第五章第1節(jié)原子核的組成

選擇性必修三學案第五章原子核第1節(jié)原子核的組成一、新課標要求1.了解什么是放射性和天然放射現(xiàn)象。2.知道三種射線的本質,以及如何利用磁場區(qū)分它們。3.了解原子核的組成,知道核子和同位素的概念。4.知道質量數(shù).電荷數(shù)和核子數(shù)之間的關系。二、科學素養(yǎng)要求1.物理觀念:知道天然放射現(xiàn)象及三種射線的本質,了解核子.同位素的基本觀念，知道原子核的組成。⒉科學思維:掌握三種射線的本質,能夠利用磁場、電場區(qū)分它們,理解原子核的構成,并能分析、解決相關問題,提高解題能力。3.科學探究:通過利用磁場探究三種射線的本質,學習用α粒子轟擊原子核發(fā)現(xiàn)核子,體驗科學探究的過程,提高觀察與實驗能力。4.科學態(tài)度與責任:體會科學家們探索射線的艱辛,學習實事求是、不畏艱難的科學精神,增強探究科學的意識。三、教材研習要點一、天然放射現(xiàn)象如果一種元素具有放射性①，那么，無論它是以單質存在的，還是以化合物形式存在的，都具有放射性。放射性的強度也不受溫度、外界壓強的影響。由于元素的化學性質決定于原子核外的電子，這就說明射線與這些電子無關，也就是說，射線來自原子核。這說明原子核內(nèi)部是有結構的。要點二、原子核的組成質子和中子除了是否帶電的差異以及質量上的微小差別外，其余性質十分相似，而且，都是原子核的組成成分，所以統(tǒng)稱為核子。原子核的電荷數(shù)②就是核內(nèi)的質子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù)，而原子核的質量數(shù)②就是核內(nèi)的核子數(shù)。【自主思考】①貝克勒爾因發(fā)現(xiàn)了物質的放射性而獲得1903年諾貝爾物理學獎。放射性的發(fā)現(xiàn)具有什么重大意義?答案：它表明原子核具有復雜的結構,打開了人們認識原子核內(nèi)部世界的大門,也就是說,人們認識原子核的結構是從天然放射現(xiàn)象開始的,它揭開了原子核物理的新篇章。②有同學認為“原子核的電荷數(shù)就是電荷量，原子核的質量數(shù)就是原子核的質量”，這種說法對嗎？為什么？答案：這種說法不對，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，叫作原子核的電荷數(shù)；原子核的質量幾乎等于單個核子質量的整數(shù)倍，這個倍數(shù)叫作質量數(shù)。四、名師點睛1.對天然放射現(xiàn)象的認識（1）1896年，法國物理學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)某些物質具有放射性。（2）物質發(fā)出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)象叫作天然放射現(xiàn)象。（3）原子序數(shù)大于83的元素，都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于或等于83的元素，有的也能發(fā)出射線。（4）元素的放射性與元素以單質還是化合物的形式存在無關，且天然放射現(xiàn)象不受任何物理變化、化學變化的影響。2.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，叫作原子核的電荷數(shù)。（3）質量數(shù)(A)：原子核的質量等于核內(nèi)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)叫作原子核的質量數(shù)。（4）基本關系：電荷數(shù)(Z)=質子數(shù)=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)。五、互動探究探究點一、天然放射現(xiàn)象和三種射線情境探究1.如圖為三種射線在磁場中的運動軌跡示意圖。（1）α射線向左偏轉，β射線向右偏轉，γ射線不偏轉，說明了什么？（2）α粒子的速度約為β粒子的速度的十分之一，但α射線的偏轉半徑大于β射線的偏轉半徑說明了什么？答案：（1）說明α射線帶正電，β射線帶負電，γ射線不帶電。（2）α粒子的速度小于β粒子的速度，根據(jù)帶電粒子在勻強磁場中運動的半徑公式r=mvqB可知，α粒子的比荷比探究歸納1.三種射線的性質、特征比較種類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）帶電荷量2e-e0質量4mm靜止質量為零速度0.1c0.99cc在電磁場中偏轉與α射線偏轉反向不偏轉貫穿本領最弱用紙能擋住較強穿透幾毫米厚的鋁板最強穿透幾厘米厚的鉛板對空氣的電離作用很強較弱很弱在空氣中的徑跡粗、短、直細、較長、曲折最長通過膠片感光感光感光2.三種射線在電場中和磁場中的偏轉（1）在勻強電場中：γ射線不發(fā)生偏轉，做勻速直線運動，α粒子和β粒子沿相反方向做類平拋運動，在同樣的條件下，β粒子的偏移大，如圖所示。粒子沿電場力方向做初速度為零的勻加速直線運動，位移x可表示為x=12at2=12?（2）在勻強磁場中：γ射線不發(fā)生偏轉，仍做勻速直線運動，α粒子和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，α粒子軌道半徑大，如圖所示。根據(jù)qvB=mv2R得R=mvqB∝3.元素的放射性（1）一種元素的放射性與該元素是單質還是化合物無關，放射性的強度也不受溫度、外界壓強的影響，這就說明射線跟原子核外電子無關，僅與原子核有關。（2）射線來自原子核，說明原子核內(nèi)部是有結構的。探究應用【典例】如圖所示，R是一種放射性物質，虛線框內(nèi)是勻強磁場，LL'是厚紙板，MM'是熒光屏，實驗時，發(fā)現(xiàn)在熒光屏的O、P兩點處有亮斑，由此可知磁場的方向、到達O選項磁場方向到達O點的射線到達P點的射線A豎直向上βαB豎直向下αβC垂直紙面向里γβD垂直紙面向外γαA.AB.BC.CD.D答案：C解析：R放射出來的射線共有α、β、γ三種，其中α、β射線垂直于磁場方向進入磁場區(qū)域時將受到洛倫茲力作用而偏轉，γ射線不偏轉，故打在O點的應為γ射線；由于α射線貫穿本領弱，不能射穿厚紙板，故到達P點的應是β射線；依據(jù)β射線的偏轉方向及左手定則可知磁場方向垂直紙面向里，C項正確?！窘忸}感悟】三種射線的比較方法（1）知道三種射線帶電的性質，α射線帶正電、β射線帶負電、γ射線不帶電。α、β射線是實物粒子流，而γ射線是光子流，屬于電磁波的一種。（2）在電場或磁場中，通過其受力來判斷α和β射線偏轉方向，由于γ射線不帶電，故運動軌跡仍為直線。（3）α射線穿透能力較弱，β射線穿透能力較強，γ射線穿透能力最強?！具w移運用】1.（多選）用如圖的裝置可以判定放射源發(fā)出射線的帶電性質。兩塊平行金屬板A、B垂直紙面豎直放置，從放射源上方小孔發(fā)出的射線豎直向上射向兩極板間。當在兩板間加上垂直紙面方向的勻強磁場時，射線的偏轉方向如圖所示。如撤去磁場，將A、B兩板分別與直流電源的兩極連接，射線的偏轉也如圖。則()A.若磁場方向垂直紙面向里，則到達A板的為帶正電的粒子B.若磁場方向垂直紙面向外，則到達A板的為帶正電的粒子C.若A接電源負極，則到達A板的為帶正電的粒子D.若A接電源正極，則到達A板的為帶正電的粒子答案：A;C解析：若磁場方向垂直紙面向里，帶正電的粒子在磁場中受到向左的洛倫茲力作用，向A板偏轉，A項正確；若磁場方向垂直紙面向外，根據(jù)左手定則可知，帶負電的粒子受到向左的洛倫茲力作用，向A板偏轉，B項錯誤；若A接電源負極，電場的方向向左，則到達A板的為帶正電的粒子，C項正確；若A接電源正極，電場的方向向右，則到達A板的為帶負電的粒子，D項錯誤。2.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射線的中和作用答案：B解析：因α射線的電離作用使空氣電離，從而使帶電體所帶的電荷很快消失。3.（多選）下列哪些現(xiàn)象能說明射線來自原子核()A.三種射線的能量都很高B.放射性的強度不受溫度、外界壓強等條件的影響C.元素的放射性與所處的化學狀態(tài)（單質、化合態(tài)）無關射線、β射線都是帶電的粒子流答案：B;C解析：能說明射線來自原子核的證據(jù)是元素的放射性與其所處的化學狀態(tài)和物理狀態(tài)無關。4.在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后，人們對射線的性質進行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)α、β、γ射線的穿透本領不同。如圖為這三種射線穿透能力的比較，圖中射線①②③分別是()A.γ、β、αB.β答案：C解析：α射線穿透能力最弱，不能穿透黑紙，故①為α射線，γ射線穿透能力最強，能穿透厚鋁板和鉛板，故③為γ射線，β射線穿透能力較強，能穿透黑紙，但不能穿透厚鋁板，故②是β射線，故C項正確。5.（2021北京第四十三中學高三期中）1896年法國物理學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射性現(xiàn)象；1897年，英國物理學家J·湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子；1909年，英國物理學家盧瑟福指導學生進行α粒子散射實驗；1919年盧瑟福用鐳放射出的α粒子轟擊氮原子核，發(fā)現(xiàn)了質子；1932年英國物理學家查德威克發(fā)現(xiàn)中子……人們對微觀世界的探究一直在不停地深入。下列現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關的是()A.天然放射現(xiàn)象B.光電效應現(xiàn)象C.原子發(fā)光現(xiàn)象粒子散射現(xiàn)象答案：A解析：天然放射現(xiàn)象是原子核內(nèi)部發(fā)生變化自發(fā)地放射出α粒子或電子；光電效應和原子發(fā)光沒有涉及原子核的變化，而α粒子散射實驗只是表明了原子內(nèi)部有一個很小的核。6.（多選）威耳遜云室可用來探測射線的性質和種類，如果探測射線時觀察到細長和彎曲的徑跡，則下列說法正確的是()A.可知有α射線射入云室B.可知有β射線射入云室C.觀察到的是射線粒子的運動D.觀察到的是射線粒子運動路徑上的酒精霧滴答案：B;D解析：因為觀察到威耳遜云室中存在細長和彎曲的徑跡，可知是β射線的徑跡，A項錯誤，B項正確；射線粒子的運動是觀察不到的，觀察到的是過飽和酒精蒸氣在射線粒子運動路徑上形成的霧滴，C項錯誤，D項正確。【教材拓展】威耳遜云室由微觀粒子組成的射線，肉眼是看不見的，但是射線中的粒子會與其他物質發(fā)生作用。比如，射線中的粒子會使氣體或液體電離，或使照相底片感光，或使熒光物質產(chǎn)生熒光。這樣通過觀察射線中的粒子與其他物質作用時產(chǎn)生的現(xiàn)象，就會顯示射線的存在。射線中的粒子進入有飽和蒸氣的裝置中，使沿途的氣體分子電離，過飽和蒸氣會以這些離子為核心產(chǎn)生霧滴，于是在粒子所飛過的軌道上形成一條狹窄的霧帶狀痕跡，這就是粒子的徑跡，如果用很強的光從側面照射，就能夠看到這種痕跡，也可以用照相機把它拍下，這種裝置是英國物理學家威耳遜在1912年發(fā)明的，叫作威耳遜云室。探究點二、原子核的組成情境探究1.1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質子，如圖所示為α粒子轟擊氮原子核示意圖（1）人們用α粒子轟擊多種原子核，都打出了質子，說明了什么問題？（2）絕大多數(shù)原子核的質量數(shù)都大于其質子數(shù)，說明了什么問題？答案：（1）說明質子是原子核的組成部分。（2）說明原子核中除了質子外還有其他粒子。探究歸納1.質子的發(fā)現(xiàn)2.中子的發(fā)現(xiàn)3.原子核（符號?z原子核4.同位素的理解原子核內(nèi)的質子數(shù)決定了核外電子的數(shù)目，進而也決定了元素的化學性質。同種元素的原子，質子數(shù)相同，核外電子數(shù)也相同，所以有相同的化學性質，但它們的中子數(shù)可能不同，所以它們的物理性質不同。探究應用【典例】已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核質量數(shù)是226。試問：（1）鐳原子核中質子數(shù)和中子數(shù)分別是多少？（2）鐳原子核的核電荷數(shù)和所帶電荷量是多少？（3）若鐳原子呈電中性，它核外有多少電子？答案：（1）88;138（2）88;1.41×10-17C（解析：（1）因為原子序數(shù)與核內(nèi)質子數(shù)、核電荷數(shù)都是相等的，原子核的質量數(shù)等于核內(nèi)質子數(shù)與中子數(shù)之和。鐳原子核中的質子數(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）鐳原子核的核電荷數(shù)為88，鐳原子核所帶電荷量Q=88×1.6×10（3）鐳原子呈電中性，則核外電子數(shù)等于質子數(shù)，故核外電子數(shù)為88?！窘忸}感悟】原子核的“數(shù)”與“量”辨析（1）核電荷數(shù)與原子核的電荷量是不同的，組成原子核的質子的電荷量都是相同的，所以原子核的電荷量一定是質子電荷量的整數(shù)倍，我們把核內(nèi)的質子數(shù)叫核電荷數(shù)，而這些質子所帶電荷量的總和才是原子核的電荷量。（2）原子核的質量數(shù)與質量是不同的，原子核內(nèi)質子和中子的總數(shù)叫作原子核的質量數(shù)，原子核的質量等于質子和中子的質量的總和。【遷移運用】1.在α粒子轟擊金箔的散射實驗中，α粒子可以表示為?24He，?24He為核子數(shù)，2為中子數(shù)為質子數(shù)和中子數(shù)之和，2為質子數(shù)為核外電子數(shù)，2為中子數(shù)為中子數(shù)，2為質子數(shù)答案：B解析：原子核的電荷數(shù)就是核內(nèi)的質子數(shù)，原子核的質量數(shù)就是核內(nèi)質子數(shù)和中子數(shù)之和，即核內(nèi)的核子數(shù)。?24He2.（多選）下列說法正確的是()A.?mnXB.?mnXC.?mnXD.?92235U內(nèi)有92答案：B;C解析：?mnX與?m-1nY的質子數(shù)不同，不能互為同位素，A項錯誤；?mnX與?mn-1Y質子數(shù)都為m，而質量數(shù)不同，則中子數(shù)不同，所以互為同位素，B項正確；?mnX3.某種元素的原子核用?ZAA.原子核的質子數(shù)為Z，中子數(shù)為AB.原子核的質子數(shù)為Z，中子數(shù)為A-ZC.原子核的質子數(shù)為A，中子數(shù)為ZD.原子核的質子數(shù)為A-Z，中子數(shù)為Z答案：B解析：根據(jù)原子核的符號的含義：A表示質量數(shù)，Z表示質子數(shù)，則中子數(shù)為A-Z。4.某種元素具有多種同位素，反映這些同位素的質量數(shù)A與中子數(shù)N關系的是圖()A.B.C.D.答案：B解析：同位素的質子數(shù)相同，中子數(shù)不同，