講學(xué)案：5.1原子核的組成

學(xué)而優(yōu)教有方解析版第五章原子核第1節(jié)原子核的組成【核心素養(yǎng)目標(biāo)】物理觀念知道什么是放射性、放射性元素及天然放射現(xiàn)象.科學(xué)思維了解三種射線的本質(zhì)，知道其特點(diǎn).了解同位素的概念．科學(xué)探究知道原子核的組成，知道原子核的表示方法，理解原子序數(shù)、核電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)之間的關(guān)系.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過原子核的組成知識應(yīng)用的實(shí)例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會的緊密聯(lián)系，體會科學(xué)知識的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和科學(xué)意識。知識點(diǎn)一射線的本質(zhì)【情境導(dǎo)入】如圖為三種射線在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動軌跡示意圖．(1)α射線向左偏轉(zhuǎn)，β射線向右偏轉(zhuǎn)，γ射線不偏轉(zhuǎn)，說明了什么？(2)α粒子的速度約為β粒子速度的十分之一，但α射線的偏轉(zhuǎn)半徑大于β射線的偏轉(zhuǎn)半徑，這說明什么問題？答案(1)說明α射線帶正電，β射線帶負(fù)電，γ射線不帶電．(2)根據(jù)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動的半徑公式r＝eq\f(mv,qB)可知，α粒子的eq\f(m,q)大于β粒子的eq\f(m,q)，即α粒子的質(zhì)量較大．【知識梳理】一、天然放射現(xiàn)象1．1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見的射線．2．物質(zhì)發(fā)出射線的性質(zhì)稱為放射性，具有放射性的元素稱為放射性元素，放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，叫作天然放射現(xiàn)象．3．原子序數(shù)大于83的元素，都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于或等于83的元素，有的也能發(fā)出射線．二、射線的本質(zhì)1．α射線：(1)是高速粒子流，其組成與氦原子核相同．(2)速度可以達(dá)到光速的eq\f(1,10).(3)電離作用強(qiáng)，穿透能力較弱，在空氣中只能前進(jìn)幾厘米，用一張紙就能把它擋?。?．β射線：(1)是高速電子流．(2)它的速度更大，可達(dá)光速的99%.(3)電離作用較弱，穿透能力較強(qiáng)，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板．3．γ射線：(1)是能量很高的電磁波，波長很短，在10－10m以下．(2)電離作用更弱，穿透能力更強(qiáng)，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土．【重難詮釋】α、β、γ三種射線的比較種類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)質(zhì)量4mp(mp＝1.67×10－27kg)eq\f(mp,1836)靜止質(zhì)量為零帶電荷量2e－e0速率0.1c0.99cc穿透能力最弱，用一張紙就能擋住較強(qiáng)，能穿透幾毫米厚的鋁板最強(qiáng)，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(qiáng)較弱很弱在磁場中偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)【典例精析】例1．(多選)將α、β、γ三種射線分別射入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，下圖表示射線偏轉(zhuǎn)情況中正確的是()【答案】AD【解析】在勻強(qiáng)磁場中，由qvB＝eq\f(mv2,R)得R＝eq\f(mv,qB)∝eq\f(mv,q)，因α射線是高速氦核流，一個(gè)α粒子帶兩個(gè)正電荷，根據(jù)左手定則，α射線受到的洛倫茲力向左，因?yàn)棣亮Ｗ淤|(zhì)量大，在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑大，β射線是高速電子流，帶負(fù)電荷，受到的洛倫茲力向右，γ射線是光子流，是電中性的，故在磁場中不受磁場的作用力，軌跡不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故A正確，B錯(cuò)誤；在勻強(qiáng)電場中，因α射線為氦核流，帶正電，且α粒子的質(zhì)量大，由類平拋運(yùn)動規(guī)律知，偏移量x∝eq\f(q,mv2)，α粒子偏移量小，β射線為電子流，帶負(fù)電，其偏移量大，γ射線為高頻電磁波，根據(jù)電荷所受靜電力特點(diǎn)可知，向左偏的為β射線，不偏轉(zhuǎn)的為γ射線，向右偏的為α射線，故C錯(cuò)誤，D正確．【規(guī)律方法】三種射線在磁場中偏轉(zhuǎn)情況的分析1．γ射線不論在電場還是磁場中，總是做勻速直線運(yùn)動，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)．2．α射線和β射線在電場中偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn)：在勻強(qiáng)電場中，α和β粒子沿相反方向做類平拋運(yùn)動，且在同樣的條件下，β粒子的偏移量大，根據(jù)粒子在電場方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，偏移量x可表示為：x＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)·eq\f(qE,m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(y0,v)))2∝eq\f(q,mv2)所以，在同樣條件下β與α粒子偏移量之比為eq\f(xβ,xα)＝eq\f(e,2e)×eq\f(4mp,\f(mp,1836))×eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,10)c))2,0.99c2)≈37＞1.3．α射線和β射線在磁場中偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn)：在勻強(qiáng)磁場中，α和β粒子沿相反方向做勻速圓周運(yùn)動，且在同樣條件下，β粒子的軌跡半徑小，偏移量大，根據(jù)qvB＝eq\f(mv2,R)得R＝eq\f(mv,qB)∝eq\f(mv,q).所以，在同樣條件下β與α粒子的軌跡半徑之比為eq\f(Rβ,Rα)＝eq\f(\f(mp,1836),4mp)×eq\f(0.99c,\f(c,10))×eq\f(2e,e)≈eq\f(1,371)＜1.知識點(diǎn)二原子核的組成【情境導(dǎo)入】1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，如圖所示為α粒子轟擊氮原子核示意圖．(1)人們用α粒子轟擊多種原子核，都打出了質(zhì)子，說明了什么問題？(2)絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量數(shù)都大于其質(zhì)子數(shù)，說明了什么問題？答案(1)說明質(zhì)子是原子核的組成部分．(2)說明原子核中除了質(zhì)子外還有其他粒子．【知識梳理】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.2．中子的發(fā)現(xiàn)：盧瑟福猜想，原子核內(nèi)可能還存在著一種質(zhì)量與質(zhì)子相同，但不帶電的粒子，稱為中子，查德威克通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)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，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子.4．原子核的符號5．同位素：核中質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱為同位素．例如，氫有三種同位素氕、氘、氚，符號分別是eq\o\ar(1,1)H、eq\o\ar(2,1)H、eq\o\ar(3,1)H.【重難詮釋】1．原子核(符號eq\o\ar(A,Z)X)原子核eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(大?。汉苄。霃降臄?shù)量級為10－15～10－14m,組成\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(質(zhì)子：電荷量e＝＋1.6×10－19C,質(zhì)量mp＝1.672621898×10－27kg,中子：電荷量為0,質(zhì)量mn＝1.674927471×10－27kg))))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(1)同位素指質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的同一元素的不同原子．(2)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)不同，所以它們的物理性質(zhì)不同．【典例精析】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)鐳核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)分別是多少？(2)鐳核的核電荷數(shù)和所帶的電荷量分別是多少？(e＝1.6×10－19C)(3)若鐳原子呈中性，它核外有幾個(gè)電子？(4)eq\o\ar(228,

88)Ra是鐳的一種同位素，讓eq\o\ar(226,88)Ra和eq\o\ar(228,88)Ra以相同的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)動的軌道半徑之比是多少？【答案】(1)88138(2)881.408×10－17C(3)88(4)113∶114【解析】(1)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，鐳核中的質(zhì)子數(shù)等于原子序數(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)鐳核的核電荷數(shù)和所帶的電荷量分別是：Z＝88Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.408×10－17C.(3)核外電子數(shù)等于核電荷數(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，洛倫茲力提向心力，故有qvB＝meq\f(v2,r)解得r＝eq\f(mv,qB)二者的速度相同，又由于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(m226,m228)＝eq\f(226,228)＝eq\f(113,114).例3．(多選)下列說法正確的是()A.eq\o\ar(n,m)X與eq\o\ar(n,m－1)Y互為同位素B.eq\o\ar(n,m)X與eq\o\ar(n－1,m)X互為同位素C.eq\o\ar(n,m)X與eq\o\ar(n－2,m－2)Y中子數(shù)相同D.eq\o\ar(235,92)U核內(nèi)有92個(gè)質(zhì)子，235個(gè)中子【答案】BC【解析】A選項(xiàng)中eq\o\ar(n,m)X與eq\o\ar(n,m－1)Y的質(zhì)子數(shù)不同，不是互為同位素，A錯(cuò)誤；B選項(xiàng)中nmX與eq\o\ar(n－1,m)X的質(zhì)子數(shù)都為m，而質(zhì)量數(shù)不同，所以互為同位素，B正確；C選項(xiàng)中eq\o\ar(n,m)X內(nèi)中子數(shù)為n－m，eq\o\ar(n－2,m－2)Y內(nèi)中子數(shù)為(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子數(shù)相同，C正確；D選項(xiàng)中eq\o\ar(235,92)U核內(nèi)有235－92＝143個(gè)中子，而不是235個(gè)中子，D錯(cuò)誤．針對訓(xùn)練一、單選題1．下列關(guān)于物理學(xué)史的敘述不正確的是（）A．貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，表明原子核內(nèi)部具有結(jié)構(gòu)B．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，提出原子核式結(jié)構(gòu)模型C．玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律D．愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可以很好地解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象【答案】B【解析】A．貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，表明原子核內(nèi)部具有結(jié)構(gòu)，故A正確，不符合題意；B．盧瑟福通過粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，故B錯(cuò)誤，符合題意；C．玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，故C正確，不符合題意；D．愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可以很好地解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，故D正確，不符合題意。故選B。2．下列說法錯(cuò)誤的是（）A．密立根發(fā)現(xiàn)了電子B．盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型C．貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾和含鈾礦物的天然放射現(xiàn)象D．倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線【答案】A【解析】A．密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測出了電子的電量，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，故A錯(cuò)誤；B．盧瑟福根據(jù)粒子散色實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故B正確；C．貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾和含鈾礦物的天然放射現(xiàn)象，故C正確；D．倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，故D正確。本題選錯(cuò)誤的，故選A。3．首先揭示原子核結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的物理實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)象是（）A．電子的發(fā)現(xiàn) B．α粒子散射實(shí)驗(yàn)C．天然放射現(xiàn)象 D．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)【答案】C【解析】根據(jù)物理學(xué)史可知，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)說明原子核可以再分，首先揭示原子核結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，故ABD錯(cuò)誤，C正確。故選C。4．關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A．射線在磁場中不能發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．射線是由氦原子核衰變產(chǎn)生的C．射線是原子核外的電子受激躍遷而產(chǎn)生的D．工業(yè)上常用射線來探測塑料板或金屬板的厚度【答案】A【解析】A．射線不帶電，為電磁波，故其在磁場中運(yùn)動時(shí)不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故A正確；B．射線是由衰變產(chǎn)生的氦原子核組成的，故B錯(cuò)誤；C．射線是具有放射性的元素的原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子同時(shí)釋放出一個(gè)高速電子，即粒子，故C錯(cuò)誤；D．射線的穿透性較強(qiáng)，工業(yè)上常用射線來探測塑料板或金屬板的厚度，故D錯(cuò)誤。故選A。5．下列說法正確的是（）A．原子結(jié)構(gòu)模型的提出按時(shí)間先后，順序?yàn)椤安栐咏Y(jié)構(gòu)假說一核式結(jié)構(gòu)模型一棗糕模型”B．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的元素不會發(fā)出射線C．自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等；較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)D．只有光具有波粒二象性，宏觀物體只具有粒子性【答案】C【解析】A．原子結(jié)構(gòu)模型的提出按時(shí)間先后，順序?yàn)椤皸椄饽Ｐ鸵缓耸浇Y(jié)構(gòu)模型一波爾原子結(jié)構(gòu)假說”，故A錯(cuò)誤；B．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的元素有些也會發(fā)出射線，故B錯(cuò)誤；C．自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，對于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素，兩者相差就越大。故C正確；D．根據(jù)德布羅意的觀點(diǎn)，宏觀物體也具有波粒二象性，故D錯(cuò)誤。故選C。6．組成原子核的基本粒子是（）A．電子，中子和質(zhì)子 B．質(zhì)子和中子C．質(zhì)子和粒子 D．粒子和中子【答案】B【解析】組成原子核的基本粒子是質(zhì)子和中子，原子核中無電子。故選B。7．從原子核中能放出α、β、γ射線，關(guān)于原子核的組成，以下說法中正確的是（）A．原子核中，只有質(zhì)子和中子B．原子核中，有質(zhì)子、中子，還有α粒子C．原子核中，有質(zhì)子、中子，還有β粒子D．原子核中，有質(zhì)子、中子，還有γ粒子【答案】A【解析】原子核中，只有質(zhì)子和中子，在β衰變中，核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，同時(shí)釋放一個(gè)電子，在α衰變中，核內(nèi)的兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子作為整體即α粒子從原子核中拋出，在發(fā)生α衰變和β衰變過程中伴隨能量以γ粒子的形式放出故選A。8．目前普遍認(rèn)為，質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成，u夸克帶電量為，d夸克帶電量為，e為基本電荷，下列論斷可能正確的是（

）A．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成B．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成C．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)權(quán)u克和1個(gè)d夸克組成D．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成【答案】B【解析】由質(zhì)子帶一個(gè)單位正電荷，中子不帶電，設(shè)質(zhì)子中u夸克、d夸克個(gè)數(shù)分別是x、y，x、y取正整數(shù)，則解得x=2、y=1；設(shè)中子中u夸克d夸克個(gè)數(shù)分別是m、n，m、n取正整數(shù)。解得m=1、n=2即質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成；中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成。A．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，與結(jié)論相符，選項(xiàng)B正確；C．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)權(quán)u克和1個(gè)d夸克組成，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選B。9．關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說法，正確的A．原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等B．穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)比質(zhì)子數(shù)多C．原子核都是非常穩(wěn)定的D．兩個(gè)質(zhì)子之間，不管距離如何，核力總是大于庫侖力【答案】B【解析】ABC．原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不一定相等，特別是在原子序數(shù)大的重原子核中，中子數(shù)比質(zhì)子數(shù)多，且原子序數(shù)大的和原子序數(shù)小的都沒有中等質(zhì)量的原子核穩(wěn)定，故AC錯(cuò)誤，B正確.D．核力是短程力，作用范圍在內(nèi)，超過此范圍，核力急劇減小，會小于庫侖力，D錯(cuò)誤.故選B.10．對原子的認(rèn)識，錯(cuò)誤的是A．原子由原子核和核外電子組成B．原子核的質(zhì)量就是原子的質(zhì)量C．原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)D．原子序數(shù)等于核電荷與電子電荷大小的比值【答案】B【解析】A．原子由原子核和核外電子組成，故A正確；B．原子核的質(zhì)量與電子的質(zhì)量和就是原子的質(zhì)量，故B錯(cuò)誤；C．原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)，故C正確；D．原子序數(shù)等于核電荷與電子電荷大小的比值，故D正確．本題選錯(cuò)誤的，故選B．二、多選題11．法國里昂的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種只由四個(gè)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C．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】AB．由題意可知，此粒子是由四個(gè)中子構(gòu)成的，所以它的核電荷數(shù)為零，不顯電性，A正確，B錯(cuò)誤；CD．該粒子的質(zhì)量數(shù)為4，故質(zhì)量比氫原子大，C錯(cuò)誤，D正確。故選AD。12．下列說法正確的是（

）A．與互為同位素B．與互為同位素C．與中子數(shù)相同D．核內(nèi)有92個(gè)質(zhì)子，235個(gè)中子【答案】BC【解析】A．核與核的質(zhì)子數(shù)不同，不能互為同位素，故A錯(cuò)誤；B．核與核質(zhì)子數(shù)都為，而質(zhì)量數(shù)不同，所以互為同位素，故B正確；C．核內(nèi)中子數(shù)為，核內(nèi)中子數(shù)為所以中子數(shù)相同，故C正確；D．核內(nèi)有143個(gè)中子，而不是235個(gè)中子，故D錯(cuò)誤。故選BC。13．關(guān)于天然放射性，下列說法正確的是（）A．所有元素都可能發(fā)生天然放射B．放射性元素的放射性與外界的溫度無關(guān)C．放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性D．、和三種射線中，射線的穿透能力最強(qiáng)【答案】BCD【解析】A．自然界中有些原子核是不穩(wěn)定的，可以自發(fā)