（）.A?放射性同位素不改變其化學(xué)性質(zhì)B?人工放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多半衰期與元素所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)放射性同位素容易制造【思路點撥】放射性同位素用作示蹤原子，主要是用放射性同位素代替沒有放射性的同位素參與正常的物理、化學(xué)、生物過程，既要利用化學(xué)性質(zhì)相同，也要利用衰變規(guī)律不受物理、化學(xué)變化的影響，同時還要考慮放射性廢料容易處理?！敬鸢浮緼、B、C【解析】放射性同位素用作示蹤原子，主要是用放射性同位素代替沒有放射性的同位素參與正常的物理、化學(xué)、生物過程，既要利用化學(xué)性質(zhì)相同，也要利用衰變規(guī)律不受物理、化學(xué)變化的影響，同時還要考慮放射性廢料容易處理，因此選項A、B、C正確.選項D不正確.舉一反三：【變式】下列哪些應(yīng)用是把放射性同位素作為示蹤原子的？（）.y射線探傷儀