2017-2018學(xué)年高中物理 第19章 原子核 1 原子核的組成學(xué)案 新人教版選修3-5

1原子核的組成學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解什么是放射性和天然放射現(xiàn)象.2.知道原子核的組成及三種射線的特征一、天然放射現(xiàn)象和三種射線導(dǎo)學(xué)探究1.1896年法國物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，即天然放射現(xiàn)象是否所有的元素都具有放射性？放射性物質(zhì)發(fā)出的射線有哪些種類？答案原子序數(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，有的也能放出射線放射性物質(zhì)發(fā)出的射線有三種：射線、射線、射線2怎樣用電場或磁場判斷三種射線粒子的帶電性質(zhì)？答案讓三種射線通過勻強電場，則射線不偏轉(zhuǎn)，說明射線不帶電射線偏轉(zhuǎn)方向和電場方向相同，帶正電，射線偏轉(zhuǎn)方向和電場方向相反，帶負(fù)電或者讓三種射線通過勻強磁場，則射線不偏轉(zhuǎn)，說明射線不帶電，射線和射線可根據(jù)偏轉(zhuǎn)方向和左手定則確定帶電性質(zhì)知識梳理1對天然放射現(xiàn)象的認(rèn)識(1)1896年，法國物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)具有放射性(2)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性元素，放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象(3)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2對三種射線的認(rèn)識種類射線射線射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2ee0速率0.1c0.99cc貫穿本領(lǐng)最弱，用一張紙就能擋住較強，能穿透幾毫米厚的鋁板最強，能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土電離作用很強較強很弱即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)1896年，法國的瑪麗·居里首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象(×)(2)原子序數(shù)大于83的元素都是放射性元素()(3)原子序數(shù)小于83的元素都不能放出射線(×)(4)射線實際上就是氦原子核，射線具有較強的穿透能力(×)(5)射線是高速電子流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板()(6)射線是能量很高的電磁波，電離作用很強(×)二、原子核的組成知識梳理1質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)1919年，盧瑟福用鐳放射出的粒子轟擊氮原子核，從氮核中打出了一種新的粒子，測定了它的電荷和質(zhì)量，確定它是氫原子核，叫做質(zhì)子，用p或H表示，其質(zhì)量為mp1.67×1027 kg.2中子的發(fā)現(xiàn)(1)盧瑟福的預(yù)言：原子核內(nèi)可能還有一種不帶電的粒子，名字叫中子(2)查德威克的發(fā)現(xiàn)：用實驗證明了中子的存在，用n表示，中子的質(zhì)量非常接近質(zhì)子的質(zhì)量3原子核的組成(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，所以質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù)(2)電荷數(shù)(Z)：原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，通常用這個整數(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)子與中子的質(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，這個倍數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)4同位素具有相同的質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核，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，分別是H、H、H.即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)質(zhì)子和中子都不帶電，是原子核的組成成分，統(tǒng)稱為核子(×)(2)原子核的電荷數(shù)就是核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù)()(3)同位素具有不同的化學(xué)性質(zhì)(×)(4)原子核內(nèi)的核子數(shù)與它的核電荷數(shù)不可能相等(×)一、天然放射現(xiàn)象和三種射線1三種射線的實質(zhì)射線：高速氦核流，帶2e的正電荷；射線：高速電子流，帶e的負(fù)電荷；射線：光子流(高頻電磁波)，不帶電2三種射線在電場中和磁場中的偏轉(zhuǎn)(1)在勻強電場中，射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，做勻速直線運動，粒子和粒子沿相反方向做類平拋運動，在同樣的條件下，粒子的偏移大，如圖1所示圖1(2)在勻強磁場中，射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，仍做勻速直線運動，粒子和粒子沿相反方向做勻速圓周運動，且在同樣條件下，粒子的軌道半徑小，如圖2所示圖23元素的放射性(1)一種元素的放射性與是單質(zhì)還是化合物無關(guān)，這就說明射線跟原子核外電子無關(guān)(2)射線來自于原子核說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的例1如圖3所示，R是一種放射性物質(zhì)，虛線框內(nèi)是勻強磁場，LL是厚紙板，MM是熒光屏，實驗時，發(fā)現(xiàn)在熒光屏的O、P兩點處有亮斑，由此可知磁場的方向、到達(dá)O點的射線種類、到達(dá)P點的射線種類應(yīng)屬于下表中的()圖3選項磁場方向到達(dá)O點的射線到達(dá)P點的射線A豎直向上B豎直向下C垂直紙面向里D垂直紙面向外答案C解析R放射出來的射線共有、三種，其中、射線垂直于磁場方向進(jìn)入磁場區(qū)域時將受到洛倫茲力作用而偏轉(zhuǎn)，射線不偏轉(zhuǎn)，故打在O點的應(yīng)為射線；由于射線貫穿本領(lǐng)弱，不能射穿厚紙板，故到達(dá)P點的應(yīng)是射線；依據(jù)射線的偏轉(zhuǎn)方向及左手定則可知磁場方向垂直紙面向里例2(多選)將、三種射線分別射入勻強磁場和勻強電場，圖中表示射線偏轉(zhuǎn)情況正確的是()答案AD解析已知粒子帶正電，粒子帶負(fù)電，射線不帶電，根據(jù)正、負(fù)電荷在磁場中運動受洛倫茲力方向和正、負(fù)電荷在電場中受電場力方向可知，A、B、C、D四幅圖中、粒子的偏轉(zhuǎn)方向都是正確的，但偏轉(zhuǎn)的程度需進(jìn)一步判斷帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，其半徑r，將數(shù)據(jù)代入，則粒子與粒子的半徑之比··××371，A對，B錯；帶電粒子垂直進(jìn)入勻強電場，設(shè)初速度為v0，垂直電場線方向位移為x，沿電場線方向位移為y，則有xv0t，yt2，消去t可得y.對某一確定的x值，、粒子沿電場線偏轉(zhuǎn)距離之比··××，C錯，D對三種射線的鑒別：(1)射線帶正電、射線帶負(fù)電、射線不帶電射線、射線是實物粒子，而射線是光子流，屬于電磁波的一種(2)射線、射線都可以在電場或磁場中偏轉(zhuǎn)，但偏轉(zhuǎn)方向不同，射線則不發(fā)生偏轉(zhuǎn)(3)射線穿透能力弱，射線穿透能力較強，射線穿透能力最強，而電離本領(lǐng)相反二、原子核的組成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)例3已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核的質(zhì)量數(shù)是226.試問：(1)鐳核中有幾個質(zhì)子？幾個中子？(2)鐳核所帶電荷量是多少？(保留三位有效數(shù)字)(3)呈電中性的鐳原子，核外有幾個電子？答案(1)88138(2)1.41×1017 C(3)88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)A與質(zhì)子數(shù)Z之差，即NAZ22688138.(2)鐳核所帶電荷量QZe88×1.6×1019 C1.41×1017 C.(3)核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88.針對訓(xùn)練在粒子轟擊金箔的散射實驗中，粒子可以表示為He，He中的4和2分別表示()A4為核子數(shù)，2為中子數(shù)B4為質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和，2為質(zhì)子數(shù)C4為核外電子數(shù)，2為中子數(shù)D4為中子數(shù)，2為質(zhì)子數(shù)答案B解析根據(jù)X所表示的物理意義，原子核的質(zhì)子數(shù)決定核外電子數(shù)，原子核的核電荷數(shù)就是核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù)原子核的質(zhì)量數(shù)就是核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和，即為核內(nèi)的核子數(shù).He符號的左下角表示的是質(zhì)子數(shù)或核外電子數(shù)，即為2，He符號左上角表示的是核子數(shù)，即為4，故選項B正確1下列現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的是()A粒子散射現(xiàn)象B天然放射現(xiàn)象C光電效應(yīng)現(xiàn)象D原子發(fā)光現(xiàn)象答案B解析粒子散射現(xiàn)象說明了金箔原子中有一個很小的核；光電效應(yīng)現(xiàn)象說明了光的粒子性，原子發(fā)光現(xiàn)象說明核外電子躍遷具有量子化的特征；只有天然放射現(xiàn)象才能說明原子核具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，選項B正確2下列說法正確的是()A射線是由高速運動的氦核組成的，其運行速度接近光速B射線能穿透幾毫米厚的鉛板C射線的穿透能力最強，電離能力最弱D射線的粒子和電子是兩種不同的粒子答案C3以下說法正確的是()A.Rn為氡核，由此可知，氡核的質(zhì)量數(shù)為86，氡核的質(zhì)子數(shù)為222B.Be為鈹核，由此可知，鈹核的質(zhì)量數(shù)為9，鈹核的中子數(shù)為4C同一元素的兩種同位素具有相同的質(zhì)量數(shù)D同一元素的兩種同位素具有不同的中子數(shù)答案D解析A項氡核的質(zhì)量數(shù)為222，質(zhì)子數(shù)為86，所以A錯誤；B項鈹核的質(zhì)量數(shù)為9，中子數(shù)為5，所以B錯誤；由于質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子核互稱為同位素，即它們的質(zhì)量數(shù)不同，因而C錯誤，D正確一、選擇題(16題為單選題，710題為多選題)1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射線的貫穿作用B射線的電離作用C射線的貫穿作用D射線的中和作用答案B解析由于粒子電離作用較強，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，使帶電體所帶的電荷很快消失2放射性元素放出的射線，在電場中分成A、B、C三束，如圖1所示，其中()圖1AC為氦原子核組成的粒子流BB為比X射線波長更長的光子流CB為比X射線波長更短的光子流DA為高速電子組成的電子流答案C解析根據(jù)射線在電場中的偏轉(zhuǎn)情況，可以判斷，A射線向電場線方向偏轉(zhuǎn)，應(yīng)為帶正電的粒子組成的射線，所以是射線；B射線在電場中不偏轉(zhuǎn)，所以是射線；C射線在電場中受到與電場方向相反的作用力，應(yīng)為帶負(fù)電的粒子，所以是射線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()A32 B67C99 D166答案A解析根據(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1666799，故核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差為996732，故A對4下列關(guān)于He的敘述正確的是()A.He與H互為同位素B.He原子核內(nèi)中子數(shù)為2C.He原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為2D.He代表原子核內(nèi)有2個質(zhì)子和3個中子的氦原子核答案C解析He核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為2，H核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為1.兩者質(zhì)子數(shù)不等，不是同位素，A錯誤；He原子核內(nèi)中子數(shù)為1，B錯誤；He代表原子核內(nèi)有2個質(zhì)子和1個中子的氦原子核，核外電子數(shù)為2，故C正確，D錯誤5若用x代表一個中性原子中核外的電子數(shù)，y代表此原子的原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，z代表此原子的原子核內(nèi)的中子數(shù)，則對U的原子來說()Ax92y92z235Bx92y92z143Cx143y143z92Dx235y235z325答案B解析在U中，左下標(biāo)為質(zhì)子數(shù)，左上標(biāo)為質(zhì)量數(shù)，則y92；中性原子的核外電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，所以x92；中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減去質(zhì)子數(shù)，z23592143，所以B選項正確6物理學(xué)重視邏輯，崇尚理性，其理論總是建立在對事實觀察的基礎(chǔ)上下列說法正確的是()A天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的B電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識到原子具有核式結(jié)構(gòu)C粒子散射實驗的重要發(fā)現(xiàn)是電荷是量子化的D密立根油滴實驗表明核外電子的軌道是不連續(xù)的答案A解析放射現(xiàn)象中釋放出了其他粒子，說明原子核內(nèi)部具有一定的結(jié)構(gòu)，A正確；電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識到原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的，B錯誤；粒子散射實驗否定了湯姆孫提出的棗糕式原子模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型，C錯誤；密立根油滴實驗測定了電子的電荷量，D錯誤7天然放射性物質(zhì)的放射線包括三種成分，下列說法正確的是()A一張厚的黑紙能擋住射線，但不能擋住射線和射線B某原子核在放出射線后會變成另一種元素的原子核C三種射線中對氣體電離作用最強的是射線D粒子是電子，但不是原來繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子答案ACD8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)相等答案AB解析氕、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)相同，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)各不相同，所以A、B選項正確9下列關(guān)于放射性元素發(fā)出的三種射線的說法中正確的是()A粒子就是氫原子核，它的穿透本領(lǐng)和電離本領(lǐng)都很強B射線是電子流，其速度接近光速C射線是一種頻率很高的電磁波，它可以穿過幾厘米厚的鉛板D以上三種說法均正確答案BC解析粒子是氦原子核，它的穿透本領(lǐng)很弱而電離本領(lǐng)很強，A項錯誤；射線是電子流，其速度接近光速，B項正確；射線的穿透能力很強，可以穿透幾厘米厚的鉛板，C項正確10如圖2所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質(zhì)，放射線從其右端小孔中水平向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向里的勻強磁場，則下列說法中正確的是()圖2A打在圖中a、b、c三點的依次是射線、射線和射線B射線和射線的軌跡是拋物線C射線和射線的軌跡是圓弧D如果在鉛盒和熒光屏間再加一個豎直向下的場強適當(dāng)?shù)膭驈婋妶?，可能使屏上的亮斑只剩下b答案AC解析由左手定則可知粒子向右射出，在題圖所示勻強磁場中粒子受到的洛倫茲力向上，粒子受到的洛倫茲力向下，軌跡都是圓弧由于粒子的速度是光速的，而粒子速度接近光速，所以在同樣的混合場中不可能都做直線運動，本題應(yīng)選A、C.二、非選擇題11有關(guān)O、O、O三種同位素的比較，試回答下列問題：(1)三種同位素中哪一種粒子數(shù)是不相同的？ .A質(zhì)子 B中子 C核外電子(2)三種同位素中，哪一個質(zhì)量最大？ .(3)三種同位素的化學(xué)性質(zhì)是否相同？ .答案(1)B(2)O(3)相同解析(1)同位素質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同，核外電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相同，故不相同的是中子(2)O、O、O的質(zhì)量數(shù)分別是16、17、18、，故O質(zhì)量最大(3)三種同位素質(zhì)子數(shù)相同，故化學(xué)性質(zhì)相同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、三種射線的放射源從放射源射出的一束射線垂直于電場方向射入電場，如圖3所示，在與放射源距離為H高處，水平放置兩張疊放著的、涂藥品面朝下的印像紙(比一般紙厚且涂有感光藥品的紙)，經(jīng)射線照射一段時間后兩張印像紙顯影(已知m4 u，m u，v，vc)圖3(1)上面的印像紙有幾個暗斑？各是什么射線的痕跡？(2)下面的印像紙顯出一串三個暗斑，試估算中間暗斑與兩邊暗斑的距離之比？(3)若在此空間再加上與電場方向垂直的勻強磁場，一次使射線不偏轉(zhuǎn)，一次使射線不偏轉(zhuǎn)，則兩次所加勻強磁場的磁感應(yīng)強度之比是多少？答案(1)兩個暗斑射線和射線(2)5184(3)101解析(1)因粒子穿透本領(lǐng)弱，穿過下層紙的只有射線和射線，射線、射線在上面的印像紙上留下兩個暗斑(2)下面印像紙上從左向右依次是射線、射線、射線留下的暗斑設(shè)射線、射線留下的暗斑到中央射線留下暗斑的距離分別為x、x.則對粒子，有xat2a·2，a對粒子，有xa·2，a聯(lián)立解得.(3)若使射線不偏轉(zhuǎn)，則qEqvB，所以B，同理，若使射線不偏轉(zhuǎn)，則B.故.11