(浙江專版)2018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 [目標(biāo)早知道] 浙江選考·學(xué)習(xí)要求 知識內(nèi)容 考試要求 1.原子核的組成 加試a 2.放射性元素的衰變 加試c 3.探測射線的方法 加試a 4.放射性的應(yīng)用與防護(hù) 加試a 5.核力與結(jié)合能 加試c 6.核裂變 加試c 7.核聚變 加試c 8.粒子和宇宙 加試a 天然放射現(xiàn)象及三種射線 [探新知·基礎(chǔ)練] 1.放射性和放射性元素 (1)1896年,法國物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn),鈾和含鈾礦物都能發(fā)出看不見的射線,這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光。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元素。 (2)

2、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)、鐳(Ra)。 2.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。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。 3.三種射線 (1)三種射線:在射線經(jīng)過的空間施加磁場,射線分成三束,其中兩束在磁場中向不同的方向偏轉(zhuǎn),說明這兩束是帶電粒子流,另一束在磁場中不偏轉(zhuǎn),說明這一束不帶電,這三束射線分別叫做α射線、β射線、γ射線。 (2)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住。 (3)β射線

3、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),電離作用較弱,很容易穿透黑紙,也能穿透幾毫米厚的鋁板。 (4)γ射線呈電中性,是能量很高的電磁波,波長很短,在10-10 m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。 [辨是非](對的劃“√”,錯(cuò)的劃“×”) 1.原子序數(shù)小于83的元素都沒有放射性。(×) 2.α射線、β射線、γ射線都是實(shí)物粒子。(×) 3.三種射線中γ射線穿透能力最強(qiáng)。(√) [釋疑難·對點(diǎn)練] 1.在電場、磁場中偏轉(zhuǎn)情況的比較 (1)在勻強(qiáng)電場中,α射線偏轉(zhuǎn)較小,β射線偏轉(zhuǎn)較大,γ射線不偏轉(zhuǎn),如圖甲所

4、示。 (2)在勻強(qiáng)磁場中,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。 (3)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粒子和β粒子做偏轉(zhuǎn)方向相反的類平拋運(yùn)動,且在同樣的條件下,β粒子的偏移較大。 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,可得偏移量為 y=at2=·2∝, 所以,在同樣的條件下β粒子與α粒子的偏移量之比為 =··=>1。 (4)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粒子和β粒子沿相反方向做勻速圓周運(yùn)動,且在同樣的條件下,β粒子的軌道半徑較小,偏轉(zhuǎn)較大。 根據(jù)qvB=m得R=∝, 所以,在同樣的條件下β

5、粒子與α粒子的軌道半徑之比為=··=<1。 根據(jù)三種射線在電場和磁場中偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn),即使電場和磁場方向未知,也可以區(qū)分射線的種類。 2.研究放射性的意義 如果一種元素具有放射性,那么不論它是以單質(zhì)的形式存在,還是以某種化合物的形式存在,放射性都不受影響。也就是說,放射性與元素存在的狀態(tài)無關(guān),放射性僅與原子核有關(guān)。因此,原子核不是組成物質(zhì)的最小微粒,原子核也存在著一定結(jié)構(gòu)。 [試身手] 1.(多選)下列說法正確的是(  ) A.α射線與γ射線都是電磁波 B.β射線是原子的核外電子電離后形成的電子流 C.從倫琴射線管的對陰極發(fā)出X射線時(shí),對陰極中的原子和原子核的結(jié)構(gòu)并沒有改變,只是原

6、子從能量較高的定態(tài)躍遷到較低的定態(tài) D.放射性元素有射線放出時(shí),元素的原子核一定發(fā)生變化 解析:選CD α射線是實(shí)物粒子流,不是電磁波,A錯(cuò);β射線是原子核中的中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子而釋放的電子流,不是核外電子電離后形成的,故B錯(cuò);X射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后,原子從高能級向低能級躍遷而產(chǎn)生的,對陰極中的原子和原子核的結(jié)構(gòu)沒有影響,故C對;放射性元素有射線放出時(shí),原子核一定發(fā)生了變化,故D對。 原子核的組成 [探新知·基礎(chǔ)練] 1.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) 2.中子的發(fā)現(xiàn) 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 具有相

7、同的質(zhì)子數(shù)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H、H、H。 [辨是非](對的劃“√”,錯(cuò)的劃“×”) 1.同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)。(√) 2.同位素具有相同的物理性質(zhì)。(×) [釋疑難·對點(diǎn)練] 1.原子核(符號X) 原子核 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.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)之和叫做核子數(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)

8、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(gè)核子質(zhì)量的整數(shù)倍,這個(gè)整數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)。 [試身手] 2.(多選)某種元素的原子核符號為X,則(  ) A.原子核的質(zhì)子數(shù)為Z,中子數(shù)為A-Z B.原子核的質(zhì)子數(shù)為Z,核子數(shù)為A C.原子核的質(zhì)子數(shù)為A,中子數(shù)為Z D.原子核的質(zhì)子數(shù)為A,中子數(shù)為A-Z 解析:選AB X表示原子核,其中X為元素符號;A為原子核的質(zhì)量數(shù);Z為原子核的電荷數(shù),也叫質(zhì)子數(shù);中子數(shù)為A-Z;核子數(shù)就是質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和。故A、B正確。

9、 三種射線在電場或磁場中的偏轉(zhuǎn) [典例1] 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(gè)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(gè)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 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 [思路點(diǎn)撥] 解答本題時(shí)應(yīng)明確以下兩點(diǎn): (1)α、β、γ這三種射線的本質(zhì)。 (2)帶電粒子在電磁場中運(yùn)動的規(guī)律。 [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(xiàng)D錯(cuò)誤;

10、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。α粒子的速度比β粒子的速度小得多,當(dāng)α粒子沿直線前進(jìn)時(shí),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(shí),速度較小的α粒子也向右偏轉(zhuǎn),故選項(xiàng)C正確,A、B錯(cuò)誤。 三種射線的比較方法: (1)α、β射線是實(shí)物粒子,γ射線是一種電磁波。 (2)α射線貫穿本領(lǐng)最弱,用一張白紙就能擋住。 [典例2] 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。進(jìn)入電場后,射線變?yōu)閍、b兩束,射線a沿原來方向

11、行進(jìn),射線b發(fā)生了偏轉(zhuǎn),如圖所示,則圖中的射線a為______射線,射線b為______射線。 [解析] 在三種射線中,α射線帶正電,穿透能力最弱,穿不透鋁箔,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,射線a應(yīng)為γ射線,射線b應(yīng)為β射線。 [答案] γ β 原子核的組成 [典例3] 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)和所帶電荷量是多少? (3)若鐳原子呈中性,它核外有多少電子? [思路點(diǎn)撥] 通過原子序數(shù)、質(zhì)量數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、核電荷數(shù)、電子數(shù)間的關(guān)

12、系求解相應(yīng)數(shù)值。 [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)與質(zhì)子數(shù)之差,即N=226-88=138。 (2)鐳核的核電荷數(shù)和所帶電荷量分別是 Z=88,Q=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)88 1.41×10-17 C (3)88 [課堂對點(diǎn)鞏固] 1.(多選)氫有三種同位素,分別是氕(H)、氘(H)、氚(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.它們的中子數(shù)

13、相等 解析:選AB 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)相等,都為1,中子數(shù)等于核子數(shù)減去質(zhì)子數(shù),故中子數(shù)各不相等,所以A、B選項(xiàng)正確。 2.(多選)由原子核符號U,可知(  ) A.U原子核中有質(zhì)子92個(gè) B.U原子核中有電子92個(gè) C.U原子核中有中子235個(gè) D.U原子核中有中子143個(gè) 解析:選AD 原子核符號為X,A為核子數(shù),Z為質(zhì)子數(shù),可見U原子核中核子數(shù)是235個(gè),質(zhì)子數(shù)是92,中子數(shù)為235-92=143,故B、C錯(cuò)誤,A、D正確。 3.據(jù)最新報(bào)道,放射性同位素鈥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.32

14、        B.67 C.99 D.166 解析:選A 根據(jù)原子核的表示方法得核外電子數(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,B、C、D錯(cuò)。 4.在天然放射性物質(zhì)附近放置一帶電體,帶電體所帶的電荷很快消失的根本原因是(  ) A.γ射線的貫穿作用 B.α射線的電離作用 C.β射線的貫穿作用 D.β射線的中和作用 解析:選B 由于α射線電離作用較強(qiáng),能使空氣分子電離,電離產(chǎn)生的電荷與帶電體的電荷中和。故正確選項(xiàng)為B。 [課堂小結(jié)]- - - - - - - - - - - - - - - [課時(shí)跟蹤

15、檢測十三] 一、單項(xiàng)選擇題 1.下列說法正確的是(  ) A.任何元素都具有放射性 B.同一元素,單質(zhì)具有放射性,化合物可能沒有 C.元素的放射性與溫度無關(guān) D.放射性就是該元素的化學(xué)性質(zhì) 解析:選C 原子序數(shù)大于或等于83的所有元素都有放射性,小于83的元素有的就沒有放射性,所以A項(xiàng)錯(cuò);放射性是由原子核內(nèi)部因素決定的,與該元素的物理狀態(tài)、化學(xué)性質(zhì)無關(guān),所以C項(xiàng)對,B、D項(xiàng)錯(cuò)。 2.下列說法正確的是(  ) A.質(zhì)子和中子的質(zhì)量不同,但質(zhì)量數(shù)相同 B.質(zhì)子和中子構(gòu)成原子核,原子核的質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量總和 C.同一種元素的原子核有相同的質(zhì)量數(shù),但中子數(shù)可以不同 D

16、.中子不帶電,所以原子核的總電荷量等于質(zhì)子和電子的總電荷量之和 解析:選A 質(zhì)子和中子的質(zhì)量不同,但質(zhì)量數(shù)相同,A對;質(zhì)子和中子構(gòu)成原子核,原子核的質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量數(shù)總和,B錯(cuò);同一種元素的原子核有相同的質(zhì)子數(shù),但中子數(shù)可以不同,C錯(cuò);中子不帶電,所以原子核的總電荷量等于質(zhì)子總電荷量,D錯(cuò)。 3.原子核中能放出α、β、γ射線,關(guān)于原子核的組成,下列說法正確的是(  ) 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 解析:選D α射線是被拋出的氦核粒子流,β射線是中子轉(zhuǎn)

17、變成質(zhì)子釋放的電子流,γ射線是伴隨α、β射線放出的光子流,故原子核中,只有質(zhì)子和中子,D對。 4.下面說法正確的是(  ) ①β射線的粒子和電子是兩種不同的粒子?、诩t外線的波長比X射線的波長長?、郐辽渚€的粒子不同于氦原子核?、堞蒙渚€的穿透本領(lǐng)比α射線的強(qiáng) A.①② B.①③ C.②④ D.①④ 解析:選C X、γ射線均為電磁波,只是波長不同。紅外線也是電磁波,由電磁波譜知紅外線的波長比X射線波長要長。另外,β射線是電子流,α粒子是氦核,從α、β、γ三種射線的穿透本領(lǐng)來看,γ射線最強(qiáng),α射線最弱,故選項(xiàng)C對。 5.人類探測月球發(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

18、可以作為未來核聚變的重要原料之一,氦的這種同位素應(yīng)表示為(  ) A.He B.He C.He D.He 解析:選B  氦的同位素質(zhì)子數(shù)一定為2,質(zhì)量數(shù)為3,故可寫作He,因此B正確,A、C、D錯(cuò)誤。 6.天然放射性物質(zhì)的放射線包括三種成分,下列說法錯(cuò)誤的是(  ) 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射線后會變成另一種元素的原子核 C.三種射線中電離作用最強(qiáng)的是α射線 D.β粒子是電子,但不是原來繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子 解析:選B 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

19、線是伴隨α、β衰變而產(chǎn)生的一種電磁波,不會使原子核變成新核,故B錯(cuò)誤;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,來源于原子核,故D正確。 7.(上海高考)某種元素具有多種同位素,能反映這些同位素的質(zhì)量數(shù)A與中子數(shù)N關(guān)系的是圖(  ) 解析:選B 某種元素中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)相當(dāng),質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和,因此當(dāng)中子數(shù)N增大時(shí),質(zhì)量數(shù)A也會增大,選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤;又中子數(shù)N為零時(shí),質(zhì)子數(shù)不為零,所以質(zhì)量數(shù)A不為零,選項(xiàng)B正確,C錯(cuò)誤。 二、多項(xiàng)選擇題 8.關(guān)于天然放射現(xiàn)象和對放射性的研究,下列說法正確的是(  ) A.是居里夫婦首先發(fā)現(xiàn)并開始研究的 B.說明了原子核不是

20、單一的粒子 C.γ射線伴隨α射線或β射線而產(chǎn)生 D.任何放射性元素都能同時(shí)發(fā)出三種射線 解析:選BC 首先發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象的是法國的貝可勒爾,A錯(cuò)誤;放射現(xiàn)象的研究揭示出原子核的可變性,即原子核不是單一粒子,也是具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的,B正確;γ射線是在原子核放射α粒子或β粒子的時(shí)候,多余的能量以極高頻率的γ光子的形式產(chǎn)生的輻射,因此,γ射線是伴隨(不是一定伴隨)α射線或β射線而放出的,C正確,D錯(cuò)誤。 9.下列說法中正確的是(  ) A.原子中含有帶負(fù)電的電子,所以原子帶負(fù)電 B.原子核中的質(zhì)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

21、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)量之比都大于核電荷數(shù)跟質(zhì)子電荷數(shù)之比,因而原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子 解析:選CD 原子中除了帶負(fù)電的電子外,還有帶正電的質(zhì)子,且一般情況下質(zhì)子和核外電子數(shù)目相等,故A錯(cuò);只有中性原子的原子核中的質(zhì)子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等,故B錯(cuò);正是根據(jù)用α粒子轟擊原子核的實(shí)驗(yàn)才發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,故C對;因?yàn)榻^大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于核電荷數(shù)跟質(zhì)子的電荷數(shù)之比,才確定原子核內(nèi)必還有別的中性粒子,故D對。 10.下面關(guān)于β射線的說法中正確的是(  ) A.它是高速電子流 B.β粒子是放射出來的原子內(nèi)層電子 C.β粒子是從原

22、子核中放射出來的 D.它的電離作用比較弱,但它的穿透能力很強(qiáng),能穿透幾厘米厚的鉛板 解析:選AC β射線是高速的電子流,它是從原子核內(nèi)部放射出來的,電離作用較弱,穿透能力較強(qiáng),能穿透幾毫米的鋁板,故A、C正確。 三、非選擇題 11.已知鐳的兩種常見同位素為Ra和Ra。試問: (1)這兩種鐳核的中子數(shù)之比是多少? (2)讓Ra和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? 解析:(1)它們的中子數(shù)分別為 N1=A1-Z=226-88=138, N2=A2-Z=228-88=140, 所以中子數(shù)之比為 N1∶N2=69∶70。 (2)帶

23、電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動,洛倫茲力充當(dāng)向心力,故有 qvB=m,解得r= 由于同位素具有相同的核電荷數(shù),但質(zhì)量數(shù)不同,故 ==。 答案:(1)69∶70 (2)113∶114 12.在暗室的真空裝置中做如下實(shí)驗(yàn):在豎直放置的平行金屬板間的勻強(qiáng)電場中,有一個(gè)能產(chǎn)生α、β、γ三種射線的射線源。從射線源射出的一束射線垂直于電場方向射入電場,如圖所示。在與射線源距離為H高處,水平放置兩張疊放著的、涂藥面朝下的印像紙(比一般紙厚且涂有感光藥的紙),經(jīng)射線照射一段時(shí)間后兩張印像紙顯影。 (1)上面的印像紙有幾個(gè)暗斑?各是什么射線的痕跡? (2)下面的印像紙顯出三個(gè)暗斑,試估算中間

24、暗斑與兩邊暗斑的距離之比是多少? (3)若在此空間再加上與電場方向垂直的勻強(qiáng)磁場,一次使α射線不偏轉(zhuǎn),一次使β射線不偏轉(zhuǎn),則兩次所加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度之比是多少? 解析:(1)因α粒子貫穿本領(lǐng)弱,穿過下層紙的只有β射線、γ射線,β射線、γ射線在上面的印像紙上留下兩個(gè)暗斑。 (2)下面印像紙從左向右依次是β射線、γ射線、α射線留下的暗斑。設(shè)α射線、β射線暗斑到中央γ射線暗斑的距離分別為sα、sβ,則 sα=aα·2, sβ=aβ·2, aα=,aβ=。 由以上四式解得=。 (3)若使α射線不偏轉(zhuǎn), qαE=qαvαBα, 所以Bα=, 同理若使β射線不偏轉(zhuǎn),應(yīng)加磁場 Bβ=,故 ==10∶1。 答案:(1)兩個(gè)暗斑 β射線、γ射線 (2)5∶184 (3)10∶1 11

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