高中物理人教版5第十九章原子核1原子核的組成 第十九章第1節(jié)原子核的組成

第1節(jié)原子核的組成1.知道什么是天然放射現(xiàn)象．2.知道三種射線的本質和各自的特點．3．知道原子核的組成，知道什么是同位素．一、天然放射現(xiàn)象1．1896年，法國物理學家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)某些物質具有放射性．2．物質發(fā)射射線的性質稱為放射性，具有放射性的元素稱為放射性元素，放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象．3．原子序數(shù)大于或等于83的元素，都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于83的元素，有的也能放出射線．4．瑪麗·居里和她的丈夫皮埃爾·居里發(fā)現(xiàn)了兩種放射性更強的新元素，命名為釙(Po)和鐳(Ra)．1．(1)1896年，法國的瑪麗·居里首先發(fā)現(xiàn)了天然放射線．()(2)原子序數(shù)大于83的元素都是放射性元素．()(3)原子序數(shù)小于83的元素都不能放出射線．()提示：(1)×(2)√(3)×二、射線到底是什么1．α射線：實際上就是氦原子核，速度可達到光速的eq\f(1,10)，其電離能力強，穿透能力較差，在空氣中只能前進幾厘米，用一張紙就能把它擋?。?．β射線：是高速電子流，它速度很大，可達光速的99%，它的穿透能力較強，電離能力較弱，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板．3．γ射線：呈電中性，是能量很高的電磁波，波長很短，在10－10m以下，它的電離作用更小，但穿透能力更強，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板或幾十厘米厚的混凝土．4．放射線來自原子核，說明原子核內部是有結構的．2．(1)α射線實際上就是氦原子核，α射線具有較強的穿透能力．()(2)β射線是高速電子流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板．()(3)γ射線是能量很高的電磁波，電離作用很強．()提示：(1)×(2)√(3)×三、原子核的組成1．質子的發(fā)現(xiàn)：1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質子，質子是原子核的組成部分．2．中子的發(fā)現(xiàn)：盧瑟福猜想原子核內存在著一種質量與質子相同，但不帶電的粒子，稱為中子．查德威克利用云室進行實驗驗證了中子的存在，中子是原子核的組成部分．3．原子核的組成：原子核由質子和中子組成，質子和中子統(tǒng)稱為核子．4．原子核的符號eq\a\vs4\al(eq\o\al(A,Z))原子核的質量數(shù)＝質子數(shù)＋中子數(shù)核電荷數(shù)＝原子核的質子數(shù)，即原子的原子序數(shù)X——元素符號5．同位素：具有相同的質子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核，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eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H.3．(1)質子和中子都不帶電，是原子核的組成成分，統(tǒng)稱為核子．()(2)原子核的電荷數(shù)就是核內的質子數(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．()提示：(1)×(2)√(3)×知識點一三種射線比較α、β、γ三種射線的比較種類α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)質量4mpmp＝1．67×10－27kgeq\f(mp,1836)靜止質量為零帶電荷量2e－e0速率c貫穿本領最弱，用一張紙就能擋住較強，能穿透幾毫米厚的鋁板最強，能穿透幾厘米厚的鉛板電離作用很強較弱很弱在電磁場中偏轉與α射線反向偏轉不偏轉如圖所示，X為未知的放射源，L為薄鋁片，若在放射源和計數(shù)器之間加上L后，計數(shù)器的計數(shù)率大幅度減小，在L和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻強磁場，計數(shù)器的計數(shù)率不變，則X可能是()A．α和β的混合放射源 B．純α放射源C．α和γ的混合放射源 D．純γ放射源[解析]由三種射線的本質和性質可以判斷：在放射源和計數(shù)器之間加上鋁片后，計數(shù)器的計數(shù)率大幅度減小，說明射線中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在鋁片和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻強磁場，計數(shù)器的計數(shù)率不變，說明穿過鋁片的粒子中無帶電粒子，故只有γ射線．因此放射源可能是α和γ的混合放射源．[答案]C三種射線的比較方法(1)知道三種射線的成分、貫穿本領和電離本領的強弱．(2)知道α、β、γ三種射線的本質：α、β是實物粒子，γ射線是光子．(3)α、β射線在電場或磁場中偏轉方向不同，γ射線不偏轉．1.(2023·哈爾濱高二檢測)如圖所示，放射源放在鉛塊中，鉛塊上方有勻強磁場，磁場方向垂直于紙面向外．已知放射源通過細孔放出的射線有α，β，γ三種，下列判斷正確的是()A．甲是α射線，乙是γ射線，丙是β射線B．甲是β射線，乙是γ射線，丙是α射線C．甲是γ射線，乙是α射線，丙是β射線D．甲是α射線，乙是β射線，丙是γ射線答案：B知識點二原子核的組成1．原子核(符號eq\o\al(A,Z)X)eq\a\vs4\al(原,子,核)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(大?。汉苄。霃綖?0－15～10－14m,\a\vs4\al(組,成)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(質子：電量e＝＋×10－19C,質量mp＝6231×10－27kg,中子：電量e＝0,質量mn＝9286×10－27kg)),同位素：質子數(shù)相同，中子數(shù)不同的原子核))2．基本關系：核電荷數(shù)＝質子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)．質量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質子數(shù)＋中子數(shù)．3．對核子數(shù)、電荷數(shù)、質量數(shù)的理解(1)核子數(shù)：質子和中子質量差別非常微小，二者統(tǒng)稱為核子，質子數(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)質量數(shù)(A)：原子核的質量等于核內質子和中子的質量的總和，而質子與中子質量幾乎相等，所以原子核的質量幾乎等于單個核子質量的整數(shù)倍，這個整數(shù)叫做原子核的質量數(shù)．已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核質量數(shù)是226.試問：(1)鐳核中有幾個質子？幾個中子？(2)鐳核所帶的電荷量是多少？(3)呈中性的鐳原子，核外有幾個電子？[解題探究](1)原子核的核電荷數(shù)、質子數(shù)、核外電子數(shù)具有什么關系？(2)質量數(shù)和核子數(shù)具有什么關系？[解析](1)鐳核中的質子數(shù)等于其原子序數(shù)，故質子數(shù)為88，中子數(shù)N等于原子核的質量數(shù)A與質子數(shù)Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138.(2)鐳核所帶電荷量：Q＝Ze＝88××10－19C＝×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.[答案](1)88138(2)×10－17C(3)88明確核子數(shù)、質子數(shù)、核外電子數(shù)及中子數(shù)的相互關系，是正確解答此類問題的關鍵．質量數(shù)就是核子的個數(shù)，是一個純數(shù)字，它與質量是不同的．如質子和中子的質量數(shù)相同均為1，但它們的質量不同，中子的質量比質子的質量約大一千八百分之一．2.(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)，則下列說法中正確的是()A．它們的質子數(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．它們的化學性質相同解析：選ABD.氕、氘、氚的核子數(shù)分別為1、2、3，質子數(shù)和核外電子數(shù)相同，都是1，中子數(shù)等于核子數(shù)減去質子數(shù)，故中子數(shù)各不相同，A、B選項正確，C選項錯誤；同位素化學性質相同，只是物理性質不同，D選項正確．典型問題——三種射線在電磁場中偏轉情況的分析1．γ射線不論在電場還是磁場中，總是做勻速直線運動，不發(fā)生偏轉．根據(jù)上述特點，在電場或磁場中不發(fā)生偏轉的射線是γ射線．2．α射線和β射線在電場中偏轉的特點：在勻強電場中，α和β粒子沿相反方向做類平拋運動，且在同樣的條件下，β粒子的偏移量大．根據(jù)粒子在電場力方向做初速度為零的勻加速直線運動，偏移量x可表示為：x＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)·eq\f(qE,m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(y0,v)))eq\s\up12(2)∝eq\f(q,mv2)所以，在同樣條件下β與α粒子偏移量之比為eq\f(xβ,xα)＝eq\f(e,2e)×eq\f(4mp,mp/1836)×eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,10)c))\s\up12(2),c2)＝37＞1.3．α射線和β射線在磁場中的偏轉特點：在勻強磁場中，α和β粒子沿相反方向做勻速圓周運動，且在同樣條件下，β粒子的軌道半徑小，偏轉大．根據(jù)qvB＝eq\f(mv2,R)得R＝eq\f(mv,qB)∝eq\f(mv,q).所以，在同樣條件下β與α粒子的軌道半徑之比為eq\f(Rβ,Rα)＝eq\f(mp/1836,4mp)×eq\f(c,c/10)×eq\f(2e,e)＝eq\f(1,371)＜1.根據(jù)上述徑跡特點，即使電場和磁場方向未知，也可以區(qū)分射線的種類．(多選)將α、β、γ三種射線分別射入勻強磁場和勻強電場，如圖所示射線偏轉情況中正確的是()[解析]已知α粒子帶正電，β粒子帶負電，γ射線不帶電，根據(jù)正、負電荷在磁場中運動受洛倫茲力方向和正、負電荷在電場中受電場力方向不同，可知A、B、C、D四幅圖中，α、β粒子的偏轉方向都是正確的，但偏轉的程度需要進一步判斷．帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，其半徑r＝eq\f(mv,Bq)，將其數(shù)據(jù)代入，則α粒子與β粒子的半徑之比為：eq\f(rα,rβ)＝eq\f(mα,mβ)·eq\f(vα,vβ)·eq\f(qβ,qα)＝eq\f(4,\f(1,1836))×eq\f,×eq\f(1,2)＝eq\f(371,1).由此可見，A正確，B錯誤．帶電粒子垂直進入勻強電場，設初速度為v0，垂直電場線方向位移為y，α、β粒子沿電場偏轉距離之比為eq\f(xα,xβ)＝eq\f(qα,qβ)·eq\f(mβ,mα)·eq\f(veq\o\al(2,β),veq\o\al(2,α))＝eq\f(2,1)×eq\f(\f(1,1836),4)×eq\f(（）2,（）2)＝eq\f(1,37).由此可見，C錯誤，D正確．[答案]AD由軌跡判斷區(qū)分三種射線，一要清楚三種射線的本質和特點，二要結合帶電粒子在電磁場中的運動規(guī)律．某放射源放出三種射線，其中β射線為高速電子流，質量約為質子質量的eq\f(1,1800)，速度接近光速；α射線為氦核流，速度約為光速的eq\f(1,10).如圖所示，當射線射入同一勻強磁場中后，若不考慮速度對質量的影響，則β射線和α射線在磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑之比約為()A．1∶90 B．1∶180C．1∶360 D．1∶720解析：選C.洛倫茲力始終與速度垂直，粒子做勻速圓周運動，根據(jù)洛倫茲力提供向心力，qvB＝eq\f(mv2,r)，解得，r＝eq\f(mv,Bq)，故α粒子與β粒子的軌道半徑之比為eq\f(rα,rβ)＝eq\f(\f(mαvα,Bqα),\f(mβvβ,Bqβ))＝eq\f(1,360)，選項C正確．[隨堂達標]1．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了()A．原子不可再分B．原子的核式結構C．原子核還可以再分D．原子核由質子和中子組成解析：選C.湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子說明原子也可再分；盧瑟福通過α粒子散射實驗提出了原子的核式結構；貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，說明了原子核也是有著復雜的結構的．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核還可再分．盧瑟福用α粒子轟擊氮核，發(fā)現(xiàn)了質子，查德威克用α粒子轟擊鈹核打出了中子，使人們認識到原子核是由質子和中子組成的．所以選項C正確．2．(多選)(2023·衡陽八中高二檢測)下列關于放射性元素發(fā)出的三種射線的說法中正確的是()A．α粒子就是氫原子核，它的穿透本領和電離本領都很強B．β射線是電子流，其速度接近光速C．γ射線是一種頻率很高的電磁波，它可以穿過幾厘米厚的鉛板D．以上三種說法均正確解析：選BC.α粒子是氦原子核，它的穿透本領很弱而電離本領很強，A項錯誤；β射線是電子流，其速度接近光速，B項正確；γ射線的穿透能力很強，可以穿透幾厘米厚的鉛板，C項正確．3．(2023·高考福建卷)如圖，放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進入勻強電場和勻強磁場中，下列說法正確的是()A．①表示γ射線，③表示α射線B．②表示β射線，③表示α射線C．④表示α射線，⑤表示γ射線D．⑤表示β射線，⑥表示α射線解析：選C.γ射線為電磁波，在電場、磁場中均不偏轉，故②和⑤表示γ射線，A、B、D項錯；α射線中的α粒子為氦的原子核，帶正電，在勻強電場中，沿電場方向偏轉，故③表示α射線，由左手定則可知在勻強磁場中α射線向左偏，故④表示α射線，C項對．4．(多選)eq\o\al(228,88)Ra是鐳eq\o\al(226,88)Ra的一種同位素，對于這兩種鐳的原子而言，下列說法中正確的是()A．它們具有相同的質子數(shù)和不同的質量數(shù)B．它們具有相同的中子數(shù)和不同的原子序數(shù)C．它們具有相同的核電荷數(shù)和不同的中子數(shù)D．它們具有相同的核外電子數(shù)和不同的化學性質解析：選AC.原子核的原子序數(shù)與核內質子數(shù)、核電荷數(shù)、核外電子數(shù)都是相等的，且原子核的質量數(shù)(核子數(shù))等于核內質子數(shù)與中子數(shù)之和．由此知這兩種鐳的同位素，核內的質子數(shù)均為88，核子數(shù)分別為228和226，中子數(shù)分別為140和138；原子的化學性質由核外電子數(shù)決定，因它們的核外電子數(shù)相同，故它們的化學性質也相同．故正確選項為A、C.5．一置于鉛盒中的放射源發(fā)射出的α、β和γ射線，由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔，鋁箔后的空間有一勻強電場．進入電場后，射線變?yōu)閍、b兩束，射線a沿原來方向行進，射線b發(fā)生了偏轉，如圖所示，則圖中的射線a為________射線，射線b為________射線．解析：在三種射線中，α射線帶正電，穿透能力最弱，γ射線不帶電，穿透能力最強，β射線帶負電，穿透能力一般，綜上所述，結合題意可知，a射線應為γ射線，b射線應為β射線．答案：γβ[課時作業(yè)][學生用書P96(獨立成冊)]一、單項選擇題1．在天然放射性物質附近放置一帶電體，帶電體所帶的電荷很快消失的根本原因是()A．γ射線的貫穿作用 B．α射線的電離作用C．β射線的貫穿作用 D．β射線的中和作用解析：選B.由于α粒子電離作用較強，能使空氣分子電離，電離產生的電荷與帶電體的電荷中和，使帶電體所帶的電荷很快消失．2．下列說法正確的是()\o\al(234,90)Th為釷核，由此可知，釷核的質量數(shù)為90，釷核的質子數(shù)為234\o\al(9,4)Be為鈹核，由此可知，鈹核的質量數(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量數(shù)D．同一元素的兩種同位素具有不同的中子數(shù)解析：選項釷核的質量數(shù)為234，質子數(shù)為90，所以A錯；B項鈹核的質子數(shù)為4，中子數(shù)為5，所以B錯；由于同位素是指質子數(shù)相同而中子數(shù)不同，即質量數(shù)不同，因而C錯，D對．3．(2023·高考重慶卷)如圖中曲線a、b、c、d為氣泡室中某放射物發(fā)生衰變放出的部分粒子的徑跡，氣泡室中磁感應強度方向垂直于紙面向里．以下判斷可能正確的是()A．a、b為β粒子的徑跡B．a、b為γ粒子的徑跡C．c、d為α粒子的徑跡D．c、d為β粒子的徑跡解析：選D.由于α粒子帶正電，β粒子帶負電，γ粒子不帶電，據(jù)左手定則可判斷a、b可能為α粒子的徑跡，c、d可能為β粒子的徑跡，選項D正確．4．如圖為查德威克實驗示意圖，由天然放射性元素釙(Po)放射的α射線轟擊鈹時會產生粒子流A，用粒子流A轟擊石蠟時，會打出粒子流B，經研究知道()A．A為中子，B為質子 B．A為質子，B為中子C．A為γ射線，B為中子 D．A為中子，B為γ射線解析：選A.不可見射線A轟擊石蠟時打出的應該是質子，因為質子就是氫核，而石蠟中含有大量氫原子，轟擊石蠟的不可見射線應該是中子．5.天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實驗結果如圖所示，由此可推知()A．②來自于原子核外的電子B．①的電離作用最強，是一種電磁波C．②的電離作用較弱，是一種電磁波D．③的電離作用最弱，屬于原子核內釋放的光子解析：選D.三種射線的特點：α射線是eq\o\al(4,2)He原子核，帶電量最大，電離作用最強，穿透本領最弱；β射線是eq\o\al(eq\a\vs4\al(0),－1)e，帶電量較大，電離作用較弱，穿透本領較強；γ射線是光子，不帶電，電離作用最弱，穿透本領最強．三種射線都來自于原子核．故D正確．6．(2023·青島高二檢測)兩個同位素原子核的符號分別是eq\o\al(M,A)X和eq\o\al(N,B)Y，那么()A．M＝N B．A＝BC．M－A＝N－B D．M＋N＝A＋B解析：選B.具有相同質子數(shù)不同中子數(shù)的同一元素互稱同位素，所以A＝B.二、多項選擇題7．天然放射物質的射線包含三種成分，下列說法中正確的是()A．α射線的本質是高速氦核流B．β射線是不帶電的光子流C．三種射線中電離作用最強的是γ射線D．一張厚的黑紙可以擋住α射線，但擋不住β射線和γ射線解析：選AD.α射線的本質是高速氦核流，A正確．β射線是高速電子流，B錯誤．三種射線中電離作用最強的是α射線，C錯誤；一張厚的黑紙可以擋住α射線，但擋不住β射線和γ射線，D正確．8．下列說法中正確的是()A．原子中含有帶負電的電子，所以原子帶負電B．原子核中的質子數(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子，因此人們斷定質子是原子核的組成部分D．絕大多數(shù)原子核的質量跟質子質量之比都大于核電荷跟質子電荷之比，因而原子核內還存在一種不帶電的中性粒子解析：選CD.原子中除了帶負電的電子外，還有帶正電的質子，故A錯誤．對于中性原子來說原子核中的質子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等，故B錯誤．正是用α粒子轟擊原子核的實驗才發(fā)現(xiàn)了質子，故C正確．因為絕大多數(shù)原子核的質量跟質子質量之比都大于核電荷跟質子電荷之比，才確定原子核內必定還有別的中性粒子，故D正確．9.如圖所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質，放射線從其右端小孔中水平向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向里的勻強磁場，則以下說法中正確的有()A．打在圖中a、b、c三點的依次是α射線、γ射線和β射線B．α射線和β射線的軌跡是拋物線C．α射線和β射線的軌跡是圓弧D．如果在鉛盒和熒光屏間再加一個豎直向下的場強適當?shù)膭驈婋妶?，可能使屏上的亮斑只剩下b解析：選AC.由左手定則可知粒子向右射出后，在勻強磁場中α粒子受的洛倫茲力向上，β粒子受的洛倫茲力向下，軌跡都是圓?。捎讦亮Ｗ铀俣燃s是光速的eq\f(1,10)，而β粒子速度接近光速，所以在同樣的混合場中不可能都做直線運動．本題應選A、C.10．某空間內可能存在磁場或電場，可能磁場和電場同時存在或都不存在，一束包含α射線、β射線和γ射線的射線束以同方向進入此空間，如它們的運動軌跡仍為一束，則此空間可能的情形是()A．存在互相垂直的勻強電場及勻強磁場B．磁場及電場都存在C．有電場，無磁場D．有磁場，無電場解析：選BCD.α射線帶正電、β射線帶負電、γ射線不帶電，它們以同方向不同速度進入某空間，運動軌跡仍為一束，則它們不受力作用或受力方向與運動方向一致．空間中可有與運動方向平行的電場，無磁場，C正確；空間中可有與運動方向平行的磁場，無電場，D正確；空間中可有與運動方向平行的電場、磁場，B正確；空間中存在互相垂直的勻強電場及勻強磁場時，不同速度的粒子受到的洛倫茲力不同，不同的粒子受到的電場力不同，三種粒子不可能向同一方向運動，A錯誤．三、非選擇題11．質譜儀是一種測定帶電粒子的質量及分析同位素的重要工具，它的構造原理如圖所示，離子源S產生的各種不同正離子束(速度可看成為零)，經加速電場加速后垂直進入有界勻強磁場，