学年高中物理 第十九章 原子核 第1节 原子核的组成教师用书 新人教版选修35.docx
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学年高中物理第十九章原子核第1节原子核的组成教师用书新人教版选修35
2019-2020学年高中物理第十九章原子核第1节原子核的组成教师用书新人教版选修3-5
1.知道什么是天然放射现象． 2.知道三种射线的本质和各自的特点．
3．知道原子核的组成，知道什么是同位素．
一、天然放射现象
1．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现某些物质具有放射性．
2．物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象叫做天然放射现象．
3．原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线．
4．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋（Po）和镭（Ra）．
1．
（1）1896年，法国的玛丽·居里首先发现了天然放射线．（ ）
（2）原子序数大于83的元素都是放射性元素．（ ）
（3）原子序数小于83的元素都不能放出射线．（ ）
提示：
（1）×
（2）√ （3）×
二、射线到底是什么
1．α射线：
实际上就是氦原子核，速度可达到光速的，其电离能力强，穿透能力较差，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住．
2．β射线：
是高速电子流，它速度很大，可达光速的99%，它的穿透能力较强，电离能力较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板．
3．γ射线：
呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10m以下，它的电离作用更小，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板或几十厘米厚的混凝土．
4．放射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的．
2．
（1）α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力．（ ）
（2）β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板．（ ）
（3）γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强．（ ）
提示：
（1）×
（2）√ （3）×
三、原子核的组成
1．质子的发现：
1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，质子是原子核的组成部分．
2．中子的发现：
卢瑟福猜想原子核内存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子．查德威克利用云室进行实验验证了中子的存在，中子是原子核的组成部分．
3．原子核的组成：
原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．
4．原子核的符号
原子核的质量数＝质子数＋中子数核电荷数＝原子核的质子数，即原子的原子序数X——元素符号
5．同位素：
具有相同的质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素．例如，氢有三种同位素H、H、H.
3．
（1）质子和中子都不带电，是原子核的组成成分，统称为核子．（ ）
（2）原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．（ ）
（3）同位素具有不同的化学性质．（ ）
提示：
（1）×
（2）√ （3）×
知识点一 三种射线比较
α、β、γ三种射线的比较
种类
α射线
β射线
γ射线
组成
高速氦核流
高速电子流
光子流（高频电磁波）
质量
4mp
mp＝
1．67×10－27kg
静止质
量为零
带电
荷量
2e
－e
0
速率
0.1c
0.99c
c
贯穿
本领
最弱，用一张纸就能挡住
较强，能穿透几毫米厚的铝板
最强，能穿透几厘米厚的铅板
电离
作用
很强
较弱
很弱
在电磁
场中
偏转
与α射线
反向偏转
不偏转
如图所示，X为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则X可能是（ ）
A．α和β的混合放射源 B．纯α放射源
C．α和γ的混合放射源D．纯γ放射源
[解析] 由三种射线的本质和性质可以判断：
在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线．因此放射源可能是α和γ的混合放射源．
[答案] C
三种射线的比较方法
（1）知道三种射线的成分、贯穿本领和电离本领的强弱．
（2）知道α、β、γ三种射线的本质：
α、β是实物粒子，γ射线是光子．
（3）α、β射线在电场或磁场中偏转方向不同，γ射线不偏转．
1.
（2016·哈尔滨高二检测）如图所示，放射源放在铅块中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外．已知放射源通过细孔放出的射线有α，β，γ三种，下列判断正确的是（ ）
A．甲是α射线，乙是γ射线，丙是β射线
B．甲是β射线，乙是γ射线，丙是α射线
C．甲是γ射线，乙是α射线，丙是β射线
D．甲是α射线，乙是β射线，丙是γ射线
答案：
B
知识点二 原子核的组成
1．原子核（符号X）
2．基本关系：
核电荷数＝质子数（Z）＝元素的原子序数＝核外电子数．质量数（A）＝核子数＝质子数＋中子数．
3．对核子数、电荷数、质量数的理解
（1）核子数：
质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，质子数和中子数之和叫核子数．
（2）电荷数（Z）：
原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫做原子核的电荷数．
（3）质量数（A）：
原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫做原子核的质量数．
已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问：
（1）镭核中有几个质子？
几个中子？
（2）镭核所带的电荷量是多少？
（3）呈中性的镭原子，核外有几个电子？
[解题探究]
（1）原子核的核电荷数、质子数、核外电子数具有什么关系？
（2）质量数和核子数具有什么关系？
[解析]
（1）镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138.
（2）镭核所带电荷量：
Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.41×10－17C.
（3）核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.
[答案]
（1）88 138
（2）1.41×10－17C （3）88
明确核子数、质子数、核外电子数及中子数的相互关系，是正确解答此类问题的关键．
质量数就是核子的个数，是一个纯数字，它与质量是不同的．如质子和中子的质量数相同均为1，但它们的质量不同，中子的质量比质子的质量约大一千八百分之一．
2.（多选）氢有三种同位素，分别是氕（H）、氘（H）、氚（H），则下列说法中正确的是（ ）
A．它们的质子数相等
B．它们的核外电子数相等
C．它们的核子数相等
D．它们的化学性质相同
解析：
选ABD.氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都是1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，A、B选项正确，C选项错误；同位素化学性质相同，只是物理性质不同，D选项正确．
典型问题——三种射线在电磁场中偏转情况的分析
1．γ射线不论在电场还是磁场中，总是做匀速直线运动，不发生偏转．根据上述特点，在电场或磁场中不发生偏转的射线是γ射线．
2．α射线和β射线在电场中偏转的特点：
在匀强电场中，α和β粒子沿相反方向做类平抛运动，且在同样的条件下，β粒子的偏移量大．根据粒子在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动，偏移量x可表示为：
x＝at2＝·∝
所以，在同样条件下β与α粒子偏移量之比为
＝××＝37＞1.
3．α射线和β射线在磁场中的偏转特点：
在匀强磁场中，α和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径小，偏转大．根据qvB＝得
R＝∝.
所以，在同样条件下β与α粒子的轨道半径之比为
＝××＝＜1.
根据上述径迹特点，即使电场和磁场方向未知，也可以区分射线的种类．
（多选）将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，如图所示射线偏转情况中正确的是（ ）
[解析] 已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向不同，可知A、B、C、D四幅图中，α、β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需要进一步判断．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r＝，
将其数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比为：
＝··＝××＝.
由此可见，A正确，B错误．带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为y，α、β粒子沿电场偏转距离之比为
＝··＝××＝.
由此可见，C错误，D正确．
[答案] AD
由轨迹判断区分三种射线，一要清楚三种射线的本质和特点，二要结合带电粒子在电磁场中的运动规律．
某放射源放出三种射线，其中β射线为高速电子流，质量约为质子质量的，速度接近光速；α射线为氦核流，速度约为光速的.如图所示，当射线射入同一匀强磁场中后，若不考虑速度对质量的影响，则β射线和α射线在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径之比约为（ ）
A．1∶90 B．1∶180
C．1∶360D．1∶720
解析：
选C.洛伦兹力始终与速度垂直，粒子做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力，qvB＝，解得，r＝，故α粒子与β粒子的轨道半径之比为＝＝，选项C正确．
[随堂达标]
1．天然放射现象的发现揭示了（ ）
A．原子不可再分
B．原子的核式结构
C．原子核还可以再分
D．原子核由质子和中子组成
解析：
选C.汤姆孙发现了电子说明原子也可再分；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构；贝可勒尔发现了天然放射现象，说明了原子核也是有着复杂的结构的．天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分．卢瑟福用α粒子轰击氮核，发现了质子，查德威克用α粒子轰击铍核打出了中子，使人们认识到原子核是由质子和中子组成的．所以选项C正确．
2．（多选）（2016·衡阳八中高二检测）下列关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的是（ ）
A．α粒子就是氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强
B．β射线是电子流，其速度接近光速
C．γ射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿过几厘米厚的铅板
D．以上三种说法均正确
解析：
选BC.α粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A项错误；β射线是电子流，其速度接近光速，B项正确；γ射线的穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C项正确．
3．（2014·高考福建卷）如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是（ ）
A．①表示γ射线，③表示α射线
B．②表示β射线，③表示α射线
C．④表示α射线，⑤表示γ射线
D．⑤表示β射线，⑥表示α射线
解析：
选C.γ射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A、B、D项错；α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C项对．
4．（多选）Ra是镭Ra的一种同位素，对于这两种镭的原子而言，下列说法中正确的是（ ）
A．它们具有相同的质子数和不同的质量数
B．它们具有相同的中子数和不同的原子序数
C．它们具有相同的核电荷数和不同的中子数
D．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质
解析：
选AC.原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核的质量数（核子数）等于核内质子数与中子数之和．由此知这两种镭的同位素，核内的质子数均为88，核子数分别为228和226，中子数分别为140和138；原子的化学性质由核外电子数决定，因它们的核外电子数相同，故它们的化学性质也相同．故正确选项为A、C.
5．一置于铅盒中的放射源发射出的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场．进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图所示，则图中的射线a为________射线，射线b为________射线．
解析：
在三种射线中，α射线带正电，穿透能力最弱，γ射线不带电，穿透能力最强，β射线带负电，穿透能力一般，综上所述，结合题意可知，a射线应为γ射线，b射线应为β射线．
答案：
γ β
[课时作业][学生用书P96（独立成册）]
一、单项选择题
1．在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是（ ）
A．γ射线的贯穿作用 B．α射线的电离作用
C．β射线的贯穿作用D．β射线的中和作用
解析：
选B.由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和，使带电体所带的电荷很快消失．
2．下列说法正确的是（ ）
A.Th为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234
B.Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4
C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数
D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数
解析：
选D.A项钍核的质量数为234，质子数为90，所以A错；B项铍核的质子数为4，中子数为5，所以B错；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C错，D对．
3．（2015·高考重庆卷）如图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是（ ）
A．a、b为β粒子的径迹
B．a、b为γ粒子的径迹
C．c、d为α粒子的径迹
D．c、d为β粒子的径迹
解析：
选D.由于α粒子带正电，β粒子带负电，γ粒子不带电，据左手定则可判断a、b可能为α粒子的径迹，c、d可能为β粒子的径迹，选项D正确．
4．如图为查德威克实验示意图，由天然放射性元素钋（Po）放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B，经研究知道（ ）
A．A为中子，B为质子B．A为质子，B为中子
C．A为γ射线，B为中子D．A为中子，B为γ射线
解析：
选A.不可见射线A轰击石蜡时打出的应该是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见射线应该是中子．
5.
天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知（ ）
A．②来自于原子核外的电子
B．①的电离作用最强，是一种电磁波
C．②的电离作用较弱，是一种电磁波
D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子
解析：
选D.三种射线的特点：
α射线是He原子核，带电量最大，电离作用最强，穿透本领最弱；β射线是e，带电量较大，电离作用较弱，穿透本领较强；γ射线是光子，不带电，电离作用最弱，穿透本领最强．三种射线都来自于原子核．故D正确．
6．（2016·青岛高二检测）两个同位素原子核的符号分别是X和Y，那么（ ）
A．M＝NB．A＝B
C．M－A＝N－BD．M＋N＝A＋B
解析：
选B.具有相同质子数不同中子数的同一元素互称同位素，所以A＝B.
二、多项选择题
7．天然放射物质的射线包含三种成分，下列说法中正确的是（ ）
A．α射线的本质是高速氦核流
B．β射线是不带电的光子流
C．三种射线中电离作用最强的是γ射线
D．一张厚的黑纸可以挡住α射线，但挡不住β射线和γ射线
解析：
选AD.α射线的本质是高速氦核流，A正确．β射线是高速电子流，B错误．三种射线中电离作用最强的是α射线，C错误；一张厚的黑纸可以挡住α射线，但挡不住β射线和γ射线，D正确．
8．下列说法中正确的是（ ）
A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电
B．原子核中的质子数，一定跟核外电子数相等
C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分
D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷跟质子电荷之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子
解析：
选CD.原子中除了带负电的电子外，还有带正电的质子，故A错误．对于中性原子来说原子核中的质子数才跟核外电子数相等，故B错误．正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C正确．因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷跟质子电荷之比，才确定原子核内必定还有别的中性粒子，故D正确．
9.
如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则以下说法中正确的有（ ）
A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线
B．α射线和β射线的轨迹是抛物线
C．α射线和β射线的轨迹是圆弧
D．如果在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b
解析：
选AC.由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧．由于α粒子速度约是光速的，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动．本题应选A、C.
10．某空间内可能存在磁场或电场，可能磁场和电场同时存在或都不存在，一束包含α射线、β射线和γ射线的射线束以同方向进入此空间，如它们的运动轨迹仍为一束，则此空间可能的情形是（ ）
A．存在互相垂直的匀强电场及匀强磁场
B．磁场及电场都存在
C．有电场，无磁场
D．有磁场，无电场
解析：
选BCD.α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电，它们以同方向不同速度进入某空间，运动轨迹仍为一束，则它们不受力作用或受力方向与运动方向一致．空间中可有与运动方向平行的电场，无磁场，C正确；空间中可有与运动方向平行的磁场，无电场，D正确；空间中可有与运动方向平行的电场、磁场，B正确；空间中存在互相垂直的匀强电场及匀强磁场时，不同速度的粒子受到的洛伦兹力不同，不同的粒子受到的电场力不同，三种粒子不可能向同一方向运动，A错误．
三、非选择题
11．质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束（速度可看成为零），经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x.
（1）设离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感应强度大小为B，求x的大小；
（2）氢的三种同位素H、H、H从离子源S出发，到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xH∶xD∶xT为多少？
解析：
（1）离子在电场中被加速时，由动能定理
qU＝mv2，
进入磁场时洛伦兹力提供向心力，
qvB＝，又x＝2r，
由以上三式得x＝.
（2）氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由
（1）结果知，
xH∶xD∶xT＝∶∶＝1∶∶.
答案：
（1）
（2）1∶∶
12．茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对宇航员构成了很大的威胁．现有一束射线（含有α、β、γ三种射线），
（1）在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的方法除去α射线？
（2）余下的这束β和γ射线经过如图所示的一个使它们分开的磁场区域．请画出β和γ射线进入磁场区域后轨迹的示意图．（画在图上）
（3）用磁场可以区分β和γ射线，但不能把α射线从γ射线束中分离出来，为什么？
（已知α粒子的质量约是β粒子质量的8000倍，α射线速度约为光速的十分之一，β射线速度约为光速）
解析：
（1）由于α射线贯穿能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线．
（2）如图所示．
（3）α粒子和电子在磁场中偏转，
据R＝，对α射线有Rα＝，
对β射线有Re＝，
故＝＝400.
α射线穿过此磁场时，半径很大，几乎不偏转，故与γ射线无法分离．
答案：
（1）用一张纸放在射线前即可除去α射线．
（2）见解析图
（3）α射线的圆周运动的半径很大，几乎不偏转，故与γ射线无法分离．
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