2024-2025学年高中物理第十九章原子核1原子核的组成学案新人教版选修3-5

PAGE11-1原子核的组成一、自然放射现象1．贝可勒尔的发觉铀和含铀的矿物都能发出一种看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光．物质放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．2．玛丽·居里和皮埃尔·居里夫妇的发觉他们发觉了两种放射性更强的元素，为了纪念她的国家波兰，一种元素命名为钋(Po)，另一种元素命名为镭(Ra)．3．自然放射现象自然界中原子序数大于或等于83的元素都能自发地放出射线，这种能自发地发出射线的现象叫做自然放射现象．二、射线的本质1．三种射线在射线经过的空间施加磁场，射线分成三束，其中两束在磁场中向不同的方向偏转，说明这两束是带电粒子流，另一束在磁场中不偏转，说明这一束不带电，这三束射线分别叫做α射线、β射线、γ射线．2．三种射线的比较若在射线经过的空间施加电场(方向与射线的出射方向垂直)，射线能分成三束吗？提示：能分成三束，三种射线的带电状况各不相同，它们在电场中受力状况不同，故可偏转为三束．三、原子核的组成1．质子的发觉卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发觉了质子，质子的实质是氢原子核．2．中子的发觉卢瑟福的学生查德威克通过试验证明了中子的存在．3．原子核的组成原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．4．原子核的电荷数原子核所带的电荷量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．5．原子核的质量数质子和中子的总数目叫做原子核的质量数．6．原子核的符号eq\o\al(A,Z)X，其中X表示元素的符号，A表示核的质量数，Z表示核的电荷数．7．同位素具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素．原子核(除氢核外)只是由带电粒子组成的吗？提示：原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成的．考点一对三种射线的分析与推断①假如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.原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着肯定结构.②β射线的电子是从原子核中放出来的，并不是从原子核外的电子中放出来的.【例1】在暗室的真空装置中做如下试验：在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中，有一个能产生α、β、γ三种射线的射线源，从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图所示．在与射线源距离为H高处，水平放置两张叠放着的、涂药面对下的印相纸(比一般纸厚且涂有感光材料的纸)，经射线照耀一段时间后把两张印相纸显影．(1)上面的印相纸有几个暗斑？各是什么射线的痕迹？(2)下面的印相纸显出三个暗斑，试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比．(3)若在此空间再加上垂直于纸面对里的匀强磁场，一次使α射线不偏转，一次使β射线不偏转，则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少？(已知：mα＝4u，mβ＝eq\f(1,1840)u，vα＝eq\f(c,10)，vβ≈c)eq\x(\a\al(据三种射线的,穿透实力))→eq\x(\a\al(推断印相纸上,的暗斑数))eq\x(据射线的偏转方向)→eq\x(推断射线的种类)eq\x(\a\al(α、β射线,不偏转))eq\o(→,\s\up17(说明))eq\x(\a\al(两种射线受到,的电场力、洛,伦兹力相等))→eq\x(\a\al(可列式求,出Bα/Bβ))【答案】(1)两个，β、γ射线(2)5184(3)101【解析】(1)两个暗斑，分别是β、γ射线的痕迹，因这两种射线穿透性强．(2)由H＝vt，s＝eq\f(1,2)at2，a＝eq\f(qE,m)，所以sαsβ＝5184.(3)要使射线不偏转，qBv＝qE，所以eq\f(Bα,Bβ)＝eq\f(vβ,vα)＝101.总结提能推断三种射线性质的方法(1)射线的电性：α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电．α、β是实物粒子，而γ射线是光子流，它是波长很短的电磁波．(2)射线的偏转：在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来推断α和β射线偏转方向，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线．(3)射线的穿透实力：α粒子穿透实力较弱，β粒子穿透实力较强，γ射线穿透实力最强，而电离作用相反．放射性元素衰变时放出三种射线，按穿透实力由强到弱的排列依次是(B)A．α射线，β射线，γ射线B．γ射线，β射线，α射线C．γ射线，α射线，β射线D．β射线，α射线，γ射线解析：由三种射线的性质可以知道，α射线的贯穿本事最弱，而γ射线的贯穿本事最强．考点二原子核的组成1．原子核的组成(1)概述原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电．不同的原子核内质子和中子的个数并不肯定相同．(2)基本关系：核电荷数＝质子数＝元素的原子序数＝核外电子数．质量数＝核子数＝质子数＋中子数．2．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特别微小，二者统称为核子，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，这个整数叫做原子核的质量数．【例2】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)镭核所带的电荷量是多少？(3)若镭原子呈中性，它的核外有几个电子？(4)eq\o\al(228,88)Ra是镭的一种同位素，让eq\o\al(226,88)Ra和eq\o\al(228,88)Ra以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？1．原子核的电荷数与核外电子数有何关系？2．原子核的质量数与其质子数、中子数具有怎样的关系？3．互为同位素的两种原子核，它们的质量数、核电荷数、中子数，相同的是哪个？【答案】(1)88138(2)1.408×10－17C(4)eq\f(113,114)【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)镭核所带的电荷量：Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.408×10－17(3)核外电子数等于核电荷数等于质子数，故核外电子数为88.(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故有qvB＝meq\f(v2,r)，r＝eq\f(mv,qB)，因为两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故eq\f(r226,r228)＝eq\f(226,228)＝eq\f(113,114).总结提能此处易把核电荷数与原子核所带的电荷量相混淆，而将核电荷数误认为带电荷量导致错解．卢瑟福预想到原子核内除质子外，还有中子的事实依据是(C)A．电子数与质子数相等B．原子核的质量大约是质子质量的整数倍C．原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些D．质子和中子的质量几乎相等解析：卢瑟福发觉中子后，设想原子核只由质子组成，但核电荷数只是质量数的一半或少一些，这与假设相冲突，因此他又设想原子核内除质子外还有不带电的中子存在，所以选项C正确．重难疑点辨析三种射线的分析与比较三种射线的比较如下表【典例】有三种射线，射线a很简单穿透黑纸，速度接近光速；射线b可穿透几十厘米厚的混凝土，能量很高；用射线c照耀带电的导体，可使电荷很快消逝．则下列推断中正确的是()A．a是α射线，b是β射线，c是γ射线B．a是β射线，b是γ射线，c是α射线C．a是γ射线，b是α射线，c是β射线D．a是γ射线，b是β射线，c是α射线【解析】由题意知，射线a贯穿实力较强，速度接近光速，故是β射线；射线b贯穿实力很强且能量高，是γ射线；射线c很简单使空气电离，从而将导体上的电荷中和，是α射线．【答案】B要留意从本质、贯穿本事、电离本事三个方面重点把握三种射线的性质．类题试解将一计数器放在试验桌上，打开开关，在连续3min内，计数器的示数是每分钟11、9和16.将一放射源放在计数器旁边，在连续3min内，计数器的示数变为每分钟1310、1270和1296.现将一块厚纸板放在放射源和计数器之间，示数降为每分钟1250、1242和1236；将一块厚为2mm的铅板代替厚纸板，示数降为每分钟13、12和11.问：(1)为什么没有放射源时，计数器会有示数？(2)依据上述试验数据，确定该射线是何种射线？为什么？【解析】α、β、γ三种射线中，贯穿本事依次增加，厚纸板放在放射源和计数器之间，计数器示数无明显改变，说明无贯穿本事最小的α射线，以2mm的铅板遮挡，计数器示数明显减小，说明无贯穿本事最强的γ射线，综上所述，该射线是β射线．【答案】(1)空气中有微量的射线(2)β射线，由穿透实力来推断1．(多选)下列哪些现象能说明射线来自原子核(BC)A．三种射线的能量都很高B．放射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响C．元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关D．α射线、β射线都是带电的粒子流解析：能说明放射线来自原子核的证据是，元素的放射性与其所处的化学状态和受到的物理条件无关，B、C正确．2．自然放射性元素放出的三种射线的穿透实力试验结果如图所示，由此可推知(D)A．②来自于原子核外的电子B．①的电离作用最强，是一种电磁波C．③的电离作用较强，是一种电磁波D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子解析：三种射线均来自于原子核内，A错误；从图中可看出，一张纸能拦住①射线，则①射线肯定是α射线，其贯穿本事最差，电离实力最强，但不是电磁波，而是高速粒子流，B错误；铝板能拦住②，而不能拦住③，说明③肯定是γ射线，其电离实力最弱，贯穿本事最强，是一种电磁波，属于原子核内以能量形式释放出来的以光速运行的高能光子，D正确．3．若用x代表一个中性原子的核外的电子数，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(234,90)Th的原子来说(B)A．x＝90，y＝90，z＝234B．x＝90，y＝90，z＝144C．x＝144，y＝144，z＝90D．x＝234，y＝234，z＝324解析：在eq\o\al(234,90)Th中，左下标为质子数，左上标为质量数，则y＝90；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝90；中子数等于质量数减去质子数，z＝234－90＝144，所以B选项正确．4．以下说法正确的是(D)A.eq\o\al(222,86)Rn为氡核，由此可知，氡核的质量数为86，氡核的质子数为222B.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解析：A项氡核的质量数为222，质子数为86，所以A错误；B项铍核的质子数为4，中子数为5，所以B错误；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C错误，D正确．5．如图所示，一自然放射性物质射出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域(其方向如图所示