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

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1、 1　原子核的組成 1．天然放射現(xiàn)象 (1)放射性：物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)。 (2)放射性元素：具有放射性的元素。原子序數(shù)大于或等于83的元素都具有放射性；原子序數(shù)小于83的元素有些具有放射性。 (3)天然放射現(xiàn)象：放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象。 (4)放射性發(fā)現(xiàn)的意義：揭示原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。 【例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 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α粒子散射實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)；貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了天

2、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)識到原子核是由質(zhì)子和中子組成的。所以正確選項為C。 答案：C 2．三種射線的本質(zhì)特征 (1)電性的判定 根據(jù)三種射線在磁場(或電場)中的偏轉(zhuǎn)情況(如圖甲和圖乙)，α粒子帶正電，β粒子帶負(fù)電，γ光子不帶電。 (2)各種射線的性質(zhì)、特征 ①α射線：盧瑟福經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，α射線粒子帶有兩個單位正電荷，質(zhì)量數(shù)為4，即α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。

3、②β射線：貝可勒爾證實，β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。 ③γ射線是一種波長很短的電磁波——光子流，是能量很高的電磁波，波長λ＜10－10 m。 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。 【例2】 如圖所示，一天然放射源射出三種射經(jīng)，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上只有兩個點受到射線照射。下面的哪種判斷是正確的(　　) A．射到b點的一定是α射線 B．射到b點的一定是β射線 C．射到b點的一定是α射線或β射線

4、 D．射到b點的一定是γ射線 解析：γ射線不帶電，在電場或磁場中它都不受場的作用，只能射到a點，因此D選項不對；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)。沒直線前進(jìn)的條件是電場力與洛倫茲力平衡，即Eq＝Bqv。 已知α粒子的速度比β粒子的速度小得多，當(dāng)我們調(diào)節(jié)使α粒子沿直線前進(jìn)時，速度大的β粒子向右偏轉(zhuǎn)，有可能射到b點；當(dāng)我們調(diào)節(jié)使β粒子沿直線前進(jìn)時，速度較小的α粒子也將會向右偏，也有可能射到b點，因此C選項正確，而A、B選項都不對。 答案：C 說明：解答本題關(guān)鍵是：注意分析三種粒子的帶電和受力情況，就會推知其偏轉(zhuǎn)情況，從而得出正確答案。

5、3．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，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，后來人們又從其他原子核中打出了質(zhì)子，故確定質(zhì)子是原子核的組成部分。 (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。 (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

6、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X。其中X為元素符號，A為原子核的質(zhì)量數(shù)，Z為核電荷數(shù)。 (4)“三個整數(shù)”的關(guān)系 ①核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＝原子序數(shù)＝核外電子數(shù)。 ②質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＋中子數(shù)。 【例3】 已知鐳的原子序數(shù)是88，原子質(zhì)量數(shù)為226，求： (1)鐳核中質(zhì)子數(shù)及中子數(shù)各為多少； (2)鐳核所帶的電荷量是多少； (3)若鐳原子呈中性，則它核外有幾個電子。 解析：原子序數(shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)、

7、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。 (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 4．同位素 (1)定義：具有相同質(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，因而互稱同位素。 (2)化學(xué)性質(zhì)的決定因素：原子核的質(zhì)子數(shù)決定了

8、核外電子的數(shù)目，也決定了電子在核外分布的情況，進(jìn)而決定了這種元素的化學(xué)性質(zhì)。 (3)氫的同位素：氕H，氘H，氚H。 【例4】 有關(guān)O、O、O三種同位素的比較，試回答下列問題： (1)三種同位素中哪一種粒子是不相同的？________。 A．質(zhì)子 B．中子 C．電子 (2)三種同位素中，哪一個質(zhì)量最大？_______________________________________。 (3)三種同位素的化學(xué)性質(zhì)是否相同？_______________________________________。 解析：(1)同位素質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同。核外電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相同，故

9、不相同的是中子。 (2)O、O、O的質(zhì)量數(shù)分別是16、17、18，故O質(zhì)量最大。 (3)三種同位素質(zhì)子數(shù)相同，故化學(xué)性質(zhì)相同。 答案：(1)B　(2)O　(3)相同 5．三種射線在電場和磁場中偏轉(zhuǎn)的特點和判斷方法 (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，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：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粒子的偏移最大。根據(jù)粒子在電場力方向做初速為零的勻加速直線運(yùn)動，偏移x可表示為： x＝at2＝·()2∝。 所以，在同樣條件下β與α

10、粒子偏移之比為＝××＝37＞1。 (3)α射線和β射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)特點：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粒子的軌道半徑最小，偏轉(zhuǎn)最大。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，即使電場和磁場方向未知，也可以區(qū)分射線的種類。 【例5】將α、β、γ三種射線分別射入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，如圖表示射線偏轉(zhuǎn)情況中正確的是(　　) 解析：根據(jù)射線通過電場(或磁場)，對粒子的作用力判斷軌跡的情況，然后依據(jù)粒子在電場(或磁場)中滿足的規(guī)律確定偏轉(zhuǎn)的不同。 已知α粒子帶正電，β粒子帶負(fù)電，γ射線不帶電

11、，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x，α、β粒子沿電場線偏轉(zhuǎn)距離之比為 ＝·＝＝××＝。 由此可見，故選C錯誤，D正確。 答案：AD 6．三種射線的比較 三種射線的本質(zhì)和特性不相同，準(zhǔn)確把握其不同點才能加以區(qū)分，正確處理問題。 種類 α

12、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 －e 0 質(zhì)量 4mp mp＝1.67×10－27kg 靜止質(zhì)量為零 速度 0.1c 0.99c c 在電場或磁場中 偏轉(zhuǎn) 與α射線偏轉(zhuǎn)方向相反 不偏轉(zhuǎn) 貫穿本領(lǐng) 最弱用紙能擋住 較強(qiáng)穿透幾毫米的鋁板 最強(qiáng)穿透幾厘米的鉛板 對空氣的電離作用 很強(qiáng) 較弱 很弱 在空氣中的徑跡 粗、短、直 細(xì)、較長、曲折 最長 通過膠片 感光 感光 感光 【例6】 如圖所示，x為未知的放射源，L為薄鋁片，計數(shù)器對α粒子、β粒子、γ光子均能計

13、數(shù)。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、β和γ的混合放射源　　　　　　 B．純α放射源 C．α和γ的放射源 D．純γ放射源 解析：依據(jù)三種射線的不同貫穿本領(lǐng)判斷通過L后的射線，然后再依據(jù)磁場對運(yùn)動電荷的作用確定計數(shù)器記錄的是哪種粒子，由此可判斷放射源的情況。 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放射源。 答案：C 4