高中物理人教版5第十九章原子核1原子核的組成 第十九章學(xué)案

1原子核的組成[目標(biāo)定位]1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射現(xiàn)象.2.能說(shuō)出原子核的組成，能記住三種射線的特性．3．會(huì)正確書(shū)寫(xiě)原子核符號(hào)．一、天然放射現(xiàn)象1．1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)具有放射性．2．物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱(chēng)為放射性，具有放射性的元素稱(chēng)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．4．瑪麗·居里和她的丈夫皮埃爾·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)．二、射線到底是什么圖19－1－11．三種射線：如圖19－1－1中1是β射線，2是γ射線，3是α射線．(1)α射線是高速α粒子流，實(shí)際上是氦原子核，電荷數(shù)是2，質(zhì)量數(shù)是4．(2)β射線是高速電子流．(3)γ射線是能量很高的電磁波．2．三種射線的特點(diǎn)(1)α射線：α粒子容易使空氣電離，但貫穿本領(lǐng)很弱．(2)β射線：β粒子貫穿本領(lǐng)較強(qiáng)，但電離能力較弱．(3)γ射線：γ粒子電離本領(lǐng)很弱，但貫穿本領(lǐng)很強(qiáng)．三、原子核的組成1．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，質(zhì)子是原子核的組成部分．2．中子的發(fā)現(xiàn)：盧瑟福猜想原子核內(nèi)存在著一種質(zhì)量與質(zhì)子相同，但不帶電的粒子，稱(chēng)為中子．查德威克利用云室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了中子的存在，中子是原子核的組成部分．3．原子核的組成：原子核由質(zhì)子和中子組成．4．原子核的符號(hào)：eq\o\al(A,Z)X原子核的質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)元素符號(hào)核電荷數(shù)＝原子核的質(zhì)子數(shù)，即原子的原子序數(shù)5．同位素：具有相同的質(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(chēng)為同位素．例如：氫有三種同位素eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H.一、三種射線的本質(zhì)及特點(diǎn)1．α、β、γ三種射線的性質(zhì)、特征比較種類(lèi)α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2e－e0質(zhì)量4mp(mp＝×10－27kg)eq\f(mp,1836)靜止質(zhì)量為零續(xù)表速率c貫穿本領(lǐng)最弱用一張紙就能擋住較強(qiáng)能穿透幾毫米的鋁板最強(qiáng)能穿透幾厘米的鉛板電離作用很強(qiáng)較弱很弱2.在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)情況的比較(1)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，α射線偏轉(zhuǎn)較小，β射線偏轉(zhuǎn)較大，γ射線不偏轉(zhuǎn)，如圖19－1－2甲所示．圖19－1－2(2)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)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)，如圖乙所示．例1一置于鉛盒中的放射源發(fā)射出的α、β和γ射線，由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔，鋁箔后的空間有一勻強(qiáng)電場(chǎng)．進(jìn)入電場(chǎng)后，射線變?yōu)閍、b兩束，射線a沿原來(lái)方向行進(jìn)，射線b發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，如圖19－1－3所示，則圖中的射線a為_(kāi)_______射線，射線b為_(kāi)_______射線．圖19－1－3答案γβ解析在三種射線中，α射線帶正電，穿透能力最弱，γ射線不帶電，穿透能力最強(qiáng)；β射線帶負(fù)電，穿透能力一般，綜上所述，結(jié)合題意可知，a射線應(yīng)為γ射線，b射線應(yīng)為β射線．借題發(fā)揮三種射線的比較方法：(1)α射線是α、β、γ三種射線中貫穿本領(lǐng)最弱的一種，它穿不過(guò)白紙．(2)要知道三種射線的成分，貫穿本領(lǐng)和電離本領(lǐng)．(3)要知道α、β、γ三種射線的本質(zhì)，α、β是實(shí)物粒子，γ射線是電磁波譜中的一員．針對(duì)訓(xùn)練1天然放射性物質(zhì)的放射線包括三種成分，下列說(shuō)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(huì)變成另一種元素的原子核C．三種射線中對(duì)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(lái)繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子答案ACD解析由三種射線的本質(zhì)和特點(diǎn)可知，α射線貫穿本領(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射線是伴隨α、β衰變而產(chǎn)生的一種電磁波，不會(huì)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(lái)源于原子核，故D正確．二、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(gè)數(shù)并不相同．原子核的直徑為10－15～10－14m.2．原子核的符號(hào)和數(shù)量關(guān)系：(1)符號(hào)：eq\o\al(A,Z)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)的原子核互稱(chēng)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(wèn)：(1)鐳核中有幾個(gè)質(zhì)子？幾個(gè)中子？(2)鐳核所帶電荷量是多少？(3)若鐳原子呈現(xiàn)中性，它核外有幾個(gè)電子？(4)eq\o\al(228,88)Ra是鐳的一種同位素，讓eq\o\al(226,88)Ra和eq\o\al(228,88)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(chǎng)中，它們運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑之比是多少？答案(1)88138(2)×10－17C(3)88(4)113∶114解析因?yàn)樵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：(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.(2)鐳核所帶電荷量Q＝Ze＝88××10－19C≈×10－17C.(3)鐳原子呈中性，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(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力為洛倫茲力，故有Bqv＝meq\f(v2,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eq\f(r226,r228)＝eq\f(226,228)＝eq\f(113,114).借題發(fā)揮對(duì)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(chēng)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(gè)數(shù)表示原子核的電荷量，叫做原子核的電荷數(shù)．(3)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(gè)核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個(gè)倍數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)．針對(duì)訓(xùn)練2在α粒子轟擊金箔的散射實(shí)驗(yàn)中，α粒子可以表示為eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(4,2)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(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和，2為質(zhì)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(zhì)子數(shù)答案B解析根據(jù)eq\o\al(4,2)He所表示的物理意義，原子核的質(zhì)子數(shù)決定核外電子數(shù)，原子核的電荷數(shù)就是核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù)．原子核的質(zhì)量數(shù)就是核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和，即為核內(nèi)的核子數(shù).eq\o\al(4,2)He符號(hào)的左下角表示的是質(zhì)子數(shù)或核外電子數(shù)，即為2，eq\o\al(4,2)He符號(hào)左上角表示的是核子數(shù)，即為4，故選項(xiàng)B正確．三種射線的特性1．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了()A．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)子和中子組成答案C解析本題涉及物理學(xué)史的一些知識(shí)．湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子說(shuō)明原子可再分；盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)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(shuō)明了原子核也有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；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α粒子轟擊氮核，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，查德威克用α粒子轟擊鈹核打出了中子，使人們認(rèn)識(shí)到原子核是由質(zhì)子和中子組成的．所以正確選項(xiàng)為C.2.圖19－1－4(2023·文昌高二檢測(cè))圖19－1－4中P為放在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的天然放射源，其放出的射線在電場(chǎng)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射線答案BC解析由題圖可知電場(chǎng)線方向向右，α射線帶正電所受電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)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(chǎng)力方向與電場(chǎng)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(xiàng)B、C正確．原子核的組成及同位素3．氫有三種同位素，分別是氕(eq\o\al(1,1)H)、氘(eq\o\al(2,1)H)、氚(eq\o\al(3,1)H)，則()A．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ABD解析氕、氘、氚的核子數(shù)分別為1、2、3，質(zhì)子數(shù)和核外電子數(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(xiàng)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．4．人類(lèi)探測(cè)月球時(shí)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(lái)核聚變的重要原料之一，氦的該種同位素應(yīng)表示為()\o\al(4,3)He\o\al(3,2)He\o\al(4,2)He\o\al(3,3)He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eq\o\al(3,2)He，因此B正確．(時(shí)間：60分鐘)題組一天然放射現(xiàn)象及三種射線的性質(zhì)1．下列哪些事實(shí)表明原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)()A．α粒子的散射實(shí)驗(yàn)B．天然放射現(xiàn)象C．陰極射線的發(fā)現(xiàn)D．X射線的發(fā)現(xiàn)答案B解析從原子核里放出射線，說(shuō)明原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)．2．對(duì)天然放射現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是()A．α粒子帶正電，所以α射線一定是從原子核中射出的B．β粒子帶負(fù)電，所以β射線有可能是核外電子C．γ粒子是光子，所以γ射線有可能是由原子發(fā)光產(chǎn)生的D．α射線、β射線、γ射線都是從原子核內(nèi)部釋放出來(lái)的答案AD解析α衰變的實(shí)質(zhì)是原子核中的兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氦核放出的，β衰變的實(shí)質(zhì)是一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，然后釋放出電子，γ射線是伴隨α衰變和β衰變而產(chǎn)生的．所以這三種射線都是從原子核內(nèi)部釋放出來(lái)的．3．關(guān)于放射性元素發(fā)生衰變放射的三種射線，下列說(shuō)法中正確的是()A．三種射線一定同時(shí)產(chǎn)生B．三種射線的速度都等于光速C．γ射線是處于激發(fā)態(tài)的原子核發(fā)射的D．原子核衰變不能同時(shí)放射α射線和γ射線答案C解析γ射線是在α衰變或β衰變后原子核不穩(wěn)定而輻射出光子形成．4.圖19－1－5放射性元素放出的射線，在電場(chǎng)中分成A、B、C三束，如圖19－1－5所示，其中()A．C為氦原子核組成的粒子流B．B為比X射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光子流C．B為比X射線波長(zhǎng)更短的光子流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(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況，可以判斷，A射線向電場(chǎng)線方向偏轉(zhuǎn)，應(yīng)為帶正電的粒子組成的射線，所以是α射線；B射線在電場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)，所以是γ射線；C射線在電場(chǎng)中受到與電場(chǎng)方向相反的作用力，應(yīng)為帶負(fù)電的粒子，所以是β射線．5.圖19－1－6天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖19－1－6所示，由此可推知()A．②來(lái)自于原子核外的電子B．①的電離作用最強(qiáng)，是一種電磁波C．③的電離作用較強(qiáng)，是一種電磁波D．③的電離作用最弱，屬于原子核內(nèi)釋放的光子答案D解析本題考查衰變中三種射線，要求學(xué)生知道三種射線的貫穿本領(lǐng)及電離能力．衰變的射線均來(lái)自于核內(nèi)，A錯(cuò)；從圖中可看出，一張紙能擋?、偕渚€，則①射線一定是α射線，其貫穿本領(lǐng)最差，電離能力最強(qiáng)，但不是電磁波，而是高速粒子流，B錯(cuò)；鋁板能擋住②，而不能擋住③，說(shuō)明③一定是γ射線，其電離能力最弱，貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)，是一種電磁波，屬于原子核內(nèi)以能量形式釋放出來(lái)的以光速運(yùn)行的高能光子，D對(duì)．題組二原子核的組成及同位素6．關(guān)于質(zhì)子與中子，下列說(shuō)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(chēng)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(chēng)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．7．原子核中能放出α、β、γ射線，關(guān)于原子核的組成，以下說(shuō)法中正確的是()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)子和中子答案D解析在放射性元素的原子核中，2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合得較緊密，有時(shí)作為一個(gè)整體放出，這就是α粒子的來(lái)源．說(shuō)到底它仍是由質(zhì)子和中子組成的，不能據(jù)此認(rèn)為它是原子核的組成部分．原子核里是沒(méi)有電子的，但中子可以轉(zhuǎn)化成質(zhì)子，并向核外釋放一個(gè)電子，這就是β粒子．原子核發(fā)生衰變后處于高能級(jí)，在回到低能級(jí)時(shí)多余的能量以γ粒子的形式輻射出來(lái)，形成γ射線．故原子核里也沒(méi)有γ粒子．8．若用x代表一個(gè)中性原子中核外的電子數(shù)，y代表此原子的原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，z代表此原子的原子核內(nèi)的中子數(shù)，則對(duì)eq\o\al(234,90)Th的原子來(lái)說(shuō)()A．x＝90y＝90z＝234B．x＝90y＝90z＝144C．x＝144y＝144z＝90D．x＝234y＝234z＝324答案B解析質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)，中性原子中：質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)，所以選B項(xiàng)．9．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．10．據(jù)最新報(bào)道，放射性同位素鈥eq\o\al(166,67)Ho，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．32B．67C．99D．166答案A解析由題知該同位素核外電子數(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(duì)，B、C、D錯(cuò)．11．以下說(shuō)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α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