第5章 1.原子核的组成.doc

1．原子核的组成 学习目标：1．[物理观念]知道天然放射现象及三种射线的本质，了解核子、同位素的基本观念，知道原子核的组成。　2.[科学思维]掌握三种射线的本质，能够利用磁场、电场区分它们，理解原子核的构成，并能分析、解决相关问题，提高解题能力。　3.[科学探究]通过利用磁场探究三种射线的本质，学习用α粒子轰击原子核发现核子，体验科学探究的过程，提高观察与实验能力。　4.[科学态度与责任]体会科学家们探索射线的艰辛，以及实事求是、不畏艰险的科学精神，增强探究科学的意识。 阅读本节教材，回答第101页的“问题”，并梳理必要的知识点。 教材P101“问题”提示：1896年贝克勒尔发现了天然放射现象，随后几年居里夫妇又发现了放射性元素钋、镭。科学家们用磁场和电场揭示了射线的本质；后来，卢瑟福、查德威克通过实验发现质子、中子，一步步揭开了原子核的秘密。 一、天然放射现象及三种射线 1．天然放射现象 (1)1896年，法国物理学家贝克勒尔发现某些物质具有放射性。 (2)①放射性：物质发射射线的性质。 ②放射性元素：具有放射性的元素。 ③天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象。 (3)原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线。 (4)玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。 2．三种射线 (1)α射线：实际上就是氦原子核，速度可达到光速的，其电离能力强，穿透能力较差，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 (2)β射线：是高速电子流，它速度很大，可达光速的99%，它的穿透能力较强，电离能力较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。 (3)γ射线：呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10 m以下，它的电离作用更小，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板或几十厘米厚的混凝土。 说明：元素的放射性与它以单质还是化合物的形式存在无关，且天然放射现象不受任何物理变化、化学变化的影响。 二、原子核的组成 1．质子的发现(如图所示) 2．中子的发现(如图所示) 3．原子核的组成 由质子和中子组成，它们统称为核子。 4．原子核的符号 5．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，它们互称同位素。例如，氢有三种同位素分别为H、H、H。 说明：同位素的化学性质相同，物理性质一般不同。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。 (×) (2)放射性元素的放射性都是自发的现象。 (√) (3)γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱。 (√) (4)在元素周期表中处在同一位置上，而质量数不同的元素叫同位素。 (√) 2．(多选)天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是(　　) A．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线 B．某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核 C．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线 D．β粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子 ACD　[由三种射线的本质和特点可知，α射线穿透本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A正确；γ射线是一种波长很短的光子，不会使原核变成新核，故B错误；三种射线中α射线电离作用最强，故C正确；β粒子是电子，来源于原子核，故D正确。] 3．据最新报道，放射性同位素钬Ho在医疗领域有重要应用，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是(　　) A．32　　　　B．67　　　　C．99　　　　D．166 A　[根据原子核内各量的关系可知核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故核内中子数与核外电子数之差为99－67＝32，故A正确，B、C、D错误。] 对三种射线的理解 (教师用书独具)教材P102页“思考与讨论”答案提示： 由左手定则知，α射线带正电，β射线带负电，当三种射线垂直于电场线射入电场偏转如图 1896年，法国物理学家贝克勒尔首先发现了天然放射现象。 试探究：(1)贝克勒尔是根据什么发现的天然放射现象？ (2)贝克勒尔以后又是谁发现了两种更强的放射性元素？ 提示：(1)贝克勒尔是根据铀和含铀的矿物质能使用黑纸包住的照相底片感光，发现了天然放射现象。 (2)后来玛丽·居里和她丈夫皮埃尔·居里发现了钋、镭两种放射性元素。 1．α、β、γ射线性质、特征比较 射线种类 组成 速度 贯穿本领 电离作用 α射线 α粒子是氦原子核 He 约c 很小，一张薄纸就能挡住 很强 β射线 β粒子是高速电子流e 接近c 很大，能穿过几毫米厚的铝板 较弱 γ射线 波长很短的电磁波 等于c 最大，能穿过几厘米厚的铅板 很小 2．三种射线在电场、磁场中偏转情况的比较 (1)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图所示。 (2)在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图所示。 3．元素的放射性 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。因此，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。 【例1】　(多选)如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有(　　) A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线 B．α射线和β射线的轨迹是抛物线 C．α射线和β射线的轨迹是圆弧 D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b 思路点拨：(1)用左手定则可以判出其电性。 (2)洛伦兹力不做功只改变速度方向，故轨迹是圆弧。 AC　[由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中带正电的α粒子受的洛伦兹力向上，带负电的β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧，而γ射线不带电，做直线运动，故B错误，A、C正确；如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场时，由于α粒子速度约是光速的，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，故D错误。] 三种射线的比较方法 (1)知道三种射线带电的性质，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，属于电磁波的一种。 (2)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，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线。 (3)α射线穿透能力较弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强。 [跟进训练] 1．如图所示，放射性元素镭释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，其中________是α射线，________是β射线，________是γ射线。 [解析]　由放射现象中α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，结合在电场与磁场中的偏转可知②⑤是γ射线，③④是α射线。 [答案]　③④、①⑥、②⑤ 原子核的组成 卢瑟福发现了质子，猜想预言了中子的存在，1932年卢瑟福的学生查德威克通过实验证实了这个猜想。 如图为查德威克实验示意图，用天然放射性元素钋(Po)放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B。 试探究：(1)在这个实验中粒子流A是什么粒子？ (2)粒子流B又是什么粒子？ 提示：(1)A为中子流。 (2)B为质子流。因为石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的粒子流为中子流，从石蜡中打出的是质子流。 1．原子核的组成 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相同。 2．原子核的符号和数量关系 (1)符号：X。 (2)基本关系：核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数。质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数。 3．同位素 原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同。把具有相同质子数、不同中子数的原子核互称为同位素。 【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)镭核所带电荷量是多少？ (3)若镭原子呈电中性，它核外有几个电子？ 思路点拨：(1)质子数与原子序数、核电荷数、中性原子的核外电子数相等。 (2)质量数等于质子数与中子数之和。 [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)镭核所带电荷量 Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C≈1.41×10－17 C。 (3)镭原子呈电中性，则核外电子数等于质子数，故核外电子数为88。 [答案]　(1)88　138　(2)1.41×10－17 C　(3)88 原子核的“数”与“量”辨析 (1)核电荷数与原子核的电荷量是不同的，组成原子核的质子的电荷量都是相同的，所以原子核的电荷量一定是质子电荷量的整数倍，我们把核内的质子数叫核电荷数，而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量。 (2)原子核的质量数与质量是不同的，也与元素的原子量不同。原子核内质子和中子的总数叫作核的质量数，原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。 【一题多变】　上题中若Ra是镭的一种同位素，让Ra和Ra以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨迹半径之比是多少？ [解析]　带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，故有Bqv＝m，r＝。两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故＝＝。 [答案]　113∶114 [跟进训练] 2．(多选)下列说法正确的是(　　) A．X与Y互为同位素 B．X与Y互为同位素 C．X与Y中子数相同 D．U核内有92个质子，235个中子 BC　[A选项中，X核与Y核的质子数不同，不能互为同位素，A错误；B选项中X核与Y核质子数都为m，而质量数不同，则中子数不同，所以互为同位素，B正确；C选项中X核内中子数为n－m，Y核内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同，C正确；U核内有143个中子，而不是235个中子，D错误。] 1．物理观念：放射性、三种射线、质子、中子、同位素。 2．科学思维：对三种射线本质的论证，原子核的组成及同位素的应用。 3．物理方法：实验法、猜想法、计算法、假设法。 1．(多选)以下说法中正确的是(　　) A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电 B．原子核中的质子数一定与核外电子数相等 C．用粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分 D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子电荷数之比，因此原子核内还存在一种不带电的中性粒子 CD　[原子中除了带负电的电子外，还有带正电的质子，故A错误；对于中性原子来说，原子核中的质子数才跟核外电子数相等，故B错误；正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C正确；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子电荷数之比，才确定原子核内必还有别的中性粒子，故D正确。] 2．原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，下列说法正确的是(　　) A．原子核中有质子、中子，还有α粒子 B．原子核中有质子、中子，还有β粒子 C．原子核中有质子、中子，还有γ粒子 D．原子核中只有质子和中子 D　[在放射性元素的原子核中，2个质子和2个中子结合得较紧密，有时作为一个整体放出，这就是α粒子的来源，不能据此认为α粒子是原子核的组成部分。原子核里是没有电子的，但中子可以转化成质子，并向核外释放一个电子，这就是β粒子。原子核发出射线后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ光子的形式辐射出来，形成γ射线，故原子核里也没有γ粒子，故D正确。] 3．(多选)图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是(　　) A．a为α射线、b为β射线 B．a为β射线、b为γ射线 C．b为γ射线、c为α射线 D．b为α射线、c为γ射线 BC　[由题图可知电场线方向向右，α射线带正电，所受电场力方向与电场线方向一致，故α射线向右偏转，即c为α射线。β射线带负电，所受电场力方向与电场线方向相反，故β射线向左偏转，即a为β射线。γ射线不带电，不发生偏转，即b为γ射线。故选项B、C正确。] 4．关于图中甲、乙、丙、丁四幅图的说法正确的是(　　) A．甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，C处观察不到闪光点 B．乙图中处于基态的氢原子能吸收能量为10.4 eV的光子而发生跃迁 C．丙图中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，则锌板原来带负电 D．丁图中1为α射线，它的电离作用很强，可消除静电 D　[甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，C处也可以观察到很少的闪光点，故A错误；乙图中，处于基态的氢原子吸收光子能量发生跃迁，吸收的光子能量需等于两能级间的能级差，基态氢原子跃迁到n＝2能级，需要吸收的能量最小，吸收的能量为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，即吸收能量为10.2 eV的光子，可以从基态跃迁到n＝2能级，能量为10.4 eV的光子不能被处于基态的氢原子吸收，故B错误；丙图中用弧光灯照射锌板，锌板上的电子逸出，锌板带上正电，发现验电器的张角变大，说明锌板原来就带正电，故C错误；丁图中，根据左手定则可知，1带正电，为α射线，α射线的电离作用很强，可消除静电，故D正确。] 5．(思维拓展)在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其监测装置由放射源、探测器等构成，如图所示。 问题探究：(1)该装置中探测器接收到的是哪种射线？ (2)如果钢板变厚了，会有什么变化？ [解析]　(1)三种射线中，α射线用一张纸就能将其挡住，β射线能穿透几毫米厚的铝板，γ射线能穿透几厘米厚的铝板，这里是钢板，只能是γ射线。 (2)钢板变厚，穿过的γ粒子数会明显减少。 [答案]　见解析