2019年高中物理 第十九章 原子核 第1節(jié) 原子核的組成學(xué)案 新人教版選修3-5

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1、第1節(jié)　原子核的組成 　1.知道什么是放射性及放射性元素．　2.了解三種射線的本質(zhì)，知道其特點(diǎn)． 3．了解原子核的組成，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．　4.了解同位素的概念． 一、天然放射現(xiàn)象 1．1896年，法國物理學(xué)家貝可勒爾發(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． 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

2、(Po)和鐳(Ra)． 二、射線到底是什么 1．α射線：實(shí)際上就是氦原子核，速度可達(dá)到光速的，其電離能力強(qiáng)，穿透能力較差，在空氣中只能前進(jìn)幾厘米，用一張紙就能把它擋?。? 2．β射線：是高速電子流，它速度很大，可達(dá)光速的99%，它的穿透能力較強(qiáng)，電離能力較弱，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板． 3．γ射線：呈電中性，是能量很高的電磁波，波長很短，在10－10m以下，它的電離作用更小，但穿透能力更強(qiáng)，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土． 4．射線來自原子核，說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的． 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，

3、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，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子． 4．原子核的符號 原子核的質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)核電荷數(shù)＝原子核的質(zhì)子數(shù)，即原子的原子序數(shù)X——元素符號 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，它們互稱為同位素．例如，氫有三種同位素H、H、H. 判一判　(1)α射線實(shí)際上就是氦原子核，α射線具有較強(qiáng)的穿透能力．(　　) (2)β射線是高速電子

4、流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板．(　　) (3)γ射線是能量很高的電磁波，電離作用很強(qiáng)．(　　) (4)質(zhì)子和中子都不帶電，是原子核的組成成分，統(tǒng)稱為核子．(　　) (5)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)．(　　) (6)同位素具有不同的化學(xué)性質(zhì)．(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)× 做一做　如圖所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，下列說法正確的是(　　) A．①表示γ射線，③表示α射線 B．②表示β射線，③表示α射線 C．④表示α射線，⑤表示γ射線

5、 D．⑤表示β射線，⑥表示α射線 提示：選C．勻強(qiáng)電場中：①為β射線(帶負(fù)電)． ②為γ射線(不帶電)．③為α射線(帶正電)． 勻強(qiáng)磁場中：④為α射線(帶正電)． ⑤為γ射線(不帶電)．⑥為β射線(帶負(fù)電)． 　對三種射線性質(zhì)的理解 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＝1.67×10－27 kg 靜止質(zhì)量為零 帶電荷量 2e －e 0 速率 0.1c 0.99c c 貫穿本領(lǐng) 最弱，用一張紙就能擋住 較強(qiáng)，能穿透幾毫米厚的鋁板 最強(qiáng)，

6、能穿透幾厘米厚的鉛板 電離作用 很強(qiáng) 較弱 很弱 在電磁場中 偏轉(zhuǎn) 與α射線反向偏轉(zhuǎn) 不偏轉(zhuǎn) 　如圖所示，R是一種放射性物質(zhì)，虛線框內(nèi)是勻強(qiáng)磁場B，LL′是一厚紙板，MN是熒光屏．實(shí)驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)在熒光屏O、P兩處有亮斑，則下列關(guān)于磁場方向、到達(dá)O點(diǎn)的射線、到達(dá)P點(diǎn)的射線的判斷，與實(shí)驗(yàn)相符的是(　　) 磁場方向 到達(dá)O點(diǎn)射線 到達(dá)P點(diǎn)射線 A 豎直向上 β射線 α射線 B 豎直向下 α射線 β射線 C 垂直紙面向內(nèi) γ射線 β射線 D 垂直線面向外 β射線 γ射線 [解析]　(比較法)由三種射線的本質(zhì)知，γ射線在磁場中不偏轉(zhuǎn)，

7、O處亮斑為γ射線；能穿過厚紙板且在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)的射線為β射線，再根據(jù)偏轉(zhuǎn)方向，結(jié)合左手定則可知磁場方向垂直紙面向內(nèi)，正確選項為C． [答案]　C 命題視角2　三種射線在電磁場中偏轉(zhuǎn)情況的分析 　(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，如圖所示射線偏轉(zhuǎn)情況中正確的是(　　) [解析]　已知α粒子帶正電，β粒子帶負(fù)電，γ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不同，可知A、B、C、D四幅圖中，α、β粒子的偏轉(zhuǎn)方向都是正確的，但偏轉(zhuǎn)的程度需要進(jìn)一步判斷．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α粒子與β粒

8、子的半徑之比為： ＝··＝××≈. 由此可見，A正確，B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y，α、β粒子沿電場偏轉(zhuǎn)距離之比為： ＝··＝××≈. 由此可見，C錯誤，D正確． [答案]　AD 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)．根據(jù)上述特點(diǎn)，在電場或磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的射線是γ射線． (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)粒子在電場力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＝a

9、t2＝·∝ 所以，在同樣條件下β與α粒子偏移量之比為 ＝××≈37＞1. (3)α射線和β射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)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粒子的軌道半徑小，偏轉(zhuǎn)大．根據(jù)qvB＝得 R＝∝. 所以，在同樣條件下β與α粒子的軌道半徑之比為 ＝××≈＜1. 根據(jù)上述徑跡特點(diǎn)，即使電場和磁場方向未知，也可以區(qū)分射線的種類．　 【通關(guān)練習(xí)】 1.如圖所示，X為未知的放射源，L為薄鋁片，若在放射源和計數(shù)器之間加上L后，計數(shù)器的計數(shù)率大幅度減小，在L和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場，計數(shù)器的計數(shù)率不變，則X可能是(　　) A．α和β的混

10、合放射源　　 B．純α放射源 C．α和γ的混合放射源 D．純γ放射源 解析：選C．由三種射線的本質(zhì)和性質(zhì)可以判斷：在放射源和計數(shù)器之間加上鋁片后，計數(shù)器的計數(shù)率大幅度減小，說明射線中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在鋁片和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場，計數(shù)器的計數(shù)率不變，說明穿過鋁片的粒子中無帶電粒子，故只有γ射線．因此放射源可能是α和γ的混合放射源． 2．如圖所示，一天然放射性物質(zhì)發(fā)出三種射線，經(jīng)過一個勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場共存的區(qū)域(方向如圖所示)．調(diào)整電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小，使得在MN上只有兩個點(diǎn)受到射線的照射，則下面判斷正確的是(　　) A．射到b點(diǎn)的一定是α射線

11、 B．射到b點(diǎn)的一定是β射線 C．射到b點(diǎn)的一定是α射線或β射線 D．射到b點(diǎn)的一定是γ射線 解析：選C．γ射線不帶電，在電場和磁場中它都不受力的作用，只能射到a點(diǎn)，選項D錯誤；調(diào)整E和B的大小，既可以使帶正電的α射線沿直線前進(jìn)，也可以使帶負(fù)電的β射線沿直線前進(jìn)，沿直線前進(jìn)的條件是電場力與洛倫茲力平衡，即qE＝qBv.已知α粒子的速度比β粒子的速度小得多，當(dāng)α粒子沿直線前時，速度較大的β粒子向右偏轉(zhuǎn)；當(dāng)β粒子沿直線前進(jìn)時，速度較小的α粒子也向右偏轉(zhuǎn)，故選項C正確，A、B錯誤． 　對原子核組成的理解 1．原子核(符號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

12、電子數(shù)．質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)． 3．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，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù)． (2)電荷數(shù)(Z)：原子核所帶的電荷總是質(zhì)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(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)量的總和，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，這個整數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)． 　已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核質(zhì)量數(shù)是226.試問： (1)鐳核中有幾個質(zhì)子？幾個中子？ (2)鐳核所帶的電荷量是多少？ (3)呈

13、中性的鐳原子，核外有幾個電子？ [解題探究] (1)原子核的核電荷數(shù)、質(zhì)子數(shù)、核外電子數(shù)具有什么關(guān)系？ (2)質(zhì)量數(shù)和核子數(shù)具有什么關(guān)系？ [解析]　(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＝88×1.6×10－19 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. [答案]　(1)88　138　(2)1.41×10－17C　(3)88 明確核子數(shù)、質(zhì)子數(shù)、核外電子數(shù)及中子數(shù)的相互關(guān)系，是正確解答此類問題的關(guān)鍵． 質(zhì)量數(shù)就是核子的個數(shù)，是一個純數(shù)字，它與質(zhì)量是不同的．如質(zhì)子和中子的質(zhì)量數(shù)相同均為1，但它們的質(zhì)量不同，中子的質(zhì)量比質(zhì)子的質(zhì)量約大千分之一．　 　(多選)下列說法正確的是(　　) A．X與Y互為同位素 B．X與Y互為同位素 C．X與Y中子數(shù)相同 D．U核內(nèi)有92個質(zhì)子，235個中子 解析：選BC．A選項中，X核與Y核的質(zhì)子數(shù)不同，不能互為同位素，B選項中X核與Y核質(zhì)子數(shù)都為m，而質(zhì)量數(shù)不同，所以互為同位素．C選項中，X核內(nèi)中子數(shù)為n－m，Y核內(nèi)中子數(shù)為(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子數(shù)相同．D選項中U核內(nèi)有143個中子，而不是235個中子． 7