2018-2019版物理新導學筆記滬科通用版選修3-5講義：第4章 從原子核到夸克 4.1

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精4。1原子核結(jié)構(gòu)探秘[學習目標］1.了解質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)過程。2。知道原子核的組成，會正確書寫原子核的符號.3.掌握核反應方程的特點,會書寫核反應方程．一、原子核的組成[導學探究]1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，如圖1所示為α粒子轟擊氮原子核示意圖．圖1(1）人們用α粒子轟擊多種原子核，都打出了質(zhì)子，說明了什么問題？(2)絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量數(shù)都大于其質(zhì)子數(shù),說明了什么問題？答案（1)說明質(zhì)子是原子核的組成部分．（2)說明原子核中除了質(zhì)子外還有其他粒子．[知識梳理］1．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)從1917年起,盧瑟福就開始進行α射線轟擊氮原子核的實驗，并從氮原子核中打出了氫核，這就是質(zhì)子,用p或eq\o\al(1，1）H表示，質(zhì)子是原子核的組成部分．2．中子的發(fā)現(xiàn)（1）盧瑟福的猜想1920年，盧瑟福提出：原子核內(nèi)除了質(zhì)子外，還存在一種質(zhì)量與質(zhì)子的質(zhì)量大體相等但不帶電的粒子，并認為這種不帶電的中性粒子是由電子進入質(zhì)子后形成的．（2)查德威克的發(fā)現(xiàn)1932年，查德威克對α粒子轟擊鈹?shù)膶嶒炦M行研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的射線是中性粒子流，質(zhì)量跟氫核質(zhì)量差不多，查德威克將這種粒子稱為中子，用n表示．中子也是原子核的組成部分．3．原子核的組成(1）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)之和叫核子數(shù)．(2)電荷數(shù)（Z):原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，通常用這個整數(shù)表示原子核的電荷量，叫做原子核的電荷數(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)量的總和，而質(zhì)子與中子的質(zhì)量幾乎相等，所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個倍數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)．（4)原子核的符號4．同位素具有相同質(zhì)子數(shù)而不同中子數(shù)的原子核，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱為同位素．例如：氫有三種同位素，分別是eq\o\al(1，1)H、eq\o\al（2,1）H、eq\o\al（3，1）H.［即學即用］判斷下列說法的正誤．（1)質(zhì)子和中子都不帶電，是原子核的組成成分,統(tǒng)稱為核子．（×）(2)原子核的電荷數(shù)就是核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù)．（√)(3）同位素具有不同的化學性質(zhì)．（×)(4)原子核內(nèi)的核子數(shù)與它的核電荷數(shù)不可能相等．(×)二、核反應方程［導學探究]核反應的實質(zhì)是什么？它符合哪些規(guī)律?答案(1）核反應的實質(zhì)是以基本粒子(α粒子、質(zhì)子、中子等）為“炮彈"去轟擊原子核（靶核X）,從而促使原子核發(fā)生變化,生成了新原子核（Y），并放出某一粒子．（2)在轉(zhuǎn)變過程中符合質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒規(guī)律．［知識梳理］1．核反應方程定義:用原子核的符號來表示核反應前后各原子核變化情況的式子．2．規(guī)律:核反應遵守質(zhì)量守恒定律和電荷守恒定律，即核反應方程兩邊的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均是守恒的．3．核反應的條件：用α粒子、質(zhì)子、中子甚至用光子去轟擊原子核．4．原子核人工轉(zhuǎn)變的兩大發(fā)現(xiàn)(1)1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程:eq\o\al（14，

7)N＋eq\o\al(4，2)He→eq\o\al(17,

8)O＋eq\o\al(1,1)H（2）1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程:eq\o\al(9，4)Be＋eq\o\al(4,2）He→eq\o\al(12,6）C＋eq\o\al（1,0）n一、原子核的組成1．原子核（符號eq\o\al(A,Z)X)原子核eq\b\lc\｛\rc\（\a\vs4\al\co1（組成\b\lc\{\rc\（\a\vs4\al\co1（質(zhì)子：p\o\al(1,1)H，中子：n\o\al(1，0）n)）,同位素：質(zhì)子數(shù)相同,中子數(shù)不同的原子核）)2．基本關系例1已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核的質(zhì)量數(shù)是226。試問：(1）鐳核中有幾個質(zhì)子？幾個中子？(2)鐳核所帶電荷量是多少？(保留三位有效數(shù)字)(3)呈電中性的鐳原子,核外有幾個電子？答案(1）88138(2）1.41×10－17C（3)88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N＝A－Z＝226－88＝138.(2)鐳核所帶電荷量Q＝Ze＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C。(3）核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88。針對訓練1在α粒子轟擊金箔的散射實驗中，α粒子可以表示為eq\o\al（4,2）He，eq\o\al(4,2）He中的4和2分別表示（)A．4為核子數(shù)，2為中子數(shù)B．4為質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和,2為質(zhì)子數(shù)C．4為核外電子數(shù),2為中子數(shù)D．4為中子數(shù)，2為質(zhì)子數(shù)答案B解析根據(jù)eq\o\al(A，Z）X所表示的物理意義，原子核的質(zhì)子數(shù)決定核外電子數(shù)，原子核的核電荷數(shù)就是核內(nèi)質(zhì)子數(shù),也就是這種元素的原子序數(shù)．原子核的質(zhì)量數(shù)就是核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和，即為核內(nèi)的核子數(shù)。eq\o\al（4，2)He符號的左下角表示的是質(zhì)子數(shù)或核外電子數(shù)，即為2,eq\o\al(4,2）He符號左上角表示的是核子數(shù)，即為4,故選項B正確．二、核反應方程1．核反應的條件用α粒子、質(zhì)子、中子,甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變．2．核反應的實質(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．例2完成下列核反應方程，并指出其中________是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程,________是發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程．（1)eq\o\al（14,7)N＋eq\o\al(1,0）n→eq\o\al（14，6）C＋________(2)eq\o\al（14，7）N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17，8)O＋________（3)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al（1,0)n→________＋eq\o\al(4，2)He（4)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al（4,2)He→________＋eq\o\al(1,0)n(5）eq\o\al(56，26)Fe＋eq\o\al（2，1)H→eq\o\al(57，27)Co＋________答案見解析解析(1)eq\o\al(14，7）N＋eq\o\al（1,0）n→eq\o\al（14，6)C＋eq\o\al(1,1）H（2)eq\o\al（14,7)N＋eq\o\al(4，2）He→eq\o\al（17，8）O＋eq\o\al（1，1)H(3)eq\o\al（10,5）B＋eq\o\al（1,0)n→eq\o\al(7，3)Li＋eq\o\al（4,2)He(4)eq\o\al（9，4)Be＋eq\o\al(4,2）He→eq\o\al（12,6）C＋eq\o\al(1,0)n（5）eq\o\al（56,26)Fe＋eq\o\al（2，1）H→eq\o\al(57,27）Co＋eq\o\al（1，0）n其中發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程是(2),發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程是（4)．書寫核反應方程時要注意:(1）質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒;（2)中間用箭頭，不能寫成等號；（3）核反應方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒,核反應過程中,一般會發(fā)生質(zhì)量的變化．1．（原子核的組成及同位素）（多選)氫有三種同位素，分別是氕eq\o\al（1，1）H，氘eq\o\al（2，1）H，氚eq\o\al(3,1)H，則（）A．它們的質(zhì)子數(shù)相等 B．它們的核外電子數(shù)相等C．它們的核子數(shù)相等 D．它們的中子數(shù)相等答案AB解析氕、氘、氚的核子數(shù)分別為1、2、3，因為它們是同位素，所以它們的質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)相等,都為1，中子數(shù)等于核子數(shù)減去質(zhì)子數(shù)，故中子數(shù)各不相等,所以A、B選項正確．2．（原子核的組成及同位素）以下說法正確的是()A.eq\o\al（234，90）Th為釷核，由此可知，釷核的質(zhì)量數(shù)為90,釷核的質(zhì)子數(shù)為234B。eq\o\al（9,4）Be為鈹核,由此可知，鈹核的質(zhì)量數(shù)為9，鈹核的中子數(shù)為4C．同一元素的兩種同位素具有相同的質(zhì)量數(shù)D．同一元素的兩種同位素具有不同的中子數(shù)答案D解析釷核的質(zhì)量數(shù)為234，質(zhì)子數(shù)為90,所以A錯；鈹核的質(zhì)量數(shù)為9，中子數(shù)為5，所以B錯;由于同位素是指質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子核,即質(zhì)量數(shù)不同的原子核，因而C錯,D對．3．（核反應方程)（多選)α粒子轟擊氮14核后放出一個質(zhì)子，轉(zhuǎn)變?yōu)檠?7核(eq\o\al（17，8)O)．在這個氧原子核中有（）A．8個正電子 B．17個電子C．9個中子 D．8個質(zhì)子答案CD解析核電荷數(shù)為8，即質(zhì)子數(shù)為8，質(zhì)量數(shù)為17，所以中子數(shù)為17－8＝9，故選C、D.一、選擇題考點一原子核的組成及同位素1．據(jù)最新報道，放射性同位素鈥eq\o\al(166,67）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（）A．32B．67C．99D．166答案A解析根據(jù)原子核的表示方法得核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝67,中子數(shù)為166－67＝99,故核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差為99－67＝32，故A對．2．下列關于eq\o\al（3,2)He的敘述正確的是(）A。eq\o\al（3,2)He與eq\o\al（3,1）H互為同位素B.eq\o\al(3,2）He原子核內(nèi)中子數(shù)為2C.eq\o\al(3，2)He原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為2D。eq\o\al(3,2)He代表原子核內(nèi)有2個質(zhì)子和3個中子的氦原子核答案C解析eq\o\al(3，2）He核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為2，eq\o\al（3,1)H核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為1.兩者質(zhì)子數(shù)不等，不是同位素，A錯誤；eq\o\al（3，2）He代表原子核內(nèi)有2個質(zhì)子和1個中子的氦原子核,故C正確，B、D錯誤．3．若用x代表一個中性原子中核外的電子數(shù)，y代表此原子的原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，z代表此原子的原子核內(nèi)的中子數(shù)，則對eq\o\al（235,92)U的原子來說（）A．x＝92y＝92z＝235B．x＝92y＝92z＝143C．x＝143y＝143z＝92D．x＝235y＝235z＝325答案B解析在eq\o\al（235，

92)U中，左下標為質(zhì)子數(shù)，左上標為質(zhì)量數(shù)，則y＝92;中性原子的核外電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù),所以x＝92；中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減去質(zhì)子數(shù)，z＝235－92＝143，所以B選項正確．4．(多選）以下說法中正確的是（）A．原子中含有帶負電的電子，所以原子帶負電B．原子核中的中子數(shù)一定跟核外電子數(shù)相等C．用α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，因而原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子答案CD解析原子中除了有帶負電的電子外，還有帶正電的質(zhì)子，故A錯；原子核中的中子數(shù)不一定跟核外電子數(shù)相等，故B錯；正是用α粒子轟擊原子核的實驗才發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,故C正確；因為絕大多數(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，才確定原子核內(nèi)還有別的中性粒子,故D正確．考點二核反應方程5．盧瑟福通過實驗首次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，其核反應方程為：eq\o\al(4,2）He＋eq\o\al(14,

7)N→eq\o\al（17，

8）O＋eq\o\al（1,1)H，下列說法錯誤的是（）A．盧瑟福通過該實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型B．實驗中是用α粒子轟擊氮核C．盧瑟福通過該實驗發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子D．原子核在人工轉(zhuǎn)變的過程中，電荷數(shù)一定守恒答案A解析盧瑟福用α粒子轟擊金箔散射的實驗，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故A錯誤；用α粒子轟擊氮核首次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，并發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，故B、C正確；核反應方程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的，故D正確．6．在下列四個核反應方程中，X1、X2、X3和X4各代表某種粒子①eq\o\al（3,1)H＋X1→eq\o\al(4,2）He＋eq\o\al（1,0)n②eq\o\al（14,7）N＋eq\o\al(4,2）He→eq\o\al(17，8）O＋X2③eq\o\al(9，4）Be＋eq\o\al(4,2）He→eq\o\al（12,6)C＋X3④eq\o\al（24,12)Mg＋eq\o\al(4，2）He→eq\o\al(27，13)Al＋X4則以下判斷中正確的是（）A．X1是質(zhì)子 B．X2是中子C．X3是電子 D．X4是質(zhì)子答案D解析根據(jù)核反應的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知，X1為eq\o\al（2，1）H,A錯；X2為eq\o\al(1，1）H，B錯；X3為eq\o\al（1，0)n，C錯;X4為eq\o\al（1,1)H，D對．7．用高能eq\o\al（86,36)Kr轟擊eq\o\al（208，

82)Pb，釋放出一個中子后,生成了一個新核，關于新核的推斷正確的是（）A．其質(zhì)子數(shù)為122 B．其質(zhì)量數(shù)為294C．其原子序數(shù)為118 D．其中子數(shù)為90答案C解析核反應方程為eq\o\al(208,

82）Pb＋eq\o\al(86,36）Kr→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al（293,118）X，新核質(zhì)量數(shù)為293，質(zhì)子數(shù)為118,中子數(shù)為293－118＝175,故正確選項為C.8．為了說明用α粒子轟擊氮打出質(zhì)子是怎樣的一個物理過程，布拉凱特在充氮云室中，用α粒子轟擊氮，在他拍攝的兩萬多張照片中，終于從四十多萬條α粒子徑跡中發(fā)現(xiàn)了8條產(chǎn)生分叉,這一實驗數(shù)據(jù)說明了()A．α粒子的數(shù)目很少，與氮發(fā)生相互作用的機會很少B．氮氣的密度很小，α粒子與氮接觸的機會很少C．氮核很小,α粒子接近氮核的機會很少D．氮氣和α粒子的密度都很小，致使它們接近的機會很少答案C解析氮原子核很小，所以α粒子接近氮原子核的機會很少，所以發(fā)生核反應的機會很少，即觀察到α粒子徑跡分叉的機會少，所以C選項正確．9．(多選)一個質(zhì)子以1.