2024-2025学年高中物理第3章原子核与放射性第1节原子核结构教学案鲁科版选修3-5

PAGEPAGE1第1节原子核结构1.了解质子和中子的发觉过程．(重点＋难点)2.知道原子核的组成，理解核子、同位素的概念．3．了解核反应的概念，会书写核反应方程．(重点)一、质子和中子的发觉eq\a\vs4\al(1.)质子的发觉(1)试验：为探测原子核的结构，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发觉了质子．(2)结论：质子是原子核的组成部分．eq\a\vs4\al(2.)中子的发觉卢瑟福依据什么猜想原子核中存在着中子？提示：元素的原子核的质量大体上是质子质量的整数倍，但原子核的电荷数仅仅是质量数的一半或更少一些．二、原子核的组成eq\a\vs4\al(1.)原子核组成由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电，质子、中子统称为核子，原子核常用符号eq\o\al(A,Z)X表示．X表示元素符号，A表示质量数，Z表示核电荷数．基本关系：核电荷数＝质子数＝原子序数．质量数＝质子数＋中子数＝核子数．eq\a\vs4\al(2.)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，如氢的三种同位素eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H.eq\a\vs4\al(3.)核反应方程(1)核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子．(2)意义：能够用人工方法变更原子核．(3)书写核反应方程遵循的原则：核反应满意反应前、后核电荷数和质量数都守恒．(4)卢瑟福发觉质子的核反应方程：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H．查德威克证明中子存在的核反应方程：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n．(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．()提示：(1)×(2)√(3)×质子和中子的发觉eq\a\vs4\al(1.)质子的发觉：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，结果从氮核中打出了一种粒子，并测定了它的电荷与质量，知道它是氢原子核，把它叫做质子，后来人们又从其他原子核中打出了质子，故确定质子是原子核的组成部分．eq\a\vs4\al(2.)中子的发觉(1)1920年卢瑟福预言：原子核内可能还存在质量跟质子相近的不带电的中性粒子，并将其称为中子．(2)1930年德国物理学家博特和他的学生贝克利用α粒子轰击铍时发觉了一种穿透力极强的射线，1932年约里奥·居里夫妇对这种射线进行了探讨，并发觉假如用这种射线轰击石碏，能从石蜡中打出质子．由于旧观念的影响，他们都把这种射线认为是γ射线，而事实上是中子流．(3)查德威克的发觉：1932年，查德威克对这种射线进行了探讨，发觉这种射线是一种不带电、质量接近质子的粒子流，这种粒子正是卢瑟福猜想的中子，从而确定中子也是原子核的组成部分．如图为卢瑟福发觉质子的试验装置，M是显微镜，S是荧光屏，窗口F处装铝箔，氮气从阀门T充入，A是放射源，在视察由质子引起的闪耀之前需进行必要调整的是()A．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上能见到α粒子引起的闪耀B．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上见不到质子引起的闪耀C．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上能见到质子引起的闪耀D．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上见不到α粒子引起的闪耀[思路点拨]从试验目的动身，结合选项，看是否能达到试验目的．[解析]试验目的是视察α粒子轰击氮核产生新核并放出质子，所以试验前应调整铝箔的厚度，恰使α粒子不能透过，但质子仍能透过，故选D.[答案]D如图为查德威克试验示意图．由自然放射性元素Po放出的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B，经探讨知道()A．A为中子，B为质子B．A为质子，B为中子C．A为γ射线，B为中子D．A为中子，B为γ射线解析：选A.不行见射线(即粒子流)A轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不行见射线应当是中子，故A正确．原子核的组成及核反应方程eq\a\vs4\al(1.)原子核(符号eq\o\al(A,Z)X)eq\a\vs4\al(原子核)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(大小：很小，半径为10－15～10－14m,组成\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(质子：电量e＝＋1.6×10－19C,质量mp＝1.6726231×10－27kg,中子：电量e＝0,质量mn＝1.6749286×10－27kg)),同位素：质子数相同，中子数不同的原子))eq\a\vs4\al(2.)基本关系核电荷数＝质子数＝原子序数质量数＝质子数＋中子数＝核子数eq\a\vs4\al(3.)核反应、核反应方程(1)核反应过程一般都是不行逆的，所以核反应方程只能用单箭头方向表示反应方向，不能用等号连接．(2)核反应的生成物肯定要以试验为基础，不能只依据核电荷数守恒和质量数守恒凭空杜撰生成物．(3)书写核反应方程时，应先将已知的原子核和未知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置，然后再依据质量数守恒和核电荷数守恒确定未知的原子核或未知粒子的质量数和核电荷数，最终依据其核电荷数确定是哪种元素或粒子，在适当位置填上它们的符号．本题中用大写字母代表原子核．E经α衰变成为F，再经β衰变成为G，再经α衰变成为H.上述系列衰变可记为下式：Eeq\o(→,\s\up7(α))Feq\o(→,\s\up7(β))Geq\o(→,\s\up7(α))H；另一系列衰变如下：Peq\o(→,\s\up7(β))Qeq\o(→,\s\up7(β))Req\o(→,\s\up7(α))S.已知P是F的同位素，则()A．Q是G的同位素，R是H的同位素B．R是E的同位素，S是F的同位素C．R是G的同位素，S是H的同位素D．Q是E的同位素，R是F的同位素[解析]eq\o\al(y,x)E→eq\o\al(y－4,x－2)F＋eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(y－4,x－2)F→eq\o\al(y－4,x－1)G＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(y－4,x－1)G→eq\o\al(y－8,x－3)H＋eq\o\al(4,2)He；eq\o\al(z,x－2)P→eq\o\al(z,x－1)Q＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(z,x－1)Q→eq\o\al(z,x)R＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(z,x)R→eq\o\al(z－4,x－2)S＋eq\o\al(4,2)He.同位素具有相同的质子数和不同的中子数，由核衰变方程式中各原子核的上下标可得到R是E的同位素，S是F和P的同位素，Q是G的同位素，所以B选项正确．[答案]Beq\a\vs4\al()解决此类题一般从核衰变方程入手，正确地写出核衰变方程是解决此类题的关键．[随堂检测]eq\a\vs4\al(1.)卢瑟福预想到原子核内除质子外，还有中子的事实依据是()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更少一些D．质子和中子的质量几乎相等解析：选C.卢瑟福预言中子的存在的依据是原子核的质量大约是质子质量的整数倍，而核电荷数却是原子核质量数的一半或更少一些，C正确．eq\a\vs4\al(2.)关于以下各个核反应方程，说法正确的是()A.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是卢瑟福发觉质子的核反应方程B.eq\o\al(23,11)Na＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(24,11)Na＋eq\o\al(1,1)H是卢瑟福发觉质子的核反应方程C.eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n是卢瑟福预言存在中子的核反应方程D.eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(13,7)N＋eq\o\al(1,0)n是查德威克发觉中子的核反应方程解析：选A.卢瑟福发觉质子的核反应方程为eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，查德威克发觉中子的核反应方程为eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n.所以A正确，B、C、D错误．eq\a\vs4\al(3.)(多选)eq\o\al(3,2)He可以作为核聚变材料．下列关于eq\o\al(3,2)He的叙述正确的是()A.eq\o\al(3,2)He和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1C.eq\o\al(3,2)He原子核外电子数为2D.eq\o\al(3,2)He代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子解析：选BC.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不正确；eq\o\al(3,2)He核内中子数为1，B正确；eq\o\al(3,2)He原子核外电子数为2，C正确；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，D不正确．eq\a\vs4\al(4.)两个同位素原子核的符号分别是eq\o\al(M,A)X和eq\o\al(N,B)Y，那么()A．M＝N B．A＝BC．M－A＝N－B D．M＋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＝B.eq\a\vs4\al(5.)1993年，中国科学院上海原子核探讨所制得了一种新的铂元素的同位素eq\o\al(202,78)Pt.制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶eq\o\al(9,4)Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞eq\o\al(204,80)Hg，反应过程可能有两种：①生成eq\o\al(202,78)Pt，放出氦原子核；②生成eq\o\al(202,78)Pt，放出质子、中子．写出上述核反应方程式．解析：依据质量数守恒和核电荷数守恒，算出新核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程．(1)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(9,5)B＋eq\o\al(1,0)n.(2)eq\o\al(204,80)Hg＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(202,78)Pt＋eq\o\al(3,2)Heeq\o\al(204,80)Hg＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(202,78)Pt＋2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n.答案：见解析[课时作业]一、单项选择题eq\a\vs4\al(1.)关于质子与中子，下列说法中错误的是()A．原子核由质子和中子组成B．质子和中子统称核子C．卢瑟福发觉了中子，并预言了质子的存在D．卢瑟福发觉了质子，并预言了中子的存在解析：选C.原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，卢瑟福发觉了质子并预言了中子的存在，故A、B、D项叙述正确，C项错误．所以选C.eq\a\vs4\al(2.)最近国外科技杂志报道，将eq\o\al(62,28)Ni和eq\o\al(208,82)Pb经核聚变并释放出一个中子后，生成第110号元素的一种同位素，该同位素的中子数是()A．157 B．159C．161 D．163解析：选B.依据质量数与电荷数守恒，写出核反应方程：eq\o\al(62,28)Ni＋eq\o\al(208,82)Pb→eq\o\al(269,110)Y＋eq\o\al(1,0)n，则Y的中子数为269－110＝159.eq\a\vs4\al(3.)下列说法正确的是()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解析：选D.A项钍核的质量数为234，质子数为90，所以A错；B项铍核的质子数为4，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，即质量数不同，因而C错，D对．eq\a\vs4\al(4.)α粒子击中氮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．9个质子 B．17个电子C．8个中子 D．8个质子解析：选D.依据原子核的构成，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，正确选项为D.eq\a\vs4\al(5.)下面列出的是一些核反应方程：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋X，eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(10,5)B＋Y，eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(7,3)Li＋Z，其中()A．X是质子，Y是中子，Z是正电子B．X是正电子，Y是质子，Z是中子C．X是中子，Y是正电子，Z是质子D．X是正电子，Y是中子，Z是质子解析：选D.由电荷数守恒和质量数守恒可知，核反应方程为：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e，eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n，eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H.故选项D正确．eq\a\vs4\al(6.)一种元素的两种同位素的原子核A和B，以相同的动能垂直于磁场的方向进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动．则A、B的轨道半径应()A．与核子数成正比B．与核子数的平方根成正比C．与质子数成正比D．与质子数的平方根成正比解析：选B.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，半径R＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(\r(2mEk),qB).同位素A、B的原子核的带电荷量相同，质量m与核子数成正比，故半径与核子数的平方根成正比．二、多项选择题7．下列说法中正确的是()A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B．原子核中的质子数，肯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核电荷跟质子电荷之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子解析：选CD.原子中除了带负电的电子外，还有带正电的质子，故A错误；对于中性原子来说原子核中的质子数才跟核外电子数相等，故B错误；正是用α粒子轰击原子核的试验才发觉了质子，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核电荷跟质子电荷之比，才确定原子核内必定还有别的中性粒子，故D正确．8．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)，则下列说法中正确的是()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．它们的化学性质相同解析：选ABD.氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都是1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，A、B选项正确，C选项错误；同位素化学性质相同，只是物理性质不同，D选项正确．eq\a\vs4\al(9.)用α粒子照耀充氮的云室，摄得如图所示的照片，下列说法中不正确的是()A．A是α粒子的径迹，B是质子的径迹，C是新核的径迹B．B是α粒子的径迹，A是质子的径迹，C是新核的径迹C．C是α粒子的径迹，A是质子的径迹，B是新核的径迹D．B是α粒子的径迹，C是质子的径迹，A是新核的径迹解析：选ABC.α粒子轰击氮核产生一个新核并放出质子，入射的是α粒子，所以B是α粒子的径迹．产生的新核质量大而电离作用强，所以径迹粗而短，故A是新核的径迹．质子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹是质子的径迹，所以正确选项为A、B、C.eq\a\vs4\al(10.)三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核(eq\o\al(4,2)He)．则下面说法正确的是()A．X核比Z核多两个质子B．X核比Z核少一个中子C．X核的质量数比Z核的质量数大4D．X核与Z核的总电荷数是Y核电荷数的2倍解析：选AD.设X原子核的质量数为A，核电荷数为B.由质量数守恒和电荷数守恒可得eq\o\al(A,B)X→eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(A,B－1)Y，eq\o\al(A,B－1)Y＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(A－3,B－2)Z.可见eq\o\al(A,B)X比eq\o\al(A－3,B－2)Z的质子数多2个，A对；eq\o\al(A,B)X比eq\o\al(A－3,B－2)Z的中子数多一个，B错；eq\o\al(A,B)X比eq\o\al(A－3,B－2)Z的质量数大3，C错；eq\o\al(A,B)X与eq\o\al(A－3,B－2)Z的总核电荷数为(2B－2)，明显是eq\o\al(A,B－1)Y的核电荷数(B－1)的2倍，D对．故正确答案为A、D.三、非选择题eq\a\vs4\al(11.)现在，科学家正在设法探寻“反物