教科高中物理選修原子核的組成與核力放射性衰變

1、教科高中物理選修原子核的組成與核力放射性衰變核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練知能優(yōu)化訓(xùn)練第第2節(jié)節(jié)課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案課標(biāo)定位課標(biāo)定位第1頁/共70頁1.知道什么是天然放射現(xiàn)象2知道三種射線的本質(zhì)和區(qū)分方法3知道原子核的組成，知道什么是同位素4知道核力只存在于相鄰核子之間，且核力有別于庫侖力5理解半衰期及衰變方程的書寫課標(biāo)定位課標(biāo)定位第2頁/共70頁課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案一、原子核的組成1核子：1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，1932年，查德威克發(fā)現(xiàn)了中子，_和_統(tǒng)稱為核子2中子不帶電，原子核的電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，原子核子的質(zhì)量數(shù)A、中子數(shù)N、電荷數(shù)Z的關(guān)系為：_.

2、3同位素：_相同而_不同的原子核互稱為同位素質(zhì)子中子ANZ原子序數(shù)中子數(shù)第3頁/共70頁二、核力1定義：_之間的相互作用力又稱強(qiáng)力2核力的特征(1)在核的線度內(nèi)，核力比庫侖力大得多(2)核力是短程力，當(dāng)兩個(gè)核子中心相距大于核子本身線度時(shí)，核力幾乎完全消失(3)核力與電荷_，質(zhì)子與質(zhì)子、質(zhì)子與中 子 以 及 中 子 與 中 子 之 間 的 核 力 是_核子無關(guān)相等的第4頁/共70頁三、核反應(yīng)1定義：用一定能量的粒子轟擊原子核，改變了核的結(jié)構(gòu)，這樣的過程叫做核反應(yīng)2在核反應(yīng)中，_和_守恒質(zhì)量數(shù)電荷數(shù)第5頁/共70頁貝克勒爾居里夫婦放射第6頁/共70頁五、衰變1放射性衰變：放射性元素自發(fā)地蛻變?yōu)榱硪?/p>

3、種元素，同時(shí)_的現(xiàn)象2三種射線(1)射線：帶正電的粒子流，速度只有光速的10%，穿透能力弱，容易被物質(zhì)吸收(2)射線：帶負(fù)電的電子流，速度很快，穿透能力強(qiáng)(3)射線：波長極短的電磁波，穿透能力極強(qiáng)放出射線第7頁/共70頁半數(shù)第8頁/共70頁思考感悟(1)射線一定是伴隨、衰變產(chǎn)生的嗎？(2)光子與射線相同嗎？提示：(1)放射性物質(zhì)放出射線是由、衰變形成的新核處于激發(fā)態(tài)，它通過輻射光子而回到基態(tài)，因此射線是由于原子核處于激發(fā)狀態(tài)而向低能級(jí)躍遷時(shí)釋放出的能量，也正是如此，有些處于激發(fā)態(tài)的原子核在發(fā)生躍遷時(shí)，也會(huì)放出射線，并且射線的頻率也不是一個(gè)定值，是有一定范圍的，因此，射線不一定都是由、衰變而產(chǎn)生

4、的第9頁/共70頁(2)光子和射線都是由于原子核變化過程中處于激發(fā)狀態(tài)而向低能量狀態(tài)躍遷時(shí)釋放出的，前者說明釋放出一個(gè)個(gè)粒子，即光子，后者說明釋放出的大量光子形成的、能夠被顯示的射線由此可知，兩者并不相同第10頁/共70頁核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破一、對(duì)原子核組成的理解一、對(duì)原子核組成的理解1原子核的組成原子核的組成(1)概述概述原子核是由質(zhì)子、中子構(gòu)成的，質(zhì)子帶正電，原子核是由質(zhì)子、中子構(gòu)成的，質(zhì)子帶正電，中子不帶電原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的個(gè)數(shù)并不中子不帶電原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的個(gè)數(shù)并不一定相同一定相同(2)基本關(guān)系：核電荷數(shù)質(zhì)子數(shù)基本關(guān)系：核電荷數(shù)質(zhì)子數(shù)(Z)元素的原元素的原子序數(shù)核外電子數(shù)子序數(shù)

5、核外電子數(shù)質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)(A)核子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)核子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)第11頁/共70頁2對(duì)核子數(shù)、電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)的理解對(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)量差別非常微小，二核子數(shù)：質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小，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)子數(shù)(2)電荷數(shù)電荷數(shù)(Z)：原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電：原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，通常這個(gè)整數(shù)叫做原子核的電荷荷的整數(shù)倍，通常這個(gè)整數(shù)叫做原子核的電荷數(shù)數(shù)(3)質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)(A)：原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和：原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和，而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相中

6、子的質(zhì)量的總和，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)整數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)的整數(shù)倍，這個(gè)整數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)第12頁/共70頁即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)1據(jù)最新報(bào)道，放射性同位素鈥Ho，可有效治療癌癥，該同位素原子核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差是()A32 B67C99 D166第13頁/共70頁解析：解析：選選A.根據(jù)原子核的表示方法得核外電子根據(jù)原子核的表示方法得核外電子數(shù)質(zhì)子數(shù)數(shù)質(zhì)子數(shù)67，中子數(shù)為，中子數(shù)為1666799，故，故核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差為核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差為996732，故故A對(duì)

7、，對(duì)，B、C、D錯(cuò)錯(cuò)第14頁/共70頁二、對(duì)原子核中質(zhì)子與中子的比例的認(rèn)識(shí)二、對(duì)原子核中質(zhì)子與中子的比例的認(rèn)識(shí)1核子比例關(guān)系核子比例關(guān)系自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對(duì)于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子相等，但對(duì)于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的原子核，兩者相差越多如圖數(shù)，越重的原子核，兩者相差越多如圖311所示所示穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的關(guān)系穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的關(guān)系圖圖311第15頁/共70頁2形成原因形成原因(1)這與核力與電磁力的不同特點(diǎn)有關(guān)：原子這與核力與電磁力的不同特點(diǎn)有關(guān)：原子核大到一定程度時(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核核大

8、到一定程度時(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力非常小，較多的質(zhì)子集聚在一起的核力不力非常小，較多的質(zhì)子集聚在一起的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，原子核就不穩(wěn)足以平衡它們之間的庫侖力，原子核就不穩(wěn)定了這時(shí)，如果不再成對(duì)地增加質(zhì)子和中定了這時(shí)，如果不再成對(duì)地增加質(zhì)子和中子，而只增加中子，中子與其他核子沒有庫子，而只增加中子，中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定維系原子核的穩(wěn)定第16頁/共70頁(2)核力的飽和性：穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，如果我們繼續(xù)增大原子核，一些核子間的距

9、離會(huì)大到其間根本沒有核力的作用，這時(shí)即使再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的所以原子核大小也受到限制第17頁/共70頁即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)2關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說法，正確的是()A原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等B穩(wěn)定的重原子核里，質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多C原子核都是非常穩(wěn)定的D由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，不可能無節(jié)制的增大原子核而仍穩(wěn)定存在第18頁/共70頁解析：選D.由穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的關(guān)系圖像可知，質(zhì)量越大的原子核內(nèi)中子數(shù)越多于質(zhì)子數(shù)A、B錯(cuò)誤；放射現(xiàn)象說明原子核也會(huì)發(fā)生變化，C錯(cuò)誤；由核力作用特點(diǎn)可知，核子數(shù)越多的原子核越不穩(wěn)定，D正確第19頁/共70頁三、

10、對(duì)放射線的認(rèn)識(shí)三、對(duì)放射線的認(rèn)識(shí)1、射線性質(zhì)、特征比較射線性質(zhì)、特征比較種類種類射線射線射線射線射線射線組成組成高速氦核高速氦核流流高速電子高速電子流流光子流光子流(高高頻電磁波頻電磁波)帶電荷量帶電荷量2ee0第20頁/共70頁質(zhì)量質(zhì)量4mp mp1.671027 kg靜止質(zhì)量為靜止質(zhì)量為零零速度速度0.1c0.99cc在電場(chǎng)或磁在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)與與射線反射線反向偏轉(zhuǎn)向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)貫穿本領(lǐng)最弱用紙最弱用紙能擋住能擋住較強(qiáng)穿透幾較強(qiáng)穿透幾毫米厚的鋁毫米厚的鋁板板最強(qiáng)穿透幾最強(qiáng)穿透幾厘米厚的鉛厘米厚的鉛板板電離作用電離作用很強(qiáng)很強(qiáng)較弱較弱很弱很弱第21頁/共70頁2.在電場(chǎng)

11、、磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)情況的比較(1)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，射線偏離較小，射線偏離較大，射線不偏離，如圖312.圖圖312第22頁/共70頁(2)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，射線偏轉(zhuǎn)半徑較大，射線偏轉(zhuǎn)半徑較小，射線不偏轉(zhuǎn)，如圖313.圖圖313第23頁/共70頁特別提醒：特別提醒：(1)如果一種元素具有放射性，那么如果一種元素具有放射性，那么不論它是以單質(zhì)的形式存在，還是以某種化合不論它是以單質(zhì)的形式存在，還是以某種化合物的形式存在，放射性都不受影響也就是說，物的形式存在，放射性都不受影響也就是說，放射性與元素存在的狀態(tài)無關(guān)，放射性僅與原放射性與元素存在的狀態(tài)無關(guān)，放射性僅與原子核有關(guān)因此，原子核不是組成物質(zhì)的最小子核有關(guān)因

12、此，原子核不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子核也存在著一定結(jié)構(gòu)微粒，原子核也存在著一定結(jié)構(gòu)(2)射線的電子是從原子核中放出來的，但電射線的電子是從原子核中放出來的，但電子并不是原子核的組成部分子并不是原子核的組成部分第24頁/共70頁即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)3放射性元素發(fā)射出、三種射線，以下說法中正確的是()A射線是由不帶電的粒子組成B射線是由帶正電的粒子組成C射線的貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)D射線的電離本領(lǐng)最強(qiáng)第25頁/共70頁解析：選C.射線是氦核組成的粒子流，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；射線是高速電子流，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；射線的貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)，電離本領(lǐng)最弱，所以選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤第26頁/共70頁2衰變方程的書寫特點(diǎn)

13、衰變方程的書寫特點(diǎn)(1)核反應(yīng)過程一般是不可逆的，所以核反應(yīng)只核反應(yīng)過程一般是不可逆的，所以核反應(yīng)只能用箭頭，不能用等號(hào)能用箭頭，不能用等號(hào)第27頁/共70頁(2)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒而杜撰出不符合實(shí)際的生成物來書寫核反應(yīng)方程(3)當(dāng)放射性物質(zhì)發(fā)生連續(xù)衰變時(shí)，原子核中有的發(fā)生衰變，有的發(fā)生衰變，同時(shí)伴隨著輻射第28頁/共70頁第29頁/共70頁第30頁/共70頁即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)4由原子核的衰變規(guī)律可知()A放射性元素一次衰變可同時(shí)產(chǎn)生射線和射線B放射性元素發(fā)生衰變時(shí)，新核的化學(xué)性質(zhì)不變C放射性元素發(fā)生衰變的快慢不可人為控制D放射性元素發(fā)生正電子

14、衰變時(shí)，新核質(zhì)量數(shù)不變，核電荷數(shù)增加1第31頁/共70頁解析：選C.一次衰變不可能同時(shí)產(chǎn)生射線和射線，只可能同時(shí)產(chǎn)生射線和射線或射線和射線；原子核發(fā)生衰變后，新核的核電荷數(shù)發(fā)生了變化，故新核(新的物質(zhì))的化學(xué)性質(zhì)理應(yīng)發(fā)生改變；發(fā)生正電子衰變時(shí)，新核質(zhì)量數(shù)不變，核電荷數(shù)減少1.第32頁/共70頁五、對(duì)核反應(yīng)的認(rèn)識(shí)1條件：用粒子、質(zhì)子、中子，甚至用光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變2實(shí)質(zhì)：用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞，將原子核打開，而是粒子打入原子核內(nèi)部使核發(fā)生了轉(zhuǎn)變第33頁/共70頁第34頁/共70頁特別提醒：天然放射性元素是少數(shù)重核元素，而人工放射性元素是通過人工方法制造出的輕核元素，它們的

15、原子核都具有不穩(wěn)定性，能自發(fā)地放出射線第35頁/共70頁即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)5關(guān)于原子核的衰變和核反應(yīng)，下列說法正確的是()A原子核自發(fā)的放出粒子的現(xiàn)象叫衰變B衰變的實(shí)質(zhì)是粒子對(duì)核撞擊后釋放出粒子或粒子C核反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是粒子對(duì)核撞擊而打出新粒子使核變?yōu)樾潞薉核反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是粒子打入核內(nèi)使原子核發(fā)生了變化第36頁/共70頁解析：選AD.由于衰變是指原子核自發(fā)地放出粒子而變?yōu)樾潞耍⒎强客饨缫蛩?，故A正確，B錯(cuò)誤；核反應(yīng)實(shí)質(zhì)是指粒子轟擊原子核，與核發(fā)生反應(yīng)，而非粒子撞擊打出粒子使核發(fā)生變化，C錯(cuò)誤，D正確第37頁/共70頁第38頁/共70頁2影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部因素決

16、定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān)3適用條件：半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念，是對(duì)大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對(duì)于一個(gè)特定的原子核，無法確定何時(shí)發(fā)生衰變，但可以確定各個(gè)時(shí)刻發(fā)生衰變的概率，即某時(shí)衰變的可能性，因此，半衰期只適用于大量的原子核第39頁/共70頁即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)6關(guān)于放射性元素的半衰期()A是放射樣本質(zhì)量減少一半所需的時(shí)間B是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間C與外界壓強(qiáng)和溫度有關(guān)，與原子的化學(xué)狀態(tài)無關(guān)D可以用于測(cè)定地質(zhì)年代、生物年代等第40頁/共70頁第41頁/共70頁第42頁/共70頁課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練原子核的組成原子核的組成 已知

17、鐳的原子序數(shù)是已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核質(zhì)量數(shù)，原子核質(zhì)量數(shù)是是226.試問：試問：(1)鐳核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)分別是多少？鐳核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)分別是多少？(2)鐳核的核電荷數(shù)和所帶電荷量是多少？鐳核的核電荷數(shù)和所帶電荷量是多少？(3)若鐳原子呈中性，它核外有多少電子？若鐳原子呈中性，它核外有多少電子？第43頁/共70頁【思路點(diǎn)撥】通過質(zhì)量數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、核電荷數(shù)、電子數(shù)間的關(guān)系確定相應(yīng)數(shù)值；利用洛倫茲力充當(dāng)向心力求出兩種同位素的半徑之比【精講精析】因?yàn)樵有驍?shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)、中性原子的核外電子數(shù)都是相等的原子核的質(zhì)量數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和第44頁/共70頁由此可得：(1)

18、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)鐳核的核電荷數(shù)和所帶電量分別是Z88，QZe881.61019 C1.411017 C.第45頁/共70頁第46頁/共70頁【答案】見精講精析【方法總結(jié)】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)子的電荷量都是相同的，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，本題容易把電荷數(shù)誤認(rèn)為是原子核的電荷量而造成錯(cuò)解第47頁/共70頁第48頁/共70頁第49頁/共70頁三種射線的分析與鑒別三種射線的分

19、析與鑒別 將將、三種射線分別射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)和三種射線分別射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，圖勻強(qiáng)電場(chǎng)，圖314中表示射線偏轉(zhuǎn)情況中正確中表示射線偏轉(zhuǎn)情況中正確的是的是()圖圖314第50頁/共70頁【思路點(diǎn)撥】根據(jù)三種射線的實(shí)質(zhì)分析在電磁場(chǎng)中的受力及運(yùn)動(dòng)規(guī)律【精講精析】已知粒子帶正電，粒子帶負(fù)電，射線不帶電，根據(jù)正、負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受洛倫茲力方向和正、負(fù)電荷在電場(chǎng)中受電場(chǎng)力方向，可知A、B、C、D四幅圖中、粒子的偏轉(zhuǎn)方向都是正確的，但偏轉(zhuǎn)的程度需進(jìn)一步判斷第51頁/共70頁第52頁/共70頁第53頁/共70頁【答案答案】AD第54頁/共70頁【方法總結(jié)】(1)因?yàn)榱Ｗ訋д?，粒子帶?fù)電，不帶電，所以、會(huì)

20、在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，射線不偏轉(zhuǎn)(2)、粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，用平拋的規(guī)律研究，在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)利用洛倫茲力提供向心力進(jìn)行研究第55頁/共70頁變式訓(xùn)練2如圖315所示，x為未知的放射源，L為薄鋁片，計(jì)數(shù)器對(duì)粒子、粒子、光子均能計(jì)數(shù)若在放射源和計(jì)數(shù)器之間加上L后，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率大幅度減小，在L和計(jì)數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率不變，則x可能是()圖圖315第56頁/共70頁A、和的混合放射源B純放射源C和的放射源D純放射源解析：選C.在放射源和計(jì)數(shù)器之間加上鋁片后，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率大幅度減小，說明射線中有穿透力很弱的粒子，即粒子，在鋁片和計(jì)數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率不變，說明穿過鋁片的粒子中無帶電粒子，故只有射線因此放射源可能是和的放射源第57頁/共70頁半衰期和衰變規(guī)律的應(yīng)用半衰期和衰變規(guī)律的應(yīng)用第58頁/共70頁【思路點(diǎn)撥】由于大氣中14C的含量為一定值，古生物失去活力后與大氣的交換結(jié)束，14C隨衰變逐漸減少，因此可依據(jù)衰變規(guī)律確定年代第59頁/共70頁【答案答案】B第60