邢臺市育才中學高中物理學案：原子核的組成

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1原子核的組成［目標定位]1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射現(xiàn)象.2。能說出原子核的組成，能記住三種射線的特性．3．會正確書寫原子核符號．一、天然放射現(xiàn)象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)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）．二、射線到底是什么圖19－1－11．三種射線：如圖19－1－1中1是β射線,2是γ射線，3是α射線．（1）α射線是高速α粒子流，實際上是氦原子核,電荷數(shù)是2，質量數(shù)是4．（2）β射線是高速電子流．(3)γ射線是能量很高的電磁波．2．三種射線的特點(1）α射線：α粒子容易使空氣電離,但貫穿本領很弱．(2）β射線：β粒子貫穿本領較強，但電離能力較弱．(3）γ射線：γ粒子電離本領很弱，但貫穿本領很強．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．4．原子核的符號：eq\o\al(A,Z）X原子核的質量數(shù)＝質子數(shù)＋中子數(shù)元素符號核電荷數(shù)＝原子核的質子數(shù),即原子的原子序數(shù)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。一、三種射線的本質及特點1．α、β、γ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4mp（mp＝1。67×10－27kgeq\f（mp，1836）靜止質量為零續(xù)表速率0.10.99c貫穿本領最弱用一張紙就能擋住較強能穿透幾毫米的鋁板最強能穿透幾厘米的鉛板電離作用很強較弱很弱2。在電場、磁場中偏轉情況的比較(1)在勻強電場中，α射線偏轉較小，β射線偏轉較大，γ射線不偏轉，如圖19－1－2甲所示．圖19－1－2（2)在勻強磁場中,α射線偏轉半徑較大，β射線偏轉半徑較小，γ射線不偏轉,如圖乙所示．例1一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19－1－3所示，則圖中的射線a為________射線,射線b為________射線．圖19－1－3答案γβ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．借題發(fā)揮三種射線的比較方法：（1）α射線是α、β、γ三種射線中貫穿本領最弱的一種，它穿不過白紙．（2)要知道三種射線的成分，貫穿本領和電離本領．（3)要知道α、β、γ三種射線的本質，α、β是實物粒子，γ射線是電磁波譜中的一員．針對訓練1天然放射性物質的放射線包括三種成分，下列說法正確的是(）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射線后會變成另一種元素的原子核C．三種射線中對氣體電離作用最強的是α射線D．β粒子是電子，但不是原來繞核旋轉的核外電子答案ACD解析由三種射線的本質和特點可知,α射線貫穿本領最弱，一張黑紙都能擋住,而擋不住β射線和γ射線，故A正確；γ射線是伴隨α、β衰變而產(chǎn)生的一種電磁波，不會使原核變成新核．三種射線中α射線電離作用最強,故C正確；β粒子是電子,來源于原子核，故D正確．二、原子核的組成1．原子核的組成：原子核是由質子、中子構成的，質子帶正電，中子不帶電．不同的原子核內質子和中子的個數(shù)并不相同．原子核的直徑為10－15～10－14m2．原子核的符號和數(shù)量關系：(1）符號：eq\o\al（A,Z)X。（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．同位素：原子核內的質子數(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)可以不同,所以它們的物理性質不同．把具有相同質子數(shù)、不同中子數(shù)的原子核互稱為同位素．例2已知鐳的原子序數(shù)是88,原子核的質量數(shù)是226。試問：（1)鐳核中有幾個質子？幾個中子?(2)鐳核所帶電荷量是多少？（3)若鐳原子呈現(xiàn)中性,它核外有幾個電子？(4)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強度為B的勻強磁場中，它們運動的軌跡半徑之比是多少?答案（1）88138(2）1.41×10－17C(4）113∶114解析因為原子序數(shù)與核內質子數(shù)、核電荷數(shù)、中性原子的核外電子數(shù)都是相等的,原子核的質量數(shù)等于核內質子數(shù)與中子數(shù)之和．由此可得:（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＝88×1。6×10－19C≈1。41×10－17(3）鐳原子呈中性，則核外電子數(shù)等于質子數(shù)，故核外電子數(shù)為88.（4）帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力，故有Bqv＝meq\f（v2,r)，兩種同位素具有相同的核電荷數(shù)，但質量數(shù)不同，故eq\f(r226,r228)＝eq\f（226,228）＝eq\f(113，114）。借題發(fā)揮對核子數(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，所以質子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù)．(2）電荷數(shù)（Z):原子核所帶的電荷等于質子電荷的整數(shù)倍，通常用這個數(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,這個倍數(shù)叫做原子核的質量數(shù)．針對訓練2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為質子數(shù)和中子數(shù)之和,2為質子數(shù)C．4為核外電子數(shù),2為中子數(shù)D．4為中子數(shù)，2為質子數(shù)答案B解析根據(jù)eq\o\al(4,2）He所表示的物理意義，原子核的質子數(shù)決定核外電子數(shù),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)．原子核的質量數(shù)就是核內質子數(shù)和中子數(shù)之和,即為核內的核子數(shù)。eq\o\al（4,2)He符號的左下角表示的是質子數(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．三種射線的特性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．原子核還可再分D．原子核由質子和中子組成答案C解析本題涉及物理學史的一些知識．湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子說明原子可再分；盧瑟福通過α粒子散射實驗提出了原子的核式結構；貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，說明了原子核也有著復雜的結構；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．所以正確選項為C。2.圖19－1－4(2013·文昌高二檢測）圖19－1－4中P為放在勻強電場中的天然放射源，其放出的射線在電場的作用下分成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射線答案BC解析由題圖可知電場線方向向右，α射線帶正電所受電場力方向與電場線方向一致,故α射線向右偏轉，即c為α射線;β射線帶負電所受電場力方向與電場線方向相反，故β射線向左偏轉,即a為β射線;γ射線不帶電不發(fā)生偏轉，即b為γ射線．故選項B、C正確．原子核的組成及同位素3．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答案ABD解析氕、氘、氚的核子數(shù)分別為1、2、3，質子數(shù)和核外電子數(shù)均相同，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兩項正確；同位素化學性質相同，只是物理性質不同，D正確．4．人類探測月球時發(fā)現(xiàn)，在月球的土壤中含有較豐富的質量數(shù)為3的氦，它可作為未來核聚變的重要原料之一，氦的該種同位素應表示為（）A.eq\o\al(4，3)HeB.eq\o\al(3，2）HeC.eq\o\al(4，2）HeD。eq\o\al（3，3）He答案B解析氦的同位素質子數(shù)一定相同,質量數(shù)為3，故應表示為eq\o\al(3,2）He,因此B正確．（時間:60分鐘）題組一天然放射現(xiàn)象及三種射線的性質1．下列哪些事實表明原子核具有復雜結構（)A．α粒子的散射實驗B．天然放射現(xiàn)象C．陰極射線的發(fā)現(xiàn)D．X射線的發(fā)現(xiàn)答案B解析從原子核里放出射線,說明原子核有復雜結構．2．對天然放射現(xiàn)象，下列說法中正確的是(）A．α粒子帶正電，所以α射線一定是從原子核中射出的B．β粒子帶負電,所以β射線有可能是核外電子C．γ粒子是光子，所以γ射線有可能是由原子發(fā)光產(chǎn)生的D．α射線、β射線、γ射線都是從原子核內部釋放出來的答案AD解析α衰變的實質是原子核中的兩個質子和兩個中子結合成一個氦核放出的，β衰變的實質是一個中子變成一個質子和一個電子，然后釋放出電子，γ射線是伴隨α衰變和β衰變而產(chǎn)生的．所以這三種射線都是從原子核內部釋放出來的．3．關于放射性元素發(fā)生衰變放射的三種射線，下列說法中正確的是（)A．三種射線一定同時產(chǎn)生B．三種射線的速度都等于光速C．γ射線是處于激發(fā)態(tài)的原子核發(fā)射的D．原子核衰變不能同時放射α射線和γ射線答案C解析γ射線是在α衰變或β衰變后原子核不穩(wěn)定而輻射出光子形成．4。圖19－1－5放射性元素放出的射線，在電場中分成A、B、C三束，如圖19－1－5所示，其中（）A．C為氦原子核組成的粒子流B．B為比X射線波長更長的光子流C．B為比X射線波長更短的光子流D．A為高速電子組成的電子流答案C解析根據(jù)射線在電場中的偏轉情況,可以判斷，A射線向電場線方向偏轉，應為帶正電的粒子組成的射線，所以是α射線；B射線在電場中不偏轉，所以是γ射線；C射線在電場中受到與電場方向相反的作用力，應為帶負電的粒子，所以是β射線．5。圖19－1－6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19－1－6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，屬于原子核內釋放的光子答案D解析本題考查衰變中三種射線，要求學生知道三種射線的貫穿本領及電離能力．衰變的射線均來自于核內，A錯；從圖中可看出，一張紙能擋?、偕渚€，則①射線一定是α射線,其貫穿本領最差，電離能力最強，但不是電磁波，而是高速粒子流，B錯;鋁板能擋住②，而不能擋?、?，說明③一定是γ射線，其電離能力最弱，貫穿本領最強，是一種電磁波，屬于原子核內以能量形式釋放出來的以光速運行的高能光子，D對．題組二原子核的組成及同位素6．關于質子與中子，下列說法正確的是(）A．原子核（除氫核外)由質子和中子構成B．質子和中子統(tǒng)稱為核子C．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質子，并預言了中子的存在D．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了中子，并預言了質子的存在答案ABC解析原子核內存在質子和中子,中子和質子統(tǒng)稱為核子，盧瑟福只發(fā)現(xiàn)了質子，以后又預言了中子的存在．7．原子核中能放出α、β、γ射線,關于原子核的組成,以下說法中正確的是(）A．原子核中，有質子、中子,還有α粒子B．原子核中，有質子、中子,還有β粒子C．原子核中,有質子、中子,還有γ粒子D．原子核中,只有質子和中子答案D解析在放射性元素的原子核中,2個質子和2個中子結合得較緊密，有時作為一個整體放出，這就是α粒子的來源．說到底它仍是由質子和中子組成的，不能據(jù)此認為它是原子核的組成部分．原子核里是沒有電子的，但中子可以轉化成質子,并向核外釋放一個電子，這就是β粒子．原子核發(fā)生衰變后處于高能級，在回到低能級時多余的能量以γ粒子的形式輻射出來,形成γ射線．故原子核里也沒有γ粒子．8．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的質子數(shù),z代表此原子的原子核內的中子數(shù),則對eq\o\al(234，90)Th的原子來說（)A．x＝90y＝90z＝234B．x＝90y＝90z＝144C．x＝144y＝144z＝90D．x＝234y＝234z＝324答案B解析質量數(shù)＝質子數(shù)＋中子數(shù)，中性原子中：質子數(shù)＝核外電子數(shù)，所以選B項．9．同位素是指(）A．質子數(shù)相同而核子數(shù)不同的原子B．核子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子C．核子數(shù)相同而質子數(shù)不同的原子D．中子數(shù)相同而核子數(shù)不同的原子答案A解析原子序數(shù)相同（即核電荷數(shù)、質子數(shù)相同）而質量數(shù)不同（即核子數(shù)不同)的元素互為同位素．10．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，該同位素原子核內中子數(shù)與核外電子數(shù)之差是(）A．32B．67C．99D．166答案A解析由題知該同位素核外電子數(shù)＝質子數(shù)＝67，中子數(shù)為166－67＝99，故核內中子數(shù)與核外電子數(shù)之差為99－67＝32，故A對，B、C、D錯．11．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原子核的電荷量跟