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35092621.docx
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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35092621
1 原子核的组成
[学习目标]1.了解什么是放射性和天然放射现象.2.知道原子核的组成及三种射线的特征．
一、天然放射现象和三种射线
[导学探究] 1.1896年法国物理学家贝可勒尔发现了放射性元素自发地发出射线的现象，即天然放射现象．是否所有的元素都具有放射性？
放射性物质发出的射线有哪些种类？
答案 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．放射性物质发出的射线有三种：
α射线、β射线、γ射线．
2．怎样用电场或磁场判断三种射线粒子的带电性质？
答案 让三种射线通过匀强电场，则γ射线不偏转，说明γ射线不带电．α射线偏转方向和电场方向相同，带正电，β射线偏转方向和电场方向相反，带负电．或者让三种射线通过匀强磁场，则γ射线不偏转，说明γ射线不带电，α射线和β射线可根据偏转方向和左手定则确定带电性质．
[知识梳理]
1．对天然放射现象的认识
（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．
2．对三种射线的认识
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）
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
[知识梳理]
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.
[即学即用] 判断下列说法的正误．
（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．（ × ）
一、天然放射现象和三种射线
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
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
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．
二、原子核的组成
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
答案 B
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
答案 C
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
答案 B
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（ ）
图1
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
答案 C
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
答案 C
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
答案 B
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
答案 A
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（ ）
图2
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）
图3
（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＝＝.
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