原子核的組成 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

原子核的組成核心素養(yǎng)目標物理觀念：天然放射現(xiàn)象、放射性元素、α射線、β射線、γ射線．科學(xué)思維：三種射線的本質(zhì)、特點及應(yīng)用．科學(xué)探究：三種射線的穿透本領(lǐng)．科學(xué)態(tài)度與責任：了解發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象的相關(guān)史實.

關(guān)于原子核內(nèi)部信息的研究，最早來自礦物的天然放射現(xiàn)象。

那么，人們是怎樣從破解天然放射現(xiàn)象入手，一步步揭開了原子核秘密的呢?問題導(dǎo)入二、射線到底是什么【思考】提示:甲為β射線,乙為γ射線,丙為α射線。1.α射線:實際上就是氦原子核，速度可達到光速的1/10,其電離能力強，穿透能力較弱,在空氣中只能前進幾厘米,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,可達光速的99%,它的電離能力較弱,穿透能力較強,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,它的電離作用更弱,穿透能力更強,甚至能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土。4.放射線來自原子核,說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。天然放射現(xiàn)象的三種射線1.三種射線的比較:2.三種射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn):(1)在勻強電場中,γ射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn),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。位移x可表示為x=1/2at2=所以,在同樣條件下β粒子與α粒子偏移之比為(2)在勻強磁場中:γ射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn),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,如圖所示。根據(jù)qvB=mv2/R

得R=所以,在同樣條件下β粒子與α粒子的軌道半徑之比為【特別提醒】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,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)的最小微粒,原子核也存在著一定結(jié)構(gòu)。【思考·討論】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(zhuǎn),β射線向右偏轉(zhuǎn),γ射線不偏轉(zhuǎn)說明了什么?提示:說明α射線帶正電,β射線帶負電,γ射線不帶電。(2)α粒子的速度約為β粒子速度的十分之一,但α射線的偏轉(zhuǎn)半徑大于β射線的偏轉(zhuǎn)半徑說明什么問題?提示:說明α射線比荷小于β射線的比荷。1919年，盧瑟福用鐳放射出的α粒子轟擊氮原子核，從氮原子核中打出了一種新的粒子（圖5.1-4）質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)三、原子核的組成根據(jù)這種粒子在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)，測出了它的質(zhì)量和電荷量，其電量和一個電子的電量相同，它的質(zhì)量等于一個電子質(zhì)量的1836倍。它就是氫原子核，叫作質(zhì)子，用p表示后來，人們用同樣的方法，從氟、鈉、鋁的原子核中打出了質(zhì)子──由此斷定，質(zhì)子是原子核的組成部分。思考與討論：原子核是否只是由質(zhì)子組成呢？原子核的質(zhì)量質(zhì)子的質(zhì)量原子核的電量質(zhì)子電量？絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量與質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電量與質(zhì)子電量的比值。>盧瑟福猜想，原子核內(nèi)可能還存在著另一種粒子，它的質(zhì)量與質(zhì)子相同，但不帶電，他把這種粒子叫作中子中子的發(fā)現(xiàn)1932年，盧瑟福的學(xué)生查德威克通過實驗證實了這個猜想，發(fā)現(xiàn)了中子中子不帶電，用n表示。中子的質(zhì)量是mn＝1.674927471×10-27kg查德威克用α粒子轟擊鈹原子核，產(chǎn)生中子質(zhì)子和中子原子核的組成中子

質(zhì)子統(tǒng)稱核子

10－15m原子核的組成中子和質(zhì)子除了是否帶電的差異以及質(zhì)量上的微小差別外，其余性質(zhì)十分相似，而且，都是原子核的組成成分，所以統(tǒng)稱為核子(1)核子數(shù)：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)子數(shù)的整數(shù)倍，用這個整數(shù)表示電荷量。(3)質(zhì)量數(shù)(A)：原子核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量和，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，這個整數(shù)，叫質(zhì)量數(shù)。原子核中的三個整數(shù)（核）電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)元素符號(1)核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=元素的原子序數(shù)=核外電子數(shù)(2)質(zhì)量數(shù)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)原子核中的兩個等式同位素氫的同位素元素的性質(zhì)與原子核外的電子有密切的關(guān)系。同種元素的原子，質(zhì)子數(shù)相同，核外電子數(shù)也相同，它們就會具有相同的化學(xué)性質(zhì)但是，它們的中子數(shù)可能不同。這些具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核組成的元素，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱同位素氫重氫超重氫1、威爾遜云室：利用射線的電離本領(lǐng)構(gòu)造：一個圓筒狀容器，底部可以上下移動，上蓋是透明的，內(nèi)有干凈空氣。實驗時，加入少量酒精，使酒精蒸汽達到過飽和狀態(tài)。構(gòu)由微觀粒子構(gòu)成的射線，肉眼是看不見的，但是，射線中的粒子與其他物質(zhì)作用時產(chǎn)生的現(xiàn)象，會顯示射線的存在，威爾遜云室就是一種常用的射線探測裝置

這時如果有粒子在室內(nèi)氣體中飛過，使沿途的氣體分子電離，過飽和酒精蒸氣就會以這些離子為核心凝結(jié)成霧滴，于是顯出粒子運動的徑跡云室里面有干凈的空氣。實驗時，先往云室里加少量酒精，使室內(nèi)充滿酒精的飽和蒸氣，然后迅速向下拉動活塞，室內(nèi)氣體膨脹，溫度降低，酒精蒸氣達到過飽和狀態(tài)。圖5.1-3中甲、乙兩圖分別是α射線和β射線在云室中的徑跡。α粒子的質(zhì)量比較大，在氣體中飛行時不易改變方向。由于它的電離本領(lǐng)大，沿途產(chǎn)生的離子多，所以它在云室中的徑跡直而清晰。高速β粒子的徑跡又細又直，低速β粒子的徑跡又短又粗而且是彎曲的。γ射線的電離本領(lǐng)很小，在云室中一般看不到它的徑跡。例1.人類認識原子核的復(fù)雜結(jié)構(gòu)并進行研究是從(

)

A.

發(fā)現(xiàn)電子開始

B.

發(fā)現(xiàn)質(zhì)子開始

C.

進行a粒子散射實驗開始的

D.

發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象開始的D課堂練習(xí)

例2：天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實驗結(jié)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.③的電離作用較強，是一種電磁波

D.③的電離作用最弱，是一種電磁波D課堂練習(xí)

例3.若用x代表一個中性原子的核外的電子數(shù)，y代表磁原子的原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，z代表磁原子的原子核內(nèi)的中子數(shù)，則對的原子來說，x、y、z分別是多少？解：左下標示質(zhì)子數(shù)，左上標示質(zhì)量數(shù)，則y=8。中性原子的核外電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，所以x=8。中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減去質(zhì)子數(shù)，z=17-8=9。