学年新设计高中物理人教课改地区专用版选修35讲义主题三 33 原子核331Word版含答案.docx
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学年新设计高中物理人教课改地区专用版选修35讲义主题三33原子核331Word版含答案
3.3 原子核
3.3.1 原子核的组成
学习目标
核心提炼
1.知道什么是放射性及放射性元素。
2.知道三种射线的特性，知道原子核的组成，会正确书写原子核符号。
3.通过核结构模型的探究，经历分析和解决问题的过程，体会物理学的研究方法。
1个现象——天然放射现象
3种射线——α射线、β射线、γ射线
2个发现——质子的发现、中子的发现
一、天然放射现象
1.1896年，法国物理学家贝可勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底版感光。
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）。
思考判断
（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。
（ ）
答案
（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。
思考判断
（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。
（ ）
答案
（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。
查德威克通过实验验证了这个猜想。
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
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，因而互称同位素。
例如，氢有三种同位素氕，氘、氚，符号是
H、
H、
H。
思考判断
（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。
（ ）
答案
（1）×
（2）√ （3）×
天然放射现象和三种射线
[要点归纳]
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
图1
（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。
（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。
[精典示例]
[例1]如图3甲、乙所示，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（ ）
图3
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
审题指导 明确α射线、β射线及γ射线的本质特征，并能准确判断它们在电场和磁场中的受力情况，这是解决这类题目的关键。
解析 由放射现象中α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，结合在电场与磁场中的偏转可知②⑤是γ射线，③④是α射线，故选项C正确。
答案 C
[针对训练1]如图4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4
选项
磁场方向
到达O点的射线
到达P点的射线
A
竖直向上
β
α
B
竖直向下
α
β
C
垂直纸面向里
γ
β
D
垂直纸面向外
γ
α
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。
答案 C
原子核的组成
[要点归纳]
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。
[精典示例]
[例2]据报道，俄科学家成功合成了具有极强放射性的117号新元素，该元素目前尚未被命名，是在实验室人工创造的最新的超重元素。
新元素有两种同位素，其中一种有176个中子，而另一种有177个中子，则：
（1）该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？
原子的核外电子数各为多少？
（2）该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？
（3）若用X表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？
审题指导 解答本题应注意以下三点：
（1）原子核的质子数与原子序数相等。
（2）原子呈中性，核外电子数等于核内质子数。
（3）原子核的质量数等于质子数与中子数之和。
解析
（1）元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等于核内质子数。
故117号元素的核电荷数和核内质子数均为117，原子呈中性，故核外电子数等于核内质子数，也为117。
（2）原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的原子核的质量数为117＋176＝293，中子数为177的原子核的质量数为117＋177＝294。
（3）元素符号一般用
X表示，其中A表示质量数，Z表示核电荷数，由前两问可得该元素的两种同位素的原子核符号，中子数为176的原子核的符号为
X，中子数为177的原子核的符号为
X。
答案
（1）均为117 均为117
（2）293 294 （3）
X
X
[针对训练2]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
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。
答案 B
1.（多选）天然放射性物质的射线包含三种成分，下列说法正确的是（ ）
A.α射线的本质是高速氦核流
B.α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 α射线的本质是高速氦核流，β射线是高速电子流，选项A正确，B错误。
三种射线中电离作用最强的是α射线，选项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，选项D正确。
答案 AD
2.如图5所示，天然放射性元素放出α、β、γ三种射线，同时射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直，进入场区后发现β射线和γ射线都沿直线前进，则α射线（ ）
图5
A.向右偏B.向左偏
C.直线前进D.无法判断
解析 γ射线不带电，故在电磁场中不偏转，β射线不偏转是因为电场力与洛伦兹力是一对平衡力，故Eq＝Bqv，即v＝
，而α射线的速度比β射线小，因此α射线受向右的电场力大于向左的洛伦兹力，故α射线向右偏，选项A正确，B、C、D错误。
答案 A
3.下列说法正确的是（ ）
A.质子和中子的质量不等，但质量数相等
B.质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中子的质量总和
C.同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同
D.中子不带电，所以原子核的总电荷量等于质子和电子的总电荷量之和
解析 质子和中子的质量不同，但质量数相同，选项A正确；质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中子的质量数总和，选项B错误；同一种元素的原子核有相同的质子数，但中子数可以不同，选项C错误；中子不带电，所以原子核的总电荷量等于质子总电荷量之和，选项D错误。
答案 A
4.（多选）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.若为中性原子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 氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和中性原子状态核外电子数均相同，都是1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，选项A、B正确，C错误；同位素化学性质相同，只是物理性质不同，选项D正确。
答案 ABD
1.人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从（ ）
A.发现电子开始的B.发现质子开始的
C.进行α粒子散射实验开始的D.发现天然放射现象开始的
解析 自从贝可勒尔发现天然放射现象，科学家对放射性元素及射线的组成、产生的原因等进行了大量研究，逐步认识到原子核的复杂结构，故选项D正确，A、B、C错误。
答案 D
2.下列说法正确的是（ ）
A.任何元素都具有放射性
B.同一元素，单质具有放射性，化合物可能没有
C.元素的放射性与温度无关
D.放射性就是该元素的化学性质
解析 原子序数大于或等于83的所有元素都有放射性，小于83的元素有的就没有放射性，所以选项A错误；放射性是由原子核内部因素决定的，与该元素的物理、化学状态无关，所以选项C正确，B、D错误。
答案 C
3.在轧制钢板时需要动态地监测钢板的厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图1所示。
该装置中探测器接收到的是（ ）
图1
A.X射线B.α射线
C.β射线D.γ射线
解析 放射源放出的是α射线、β射线、γ射线，无X射线，选项A错误；α射线的穿透本领最弱，一张纸就能将其挡住，而β射线的穿透本领较强，能穿透几毫米厚的铝板，γ射线的穿透本领最强，可以穿透几厘米厚的铅板，故探测器接收到的应该是γ射线，选项B、C错误，D正确。
答案 D
4.放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图2所示，其中（ ）
图2
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。
答案 C
5.如图3所示，x为未知放射源，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（ ）
图3
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 在放射源和计数器之间加上薄铝片后，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。
在薄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
6.原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，以下说法正确的是（ ）
A.原子核中，有质子、中子，还有α粒子
B.原子核中，有质子、中子，还有β粒子
C.原子核中，有质子、中子，还有γ粒子
D.原子核中，只有质子和中子
解析 在放射性元素的原子核中，2个质子和2个中子结合得较紧密，有时作为一个整体放出，这就是α粒子的来源。
说到底它仍是由质子和中子组成的，不能据此认为它是原子核的组成部分。
原子核里是没有电子的，但中子可以转化成质子，并向核外释放一个电子，这就是β粒子。
原子核发生衰变后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ粒子的形式辐射出来，形成γ射线，故原子核里也没有γ粒子。
答案 D
7.据报道，放射性同位素钬
Ho可以有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数是（ ）
A.32B.67
C.99D.166
解析 根据原子核的表示方法得中性原子的核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故选项C正确，A、B、D错误。
答案 C
8.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
92U的原子来说（ ）
A.x＝92 y＝92 z＝235B.x＝92 y＝92 z＝143
C.x＝143 y＝143 z＝92D.x＝235 y＝235 z＝325
解析 在
92U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。
答案 B
9.（多选）以下说法正确的是（ ）
A.原子中含有带负电的电子，所以原子带负电
B.原子核中的中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原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子
解析 原子中除了有带负电的电子外，还有带正电的原子核，故选项A错误；原子核中的中子数不一定跟核外电子数相等，故选项B错误；正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故选项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原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，才确定原子核内还有别的中性粒子，故选项D正确。
答案 CD
10.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？
________。
解析 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。
答案
（1）B
（2）
O （3）相同
11.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4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）
图4
（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。
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5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）
图5
（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？
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·
，aα＝
对β粒子，有xβ＝
aβt2＝
aβ·
，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
＝
＝
。
答案
（1）两个暗斑 β射线和γ射线
（2）5∶184（3）10∶1
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