新教材高中人教物理選擇性學(xué)案第5章1-原子核的組成

1．原子核的組成學(xué)習(xí)目標(biāo)：1．[物理觀念]知道天然放射現(xiàn)象及三種射線的本質(zhì)，了解核子、同位素的基本觀念，知道原子核的組成。2.[科學(xué)思維]掌握三種射線的本質(zhì)，能夠利用磁場(chǎng)、電場(chǎng)區(qū)分它們，理解原子核的構(gòu)成，并能分析、解決相關(guān)問(wèn)題，提高解題能力。3.[科學(xué)探究]通過(guò)利用磁場(chǎng)探究三種射線的本質(zhì)，學(xué)習(xí)用α粒子轟擊原子核發(fā)現(xiàn)核子，體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，提高觀察與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?.[科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]體會(huì)科學(xué)家們探索射線的艱辛，以及實(shí)事求是、不畏艱險(xiǎn)的科學(xué)精神，增強(qiáng)探究科學(xué)的意識(shí)。閱讀本節(jié)教材，回答第101頁(yè)的“問(wèn)題”，并梳理必要的知識(shí)點(diǎn)。教材P101“問(wèn)題”提示：1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，隨后幾年居里夫婦又發(fā)現(xiàn)了放射性元素釙、鐳?？茖W(xué)家們用磁場(chǎng)和電場(chǎng)揭示了射線的本質(zhì)；后來(lái)，盧瑟福、查德威克通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子，一步步揭開(kāi)了原子核的秘密。一、天然放射現(xiàn)象及三種射線1．天然放射現(xiàn)象(1)1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)具有放射性。(2)①放射性：物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)。②放射性元素：具有放射性的元素。③天然放射現(xiàn)象：放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(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(qiáng)的新元素，命名為釙(Po)和鐳(Ra)。2．三種射線(1)α射線：實(shí)際上就是氦原子核，速度可達(dá)到光速的eq\f(1,10)，其電離能力強(qiáng)，穿透能力較差，在空氣中只能前進(jìn)幾厘米，用一張紙就能把它擋住。(2)β射線：是高速電子流，它速度很大，可達(dá)光速的99%，它的穿透能力較強(qiáng)，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(zhǎng)很短，在10－10m以下，它的電離作用更小，但穿透能力更強(qiáng)，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板或幾十厘米厚的混凝土。說(shuō)明：元素的放射性與它以單質(zhì)還是化合物的形式存在無(wú)關(guān)，且天然放射現(xiàn)象不受任何物理變化、化學(xué)變化的影響。二、原子核的組成1．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)(如圖所示)2．中子的發(fā)現(xiàn)(如圖所示)3．原子核的組成由質(zhì)子和中子組成，它們統(tǒng)稱為核子。4．原子核的符號(hào)5．同位素具有相同質(zhì)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，它們互稱同位素。例如，氫有三種同位素分別為eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H。說(shuō)明：同位素的化學(xué)性質(zhì)相同，物理性質(zhì)一般不同。1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)放射性元素發(fā)出的射線的強(qiáng)度可以人工控制。 (×)(2)放射性元素的放射性都是自發(fā)的現(xiàn)象。 (√)(3)γ射線的穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱。 (√)(4)在元素周期表中處在同一位置上，而質(zhì)量數(shù)不同的元素叫同位素。 (√)2．(多選)天然放射性物質(zhì)的放射線包括三種成分，下列說(shuō)法正確的是()A．一張厚的黑紙能擋住α射線，但不能擋住β射線和γ射線B．某原子核在放出γ射線后會(huì)變成另一種元素的原子核C．三種射線中對(duì)氣體電離作用最強(qiáng)的是α射線D．β粒子是電子，但不是原來(lái)繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子ACD[由三種射線的本質(zhì)和特點(diǎn)可知，α射線穿透本領(lǐng)最弱，一張黑紙都能擋住，而擋不住β射線和γ射線，故A正確；γ射線是一種波長(zhǎng)很短的光子，不會(huì)使原核變成新核，故B錯(cuò)誤；三種射線中α射線電離作用最強(qiáng)，故C正確；β粒子是電子，來(lái)源于原子核，故D正確。]3．據(jù)最新報(bào)道，放射性同位素鈥eq\o\al(166,67)Ho在醫(yī)療領(lǐng)域有重要應(yīng)用，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．166A[根據(jù)原子核內(nèi)各量的關(guān)系可知核外電子數(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正確，B、C、D錯(cuò)誤。]對(duì)三種射線的理解(教師用書獨(dú)具)教材P102頁(yè)“思考與討論”答案提示：由左手定則知，α射線帶正電，β射線帶負(fù)電，當(dāng)三種射線垂直于電場(chǎng)線射入電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)如圖1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象。試探究：(1)貝克勒爾是根據(jù)什么發(fā)現(xiàn)的天然放射現(xiàn)象？(2)貝克勒爾以后又是誰(shuí)發(fā)現(xiàn)了兩種更強(qiáng)的放射性元素？提示：(1)貝克勒爾是根據(jù)鈾和含鈾的礦物質(zhì)能使用黑紙包住的照相底片感光，發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象。(2)后來(lái)瑪麗·居里和她丈夫皮埃爾·居里發(fā)現(xiàn)了釙、鐳兩種放射性元素。1．α、β、γ射線性質(zhì)、特征比較射線種類組成速度貫穿本領(lǐng)電離作用α射線α粒子是氦原子核eq\o\al(4,2)He約eq\f(1,10)c很小，一張薄紙就能擋住很強(qiáng)β射線β粒子是高速電子流eq\o\al(0,－1)e接近c(diǎn)很大，能穿過(guò)幾毫米厚的鋁板較弱γ射線波長(zhǎng)很短的電磁波等于c最大，能穿過(guò)幾厘米厚的鉛板很小2．三種射線在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)情況的比較(1)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，α射線偏轉(zhuǎn)半徑較大，β射線偏轉(zhuǎn)半徑較小，γ射線不偏轉(zhuǎn)，如圖所示。(2)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，α射線偏離較小，β射線偏離較大，γ射線不偏離，如圖所示。3．元素的放射性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，還是以某種化合物的形式存在，放射性都不受影響。也就是說(shuō)，放射性與元素存在的狀態(tài)無(wú)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)的最小微粒，原子核也存在著一定結(jié)構(gòu)?！纠?】(多選)如圖所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質(zhì)，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(qiáng)磁場(chǎng)，則下列說(shuō)法中正確的有()A．打在圖中a、b、c三點(diǎn)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豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，則屏上的亮斑可能只剩下b思路點(diǎn)撥：(1)用左手定則可以判出其電性。(2)洛倫茲力不做功只改變速度方向，故軌跡是圓弧。AC[由左手定則可知粒子向右射出后，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中帶正電的α粒子受的洛倫茲力向上，帶負(fù)電的β粒子受的洛倫茲力向下，軌跡都是圓弧，而γ射線不帶電，做直線運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)誤，A、C正確；如果在鉛盒和熒光屏間再加一豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，由于α粒子速度約是光速的eq\f(1,10)，而β粒子速度接近光速，所以在同樣的混合場(chǎng)中不可能都做直線運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。]三種射線的比較方法(1)知道三種射線帶電的性質(zhì)，α射線帶正電、β射線帶負(fù)電、γ射線不帶電。α、β是實(shí)物粒子，而γ射線是光子流，屬于電磁波的一種。(2)在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中，通過(guò)其受力及運(yùn)動(dòng)軌跡半徑的大小來(lái)判斷α和β射線，由于γ射線不帶電，故運(yùn)動(dòng)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(qiáng)，γ射線穿透能力最強(qiáng)。[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．如圖所示，放射性元素鐳釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其中________是α射線，________是β射線，________是γ射線。[解析]由放射現(xiàn)象中α射線帶正電，β射線帶負(fù)電，γ射線不帶電，結(jié)合在電場(chǎng)與磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)可知②⑤是γ射線，③④是α射線。[答案]③④、①⑥、②⑤原子核的組成盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，猜想預(yù)言了中子的存在，1932年盧瑟福的學(xué)生查德威克通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這個(gè)猜想。如圖為查德威克實(shí)驗(yàn)示意圖，用天然放射性元素釙(Po)放射的α射線轟擊鈹時(shí)會(huì)產(chǎn)生粒子流A，用粒子流A轟擊石蠟時(shí)，會(huì)打出粒子流B。試探究：(1)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中粒子流A是什么粒子？(2)粒子流B又是什么粒子？提示：(1)A為中子流。(2)B為質(zhì)子流。因?yàn)槭炛泻写罅繗湓?，轟擊石蠟的粒子流為中子流，從石蠟中打出的是質(zhì)子流。1．原子核的組成原子核是由質(zhì)子、中子構(gòu)成的，質(zhì)子帶正電，中子不帶電。不同的原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的個(gè)數(shù)并不相同。2．原子核的符號(hào)和數(shù)量關(guān)系(1)符號(hào)：eq\o\al(A,Z)X。(2)基本關(guān)系：核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)。質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(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)相同，核外電子數(shù)也相同，所以有相同的化學(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。把具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子核互稱為同位素?！纠?】已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核的質(zhì)量數(shù)是226。試問(wèn)：(1)鐳核中有幾個(gè)質(zhì)子？幾個(gè)中子？(2)鐳核所帶電荷量是多少？(3)若鐳原子呈電中性，它核外有幾個(gè)電子？思路點(diǎn)撥：(1)質(zhì)子數(shù)與原子序數(shù)、核電荷數(shù)、中性原子的核外電子數(shù)相等。(2)質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和。[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)鐳原子呈電中性，則核外電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，故核外電子數(shù)為88。[答案](1)88138(2)1.41×10－17C(3)88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(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。(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。【一題多變】上題中若eq\o\al(228,88)Ra是鐳的一種同位素，讓eq\o\al(226,88)Ra和eq\o\al(228,88)Ra以相同速度垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它們運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑之比是多少？[解析]帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供，故有Bqv＝meq\f(v2,r)，r＝eq\f(mv,qB)。兩種同位素具有相同的核電荷數(shù)，但質(zhì)量數(shù)不同，故eq\f(r226,r228)＝eq\f(226,228)＝eq\f(113,114)。[答案]113∶114[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．(多選)下列說(shuō)法正確的是()A．eq\o\al(n,m)X與eq\o\al(n,m－1)Y互為同位素B．eq\o\al(n,m)X與eq\o\al(n－1,m)Y互為同位素C．eq\o\al(n,m)X與eq\o\al(n－2,m－2)Y中子數(shù)相同D．eq\o\al(235,92)U核內(nèi)有92個(gè)質(zhì)子，235個(gè)中子BC[A選項(xiàng)中，eq\o\al(n,m)X核與eq\o\al(n,m－1)Y核的質(zhì)子數(shù)不同，不能互為同位素，A錯(cuò)誤；B選項(xiàng)中eq\o\al(n,m)X核與eq\o\al(n－1,m)Y核質(zhì)子數(shù)都為m，而質(zhì)量數(shù)不同，則中子數(shù)不同，所以互為同位素，B正確；C選項(xiàng)中eq\o\al(n,m)X核內(nèi)中子數(shù)為n－m，eq\o\al(n－2,m－2)Y核內(nèi)中子數(shù)為(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子數(shù)相同，C正確；eq\o\al(235,92)U核內(nèi)有143個(gè)中子，而不是235個(gè)中子，D錯(cuò)誤。]1．物理觀念：放射性、三種射線、質(zhì)子、中子、同位素。2．科學(xué)思維：對(duì)三種射線本質(zhì)的論證，原子核的組成及同位素的應(yīng)用。3．物理方法：實(shí)驗(yàn)法、猜想法、計(jì)算法、假設(shè)法。1．(多選)以下說(shuō)法中正確的是()A．原子中含有帶負(fù)電的電子，所以原子帶負(fù)電B．原子核中的質(zhì)子數(shù)一定與核外電子數(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)量之比都大于核電荷數(shù)跟質(zhì)子電荷數(shù)之比，因此原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子CD[原子中除了帶負(fù)電的電子外，還有帶正電的質(zhì)子，故A錯(cuò)誤；對(duì)于中性原子來(lái)說(shuō)，原子核中的質(zhì)子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等，故B錯(cuò)誤；正是用α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)量之比都大于核電荷數(shù)跟質(zhì)子電荷數(shù)之比，才確定原子核內(nèi)必還有別的中性粒子，故D正確。]2．原子核中能放出α、β、γ射線，關(guān)于原子核的組成，下列說(shuō)法正確的是()A．原子核中有質(zhì)子、中子，還有α粒子B．原子核中有質(zhì)子、中子，還有β粒子C．原子核中有質(zhì)子、中子，還有γ粒子D．原子核中只有質(zhì)子和中子D[在放射性元素的原子核中，2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合得較緊密，有時(shí)作為一個(gè)整體放出，這就是α粒子的來(lái)源，不能據(jù)此認(rèn)為α粒子是原子核的組成部分。原子核里是沒(méi)有電子的，但中子可以轉(zhuǎn)化成質(zhì)子，并向核外釋放一個(gè)電子，這就是β粒子。原子核發(fā)出射線后處于高能級(jí)，在回到低能級(jí)時(shí)多余的能量以γ光子的形式輻射出來(lái)，形成γ射線，故原子核里也沒(méi)有γ粒子，故D正確。]3．(多選)圖中P為放在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的天然放射源，其放出的射線在電場(chǎng)的作用下分成a、b、c三束，以下判斷正確的是()A．a(chǎn)為α射線、b為β射線B．a(chǎn)為β射線、b為γ射線C．b為γ射線、c為α射線D．b為α射線、c為γ射線BC[由題圖可知電場(chǎng)線方向向右，α射線帶正電，所受電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)線方向一致，故α射線向右偏轉(zhuǎn)，即c為α射線。β射線帶負(fù)電，所受電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)線方向相反，故β射線向左偏轉(zhuǎn)，即a為β射線。γ射線不帶電，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即b為γ射線。故選項(xiàng)B、C正確。]4．關(guān)于圖中甲、乙、丙、丁四幅圖的說(shuō)法正確的是()A．甲圖中A處能觀察到大量的閃光點(diǎn)，B處能看