高中物理 第十九章 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1天然放射現(xiàn)象(1)放射性：物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)。(2)放射性元素：具有放射性的元素。原子序數(shù)大于或等于83的元素都具有放射性；原子序數(shù)小于83的元素有些具有放射性。(3)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。(4)放射性發(fā)現(xiàn)的意義：揭示原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)?！纠?】 天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了()A原子不可再分B原子的核式結(jié)構(gòu)C原子核還可再分D原子核由質(zhì)子和中子組成解析：本題涉及物理學(xué)史的一些知識(shí)。湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子說(shuō)明原子也可再分；盧瑟福通過(guò)粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)；貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，說(shuō)明了原子核也是有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核還可再分。盧瑟福用粒子轟擊氮核，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，查德威克用粒子轟擊鈹核打出了中子，使人們認(rèn)識(shí)到原子核是由質(zhì)子和中子組成的。所以正確選項(xiàng)為C。答案：C2三種射線的本質(zhì)特征(1)電性的判定根據(jù)三種射線在磁場(chǎng)(或電場(chǎng))中的偏轉(zhuǎn)情況(如圖甲和圖乙)，粒子帶正電，粒子帶負(fù)電，光子不帶電。(2)各種射線的性質(zhì)、特征射線：盧瑟福經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，射線粒子帶有兩個(gè)單位正電荷，質(zhì)量數(shù)為4，即粒子是氦核，速度約是光速的1/10，有較大的動(dòng)能。特征：貫穿本領(lǐng)小，電離作用強(qiáng)，能使沿途中的空氣電離。射線：貝可勒爾證實(shí)，射線是電子流，其速度可達(dá)光速的99 %。特征：貫穿本領(lǐng)大，能穿透黑紙，甚至穿透幾毫米厚的鋁板。但電離作用較弱。射線是一種波長(zhǎng)很短的電磁波光子流，是能量很高的電磁波，波長(zhǎng)1010 m。特征：貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)，能穿透幾厘米厚的鉛板。電離作用最弱?！纠?】 如圖所示，一天然放射源射出三種射經(jīng)，經(jīng)過(guò)一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)共存的區(qū)域(方向如圖所示)，調(diào)整電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小，使得在MN上只有兩個(gè)點(diǎn)受到射線照射。下面的哪種判斷是正確的()A射到b點(diǎn)的一定是射線B射到b點(diǎn)的一定是射線C射到b點(diǎn)的一定是射線或射線D射到b點(diǎn)的一定是射線解析：射線不帶電，在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中它都不受場(chǎng)的作用，只能射到a點(diǎn)，因此D選項(xiàng)不對(duì)；調(diào)整E和B的大小，既可以使帶正電的射線沿直線前進(jìn)，也可以使帶負(fù)電的射線沿直線前進(jìn)。沒(méi)直線前進(jìn)的條件是電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡，即EqBqv。已知粒子的速度比粒子的速度小得多，當(dāng)我們調(diào)節(jié)使粒子沿直線前進(jìn)時(shí)，速度大的粒子向右偏轉(zhuǎn)，有可能射到b點(diǎn)；當(dāng)我們調(diào)節(jié)使粒子沿直線前進(jìn)時(shí)，速度較小的粒子也將會(huì)向右偏，也有可能射到b點(diǎn)，因此C選項(xiàng)正確，而A、B選項(xiàng)都不對(duì)。答案：C說(shuō)明：解答本題關(guān)鍵是：注意分析三種粒子的帶電和受力情況，就會(huì)推知其偏轉(zhuǎn)情況，從而得出正確答案。3原子核的組成(1)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)1919年，盧瑟福用粒子轟擊氮，結(jié)果從氮核中打出了一種粒子，并測(cè)定了它的電荷與質(zhì)量，知道它是氫原子核，把它叫做質(zhì)子，后來(lái)人們又從其他原子核中打出了質(zhì)子，故確定質(zhì)子是原子核的組成部分。(2)中子的發(fā)現(xiàn)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子后，預(yù)言核內(nèi)還有一種不帶電的粒子，并給這種還未“出生”的粒子起了一個(gè)名字叫“中子”。盧瑟福的預(yù)言十年后就變成了現(xiàn)實(shí)，他的學(xué)生查德威克用實(shí)驗(yàn)證明了原子核內(nèi)含有中子，中子的質(zhì)量非常接近于質(zhì)子的質(zhì)量。(3)原子核的組成原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱(chēng)核子。原子核所帶電荷都是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，用Z表示，叫做原子核的質(zhì)子數(shù)，或叫核電荷數(shù)。原子核的質(zhì)量是核內(nèi)質(zhì)子和中子質(zhì)量的總和。由于質(zhì)子和中子質(zhì)量幾乎相等，所以原子核的質(zhì)量近似等于核子質(zhì)量的整數(shù)倍，用這個(gè)整數(shù)代表原子核的質(zhì)量，叫做原子核的質(zhì)量數(shù)，用A表示，原子核的符號(hào)可以表示為X。其中X為元素符號(hào)，A為原子核的質(zhì)量數(shù)，Z為核電荷數(shù)。(4)“三個(gè)整數(shù)”的關(guān)系核電荷數(shù)質(zhì)子數(shù)(Z)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)(Z)中子數(shù)?！纠?】 已知鐳的原子序數(shù)是88，原子質(zhì)量數(shù)為226，求：(1)鐳核中質(zhì)子數(shù)及中子數(shù)各為多少；(2)鐳核所帶的電荷量是多少；(3)若鐳原子呈中性，則它核外有幾個(gè)電子。解析：原子序數(shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)、中性原子的核外電子數(shù)都是相等的。原子核的質(zhì)量數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和。(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。答案：(1)88,138(2)1.41×1017C(3)884同位素(1)定義：具有相同質(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，因而互稱(chēng)同位素。(2)化學(xué)性質(zhì)的決定因素：原子核的質(zhì)子數(shù)決定了核外電子的數(shù)目，也決定了電子在核外分布的情況，進(jìn)而決定了這種元素的化學(xué)性質(zhì)。(3)氫的同位素：氕H，氘H，氚H?！纠?】 有關(guān)O、O、O三種同位素的比較，試回答下列問(wèn)題：(1)三種同位素中哪一種粒子是不相同的？_。A質(zhì)子 B中子 C電子(2)三種同位素中，哪一個(gè)質(zhì)量最大？_。(3)三種同位素的化學(xué)性質(zhì)是否相同？_。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。答案：(1)B(2)O(3)相同5三種射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn)和判斷方法(1)射線不論在電場(chǎng)還是磁場(chǎng)中，總是做勻速直線運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。根據(jù)上述特點(diǎn)，在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的射線是射線。(2)射線和射線在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn)：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，和粒子沿相反方向做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，且在同樣的條件下，粒子的偏移最大。根據(jù)粒子在電場(chǎng)力方向做初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，偏移x可表示為：xat2·()2。所以，在同樣條件下與粒子偏移之比為××371。(3)射線和射線在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)特點(diǎn)：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，和粒子沿相反方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且在同樣條件下，粒子的軌道半徑最小，偏轉(zhuǎn)最大。根據(jù)qvB得R。所以，在同樣條件下與粒子的軌道半徑之比為××1。根據(jù)上述徑跡特點(diǎn)，即使電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向未知，也可以區(qū)分射線的種類(lèi)?！纠?】將、三種射線分別射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖表示射線偏轉(zhuǎn)情況中正確的是()解析：根據(jù)射線通過(guò)電場(chǎng)(或磁場(chǎng))，對(duì)粒子的作用力判斷軌跡的情況，然后依據(jù)粒子在電場(chǎng)(或磁場(chǎng))中滿(mǎn)足的規(guī)律確定偏轉(zhuǎn)的不同。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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受洛倫茲力方向和正、負(fù)電荷在電場(chǎng)中受電場(chǎng)力方向不同，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)的程度需要進(jìn)一步判斷。帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其半徑r，將其數(shù)據(jù)代入，則粒子與粒子的半徑之比為：··××。由此可見(jiàn)，A正確，B錯(cuò)誤。帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，設(shè)初速度為v0，垂直電場(chǎng)線方向位移為x，、粒子沿電場(chǎng)線偏轉(zhuǎn)距離之比為·××。由此可見(jiàn)，故選C錯(cuò)誤，D正確。答案：AD6三種射線的比較三種射線的本質(zhì)和特性不相同，準(zhǔn)確把握其不同點(diǎn)才能加以區(qū)分，正確處理問(wèn)題。種類(lèi)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質(zhì)量4mpmp1.67×1027kg靜止質(zhì)量為零速度0.1c0.99cc在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)與射線偏轉(zhuǎn)方向相反不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱用紙能擋住較強(qiáng)穿透幾毫米的鋁板最強(qiáng)穿透幾厘米的鉛板對(duì)空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱在空氣中的徑跡粗、短、直細(xì)、較長(zhǎng)、曲折最長(zhǎng)通過(guò)膠片感光感光感光【例6】 如圖所示，x為未知的放射源，L為薄鋁片，計(jì)數(shù)器對(duì)粒子、粒子、光子均能計(jì)數(shù)。若在放射源和計(jì)數(shù)器之間加上L后，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率大幅度減小，在L和計(jì)數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率不變，則x可能是()A、和的混合放射源B純放射源C和的放射源 D純放射源解析：依據(jù)三種射線的不同貫穿本領(lǐng)判斷通過(guò)L后的射線，然后再依據(jù)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用確定計(jì)數(shù)器記錄的是哪種粒子，由此可判斷放射源的情況。在放射源和計(jì)數(shù)器之間加上鋁片后，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率大幅度減小，說(shuō)明射線中有穿透力很弱的粒子，即粒子。在鋁片和計(jì)數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率不變，說(shuō)明穿過(guò)鋁片的粒子中無(wú)帶電粒子，故只有射線。因此放射源可能是和放射源。答案：C4