（浙江專版）2018年高中物理 第十九章 原子核 第1節(jié) 原子核的組成學(xué)案 新人教版選修3-5

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1、 第1節(jié) 原子核的組成 [目標(biāo)早知道] 浙江選考·學(xué)習(xí)要求 知識內(nèi)容 考試要求 1.原子核的組成 加試a 2.放射性元素的衰變 加試c 3.探測射線的方法 加試a 4.放射性的應(yīng)用與防護 加試a 5.核力與結(jié)合能 加試c 6.核裂變 加試c 7.核聚變 加試c 8.粒子和宇宙 加試a 天然放射現(xiàn)象及三種射線 [探新知·基礎(chǔ)練] 1．放射性和放射性元素 (1)1896年，法國物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾礦物都能發(fā)出看不見的射線，這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光。物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性，具有放射性的元素稱為放射元素。 (2)

2、瑪麗·居里和她的丈夫皮埃爾·居里發(fā)現(xiàn)了兩種放射性更強的新元素，命名為釙(Po)、鐳(Ra)。 2．天然放射現(xiàn)象 放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象。原子序數(shù)大于或等于83的元素，都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于83的元素，有的也能放出射線。 3．三種射線 (1)三種射線：在射線經(jīng)過的空間施加磁場，射線分成三束，其中兩束在磁場中向不同的方向偏轉(zhuǎn)，說明這兩束是帶電粒子流，另一束在磁場中不偏轉(zhuǎn)，說明這一束不帶電，這三束射線分別叫做α射線、β射線、γ射線。 (2)α射線實際上就是氦原子核，速度可達到光速的，其電離能力強，穿透能力較差，在空氣中只能前進幾厘米，用一張紙就能把它擋住。 (3)β射線

3、是高速電子流，它速度很大，可達光速的99%，它的穿透能力較強，電離作用較弱，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板。 (4)γ射線呈電中性，是能量很高的電磁波，波長很短，在10－10 m以下，它的電離作用更小，但穿透能力更強，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土。 [辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”) 1．原子序數(shù)小于83的元素都沒有放射性。(×) 2．α射線、β射線、γ射線都是實物粒子。(×) 3．三種射線中γ射線穿透能力最強。(√) [釋疑難·對點練] 1．在電場、磁場中偏轉(zhuǎn)情況的比較 (1)在勻強電場中，α射線偏轉(zhuǎn)較小，β射線偏轉(zhuǎn)較大，γ射線不偏轉(zhuǎn)，如圖甲所

4、示。 (2)在勻強磁場中，α射線偏轉(zhuǎn)半徑較大，β射線偏轉(zhuǎn)半徑較小，γ射線不偏轉(zhuǎn)，如圖乙所示。 (3)α射線和β射線在電場中偏轉(zhuǎn)的特點 在勻強電場中，α粒子和β粒子做偏轉(zhuǎn)方向相反的類平拋運動，且在同樣的條件下，β粒子的偏移較大。 根據(jù)粒子在電場力方向做初速度為零的勻加速直線運動，可得偏移量為 y＝at2＝·2∝， 所以，在同樣的條件下β粒子與α粒子的偏移量之比為 ＝··＝＞1。 (4)α射線和β射線在磁場中偏轉(zhuǎn)的特點 在勻強磁場中，α粒子和β粒子沿相反方向做勻速圓周運動，且在同樣的條件下，β粒子的軌道半徑較小，偏轉(zhuǎn)較大。 根據(jù)qvB＝m得R＝∝， 所以，在同樣的條件下β

5、粒子與α粒子的軌道半徑之比為＝··＝＜1。 根據(jù)三種射線在電場和磁場中偏轉(zhuǎn)的特點，即使電場和磁場方向未知，也可以區(qū)分射線的種類。 2．研究放射性的意義 如果一種元素具有放射性，那么不論它是以單質(zhì)的形式存在，還是以某種化合物的形式存在，放射性都不受影響。也就是說，放射性與元素存在的狀態(tài)無關(guān)，放射性僅與原子核有關(guān)。因此，原子核不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子核也存在著一定結(jié)構(gòu)。 [試身手] 1．(多選)下列說法正確的是(　　) A．α射線與γ射線都是電磁波 B．β射線是原子的核外電子電離后形成的電子流 C．從倫琴射線管的對陰極發(fā)出X射線時，對陰極中的原子和原子核的結(jié)構(gòu)并沒有改變，只是原

6、子從能量較高的定態(tài)躍遷到較低的定態(tài) D．放射性元素有射線放出時，元素的原子核一定發(fā)生變化 解析：選CD　α射線是實物粒子流，不是電磁波，A錯；β射線是原子核中的中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子而釋放的電子流，不是核外電子電離后形成的，故B錯；X射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后，原子從高能級向低能級躍遷而產(chǎn)生的，對陰極中的原子和原子核的結(jié)構(gòu)沒有影響，故C對；放射性元素有射線放出時，原子核一定發(fā)生了變化，故D對。 原子核的組成 [探新知·基礎(chǔ)練] 1．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) 2.中子的發(fā)現(xiàn) 3．原子核的組成 原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。 4．原子核的符號 5．同位素 具有相

7、同的質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱為同位素。例如，氫有三種同位素H、H、H。 [辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”) 1．同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)。(√) 2．同位素具有相同的物理性質(zhì)。(×) [釋疑難·對點練] 1．原子核(符號X) 原子核 2．基本關(guān)系 核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)。質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)。 3．對核子數(shù)、電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)的理解 (1)核子數(shù)：質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小，二者統(tǒng)稱為核子，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫做核子數(shù)。 (2)電荷數(shù)(Z)：原子核所帶的電荷等于質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，通常用這個

8、整數(shù)表示原子核的電荷量，叫做原子核的電荷數(shù)。 (3)質(zhì)量數(shù)(A)：原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和，而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相等，所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個整數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)。 [試身手] 2．(多選)某種元素的原子核符號為X，則(　　) A．原子核的質(zhì)子數(shù)為Z，中子數(shù)為A－Z B．原子核的質(zhì)子數(shù)為Z，核子數(shù)為A C．原子核的質(zhì)子數(shù)為A，中子數(shù)為Z D．原子核的質(zhì)子數(shù)為A，中子數(shù)為A－Z 解析：選AB　X表示原子核，其中X為元素符號；A為原子核的質(zhì)量數(shù)；Z為原子核的電荷數(shù)，也叫質(zhì)子數(shù)；中子數(shù)為A－Z；核子數(shù)就是質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和。故A、B正確。

9、 三種射線在電場或磁場中的偏轉(zhuǎn) [典例1]　如圖所示，一天然放射性物質(zhì)發(fā)出三種射線，經(jīng)過一個勻強電場和勻強磁場共存的區(qū)域(方向如圖所示)。調(diào)整電場強度E和磁感應(yīng)強度B的大小，使得在MN上只有兩個點受到射線的照射，則下面判斷正確的是(　　) A．射到b點的一定是α射線 B．射到b點的一定是β射線 C．射到b點的一定是α射線或β射線 D．射到b點的一定是γ射線 [思路點撥]　解答本題時應(yīng)明確以下兩點： (1)α、β、γ這三種射線的本質(zhì)。 (2)帶電粒子在電磁場中運動的規(guī)律。 [解析]選C　γ射線不帶電，在電場和磁場中它都不受力的作用，只能射到a點，選項D錯誤；

10、調(diào)整E和B的大小，既可以使帶正電的α射線沿直線前進，也可以使帶負電的β射線沿直線前進，沿直線前進的條件是電場力與洛倫茲力平衡，即qE＝qBv。α粒子的速度比β粒子的速度小得多，當(dāng)α粒子沿直線前進時，速度較大的β粒子向右偏轉(zhuǎn)；當(dāng)β粒子沿直線前進時，速度較小的α粒子也向右偏轉(zhuǎn)，故選項C正確，A、B錯誤。 三種射線的比較方法： (1)α、β射線是實物粒子，γ射線是一種電磁波。 (2)α射線貫穿本領(lǐng)最弱，用一張白紙就能擋住。 [典例2]　一置于鉛盒中的放射源發(fā)射出的α、β和γ射線，由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔，鋁箔后的空間有一勻強電場。進入電場后，射線變?yōu)閍、b兩束，射線a沿原來方向

11、行進，射線b發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，如圖所示，則圖中的射線a為______射線，射線b為______射線。 [解析]　在三種射線中，α射線帶正電，穿透能力最弱，穿不透鋁箔，γ射線不帶電，穿透能力最強；β射線帶負電，穿透能力一般，綜上所述，結(jié)合題意可知，射線a應(yīng)為γ射線，射線b應(yīng)為β射線。 [答案]　γ　β 原子核的組成 [典例3]　已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核質(zhì)量數(shù)是226，試問： (1)鐳核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)分別是多少？ (2)鐳核的核電荷數(shù)和所帶電荷量是多少？ (3)若鐳原子呈中性，它核外有多少電子？ [思路點撥]　通過原子序數(shù)、質(zhì)量數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、核電荷數(shù)、電子數(shù)間的關(guān)

12、系求解相應(yīng)數(shù)值。 [解析]　(1)鐳核中的質(zhì)子數(shù)等于其原子序數(shù)，故質(zhì)子數(shù)為88，中子數(shù)N等于原子核的質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)之差，即N＝226－88＝138。 (2)鐳核的核電荷數(shù)和所帶電荷量分別是 Z＝88，Q＝88×1.6×10－19 C≈1.41×10－17 C。 (3)核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88。 [答案]　(1)88　138　(2)88　1.41×10－17 C　(3)88 [課堂對點鞏固] 1．(多選)氫有三種同位素，分別是氕(H)、氘(H)、氚(H)，則(　　) A．它們的質(zhì)子數(shù)相等 B．它們的核外電子數(shù)相等 C．它們的核子數(shù)相等 D．它們的中子數(shù)

13、相等 解析：選AB　氕、氘、氚的核子數(shù)分別為1、2、3，質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)相等，都為1，中子數(shù)等于核子數(shù)減去質(zhì)子數(shù)，故中子數(shù)各不相等，所以A、B選項正確。 2．(多選)由原子核符號U，可知(　　) A.U原子核中有質(zhì)子92個 B.U原子核中有電子92個 C.U原子核中有中子235個 D.U原子核中有中子143個 解析：選AD　原子核符號為X，A為核子數(shù)，Z為質(zhì)子數(shù)，可見U原子核中核子數(shù)是235個，質(zhì)子數(shù)是92，中子數(shù)為235－92＝143，故B、C錯誤，A、D正確。 3．據(jù)最新報道，放射性同位素鈥Ho，可有效治療癌癥，該同位素原子核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差是(　　) A．32

14、　　　　　　　 B．67 C．99 D．166 解析：選A　根據(jù)原子核的表示方法得核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝67，中子數(shù)為166－67＝99，故核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差為99－67＝32，故A對，B、C、D錯。 4．在天然放射性物質(zhì)附近放置一帶電體，帶電體所帶的電荷很快消失的根本原因是(　　) A．γ射線的貫穿作用 B．α射線的電離作用 C．β射線的貫穿作用 D．β射線的中和作用 解析：選B　由于α射線電離作用較強，能使空氣分子電離，電離產(chǎn)生的電荷與帶電體的電荷中和。故正確選項為B。 [課堂小結(jié)]- - - - - - - - - - - - - - - [課時跟蹤

15、檢測十三] 一、單項選擇題 1．下列說法正確的是(　　) A．任何元素都具有放射性 B．同一元素，單質(zhì)具有放射性，化合物可能沒有 C．元素的放射性與溫度無關(guān) D．放射性就是該元素的化學(xué)性質(zhì) 解析：選C　原子序數(shù)大于或等于83的所有元素都有放射性，小于83的元素有的就沒有放射性，所以A項錯；放射性是由原子核內(nèi)部因素決定的，與該元素的物理狀態(tài)、化學(xué)性質(zhì)無關(guān)，所以C項對，B、D項錯。 2．下列說法正確的是(　　) A．質(zhì)子和中子的質(zhì)量不同，但質(zhì)量數(shù)相同 B．質(zhì)子和中子構(gòu)成原子核，原子核的質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量總和 C．同一種元素的原子核有相同的質(zhì)量數(shù)，但中子數(shù)可以不同 D

16、．中子不帶電，所以原子核的總電荷量等于質(zhì)子和電子的總電荷量之和 解析：選A　質(zhì)子和中子的質(zhì)量不同，但質(zhì)量數(shù)相同，A對；質(zhì)子和中子構(gòu)成原子核，原子核的質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量數(shù)總和，B錯；同一種元素的原子核有相同的質(zhì)子數(shù)，但中子數(shù)可以不同，C錯；中子不帶電，所以原子核的總電荷量等于質(zhì)子總電荷量，D錯。 3．原子核中能放出α、β、γ射線，關(guān)于原子核的組成，下列說法正確的是(　　) A．原子核中，有質(zhì)子、中子、還有α粒子 B．原子核中，有質(zhì)子、中子、還有β粒子 C．原子核中，有質(zhì)子、中子、還有γ粒子 D．原子核中，只有質(zhì)子和中子 解析：選D　α射線是被拋出的氦核粒子流，β射線是中子轉(zhuǎn)

17、變成質(zhì)子釋放的電子流，γ射線是伴隨α、β射線放出的光子流，故原子核中，只有質(zhì)子和中子，D對。 4．下面說法正確的是(　　) ①β射線的粒子和電子是兩種不同的粒子?、诩t外線的波長比X射線的波長長?、郐辽渚€的粒子不同于氦原子核?、堞蒙渚€的穿透本領(lǐng)比α射線的強 A．①② B．①③ C．②④ D．①④ 解析：選C　X、γ射線均為電磁波，只是波長不同。紅外線也是電磁波，由電磁波譜知紅外線的波長比X射線波長要長。另外，β射線是電子流，α粒子是氦核，從α、β、γ三種射線的穿透本領(lǐng)來看，γ射線最強，α射線最弱，故選項C對。 5．人類探測月球發(fā)現(xiàn)，在月球的土壤中含有較豐富的質(zhì)量數(shù)為3的氦，它

18、可以作為未來核聚變的重要原料之一，氦的這種同位素應(yīng)表示為(　　) A.He B.He C.He D.He 解析：選B　 氦的同位素質(zhì)子數(shù)一定為2，質(zhì)量數(shù)為3，故可寫作He，因此B正確，A、C、D錯誤。 6．天然放射性物質(zhì)的放射線包括三種成分，下列說法錯誤的是(　　) A．一張厚的黑紙能擋住α射線，但不能擋住β射線和γ射線 B．某原子核在放出γ射線后會變成另一種元素的原子核 C．三種射線中電離作用最強的是α射線 D．β粒子是電子，但不是原來繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子 解析：選B　由三種射線的本質(zhì)和特點可知，α射線貫穿本領(lǐng)最弱，一張黑紙都能擋住，而擋不住β射線和γ射線，故A正確；γ射

19、線是伴隨α、β衰變而產(chǎn)生的一種電磁波，不會使原子核變成新核，故B錯誤；三種射線中α射線電離作用最強，故C正確；β粒子是電子，來源于原子核，故D正確。 7．(上海高考)某種元素具有多種同位素，能反映這些同位素的質(zhì)量數(shù)A與中子數(shù)N關(guān)系的是圖(　　) 解析：選B　某種元素中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)相當(dāng)，質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和，因此當(dāng)中子數(shù)N增大時，質(zhì)量數(shù)A也會增大，選項A、D錯誤；又中子數(shù)N為零時，質(zhì)子數(shù)不為零，所以質(zhì)量數(shù)A不為零，選項B正確，C錯誤。 二、多項選擇題 8．關(guān)于天然放射現(xiàn)象和對放射性的研究，下列說法正確的是(　　) A．是居里夫婦首先發(fā)現(xiàn)并開始研究的 B．說明了原子核不是

20、單一的粒子 C．γ射線伴隨α射線或β射線而產(chǎn)生 D．任何放射性元素都能同時發(fā)出三種射線 解析：選BC　首先發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象的是法國的貝可勒爾，A錯誤；放射現(xiàn)象的研究揭示出原子核的可變性，即原子核不是單一粒子，也是具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的，B正確；γ射線是在原子核放射α粒子或β粒子的時候，多余的能量以極高頻率的γ光子的形式產(chǎn)生的輻射，因此，γ射線是伴隨(不是一定伴隨)α射線或β射線而放出的，C正確，D錯誤。 9．下列說法中正確的是(　　) A．原子中含有帶負電的電子，所以原子帶負電 B．原子核中的質(zhì)子數(shù)，一定跟核外電子數(shù)相等 C．用α粒子轟擊氮、氟、鈉、鋁等元素的原子核都可以打出質(zhì)子，因此人

21、們斷定質(zhì)子是原子核的組成部分 D．絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于核電荷數(shù)跟質(zhì)子電荷數(shù)之比，因而原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子 解析：選CD　原子中除了帶負電的電子外，還有帶正電的質(zhì)子，且一般情況下質(zhì)子和核外電子數(shù)目相等，故A錯；只有中性原子的原子核中的質(zhì)子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等，故B錯；正是根據(jù)用α粒子轟擊原子核的實驗才發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，故C對；因為絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于核電荷數(shù)跟質(zhì)子的電荷數(shù)之比，才確定原子核內(nèi)必還有別的中性粒子，故D對。 10．下面關(guān)于β射線的說法中正確的是(　　) A．它是高速電子流 B．β粒子是放射出來的原子內(nèi)層電子 C．β粒子是從原

22、子核中放射出來的 D．它的電離作用比較弱，但它的穿透能力很強，能穿透幾厘米厚的鉛板 解析：選AC　β射線是高速的電子流，它是從原子核內(nèi)部放射出來的，電離作用較弱，穿透能力較強，能穿透幾毫米的鋁板，故A、C正確。 三、非選擇題 11．已知鐳的兩種常見同位素為Ra和Ra。試問： (1)這兩種鐳核的中子數(shù)之比是多少？ (2)讓Ra和Ra以相同的速度垂直射入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，它們運動的軌道半徑之比是多少？ 解析：(1)它們的中子數(shù)分別為 N1＝A1－Z＝226－88＝138， N2＝A2－Z＝228－88＝140， 所以中子數(shù)之比為 N1∶N2＝69∶70。 (2)帶

23、電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動，洛倫茲力充當(dāng)向心力，故有 qvB＝m，解得r＝ 由于同位素具有相同的核電荷數(shù)，但質(zhì)量數(shù)不同，故 ＝＝。 答案：(1)69∶70　(2)113∶114 12．在暗室的真空裝置中做如下實驗：在豎直放置的平行金屬板間的勻強電場中，有一個能產(chǎn)生α、β、γ三種射線的射線源。從射線源射出的一束射線垂直于電場方向射入電場，如圖所示。在與射線源距離為H高處，水平放置兩張疊放著的、涂藥面朝下的印像紙(比一般紙厚且涂有感光藥的紙)，經(jīng)射線照射一段時間后兩張印像紙顯影。 (1)上面的印像紙有幾個暗斑？各是什么射線的痕跡？ (2)下面的印像紙顯出三個暗斑，試估算中間

24、暗斑與兩邊暗斑的距離之比是多少？ (3)若在此空間再加上與電場方向垂直的勻強磁場，一次使α射線不偏轉(zhuǎn)，一次使β射線不偏轉(zhuǎn)，則兩次所加勻強磁場的磁感應(yīng)強度之比是多少？ 解析：(1)因α粒子貫穿本領(lǐng)弱，穿過下層紙的只有β射線、γ射線，β射線、γ射線在上面的印像紙上留下兩個暗斑。 (2)下面印像紙從左向右依次是β射線、γ射線、α射線留下的暗斑。設(shè)α射線、β射線暗斑到中央γ射線暗斑的距離分別為sα、sβ，則 sα＝aα·2， sβ＝aβ·2， aα＝，aβ＝。 由以上四式解得＝。 (3)若使α射線不偏轉(zhuǎn)， qαE＝qαvαBα， 所以Bα＝， 同理若使β射線不偏轉(zhuǎn)，應(yīng)加磁場 Bβ＝，故 ＝＝10∶1。 答案：(1)兩個暗斑　β射線、γ射線 (2)5∶184　(3)10∶1 11