2023年高考物理教案全集经典实用第18章《原子核》doc高中物理.docx

第十八章 翰林汇翰林汇翰林汇翰林汇原子核 目的要求：了解天然放射观象、原子核的人工转变和原子核的组成，会写核反响方程。了解放射性同位素及其应用,了解质量亏损，会利用质能方程计算核反响中释放的能量;知道释放核能的两种途径. 重点难点： 教 具： 过程及内容： 散 原子核 根底知识 一、原子的核式结构模型 1、汤姆生的“枣糕〞模型 （1）1897年汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂结构，揭开了研究原子的序幕． (2)“枣糕〞模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里． 2、卢瑟福的核式结构模型 a a a粒子源 荧光屏 金箔 真空 a粒子束 v （1）α粒子散射实验的结果：α粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进，少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过900，有的甚至被弹回，偏转角几乎到达1800． （2）核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转．原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子是呈电中性的．电子绕着核旋转所需的向心力就是核对它的库仑引力． （3）从α粒子散射实验的数据估算出原子核大小的数量级为10－15一10－14 m，原子大小的数量级为 10—10 m。 【例1】在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是（ ） A．原子的正电荷和绝大局部质量集中在一个很小的核上 B．正电荷在原子中是均匀分布的 C、原子中存在着带负电的电子 D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中 解析：α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了较大偏转．并且有极少数α粒子的偏转超过了900，有的甚至被反弹回去，偏转角到达l800，这说明了这些α粒子受到很大的库仑力，施力体应是体积甚小的带电实体。根据碰撞知识，我们知道只有质量非常小的轻球与质量非常大的物体发生碰撞时，较小的球才被弹回去，这说明被反弹回去的α粒子碰上了质量比它大得多的物质实体，即集中了全部质量和正电荷的原子核．答案：A 【例2】关于α粒子散射实验，以下说法中正确的选项是 （ ） A．绝大多数α粒子经过重金属箔后，发生了角度不太大的偏转 B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少 C、α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能增大 D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小 解析：“由于原子核很小，α粒子十分接近它的时机很少，所以绝大多数α粒子根本上仍按直线方向前进，只有极少数发生大角度的偏转〞。应选项A错误。 用极端法，设α粒子在向重金属核射去，如下列图，所知α粒子接近核时，克服电场力做功．其动能减小，势能增加；当α粒子远离原子核时，电场力做功，其动能增加，势能减小，应选项B、C是错误的。答案：D 二、天然放射性现象 1．放射性现象：贝克勒耳发现天然放射现象，使人们认识到原子核也有复杂结构，揭开了人类研究原子核结构的序幕．通过对天然放射现象的研究，人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于83的天然存在的元素有些也具有放射性，它们放射出来的射线共有三种：α射线、β射线、γ射线． 2、三种射线的本质和特性 1．α射线：速度约为光速1／10的氦核流，贯穿作用很弱，电离作用很强． 2．β射线：速度约为光速十分之几的电子流，贯穿作用很强，电离作用较弱． 3．γ射线：波长极短的电磁波，贯穿作用最强，电离作用最弱． 种 类 本 质 质 量（u） 电 荷（e） 速 度（c） 电 离 性 贯 穿 性 α射线 氦核 4 +2 0.1 最强 最弱，纸能挡住 β射线 电子 1/1840 -1 0.99 较强 较强，穿几mm铝板 γ射线 光子 0 0 1 最弱 最强，穿几cm铅版 β γ α O 三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较： α　γ　　 β ⑴　　　 　⑵　　　　　　　　　　　　　⑶ 【例3】 如下列图，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，那么以下说法中正确的有 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个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b 解：由左手定那么可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧。由于α粒子速度约是光速的1/10，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（如果一个打在b，那么另一个必然打在b点下方。）此题选AC。 3、原子核的衰变规律 （1）α衰变的一般方程为→＋He·每发生一次α衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减小2，质量数减少4．α衰变的实质是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子（即氦核）．（核内） （2）β衰变的一般方程为→＋e．每发生一次β衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1，质量数不变．β衰变的实质是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子．（核内）， +β衰变：（核内） （3）γ射线是伴随α衰变或β衰变同时产生的、γ射线不改变原子核的电行数和质量数．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子． （4）半衰期 A．意义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．用希腊字母τ表示 公式：， B．半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态（如任强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关． 【例4】Th（钍）经过一系列α和β衰变，变成Pb（铅），以下说法正确的选项是（ ） A．铅核比钍核少8个质子 B．铅核比钍核少16个中子 C．共经过4次α衰变和6次β衰变 D．共经过6次α衰变和4次β衰变 解析：由原子核符号的意义，很容易判定A、B是正确的． 至于各种衰变的次数，由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为：x=＝6次） 再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数y应满足： 2X－ y＝90－ 82= 8 所以y＝2x—8＝4（次） 即D也是正确的． 答案：ABD 【例5】铀（）经过α、β衰变形成稳定的铅（），问在这一变化过程中，共有多少中子转变为质子（ ） A．6 ； B．14； C．22 ； D．32 解析：衰变为，需经过 8 次α衰变和 6次β衰变，每经过一次β衰变就会有一个中子转变为质子，同时放出一个电子，所以共有6个中子转化为质子． 答案：A 【例6】如下列图，两个相切的圆表示一个静止原子核发生某种核变化后，产生的两种运动粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可能的是（ ） A.原子核发生了α衰变；B．原子核发生了β衰变 C．原子核放出了一个正电子；D．原子核放出了一个中子； ［解析］两个相切的圆表示在相切点处是静止的原子核发生了衰变，由于无外力作用，动量守恒，说明原子核发生衰变后，新核与放出的粒子速度方向相反，假设是它们带相同性质的电荷，那么它们所受的洛仑兹力方向相反，那么轨道应是外切圆，假设它们所带电荷的性质不同，那么它们的轨道应是内切圆．图示的轨迹说明是放出了正电荷，所以可能是α衰变或放出了一个正电子，故A、C两选项正确． 【点评】此题仅仅只是判断衰变的种类，而没有判断轨迹是属于哪种粒子的．处于静止状态时的原子核发生的衰变，它们的动量大小相等，而新核的电量一般远大于粒子（α、β）的电量，又在同一磁场中，由洛仑兹力提供向心力时，其圆运动的半径R＝mv／qB，此式的分子是相等的，分母中电量大的半径小，电量小的半径大，所以，一般情况下，半径小的是新核的轨迹，半径大的是粒子（α、β或正电子）的轨迹． 三.原子核的人工转变核能 1．原子核的组成：质子和中子组成原子核。质子和中子统称为核子，原子核的质量数等于其核子数，原子核的电荷数等于其质子数，原子核的中子数N等于其质量数A与电荷数Z之差，即N=A—Z。 质子质量= 1．007277u＝1．6725×10－27kg; 中子质量=1．008665u＝1．6748×10--27kg 具有相同的质子数、不同的中子数的原子核互称为同位素． 【例7】现在，科学家们正在设法探寻“反物质〞．所谓的“反物质〞是由“反粒子〞构成的，“反粒子〞与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷的符号相反，据此，假设反α的粒子，它的质量数为 ，电荷数为 ． 【解析】α粒子是氦核，它是由二个质子和二个中子组成，故质量数为4，电荷数为2．而它的“反粒子〞的质量数也是“4”，但电荷数为“－2”． 【例8】 目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。u夸克带电量为e，d夸克带电量e，e为基元电荷。以下论断可能正确的选项是 A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成 D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成 分析与解 原子带电量为，中子的带电量为，选项B正确。 2．原子核的人工转变：用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反响过程，其核反响方程的一般形式为：。 式中是靶核的符号，为入射粒子的符号，是新生核符号，是放射出的粒子的符号。 ① 卢瑟福发现质子的核反响方程为： ② 查德威克发现中子的核反响方程为：。 ③ 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反响方程为： ，其中，P是放射性同位素，e为正电子． 3.放射性同位素的应用 ⑴利用其射线：α射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。γ射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。 ⑵作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。 ⑶进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代。 一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，半衰期短，可制成各种形状，强度容易控制）。 【例9】 关于放射性同位素应用的以下说法中正确的有 A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此到达消除有害静电的目的 B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视 C.用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种 D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害 解：利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电泄出。γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视。作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优秀品种。用γ射线治疗肿瘤对人体