人教版高中物理选修3-5学案设计-原子核的组成

第十九章原子核
1原子核的组成
一、天然放射现象
1．贝可勒尔的发现
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．物质发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·居里夫妇的发现
他们发现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．天然放射现象
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天然放射现象．
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，三种射线的带电情况各不相同，它们在电场中受力情况不同，故可偏转为三束．
三、原子核的组成
1．质子的发现
卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子，质子的实质是氢原子核．
2．中子的发现
卢瑟福的学生查德威克通过实验证实了中子的存在．
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
A
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．
Z
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判断
①如果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，原子核也存在着一定结构.
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实验：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、涂药面向下的印相纸(比一般纸厚且涂有感光材料的纸)，经射线照射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向里的匀强磁场，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：m α＝4 u ，m β＝1
1 840 u ，v α
＝c
10
，v β≈c )
据三种射线的穿透能力―→判断印相纸上
的暗斑数
据射线的偏转方向―→判断射线的种类 α、β射线不偏转――→说明两种射线受到的电场力、洛伦兹力相等―→可列式求
出B α/B β
【答案】 (1)两个，β、γ射线 (2)5
184 (3)10
1
【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 ＝v t ，s ＝1
2
at 2，a ＝qE m ，所以s α
s β＝5184. (3)要使射线不偏转，qB v ＝qE ，所以B αB β
＝v β
v α
＝10
1.
总结提能判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判断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)射线的穿透能力：α粒子穿透能力较弱，β粒子穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离作用相反．
放射性元素衰变时放出三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是(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射线的贯穿本领最弱，而γ射线的贯穿本领最强．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)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？ 【答案】 (1)88 138 (2)1.408×10－17
C (3)88
(4)113114
【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q v B ＝m v 2r ，r ＝m v
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＝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．
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很容易穿透黑纸，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照射带电的导体，可使电荷很快消失．则下列判断中正确的是()
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贯穿能力较强，速度接近光速，故是β射线；射线b贯穿能力很强且能量高，是γ射线；射线c很容易使空气电离，从而将导体上的电荷中和，是α射线．
【答案】 B
要注意从本质、贯穿本领、电离本领三个方面重点把握三种射线的性质．
类题试解
将一计数器放在实验桌上，打开开关，在连续3 min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附近，在连续3 min内，计数器的示数变为每分钟1 310、1 270和1 296.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1 250、1 242和1 236；将一块厚为2 mm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)根据上述实验数据，确定该射线是何种射线？为什么？
【解析】α、β、γ三种射线中，贯穿本领依次增强，厚纸板放在放射源和计数器之间，计数器示数无明显变化，说明无贯穿本领最小的α射线，以2 mm的铅板遮挡，计数器示数明显减小，说明无贯穿本领最强的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，由穿透能力来判断
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．天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，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，一张纸能挡住①射线，则①射线一定是α射线，其贯穿本领最差，电离能力最强，但不是电磁波，而是高速粒子流，B 错误；铝板能挡住②，而不能挡住③，说明③一定是γ射线，其电离能力最弱，贯穿本领最强，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234 90Th的原子来说(B)
A．x＝90，y＝90，z＝234
B．x＝90，y＝90，z＝144
C．x＝144，y＝144，z＝90
D．x＝234，y＝234，z＝324
解析：在234 90Th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.222 86Rn为氡核，由此可知，氡核的质量数为86，氡核的质子数为222
B.94Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4
C．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，一天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)，调整电场强度E和磁感应强度B的大小，使得在胶片MN上只有两个点受到射线照射．则射到b点的是α或β射线．
解析：γ射线不发生偏转，只能射到a点．α粒子受向右的电场力和向左的洛伦兹力，若qαE＝qαvαB，则α粒子不偏转，射到a点，此时E＝vαB，β粒子受向左的电场力qβE和向右的洛伦兹力qβvβB，又有vβ>vα，得qβvβB>qβE，故β粒子向右偏转射到b点；若qβE＝qβvβB，则β粒子不偏转，但α粒子，qαE>qαvαB，合力向右，α粒子向右偏转射到b点，故射到b点的是α射线或β射线．。