高中物理沪科版选修3-5 4.1 原子核结构探秘 学案

4.1原子核结构探秘
[先填空]
1.质子的发现
(1)实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子.
(2)结论：质子是原子核的组成部分.
2.中子的发现
(1)卢瑟福的猜想
卢瑟福发现质子后，猜想核内还有一种不带电的中性粒子，并给这种“粒子”起名为中子.
(2)中子的发现是许多科学家研究的结晶.
①1930年，用钋发出的α射线轰击铍时，会产生一种穿透能力极强的射线.
②1932年，约里奥·居里夫妇用这种射线轰击石蜡，能从石蜡中打出质子.
③1932年，查德威克对云室中这种射线进行研究，发现这种射线是一种不带电、质量接近质子的粒子流，即为中子.
[再判断]
1.卢瑟福在α粒子散射实验中发现了质子.(×)
2.玻尔在实验中发现了中子.(×)
[后思考]
卢瑟福是如何证明α粒子轰击氮原子核产生的新核是质子的？
【提示】卢瑟福把这种粒子分别引进电场和磁场，根据该粒子在电场和磁场中的偏转，测出了其质量和电量，确定它就是氢原子核，又叫质子.
[核心点击]
1.质子的发现
(1)实验背景
电子的发现使人们认识到，原子不再是构成物质的基本单位，进一步研究发现，原子的中心有一个原子核，原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量.原子核的结构如何？1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验.
(2)实验装置(如图4-1-1所示)
图4-1-1
T进气孔、A放射源、F铝箔、S荧光屏、M显微镜，C真空容器.
(3)实验过程
容器C里放有放射性物质A，从A放射出的α粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使α粒子恰好被它完全吸收，而不能透过.在F的后面放一荧光屏S，M是显微镜，通过M可以观察到S是否有闪光.
(4)实验现象
开始，S上无闪光(因为α粒子没有穿过铝箔).打开进气孔T的阀门，通入氮气，可以观察到S上有闪光.
(5)实验分析
容器C中通入氮气后，用显微镜观察到荧光屏上有闪光，闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的.
(6)新粒子性质研究
①把这种粒子引进电磁场中，根据它在电磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，进而确定它就是氢原子核，又叫质子.用符号表示为11H或11P.
②人们用同样的办法从其他元素的原子核中也轰击出了质子.
(7)实验结论
质子是原子核的组成部分.
2.中子的发现
(1)科学家在1930年利用Po放出的α射线轰击铍原子核时，产生了一种看不见的贯穿能力很强、不受电场和磁场影响的射线.
(2)1932年，约里奥·居里夫妇发现如果用来自铍的射线去轰击石蜡，能从石蜡中打出质子，如图4-1-2所示.
图4-1-2
(3)1932年，查德威克进一步研究这种射线时发现，这种射线是一种不带电的、质量接近质子的粒子流，即是卢瑟福猜想的中子.
(4)结论：中子是原子核的组成部分.
1.卢瑟福发现质子后，猜想到原子核中还有中子的存在，其判断依据与下列事实不相符的是()
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少一些
D.质子和中子的质量几乎相等
E.原子核中存在不带电且质量与质子相近的中性粒子
【解析】卢瑟福发现原子核的核电荷数与质子的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或少一些，因此猜想到在原子核内还存在有质量而不带电的中性粒子，即中子，故不符合事实的是A、B、D.
【答案】ABD
2.如图4-1-3所示为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放出α射线轰击铍时会产生粒子流a，用粒子流a轰击石蜡后会打出粒子流b，则粒子流a为________，粒子流b为________.
图4-1-3
【解析】不可见的粒子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，轰击石蜡的不可见粒子应该是中子，故a为中子，b 为质子.
【答案】中子质子
3.1919年卢瑟福通过如图4-1-4所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现了质子.图中A为放射源发出的________粒子，B为________气.
图4-1-4
【解析】题图为α粒子轰击氮原子核生成质子的实验装置，放射源A发出的是α粒子，B为氮气.
【答案】α氮
(1)卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子并预言了中子的存在.
(2)查德威克首先从实验中发现了中子，证实了卢瑟福的预言.
(3)在卢瑟福发现质子的实验装置中，穿过铝箔到达荧光屏的不可能是放射源放出的α粒子.
[先填空]
1.原子核的组成
(1)组成：原子核由质子和中子组成，并将质子和中子统称为核子.
(2)原子核的符号：A Z X，其中X为元素符号；A表示原子核的质量数，Z表示核电荷数.
(3)两个基本关系：
①核电荷数＝质子数＝原子序数.
②质量数＝质子数＋中子数＝核子数.
2.同位素
具有相同质子数、不同中子数的原子核，互称为同位素.如氢的三种同位素11
H、21H、31H.
3.核反应与核反应方程
(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.
(2)核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子.
(3)核反应规律：在核反应中，质量数和核电荷数守恒.
[再判断]
1.原子核内只有质子而没有中子.(×)
2.同位素具有相同的物理、化学性质.(×)
3.核反应方程只要满足质量数、电荷数守恒可以随便写.(×)
[后思考]
铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，其核外电子有多少个？中子数又是多少？
【提示】铅的原子序数为82，即一个铅原子中有82个质子，由于原子是电中性的，质子与电子电性相反、电量相同，故核外电子数与核内质子数相同为82个，根据质量数等于质子数与中子数之和的关系，铅原子核的中子数为207－82＝125(个).。