学年高中物理第19章原子核1原子核的组成学案新人教版选修3509262116正式版文档格式.docx
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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和几十厘米厚的混凝土
电离
作用
很强
较强
很弱
[即学即用] 判断下列说法的正误.
(1)1896年,法国的玛丽·
居里首先发现了天然放射现象.( ×
)
(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.( ×
(4)α射线实际上就是氦原子核,α射线具有较强的穿透能力.( ×
(5)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.( √ )
(6)γ射线是能量很高的电磁波,电离作用很强.( ×
二、原子核的组成
1.质子的发现
1919年,卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核,从氮核中打出了一种新的粒子,测定了它的电荷和质量,确定它是氢原子核,叫做质子,用p或H表示,其质量为mp=1.67×
10-27kg.
2.中子的发现
(1)卢瑟福的预言:
原子核内可能还有一种不带电的粒子,名字叫中子.
(2)查德威克的发现:
用实验证明了中子的存在,用n表示,中子的质量非常接近质子的质量.
3.原子核的组成
(1)核子数:
质子和中子质量差别非常微小,二者统称为核子,所以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,而质子与中子的质量几乎相等,所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍,这个倍数叫做原子核的质量数.
4.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,分别是H、H、H.
(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.( ×
(4)原子核内的核子数与它的核电荷数不可能相等.( ×
1.三种射线的实质
α射线:
高速氦核流,带2e的正电荷;
β射线:
高速电子流,带e的负电荷;
γ射线:
光子流(高频电磁波),不带电.
2.三种射线在电场中和磁场中的偏转
(1)在匀强电场中,γ射线不发生偏转,做匀速直线运动,α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动,在同样的条件下,β粒子的偏移大,如图1所示.
图1
(2)在匀强磁场中,γ射线不发生偏转,仍做匀速直线运动,α粒子和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,如图2所示.
图2
3.元素的放射性
(1)一种元素的放射性与是单质还是化合物无关,这就说明射线跟原子核外电子无关.
(2)射线来自于原子核说明原子核内部是有结构的.
例1
如图3所示,R是一种放射性物质,虚线框内是匀强磁场,LL′是厚纸板,MM′是荧光屏,实验时,发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑,由此可知磁场的方向、到达O点的射线种类、到达P点的射线种类应属于下表中的( )
图3
选项
磁场方向
到达O点
的射线
到达P点
A
竖直向上
β
α
B
竖直向下
C
垂直纸面向里
γ
D
垂直纸面向外
答案 C
解析 R放射出来的射线共有α、β、γ三种,其中α、β射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用而偏转,γ射线不偏转,故打在O点的应为γ射线;
由于α射线贯穿本领弱,不能射穿厚纸板,故到达P点的应是β射线;
依据β射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里.
例2
(多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场,图中表示射线偏转情况正确的是( )
答案 AD
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=,
将数据代入,则α粒子与β粒子的半径之比
=·
·
=×
×
≈371,
A对,B错;
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x,沿电场线方向位移为y,则有
x=v0t,y=t2,
消去t可得y=.
对某一确定的x值,α、β粒子沿电场线偏转距离之比
≈,
C错,D对.
三种射线的鉴别:
(1)α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电.α射线、β射线是实物粒子,而γ射线是光子流,属于电磁波的一种.
(2)α射线、β射线都可以在电场或磁场中偏转,但偏转方向不同,γ射线则不发生偏转.
(3)α射线穿透能力弱,β射线穿透能力较强,γ射线穿透能力最强,而电离本领相反.
1.原子核(符号X)
原子核
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.
例3
已知镭的原子序数是88,原子核的质量数是226.试问:
(1)镭核中有几个质子?
几个中子?
(2)镭核所带电荷量是多少?
(保留三位有效数字)
(3)呈电中性的镭原子,核外有几个电子?
答案
(1)88 138
(2)1.41×
10-17C (3)88
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.
针对训练 在α粒子轰击金箔的散射实验中,α粒子可以表示为He,He中的4和2分别表示( )
A.4为核子数,2为中子数
B.4为质子数和中子数之和,2为质子数
C.4为核外电子数,2为中子数
D.4为中子数,2为质子数
答案 B
解析 根据X所表示的物理意义,原子核的质子数决定核外电子数,原子核的核电荷数就是核内的质子数,也就是这种元素的原子序数.原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和,即为核内的核子数.He符号的左下角表示的是质子数或核外电子数,即为2,He符号左上角表示的是核子数,即为4,故选项B正确.
1.下列现象中,与原子核内部变化有关的是( )
A.α粒子散射现象
B.天然放射现象
C.光电效应现象
D.原子发光现象
解析 α粒子散射现象说明了金箔原子中有一个很小的核;
光电效应现象说明了光的粒子性,原子发光现象说明核外电子跃迁具有量子化的特征;
只有天然放射现象才能说明原子核具有内部结构,选项B正确.
2.下列说法正确的是( )
A.α射线是由高速运动的氦核组成的,其运行速度接近光速
B.β射线能穿透几毫米厚的铅板
C.γ射线的穿透能力最强,电离能力最弱
D.β射线的粒子和电子是两种不同的粒子
3.以下说法正确的是( )
A.Rn为氡核,由此可知,氡核的质量数为86,氡核的质子数为222
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
答案 D
解析 A项氡核的质量数为222,质子数为86,所以A错误;
B项铍核的质量数为9,中子数为5,所以B错误;
由于质子数相同而中子数不同的原子核互称为同位素,即它们的质量数不同,因而C错误,D正确.
一、选择题(1~6题为单选题,7~10题为多选题)
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 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.放射性元素放出的射线,在电场中分成A、B、C三束,如图1所示,其中( )
A.C为氦原子核组成的粒子流
B.B为比X射线波长更长的光子流
C.B为比X射线波长更短的光子流
D.A为高速电子组成的电子流
解析 根据射线在电场中的偏转情况,可以判断,A射线向电场线方向偏转,应为带正电的粒子组成的射线,所以是α射线;
B射线在电场中不偏转,所以是γ射线;
C射线在电场中受到与电场方向相反的作用力,应为带负电的粒子,所以是β射线.
3.据最新报道,放射性同位素钬Ho,可有效治疗癌症,该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是( )
A.32B.67
C.99D.166
答案 A
解析 根据原子核的表示方法得核外电子数=质子数=67,中子数为166-67=99,故核内中子数与核外电子数之差为99-67=32,故A对.
4.下列关于He的叙述正确的是( )
A.He与H互为同位素
B.He原子核内中子数为2
C.He原子核内质子数为2
D.He代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子核
解析 He核内质子数为2,H核内质子数为1.两者质子数不等,不是同位素,A错误;
He原子核内中子数为1,B错误;
He代表原子核内有2个质子和1个中子的氦原子核,核外电子数为2,故C正确,D错误.
5.若用x代表一个中性原子中核外的电子数,y代表此原子的原子核内的质子数,z代表此原子的原子核内的中子数,则对U的原子来说( )
A.x=92 y=92 z=235
B.x=92 y=92 z=143
C.x=143 y=143 z=92
D.x=235 y=235 z=325
解析 在U中,左下标为质子数,左上标为质量数,则y=92;
中性原子的核外电子数等于质子数,所以x=92;
中子数等于质量数减去质子数,z=235-92=143,所以B选项正确.
6.物理学重视逻辑,崇尚理性,其理论总是建立在对事实观察的基础上.下列说法正确的是( )
A.天然放射现象说明原子核内部是有结构的
B.电子的发现使人们认识到原子具有核式结构
C.α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的
D.密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的
解析 放射现象中释放出了其他粒子,说明原子核内部具有一定的结构,A正确;
电子的发现使人们认识到原子是可以分割的,是由更小的微粒组成的,B错误;
α粒子散射实验否定了汤姆孙提出的枣糕式原子模型,建立了核式结构模型,C错误;
密立根油滴实验测定了电子的电荷量,D错误.
7.天然放射性物质的放射线包括三种成分,下列说法正确的是( )
A.一张厚的黑纸能挡住α射线,但不能挡住β射线和γ射线
B.某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核
C.三种射线中对气体电离作用最强的是α射线
D.β粒子是电子,但不是原来绕核旋转的核外电子
答案 ACD
8.氢有三种同位素,分别是氕(H)、氘(H)、氚(H),则( )
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.它们的中子数相等
答案 AB
解析 氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3,质子数和核外电子数相同,都为1,中子数等于核子数减去质子数,故中子数各不相同,所以A、B选项正确.
9.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
答案 BC
解析 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.
10.如图2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,则下列说法中正确的是( )
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
答案 AC
解析 由左手定则可知粒子向右射出,在题图所示匀强磁场中α粒子受到的洛伦兹力向上,β粒子受到的洛伦兹力向下,轨迹都是圆弧.由于α粒子的速度是光速的,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.
二、非选择题
11.有关O、O、O三种同位素的比较,试回答下列问题:
(1)三种同位素中哪一种粒子数是不相同的?
.
A.质子B.中子C.核外电子
(2)三种同位素中,哪一个质量最大?
(3)三种同位素的化学性质是否相同?
答案
(1)B
(2)O (3)相同
解析
(1)同位素质子数相同,中子数不同,核外电子数与质子数相同,故不相同的是中子.
(2)O、O、O的质量数分别是16、17、18、,故O质量最大.
(3)三种同位素质子数相同,故化学性质相同.
12.在暗室的真空装置中做如下实验:
在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中,有一个能产生α、β、γ三种射线的放射源.从放射源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场,如图3所示,在与放射源距离为H高处,水平放置两张叠放着的、涂药品面朝下的印像纸(比一般纸厚且涂有感光药品的纸),经射线照射一段时间后两张印像纸显影.(已知mα=4u,mβ=u,vα=,vβ=c)
(1)上面的印像纸有几个暗斑?
各是什么射线的痕迹?
(2)下面的印像纸显出一串三个暗斑,试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比?
(3)若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场,一次使α射线不偏转,一次使β射线不偏转,则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少?
答案
(1)两个暗斑 β射线和γ射线
(2)5∶184 (3)10∶1
解析
(1)因α粒子穿透本领弱,穿过下层纸的只有β射线和γ射线,β射线、γ射线在上面的印像纸上留下两个暗斑.
(2)下面印像纸上从左向右依次是β射线、γ射线、α射线留下的暗斑.设α射线、β射线留下的暗斑到中央γ射线留下暗斑的距离分别为xα、xβ.
则对α粒子,有xα=aαt2=aα·
2,aα=
对β粒子,有xβ==aβ·
2,aβ=
联立解得=.
(3)若使α射线不偏转,则qαE=qαvαBα,所以Bα=,
同理,若使β射线不偏转,则Bβ=.故==.