2018-2019版物理新导学笔记沪科通用版选修3-5讲义：第4章 从原子核到夸克 4.1

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精4。1原子核结构探秘[学习目标］1.了解质子和中子的发现过程。2。知道原子核的组成，会正确书写原子核的符号.3.掌握核反应方程的特点,会书写核反应方程．一、原子核的组成[导学探究]1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，如图1所示为α粒子轰击氮原子核示意图．图1(1）人们用α粒子轰击多种原子核，都打出了质子，说明了什么问题？(2)绝大多数原子核的质量数都大于其质子数,说明了什么问题？答案（1)说明质子是原子核的组成部分．（2)说明原子核中除了质子外还有其他粒子．[知识梳理］1．质子的发现从1917年起,卢瑟福就开始进行α射线轰击氮原子核的实验，并从氮原子核中打出了氢核，这就是质子,用p或eq\o\al(1，1）H表示，质子是原子核的组成部分．2．中子的发现（1）卢瑟福的猜想1920年，卢瑟福提出：原子核内除了质子外，还存在一种质量与质子的质量大体相等但不带电的粒子，并认为这种不带电的中性粒子是由电子进入质子后形成的．（2)查德威克的发现1932年，查德威克对α粒子轰击铍的实验进行研究，发现产生的射线是中性粒子流，质量跟氢核质量差不多，查德威克将这种粒子称为中子，用n表示．中子也是原子核的组成部分．3．原子核的组成(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):原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫做原子核的电荷数．（3)质量数（A):原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子的质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的质量数．（4)原子核的符号4．同位素具有相同质子数而不同中子数的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素．例如：氢有三种同位素，分别是eq\o\al(1，1)H、eq\o\al（2,1）H、eq\o\al（3，1）H.［即学即用］判断下列说法的正误．（1)质子和中子都不带电，是原子核的组成成分,统称为核子．（×）(2)原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．（√)(3）同位素具有不同的化学性质．（×)(4)原子核内的核子数与它的核电荷数不可能相等．(×)二、核反应方程［导学探究]核反应的实质是什么？它符合哪些规律?答案(1）核反应的实质是以基本粒子(α粒子、质子、中子等）为“炮弹"去轰击原子核（靶核X）,从而促使原子核发生变化,生成了新原子核（Y），并放出某一粒子．（2)在转变过程中符合质量数和电荷数守恒规律．［知识梳理］1．核反应方程定义:用原子核的符号来表示核反应前后各原子核变化情况的式子．2．规律:核反应遵守质量守恒定律和电荷守恒定律，即核反应方程两边的质量数和电荷数均是守恒的．3．核反应的条件：用α粒子、质子、中子甚至用光子去轰击原子核．4．原子核人工转变的两大发现(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程:eq\o\al（14，

7)N＋eq\o\al(4，2)He→eq\o\al(17,

8)O＋eq\o\al(1,1)H（2）1932年查德威克发现中子的核反应方程:eq\o\al(9，4)Be＋eq\o\al(4,2）He→eq\o\al(12,6）C＋eq\o\al（1,0）n一、原子核的组成1．原子核（符号eq\o\al(A,Z)X)原子核eq\b\lc\｛\rc\（\a\vs4\al\co1（组成\b\lc\{\rc\（\a\vs4\al\co1（质子：p\o\al(1,1)H，中子：n\o\al(1，0）n)）,同位素：质子数相同,中子数不同的原子核）)2．基本关系例1已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226。试问：(1）镭核中有几个质子？几个中子？(2)镭核所带电荷量是多少？(保留三位有效数字)(3)呈电中性的镭原子,核外有几个电子？答案(1）88138(2）1.41×10－17C（3)88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＝226－88＝138.(2)镭核所带电荷量Q＝Ze＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C。(3）核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88。针对训练1在α粒子轰击金箔的散射实验中，α粒子可以表示为eq\o\al（4,2）He，eq\o\al(4,2）He中的4和2分别表示（)A．4为核子数，2为中子数B．4为质子数和中子数之和,2为质子数C．4为核外电子数,2为中子数D．4为中子数，2为质子数答案B解析根据eq\o\al(A，Z）X所表示的物理意义，原子核的质子数决定核外电子数，原子核的核电荷数就是核内质子数,也就是这种元素的原子序数．原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和，即为核内的核子数。eq\o\al（4，2)He符号的左下角表示的是质子数或核外电子数，即为2,eq\o\al(4,2）He符号左上角表示的是核子数，即为4,故选项B正确．二、核反应方程1．核反应的条件用α粒子、质子、中子,甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变．2．核反应的实质用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变．例2完成下列核反应方程，并指出其中________是发现质子的核反应方程,________是发现中子的核反应方程．（1)eq\o\al（14,7)N＋eq\o\al(1,0）n→eq\o\al（14，6）C＋________(2)eq\o\al（14，7）N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17，8)O＋________（3)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al（1,0)n→________＋eq\o\al(4，2)He（4)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al（4,2)He→________＋eq\o\al(1,0)n(5）eq\o\al(56，26)Fe＋eq\o\al（2，1)H→eq\o\al(57，27)Co＋________答案见解析解析(1)eq\o\al(14，7）N＋eq\o\al（1,0）n→eq\o\al（14，6)C＋eq\o\al(1,1）H（2)eq\o\al（14,7)N＋eq\o\al(4，2）He→eq\o\al（17，8）O＋eq\o\al（1，1)H(3)eq\o\al（10,5）B＋eq\o\al（1,0)n→eq\o\al(7，3)Li＋eq\o\al（4,2)He(4)eq\o\al（9，4)Be＋eq\o\al(4,2）He→eq\o\al（12,6）C＋eq\o\al(1,0)n（5）eq\o\al（56,26)Fe＋eq\o\al（2，1）H→eq\o\al(57,27）Co＋eq\o\al（1，0）n其中发现质子的核反应方程是(2),发现中子的核反应方程是（4)．书写核反应方程时要注意:(1）质量数守恒和电荷数守恒;（2)中间用箭头，不能写成等号；（3）核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中,一般会发生质量的变化．1．（原子核的组成及同位素）（多选)氢有三种同位素，分别是氕eq\o\al（1，1）H，氘eq\o\al（2，1）H，氚eq\o\al(3,1)H，则（）A．它们的质子数相等 B．它们的核外电子数相等C．它们的核子数相等 D．它们的中子数相等答案AB解析氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，因为它们是同位素，所以它们的质子数和核外电子数相等,都为1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相等,所以A、B选项正确．2．（原子核的组成及同位素）以下说法正确的是()A.eq\o\al（234，90）Th为钍核，由此可知，钍核的质量数为90,钍核的质子数为234B。eq\o\al（9,4）Be为铍核,由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数答案D解析钍核的质量数为234，质子数为90,所以A错；铍核的质量数为9，中子数为5，所以B错;由于同位素是指质子数相同而中子数不同的原子核,即质量数不同的原子核，因而C错,D对．3．（核反应方程)（多选)α粒子轰击氮14核后放出一个质子，转变为氧17核(eq\o\al（17，8)O)．在这个氧原子核中有（）A．8个正电子 B．17个电子C．9个中子 D．8个质子答案CD解析核电荷数为8，即质子数为8，质量数为17，所以中子数为17－8＝9，故选C、D.一、选择题考点一原子核的组成及同位素1．据最新报道，放射性同位素钬eq\o\al(166,67）Ho，可有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是（）A．32B．67C．99D．166答案A解析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A对．2．下列关于eq\o\al（3,2)He的叙述正确的是(）A。eq\o\al（3,2)He与eq\o\al（3,1）H互为同位素B.eq\o\al(3,2）He原子核内中子数为2C.eq\o\al(3，2)He原子核内质子数为2D。eq\o\al(3,2)He代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子核答案C解析eq\o\al(3，2）He核内质子数为2，eq\o\al（3,1)H核内质子数为1.两者质子数不等，不是同位素，A错误；eq\o\al（3，2）He代表原子核内有2个质子和1个中子的氦原子核,故C正确，B、D错误．3．若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对eq\o\al（235,92)U的原子来说（）A．x＝92y＝92z＝235B．x＝92y＝92z＝143C．x＝143y＝143z＝92D．x＝235y＝235z＝325答案B解析在eq\o\al（235，

92)U中，左下标为质子数，左上标为质量数，则y＝92;中性原子的核外电子数等于质子数,所以x＝92；中子数等于质量数减去质子数，z＝235－92＝143，所以B选项正确．4．(多选）以下说法中正确的是（）A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B．原子核中的中子数一定跟核外电子数相等C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子答案CD解析原子中除了有带负电的电子外，还有带正电的质子，故A错；原子核中的中子数不一定跟核外电子数相等，故B错；正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子,故C正确；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，才确定原子核内还有别的中性粒子,故D正确．考点二核反应方程5．卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，其核反应方程为：eq\o\al(4,2）He＋eq\o\al(14,

7)N→eq\o\al（17，

8）O＋eq\o\al（1,1)H，下列说法错误的是（）A．卢瑟福通过该实验提出了原子的核式结构模型B．实验中是用α粒子轰击氮核C．卢瑟福通过该实验发现了质子D．原子核在人工转变的过程中，电荷数一定守恒答案A解析卢瑟福用α粒子轰击金箔散射的实验，提出了原子的核式结构模型，故A错误；用α粒子轰击氮核首次实现了原子核的人工转变，并发现了质子，故B、C正确；核反应方程质量数和电荷数是守恒的，故D正确．6．在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子①eq\o\al（3,1)H＋X1→eq\o\al(4,2）He＋eq\o\al（1,0)n②eq\o\al（14,7）N＋eq\o\al(4,2）He→eq\o\al(17，8）O＋X2③eq\o\al(9，4）Be＋eq\o\al(4,2）He→eq\o\al（12,6)C＋X3④eq\o\al（24,12)Mg＋eq\o\al(4，2）He→eq\o\al(27，13)Al＋X4则以下判断中正确的是（）A．X1是质子 B．X2是中子C．X3是电子 D．X4是质子答案D解析根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为eq\o\al（2，1）H,A错；X2为eq\o\al(1，1）H，B错；X3为eq\o\al（1，0)n，C错;X4为eq\o\al（1,1)H，D对．7．用高能eq\o\al（86,36)Kr轰击eq\o\al（208，

82)Pb，释放出一个中子后,生成了一个新核，关于新核的推断正确的是（）A．其质子数为122 B．其质量数为294C．其原子序数为118 D．其中子数为90答案C解析核反应方程为eq\o\al(208,

82）Pb＋eq\o\al(86,36）Kr→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al（293,118）X，新核质量数为293，质子数为118,中子数为293－118＝175,故正确选项为C.8．为了说明用α粒子轰击氮打出质子是怎样的一个物理过程，布拉凯特在充氮云室中，用α粒子轰击氮，在他拍摄的两万多张照片中，终于从四十多万条α粒子径迹中发现了8条产生分叉,这一实验数据说明了()A．α粒子的数目很少，与氮发生相互作用的机会很少B．氮气的密度很小，α粒子与氮接触的机会很少C．氮核很小,α粒子接近氮核的机会很少D．氮气和α粒子的密度都很小，致使它们接近的机会很少答案C解析氮原子核很小，所以α粒子接近氮原子核的机会很少，所以发生核反应的机会很少，即观察到α粒子径迹分叉的机会少，所以C选项正确．9．(多选)一个质子以1.