2017-2018学年高中物理第十九章原子核第1节原子核的组成教学案新人教版选修3-5

1、第 1 节原子核的组成q 物质发射射线的性质称为放射性。放射性元素自发地发出射线的现象，叫做天然放射现象。2 a射线是高速氦核流，3射线是高速电子流，丫射线是光子流。3 .原子核由质子和中子组成。1919 年卢瑟福用a粒子轰击氮原子核获得了质子，1932 年查德威 克证实了中子的存在。4.1896 年，法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象，揭开了人们研究原子核结构的序幕。1.1896 年，法国物理学家贝可勒尔发现某些物质具有放射性。2.物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素 自发地发出射线的现象叫做天然放射现象。3.原子序数大于或等于 83 的元素，都能自发地

2、发出射线，原子序数小于83 的元素，有的也能放出射线。4.玛丽居里和她的丈夫皮埃尔居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋（Po）和镭（Ra）。- 力 A 1二、三种射线J（/11.a射线：实际上就是氦原子核，速度可达到光速的，其电离能力强，穿透能力较- 10差，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。2.3射线：是高速电子流，它速度很大，可达光速的99%它的穿透能力较强，电离 能力、天然放射现象课前口上茲稳才並楼岛2较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。3.丫射线：呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在101m 以下，它的电离作用更小，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的

3、铅板或几土厘米厚的混凝土。三、原子核的组成1.质子的发现卢瑟福用a粒子轰击氮原子核获得了质子。2.中子的发现3(1)卢瑟福预言：原子核内可能还存在另一种粒子，它的质量与质子相同，但是不带电, 他把这种粒子叫做中子。(2)查德威克用a粒子轰击铍(4Be)原子核获得了中子。3.原子核的组成原子核由质子、中子组成，它们统称为核子_4原子核的电荷数(Z)等于原子核的质子数，等于原子序数。5.原子核的质量数(A等于质子数与中子数的总和。6.原子核的符号表示ZX,其中 X 为元素符号，A为原子核的质量数,7.同位素1.自主思考一一判一判(1) 放射性元素发出的射线可以直接观察到。(X)(2) 放射性元素发

4、出的射线的强度可以人工控制。(X)(3) 放射性元素的放射性都是自发的现象。(V)(4)a射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速。(X)(5)3射线能穿透几毫米厚的铅板。(X)(6) 丫射线的穿透能力最强，电离能力最弱。(V)2.合作探究一一议一议(1) 是否所有的元素都具有放射性？提示：原子序数大于或等于 83 的元素都具有放射性， 原子序数小于 83 的元素很少具有 放射性。(2) 要判断三种射线是否带电以及带正电荷还是负电荷，可以用什么方法？提示：方法一：让射线垂直磁场方向射入磁场，发生偏转的带电，不偏转的不带电。对 于发生偏转的射线，根据偏转方向与磁场方向和速度方向的关系，依

5、据左手定则可以判断带正电荷还是带负电荷。方法二：让射线垂直电场方向射入电场，发生偏转的带电，不偏转的不带电。对于发生偏转的射线，根据偏转方向与电场方向的关系，依据电荷受力方向与电场强度方向的关系， 可以判断带正电荷还是带负电荷。具有相同的质子数而中子数不同的原子互称同位素。F M碑小輛、4同一种元素的几种同位素，它们的化学性质相同吗？为什么?5提示：相同。因为同位素具有相同的质子数，所以具有相同的核外电子数， 元素的化学性质取决于核外电子，所以同位素的化学性质相同。对三种射线的研究_QJK知迟1 .a、B、丫射线性质、特征比较射线种类组成速度贯穿本领电离作用a射线a粒子是氦 原子核；He约丄C

6、10很小，一张 薄纸就能 挡住很强3射线3粒子是咼 速电子流-1e接近C很大，能穿过几毫米厚的铝板较弱Y射线波长很短的电磁波等于C最大，能穿过几厘米厚的铅板很小2.三种射线在电场和磁场中的偏转(1)在匀强电场中，丫射线不发生偏转，做匀速直线运动，a粒子和3粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，3粒子的偏移大，如图19-1-1 所示。所以，在同样条件下3粒子与a粒子偏移之比为课堂讲练设计.位移x可表示为考点一19-1-1x=比12 2XBe4=一XX6(2)在匀强磁场中：丫射线不发生偏转，仍做匀速直线运动,方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，3粒子的轨道半径小，如图19-1-2 所示。a粒

7、子和3粒子沿相反72厂mv口mv mv根据qvB=得宀qB*所以，在同样条件下3粒子与a粒子的轨道半径之比为199F31 836 100C2e1= x x =。Fa4ce371103元素的放射性如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响。也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关。因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着一定结构。通方法I 典例如图 19-1-3 所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，LL是厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达O点的射线种

8、类、到达P点的射线种类应属于下表中的()思路点拨解答此题应注意以下两点：(1) 能够穿过厚纸板的只有3和丫射线，a射线无法穿过。选项1 /磁场方向到达0点的射线到达P点的射线A竖直向上3aB竖直向下a3C垂直纸面向里Y3D垂直纸面向外Ya图 19-1-3LJI:RL J1P磁场1fNaJB图19-1-28(2) 丫射线不偏转，3射线在磁场中的偏转情况符合左手定则。解析R放射出来的射线共有a、3、丫三种，其中a、3射线垂直于磁场方向进9入磁场区域时将受到洛伦兹力作用，丫射线不偏转，故打在O点的应为丫射线；由于a射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是3射线；依据3射线的偏转方向及 左手定

9、则可知磁场方向垂直纸面向里。三种射线的比较方法3是实物粒子，而 丫射线是光子流，属于电磁波的一种。(2)在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断a和3射线，由于丫射线不带电，故运动轨迹仍为直线。(3)a射线穿透能力较弱，3射线穿透能力较强，Y射线穿透能力最强。通题组1.如图 19-1-4 所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L数率不变，则x可能是()知道三种射线带电的性质,a射线带正电、3射线带负电、丫射线不带电。a、后，计数器的计数率大幅度减小,在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计A. a和3的混合放射源C. a和丫的混合放射源B.纯a放射

10、源D.纯丫放射源解析：选 C 在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即a粒子；在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有是a和丫的混合放射源。2如图 19-1-5 所示，放射性元素镭衰变过程中释放出丫射线。因此放射源可能3、丫三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是(答案C10图 19-1-5A. 表示丫射线，表示a射线B. 表示3射线，表示a射线11C. 表示a射线，表示Y射线D. 表示3射线，表示a射线解析：选 C 丫射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故和表示丫射

11、线，A、B D 项错；a射线中的a粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转， 故表示a射线，由左手定则可知在匀强磁场中a射线向左偏，故表示a射线，C 项对。3.如图 19-1-6 所示，一天然放射性物质发出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场A. 射到 b 点的一定是B. 射到 b 点的一定是C. 射到 b 点的一定是D. 射到 b 点的一定是解析：选 C 丫射线不带电，在电场和磁场中它都不受力的作用，只能射到a点，选项D 错误。调整E和B的大小，既可以使带正电的a射线沿直线前进，也可以使带负电的3射线沿直线前进，沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡，即qE=qBv。已知a粒子

12、 Y W 1 的速度比3粒子的速度小得多，当a粒子沿直线前进时，速度较大的3粒子向右偏转；亠当3粒子沿直线前进时，速度较小的a粒子也向右偏转，故选项 C 正确，A、B 错误。1F飞J_原子核的组成与数量关系通知识1.原子核的大小、组成和同位素大小：很小，半径为 10_1510_14m共存的区域B的大小，使MN上只有两个点受到射线的照射，则下面判断正确的是（a射线3射线a射线或丫射线时ah N图 19-1-63射线12同位素：质子数相同，中子数不同的原子核原子核组成厂电量e=+ 1.6X10 T9C质子质量m=1.672623 1X1027kg电量e= 0质量m= 1.674 928 6X102

13、7kg132 原子核的符号和数量关系符号：ZXo(2)基本关系：核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数。质量数(A)=核子数=质子数+中子数。3 对核子数、电荷数、质量数的理解(1) 核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之 和叫核子数。(2) 电荷数(Z):原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数。(3) 质量数(A):原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫作原子核的质量数。4.同位素：原子核内的质子数决定了核外电

14、子的数目，进而也决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以 不同，所以它们的物理性质不同。把具有相同质子数、不同中子数的原子核互称为同位素。典例已知镭的原子序数是 88,原子核质量数是 226。试问：(1) 镭核中有多少个质子？多少个中子？(2) 镭核所带的电荷量是多少？(3) 呈中性的镭原子，核外有多少个电子？思路点拨(1) 原子核的核电荷数、质子数、核外电子数具有相等的关系。(2) 原子核的质量数等于核子数。解析(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88,中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即 N=A-Z= 226

15、- 88= 138。(2) 镭核所带电荷量：Q=Ze= 88x1.6x10-19C = 1.41x10-17C。(3) 核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88。答案(1)88138(2)1.41x10-C (3)88原子核的“数”与“量”辨析(1)核电荷数与原子核的电荷量是不同的，组成原子核的质子的电荷量都是相同的，所以原子核的电荷量一定是质子电荷量的整数倍，我们把核内的质子数叫核电荷数，而这些质14子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量。(2)原子核的质量数与质量是不同的，也与元素的原子量不同。原子核内质子和中子的15总数叫作核的质量数，原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。解析：选 B

16、 根据原子核的符号的含义：A表示质量数，Z表示质子数，则中子数为A乙所以 B 正确。2.据最新报道，放射性同位素钦16；HO,可有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数与V 1核外电子数之差是（）A. 32B. 67C. 99D. 166解析：选 A 根据原子核的表示方法得核外电子数=质子数=67,中子数为 166 67 =99,故核内中子数与核外电子数之差为99 67 = 32,故选 A。3.（多选）下列说法正确的是（）A.mx 与m1Y 互为同位素B.mx 与呻丫互为同位素c.mx 与m-2丫中子数相同D.235U 核内有 92 个质子，235 个中子解析：选 BC A 选项中，X 核与 Y

17、核的质子数不同，不能互为同位素；B 选项中mX 核与n1Y 核质子数都为m,而质量数不同，则中子数不同，所以互为同位素；C 选项中mX 核内中子数为m-rmm2Y核内中子数为（m 2） （m-2） =m-m，所以中子数相同； D 选项中核内JT、J有 143 个中子，而不是 235 个中子。_ / f一、基础题密熟1 .关于丫射线，下列说法不正确的是（）A. 它是处于激发状态的原子核放射的B. 它是原子内层电子受到激发时产生的C. 它是一种不带电的光子流1.某种元素的原子核用AzX 表示，下列说法中正确的是（A. 原子核的质子数为乙中子数为AB. 原子核的质子数为乙中子数为AZC. 原子核的质

18、子数为A,中子数为ZD. 原子核的质子数为A-乙中子数为Z课后层级训练，步阳提升能力16D. 它是波长极短的电磁波解析：选 BY射线是激发状态的原子核发出的波长极短的电磁波，是一种光子，故B 错误。2 两个同位素原子核的符号分别是AX 和# 那么（）A. M= NB. A=BC. M A=N BD. M-F N=A+B解析：选 B 具有相同质子数不同中子数的同一元素互称同位素，所以A=Bo3.原子核中能放出a、B、丫射线，关于原子核的组成，下列说法正确的是（）A.原子核中有质子、中子、还有a粒子B.原子核中有质子、中子、还有3粒子C.原子核中有质子、中子、还有丫粒子D.原子核中只有质子和中子解

19、析：选 D 在放射性元素的原子核中，2 个质子和 2 个中子结合得较紧密，有时作为一个整体放出，这就是a粒子的来源，不能据此认为a粒子是原子核的组成部分。原子核 里是没有电子的，但中子可以转化成质子，并向核外释放一个电子，这就是3粒子。原子核发出射线后处于高能级，再回到低能级时多余的能量以丫光子的形式辐射出来，形成丫射线，故原子核里也没有丫粒子，故 D 正确。4. （多选）在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是（）A.密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B.贝可勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C.居里夫妇从沥青铀矿中分离出

20、了钋（Po）和镭（Ra）两种新元素D.卢瑟福通过a粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子解析：选 AC 密立根通过油滴实验测出了元电荷即基本电荷的数值，A 项正确；贝可勒尔发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂的结构，卢瑟福通过a粒子散射实验确定了原子的核式结构模型， B 项错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，C 项正确；卢瑟福用镭放射出的a粒子轰击氮的原子核，从中找出了新的粒子，通过测定其质量和电荷，确定该粒子为氢的原子核，证实了原子核内部存在质子，D 项错误。5. （多选）如图 1 所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直

21、于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有（）17图 1A.打在图中a、b、c三点的依次是a射线、丫射线和3射线18B.a射线和3射线的轨迹是抛物线C.a射线和3射线的轨迹是圆弧D.如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b解析：选 AC 由于丫射线不带电，故不偏转，打在b点。由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中a粒子受的洛伦兹力向上，3粒子受的洛伦兹力向下， 轨迹都是圆弧,19A. a粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反A C正确，B 错误；由于a粒子速度约是光速的110,而3粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动(如果一个打在b,则另一个

22、必然打在b点下方)，D 错误。6. (1)(多选)下列描述中正确的是()A.卢瑟福的原子核式结构学说能很好地解释a粒子散射实验事实B.放射性元素发射3射线时所释放的电子来源于原子的核外电子入射光子的频率D 分别用 x 射线和紫光照射同一金属表面都能发生光电效应，则用X 射线照射时光电子的最大初动能较大(2)a射线、3射线和丫射线它们具有不同的特点，穿透能力最强的是，电离能力最强的是 _ 。互称为同位素的原子核具有相同的 _ 数而_ 数不同。解析：(1)卢瑟福的原子核式结构学说能很好地解释a粒子散射实验事实，A 正确；放射性元素发射3射线时所释放的电子来源于中子转化为质子后产生的电子，B 错误；

23、氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，再向低能级跃迁时放出光子的频率有多种，C 错误；分别用 X 射线和紫光照射同一金属表面都能发生光电效应，X 射线的频率大，则用 X 射线照射时光电子的最大初动能较大， D 正确。(2)a射线、3射线和丫射线中穿透能力最强的是丫射线，电离能力最强的是a射线。质子数相同而中子数不同的原子核互称为同位素。&答案：(1)AD(2) 丫射线a射线质子中子二、能力题帥通7.(多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个a粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得a粒子和反冲核的轨道半径之比为44： 1,如图 2 所示，则X X X X M图 220B.原

24、来放射性元素的核电荷数为90C. 反冲核的核电荷数为 88D.a粒子和反冲核的速度大小之比为1 : 88解析：选 ABC 由于微粒之间相互作用的过程中动量守恒，初始总动量为零，则最终总动量也为零，即a粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反，A 正确；由于释放的a粒子2和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动，由qvB=mR得R=qmv若原来放射性元素的核电荷数为Q则对a粒子：R=PB-2 e对反冲核：oP2=B(Q- 2)e由pi=p2,R:44： 1,得 Q= 90, B、C 正确；它们的速度大小与质量成反比，故D错误。& （多选）质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具，如图3 所示为某种质谱仪的原理图，现利用这种质谱仪对氢元素进行测量。氢元素的三种同位素从容器A的下方的小孔无初速度飘入电势差为U的加速电场，加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强