高中物理 第三章 原子核 1 原子核的组成与核力教案 教科版选修3-5-教科版高中选修3-5物理教案

1 原子核的组成与核力

一、原子核的组成

1．质子的发现

1919年，卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一种新的粒子，测定了它的电荷和质量，确定它是氢原子核，叫做质子，用11p或11H表示，其质量为m p＝1.67×10－27_kg.

2．中子的发现

(1)卢瑟福的预言：原子核内可能还有一种不带电的粒子，名字叫中子．

(2)查德威克的发现：用实验证明了中子的存在，用10n表示，中子的质量非常接近质子的质量．

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)A Z X元素符号原子核的质量数A＝质子数Z＋中子数N核电荷数＝原子核的质子数，即元素的原子序数

4．同位素

具有相同的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．例如：氢有三种同位素，分别是11H、21H、31H.

二、核力

1．核力

(1)核力：核子之间的相互作用力，称为核力，也称强力．

(2)核力的特征

①在核的线度内，核力比库仑力大得多；

②核力是短程力，当两核子中心相距大于核子本身线度时，核力几乎完全消失；

③核力与电荷无关，质子与质子、质子与中子以及中子与中子之间的核力是相等的．

2．原子核中质子和中子的比例

由于核力是短程力，自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多．

原子核是由中子和质子组成的，在原子核狭小的空间里，带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？

提示：组成原子核的相邻核子间存在着核力．

三、核反应

1．核反应

用一定能量的粒子轰击原子核，改变了核的结构，我们把这样的过程叫做核反应．

2．核反应的实质

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)，并放出某种粒子．

3．常见的人工转变的核反应有

(1)卢瑟福发现质子：14 7N＋42He→17 8O＋11H

(2)查德威克发现中子：94Be＋42He→12 6C＋10n

(3)居里夫妇人工制造同位素：42He＋2713Al→10n＋3015P

30

15P具有放射性：30

15P→

30

14Si＋

＋1e

4．遵循规律

质量数守恒，电荷数守恒．

考点一原子核的组成

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一定相同．

(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非常微小，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)228

88Ra 是镭的一种同位素，让226

88Ra 和228

88Ra 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？ 【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 ＝88×1.6×10－19 C ＝1.408×10－17 C.

(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 ＝m v 2r ，r ＝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

r 226r 228＝226228＝113114

. 【答案】 (1)88 138 (2)1.408×10－17

C

(3)88 (4)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：卢瑟福发现中子后，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，这与假设相矛盾，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．

考点二核力及原子核中质子和中子的比例

1．核力的性质

(1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现．

(2)核力是短程力．约在10－15m数量级时起作用，距离大于0.8×10－15m时为引力，距离小于0.8×10－15 m时为斥力．距离为10×10－15 m时核力几乎消失．

(3)核力具有饱和性．核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用．

(4)核力具有电荷无关性．核力与核子电荷无关．

2．原子核中质子与中子的比例关系

(1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多．

(2)形成原因

①若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快．所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了．

②若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多．

③由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的．

【例2】关于核力的说法正确的是( )