第3章 第1節(jié) 原子核結(jié)構(gòu)

1、.第1節(jié)原子核構(gòu)造學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.理解質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)過(guò)程重點(diǎn)2知道原子核的組成，理解核子、同位素的概念重點(diǎn)3理解核反響的概念，會(huì)書寫核反響方程難點(diǎn)質(zhì) 子 和 中 子 的 發(fā) 現(xiàn)1質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)1實(shí)驗(yàn)：為探測(cè)原子核的構(gòu)造，盧瑟福用粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子2結(jié)論：質(zhì)子是原子核的組成部分2中子的發(fā)現(xiàn)1盧瑟福的料想盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子后，料想核內(nèi)還有一種不帶電的中性粒子，并給這種“粒子起名為中子2中子的發(fā)現(xiàn)是許多科學(xué)家研究的結(jié)晶1930年，用釙發(fā)出的射線轟擊鈹時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種不受電場(chǎng)和磁場(chǎng)影響、穿透才能很強(qiáng)的射線1932年，約里奧·居里夫婦用這種射線轟擊石蠟，能從石蠟中打出質(zhì)子193

2、2年，查德威克對(duì)云室中這種射線進(jìn)展研究，發(fā)現(xiàn)這種射線是一種不帶電、質(zhì)量接近質(zhì)子的粒子流，即為中子1盧瑟福在粒子散射實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子×2盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在3玻爾在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了中子×盧瑟福是如何證明粒子轟擊氮原子核產(chǎn)生的新核是質(zhì)子的？【提示】盧瑟福把這種粒子分別引進(jìn)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，根據(jù)該粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，測(cè)出了其質(zhì)量和電量，確定它就是氫原子核，又叫質(zhì)子1質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)1實(shí)驗(yàn)背景電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到，原子不再是構(gòu)成物質(zhì)的根本單位，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，原子的中心有一個(gè)原子核，原子核集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量原子核的構(gòu)造如何？1919年，盧瑟福做了用粒子轟

3、擊氮原子核的實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)裝置如圖3­1­1所示圖3­1­1T進(jìn)氣孔、A放射源、F鋁箔、S熒光屏、M顯微鏡，C真空容器3實(shí)驗(yàn)過(guò)程容器C里放有放射性物質(zhì)A，從A放射出的粒子射到鋁箔F上，適中選取鋁箔的厚度，使粒子恰好被它完全吸收，而不能透過(guò)在F的后面放一熒光屏S，M是顯微鏡，通過(guò)M可以觀察到S是否有閃光4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象開場(chǎng)，S上無(wú)閃光因?yàn)榱Ｗ記](méi)有穿過(guò)鋁箔翻開進(jìn)氣孔T的閥門，通入氮?dú)猓梢杂^察到S上有閃光5實(shí)驗(yàn)分析容器C中通入氮?dú)夂?，用顯微鏡觀察到熒光屏上有閃光，閃光一定是粒子擊中氮核后產(chǎn)生的新粒子透過(guò)鋁箔引起的6新粒子性質(zhì)研究把這種粒子引進(jìn)電磁場(chǎng)中，根據(jù)它在電磁場(chǎng)中

4、的偏轉(zhuǎn)，測(cè)出了它的質(zhì)量和電量，進(jìn)而確定它就是氫原子核，又叫質(zhì)子用符號(hào)表示為H或p.人們用同樣的方法從其他元素的原子核中也轟擊出了質(zhì)子7實(shí)驗(yàn)結(jié)論質(zhì)子是原子核的組成部分2中子的發(fā)現(xiàn)1科學(xué)家在1930年利用Po放出的射線轟擊鈹原子核時(shí)，產(chǎn)生了一種看不見的貫穿才能很強(qiáng)、不受電場(chǎng)和磁場(chǎng)影響的射線21932年，約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)假如用來(lái)自鈹?shù)纳渚€去轟擊石蠟，能從石蠟中打出質(zhì)子，如圖3­1­2所示圖3­1­231932年，查德威克進(jìn)一步研究這種射線時(shí)發(fā)現(xiàn)，這種射線是一種不帶電的、質(zhì)量接近質(zhì)子的粒子流，即是盧瑟福猜測(cè)的中子4結(jié)論：中子是原子核的組成部分1盧瑟

5、福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子后，料想到原子核中還有中子的存在，其判斷根據(jù)與以下事實(shí)相符的是A電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等B原子核的質(zhì)量大約是質(zhì)子質(zhì)量的整數(shù)倍C原子核的核電荷數(shù)只是質(zhì)量數(shù)的一半或少一些D質(zhì)子和中子的質(zhì)量幾乎相等【解析】盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子核的核電荷數(shù)與原子核的質(zhì)量數(shù)不相等，大約是原子核質(zhì)量數(shù)的一半或少一些，因此料想到在原子核內(nèi)還存在有質(zhì)量而不帶電的中性粒子，即中子，故符合事實(shí)的是C.【答案】C2如圖3­1­3所示為查德威克研究原子核內(nèi)部構(gòu)造的實(shí)驗(yàn)示意圖，由天然放射性元素釙Po放出射線轟擊鈹時(shí)會(huì)產(chǎn)生粒子流a，用粒子流a轟擊石蠟后會(huì)打出粒子流b，那么粒子流a為_，粒子流b為_圖3­1&#

6、173;3【解析】不可見的粒子轟擊石蠟時(shí)打出的應(yīng)是質(zhì)子，因?yàn)橘|(zhì)子就是氫核，而石蠟中含有大量氫原子，轟擊石蠟的不可見粒子應(yīng)該是中子，故a為中子，b為質(zhì)子【答案】中子質(zhì)子31919年盧瑟福通過(guò)如圖3­1­4所示的實(shí)驗(yàn)裝置，第一次完成了原子核的人工轉(zhuǎn)變，并由此發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子圖中A為放射源發(fā)出的_粒子，B為_氣寫出該實(shí)驗(yàn)的核反響方程：_. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772039】圖3­1­4【解析】題圖為粒子轟擊氮原子核生成質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)裝置，放射源A發(fā)出的是粒子，B為氮?dú)?，其核反響方程為：HeNOH.【答案】氮HeNOH(1)盧瑟福通過(guò)原子核的人工轉(zhuǎn)變發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子并預(yù)言了中子的存在

7、.(2)查德威克首先從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了中子，證實(shí)了盧瑟福的預(yù)言.(3)在盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)裝置中，穿過(guò)鋁箔到達(dá)熒光屏的不可能是放射源放出的粒子.原 子 核 的 組 成1原子核的組成1組成：原子核由質(zhì)子和中子組成，并將質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子2原子核的符號(hào)：X，其中X為元素符號(hào)；A表示原子核的質(zhì)量數(shù)，Z表示核電荷數(shù)3兩個(gè)根本關(guān)系：核電荷數(shù)質(zhì)子數(shù)原子序數(shù)質(zhì)量數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)核子數(shù)2同位素具有一樣質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子，如氫的三種同位素H、H、H.3核反響與核反響方程1核反響：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過(guò)程2核反響方程：用原子核符號(hào)描繪核反響過(guò)程的式子3核反響規(guī)律：在核反響中，質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)

8、守恒1原子核內(nèi)只有質(zhì)子而沒(méi)有中子×2同位素具有一樣的物理、化學(xué)性質(zhì)×3核反響方程只要滿足質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可以隨意寫×鉛的原子序數(shù)為82，一個(gè)鉛原子質(zhì)量數(shù)為207，其核外電子有多少個(gè)？中子數(shù)又是多少？【提示】鉛的原子序數(shù)為82，即一個(gè)鉛原子中有82個(gè)質(zhì)子，由于原子是電中性的，質(zhì)子與電子電性相反、電量一樣，故核外電子數(shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)一樣為82個(gè)，根據(jù)質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和的關(guān)系，鉛原子核的中子數(shù)為20782125個(gè)1原子核的大小和組成2對(duì)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)量差異非常微小，二者統(tǒng)稱為核子，所以質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù)2電荷數(shù)Z：原

9、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)數(shù)表示原子核的電荷量，叫作原子核的電荷數(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)倍數(shù)叫作原子核的質(zhì)量數(shù)3同位素：原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)決定了核外電子的數(shù)目，進(jìn)而也決定了元素的化學(xué)性質(zhì)，同種元素的質(zhì)子數(shù)一樣，核外電子數(shù)也一樣，所以有一樣的化學(xué)性質(zhì)，但它們的中子數(shù)可以不同，所以它們的物理性質(zhì)不同把具有一樣質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子互稱為同位素4多項(xiàng)選擇Ra是Ra的一種同位素，那么以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A它們具有一樣的質(zhì)子數(shù)和不同的質(zhì)量數(shù)B它們具有一樣的中子數(shù)和不同的原子序數(shù)

10、C它們具有一樣的核電荷數(shù)和不同的中子數(shù)D它們具有一樣的核外電子數(shù)和不同的化學(xué)性質(zhì)【解析】原子核的原子序數(shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)、核外電子數(shù)都是相等的，且原子核內(nèi)的質(zhì)量數(shù)核子數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和由此知這兩種鐳的同位素核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)均為88，核子數(shù)分別為228和226，中子數(shù)分別為140和138；原子的化學(xué)性質(zhì)由核外電子數(shù)決定，因?yàn)樗鼈兊暮送怆娮訑?shù)一樣，所以它們的化學(xué)性質(zhì)也一樣故正確答案為A、C.【答案】AC5完成以下各核反響方程，并指出哪個(gè)核反響是首次發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子的A.BHeNB.BeCnC.AlMgHD.NHeOE.UThF.NaNaH【解析】A.BHeNnB.BeHeCn此核反響使查

11、德威克首次發(fā)現(xiàn)了中子C.AlnMgHD.NHeOH此核反響使盧瑟福首次發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子E.UThHeF.NaHNaH【答案】見解析6鐳的原子序數(shù)是88，原子核質(zhì)量數(shù)是226.試問(wèn)：1鐳核中有多少個(gè)質(zhì)子？多少個(gè)中子？2鐳核所帶的電荷量是多少？3呈中性的鐳原子，核外有多少個(gè)電子？【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)A與質(zhì)子數(shù)Z之差，即NAZ22688138.2鐳核所帶電荷量：QZe88×1.6×1019 C1.41×1017 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】18813821.41×1017 C

12、388原子核的“數(shù)與“量辨析技巧1核電荷數(shù)與原子核的電荷量是不同的，組成原子核的質(zhì)子的電荷量都是一樣的，所以原子核的電荷量一定是質(zhì)子電荷量的整數(shù)倍，我們把核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)叫核電荷數(shù)，而這些質(zhì)子所帶電荷量的總和才是原子核的電荷量2原子核的質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是不同的，也與元素的原子量不同原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的總數(shù)叫作核的質(zhì)量數(shù)，原子核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)八建議用時(shí)：45分鐘學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)1多項(xiàng)選擇關(guān)于質(zhì)子與中子，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A原子核除氫核外由質(zhì)子和中子構(gòu)成B質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子C盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在D盧瑟福發(fā)現(xiàn)了中子，并預(yù)言了質(zhì)子的存在【解析】原子核除氫核外由質(zhì)子和中

13、子構(gòu)成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子，盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在，查德威克用粒子轟擊鈹發(fā)現(xiàn)了中子，故A、B、C正確，D錯(cuò)誤【答案】ABC2人類探測(cè)月球發(fā)現(xiàn)，月球的土壤中含有較豐富的質(zhì)量數(shù)為3的氦，它可以作為將來(lái)核聚變的重要原料之一，氦的這種同位素應(yīng)表示為 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772102】A.HeB.HeC.He D.He【解析】氦的同位素質(zhì)子數(shù)一定一樣，質(zhì)量數(shù)為3，故可寫作He，因此B正確，A、C、D錯(cuò)誤【答案】B3多項(xiàng)選擇粒子擊中氮14核后放出一個(gè)質(zhì)子，轉(zhuǎn)變?yōu)檠?7核O在這個(gè)氧原子核中有A17個(gè)電子B9個(gè)中子C8個(gè)質(zhì)子D這個(gè)氧原子核中不可能存在處于游離態(tài)的電子或正電子【解析】根據(jù)原子核的構(gòu)成，

14、核電荷數(shù)為8，即質(zhì)子數(shù)為8，核外電子數(shù)為8，質(zhì)量數(shù)為17，所以中子數(shù)為1789，原子核內(nèi)沒(méi)有游離的正電子，所以答案為B、C、D.【答案】BCD4多項(xiàng)選擇三個(gè)原子核X、Y、Z，X核放出一個(gè)正電子后變?yōu)閅核，Y核與質(zhì)子發(fā)生核反響后生成Z核并放出一個(gè)氦42He，那么下面說(shuō)法正確的選項(xiàng)是AX核比Z核少一個(gè)中子BX核的質(zhì)量數(shù)比Z核的質(zhì)量數(shù)大3CX核與Z核的總電荷是Y核電荷的2倍DX核的電荷數(shù)比Z核的電荷數(shù)大2【解析】設(shè)原子核X的核電荷數(shù)為n，質(zhì)量數(shù)為m，那么由可得兩個(gè)核反響方程式分別為：X01emn1Ymn1Y11H42Hem3n2Z因此比較X、Y、Z的質(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)，可斷定B、C、D均正確【答案】B

15、CD5有些元素的原子核可以從很靠近它的核外電子中“俘獲一個(gè)電子形成一個(gè)新原子如從離原子核最近的K層電子中俘獲電子，叫“K俘獲，當(dāng)發(fā)生這一過(guò)程時(shí) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772040】A新原子是原來(lái)原子的同位素B新原子核比原來(lái)的原子核少一個(gè)質(zhì)子C新原子核將帶負(fù)電D新原子核比原來(lái)的原子核少一個(gè)中子【解析】原子核“俘獲一個(gè)電子后，帶負(fù)電的電子與原子核內(nèi)帶正電的質(zhì)子中和，原子核的質(zhì)子數(shù)減少1，中子數(shù)增加1，形成一個(gè)新原子，新原子與原來(lái)的原子相比，質(zhì)子數(shù)不同，中子數(shù)也不同，但核子數(shù)一樣，不是同位素，所以B正確【答案】B6多項(xiàng)選擇以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是A原子中含有帶負(fù)電的電子，所以原子帶負(fù)電B原子核中的中子數(shù)一定跟

16、核外電子數(shù)相等C用粒子轟擊氮、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)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比，因此原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子【解析】原子中除了有帶負(fù)電的電子外，還有帶正電的原子核，故A錯(cuò)；原子核中的中子數(shù)不一定跟核外電子數(shù)相等，故B錯(cuò)；正是用粒子轟擊原子核的實(shí)驗(yàn)才發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，故C正確；因?yàn)榻^大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比，才確定原子核內(nèi)還有別的中性粒子，故D正確【答案】CD7以下是物理學(xué)史上3個(gè)著名的核反響方程xLi2yyNxOyBezCx、y和z是3種不同的粒

17、子，其中z是_【解析】把前兩個(gè)方程化簡(jiǎn)，消去x，即NLiyO，可見y是He，結(jié)合第三個(gè)方程，根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒可知z是中子n.【答案】n8一個(gè)靜止的氮核N俘獲了一個(gè)速度為2.3×107m/s的中子，生成一個(gè)復(fù)核A，A又衰變成B、C兩個(gè)新核設(shè)B、C的速度方向與中子速度方向一樣，B的質(zhì)量是中子的11倍，速度是106 m/s，B、C在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比RBRC1130，求：1C核的速度大?。?根據(jù)計(jì)算判斷C核是什么；3寫出核反響方程【解析】氮核吸收了一個(gè)中子變成的復(fù)核不穩(wěn)定，將發(fā)生衰變整個(gè)過(guò)程中，中子、氮核以及兩個(gè)新核組成一個(gè)系統(tǒng)，過(guò)程前后都不受外界的任何干擾，所以

18、整個(gè)系統(tǒng)在俘獲與衰變過(guò)程中動(dòng)量均守恒利用這一點(diǎn)，可以求出C核的速度然后根據(jù)粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況就可以判斷核的種類，寫出核反響方程1氮核從俘獲中子到衰變成B、C兩個(gè)新核的過(guò)程動(dòng)量守恒，有mnvnmBvBmCvC根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律，可知C核的質(zhì)量數(shù)為141114.由此解得vC3×106 m/s.2由帶電粒子在洛倫茲力的作用下做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)R，可得qBqC7將式聯(lián)立求解得qC2，而AC4，那么C核是氦原子核3核反響方程式是NnBHe.【答案】見解析才能提升9多項(xiàng)選擇有兩束均由質(zhì)子和氘核混合組成的粒子流，第一束中的質(zhì)子和氘核具有一樣的動(dòng)量，第二束中的質(zhì)子和氘核具有一樣的動(dòng)能現(xiàn)打算將質(zhì)子和氘核

19、分開，有以下一些做法，這些方法中可行的是A讓第一束粒子流垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)后穿出B讓第二束粒子流垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)后穿出C讓第二束粒子流垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后穿出D讓粒子流垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入速度選擇器，適當(dāng)調(diào)節(jié)兩板間電場(chǎng)強(qiáng)度大小，讓粒子流從板間穿出【解析】在電場(chǎng)中，電場(chǎng)方向上的偏移量為yat2在磁場(chǎng)中，軌道半徑為R所以，以一樣的動(dòng)量進(jìn)入電場(chǎng)和以一樣的動(dòng)能進(jìn)入磁場(chǎng)能分開適當(dāng)調(diào)節(jié)速度選擇器兩板間電場(chǎng)強(qiáng)度，可使質(zhì)子滿足EqBvq，沿直線飛出，那么氘核將沿電場(chǎng)方向偏轉(zhuǎn)，傾斜穿出，故A、C、D正確【答案】ACD10多項(xiàng)選擇鋁箔被粒子轟擊后發(fā)生了以下核反響：AlHeXn.以下判斷正確的選項(xiàng)是A.n是質(zhì)子B.n是中子CX是Si的同位素 DX是P的同位素【解析】n表示質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，是中子的表示符號(hào)，B對(duì)根據(jù)核反響的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可推得產(chǎn)生的