《2017-2018學年高中物理 第3章 原子核與放射性 1 原子核結構學案 魯科版選修3-5》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2017-2018學年高中物理 第3章 原子核與放射性 1 原子核結構學案 魯科版選修3-5（10頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 第1節(jié)　原子核結構 [目標定位]　1.了解質子和中子的發(fā)現過程.2.知道原子核的組成，理解核子、同位素的概念.3.了解核反應的概念，會書寫核反應方程． 一、質子和中子的發(fā)現 1．質子的發(fā)現 2．中子的發(fā)現 二、原子核的組成 1．組成：原子核由質子和中子組成，它們統(tǒng)稱為核子． 2．原子核的符號：X，其中X為元素符號，A表示原子核的質量數，Z表示核電荷數． 3．基本關系：核電荷數＝質子數＝原子序數；質量數＝質子數＋中子數＝核子數． 4．同位素：具有相同的質子數、不同中子數的原子互稱同位素． 5．核反應：原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程． 6．核反應方

2、程：用原子核符號描述核反應過程的式子．例如：He＋N→O＋H. 7．核反應中質量數守恒，電荷數守恒． 一、質子的發(fā)現 圖1 1．1919年，盧瑟福做了用α粒子轟擊氮原子核的實驗．實驗裝置如圖1所示： T進氣孔、A放射源、F鋁箔、S熒光屏、M顯微鏡、C真空容器．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2．實驗過程：容器C里放有放射性物質A，從A放射出的α粒子射到鋁箔F上，適當選取鋁箔的厚度，使α粒子恰好被它完全吸收，而不能透過．在F的后面放一熒光屏S，M是顯微鏡，通過M可以觀察到S是否有閃光． 3．實驗現象：開始，S上無閃光(因為α粒子沒有穿過鋁箔)．打開進氣孔T的

3、閥門，通入氮氣，可以觀察到S上有閃光． 4．實驗分析：容器C中通入氮氣后，用顯微鏡觀察到熒光屏上有閃光，閃光一定是α粒子擊中氮核后產生的新粒子透過鋁箔引起的． 5．新粒子性質研究 (1)把這種粒子引進電磁場中，根據它在電磁場中的偏轉，測出了它的質量和電荷量，進而確定它就是氫原子核，又叫質子．用符號表示為H或p. (2)人們用同樣的辦法從其他元素的原子核中也轟擊出了質子． 6．實驗結論：質子是原子核的組成部分． 圖2 【例1】　1919年盧瑟福通過如圖2所示的實驗裝置，第一次完成了原子核的人工轉變，并由此發(fā)現了質子．圖中A為放射源發(fā)出的________粒子，B為________

4、氣．寫出該實驗的核反應方程：___________. 答案　α　氮　He＋N→O＋H 解析　題圖為α粒子轟擊氮原子核生成質子的實驗裝置，放射源A發(fā)出的是α粒子，B為氮氣，其核反應方程為：He＋N→O＋H. 二、中子的發(fā)現 1．科學家在1930年利用Po放出的α射線轟擊鈹原子核時，產生了一種看不見的貫穿能力很強、不受電場和磁場影響的射線． 2．1932年，約里奧·居里夫婦發(fā)現如果用來自鈹的射線去轟擊石蠟，能從石蠟中打出質子，如圖3所示． 圖3 3．1932年，查德威克進一步研究這種射線時發(fā)現，這種射線是一種不帶電的、質量接近質子的粒子流，即是盧瑟福猜想的中子． 4．結論：中子

5、是原子核的組成部分． 【例2】　如圖4所示為查德威克研究原子核內部結構的實驗示意圖，由天然放射性元素釙(Po)放出α射線轟擊鈹時會產生粒子流a，用粒子流a轟擊石蠟后會打出粒子流b，下列說法正確的是(　　) 圖4 A．a為質子，b為中子 B．a為γ射線，b為中子 C．a為中子，b為γ射線 D．a為中子，b為質子 答案　D 解析　不可見的粒子轟擊石蠟時打出的應是質子，因為質子就是氫核，而石蠟中含有大量氫原子，轟擊石蠟的不可見粒子應該是中子，故D正確． 三、原子核的組成 1．原子核的組成：原子核是由質子、中子構成的，質子帶正電，中子不帶電．不同的原子核內質子和中子的個數并

6、不相同．原子核的直徑為10－15～10－14 m. 2．原子核的符號和數量關系：(1)符號：X. (2)基本關系：核電荷數＝質子數(Z)＝元素的原子序數＝核外電子數．質量數(A)＝核子數＝質子數＋中子數． 3．同位素：原子核內的質子數決定了核外電子的數目，進而也決定了元素的化學性質，同種元素的質子數相同，核外電子數也相同，所以有相同的化學性質，但它們的中子數可以不同，所以它們的物理性質不同．把具有相同質子數、不同中子數的原子核互稱為同位素． 4．核反應、核反應方程 (1)核反應：在核物理學中，原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程． (2)核反應方程：用原子核符號描述核反應過程

7、的式子． 盧瑟福發(fā)現質子的核反應方程為He＋N→O＋H (3)核反應的規(guī)律：在核反應中，質量數和電荷數守恒． 【例3】　已知鐳的原子序數是88，原子核的質量數是226.試問： (1)鐳核中有幾個質子？幾個中子？ (2)鐳核所帶電荷量是多少？ (3)若鐳原子呈電中性，它核外有幾個電子？ (4)Ra是鐳的一種同位素，讓Ra和Ra以相同速度垂直射入磁感應強度為B的勻強磁場中，它們運動的軌跡半徑之比是多少？ 答案　(1)88　138　(2)1.41×10－17 C　(3)88 (4)113∶114 解析　因為原子序數與核內質子數、核電荷數、中性原子的核外電子數都是相等的，原子核的質

8、量數等于核內質子數與中子數之和．由此可得： (1)鐳核中的質子數等于其原子序數，故質子數為88，中子數N等于原子核的質量數A與質子數Z之差，即 N＝A－Z＝226－88＝138. (2)鐳核所帶電荷量 Q＝Ze＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C. (3)鐳原子呈電中性，則核外電子數等于質子數，故核外電子數為88. (4)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力由洛倫茲力提供，故有Bqv＝m，兩種同位素具有相同的核電荷數，但質量數不同，故＝＝. 借題發(fā)揮　對核子數、電荷數、質量數的理解 (1)核子數：質子和中子質量差別非常微小，二者統(tǒng)稱為核子，所以質子數和中子

9、數之和叫核子數． (2)電荷數(Z)：原子核所帶的電荷等于質子電荷的整數倍，通常用這個數表示原子核的電荷量，叫做原子核的電荷數． (3)質量數(A)：原子核的質量等于核內質子和中子的質量總和，而質子與中子質量幾乎相等，所以原子核的質量幾乎等于單個核子質量的整數倍，這個倍數叫做原子核的質量數． 針對訓練　據報道，俄科學家成功合成了具有極強放射性的117號新元素，該元素目前尚未被命名，是在實驗室人工創(chuàng)造的最新的超重元素．新元素有兩種同位素，其中一種有176個中子，而另一種有177個中子，則： (1)該元素兩種同位素的原子核的核電荷數各為多少？原子的核外電子數各為多少？ (2)該元素兩種同

10、位素的原子核的質量數各為多少？ (3)若用X表示117號元素的元素符號，該元素的兩種同位素用原子核符號如何表示？ 答案　(1)均為117　均為117　(2)293　294 (3)X　X 解析　(1)元素的原子序數等于該元素原子核的核電荷數，等于核內質子數．故117號元素的核電荷數和核內質子數均為117，原子呈中性，故核外電子數等于核內質子數，也為117. (2)原子核的質量數等于質子數與中子數之和，故該元素中子數為176的原子核的質量數為117＋176＝293，中子數為177的原子核的質量數為117＋177＝294. (3)元素符號一般用X表示，其中A表示質量數，Z表示核電荷數，由

11、前兩問可得該元素的兩種同位素的原子核符號，中子數為176的原子核的符號為X，中子數為177的原子核的符號為X. 【例4】　完成下列核反應方程，并指出其中______________是發(fā)現質子的核反應方程，______________是發(fā)現中子的核反應方程． (1)N＋n―→C＋________ (2)N＋He―→O＋________ (3)B＋n―→________＋He (4)Be＋He―→________＋n (5)Fe＋H―→Co＋________ 答案　見解析 解析　(1)N＋n―→C＋H (2)N＋He―→O＋H (3)B＋n―→Li＋He (4)Be＋He―→

12、C＋n (5)Fe＋H―→Co＋n 其中發(fā)現質子的核反應方程是(2)． 發(fā)現中子的核反應方程是(4)． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 質子與中子的發(fā)現 1．(多選)關于質子與中子，下列說法正確的是(　　) A．原子核(除氫核外)由質子和中子構成 B．質子和中子統(tǒng)稱為核子 C．盧瑟福發(fā)現了質子，并預言了中子的存在 D．盧瑟福發(fā)現了中子，并預言了質子的存在 答案　ABC 解析　原子核內存在質子和中子，中子和質子統(tǒng)稱為核子，盧瑟福只發(fā)現了質子，以后又預言了中子的存在． 原子核的組成、核反應方程 2．(多選)氫有三種同位素，分別是氕(H)、氘(H)、氚(H)，則

13、(　　) A．它們的質子數相等 B．若為中性原子，它們的核外電子數相等 C．它們的核子數相等 D．它們的化學性質相同 答案　ABD 解析　氕、氘、氚的核子數分別為1、2、3，質子數和中性原子核外電子數均相同，都是1，中子數等于核子數減去質子數，故中子數各不相同，A、B兩項正確；同位素化學性質相同，只是物理性質不同，D正確． 3．(多選)鋁箔被α粒子轟擊后發(fā)生了以下核反應：Al＋He→X＋n.下列判斷正確的是(　　) A.n是質子 B.n是中子 C．X是Si的同位素 D．X是P的同位素 答案　BD 解析　由核反應過程中質量數守恒、電荷數守恒知，X是P，故選項C錯誤，

14、選項D正確；n是中子，故選項A錯誤，選項B正確． 4．以下是物理學史上3個著名的核反應方程 x＋Li―→2y y＋N―→x＋O y＋Be―→z＋C x、y和z是3種不同的粒子，其中z是(　　) A．α粒子 B．質子 C．中子 D．電子 答案　C 解析　把前兩個方程化簡，消去x，即N＋Li＝y(tǒng)＋O，可見y是He，結合第三個方程，根據電荷數守恒、質量數守恒可知z是中子n.因此選項C正確． (時間：60分鐘) 題組一　對質子、中子的理解　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(多選)關于原子核結構，下列說法正確的是(　　) A．原子是構成物質的基本單位 B

15、．原子核集中了原子的全部正電荷 C．所有原子核中都有質子和中子 D．原子核的電荷數就等于原子核外的電子數 答案　BD 解析　原子不是構成物質的基本單位，原子還可以再分為電子和原子核，A項錯誤；原子核集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質量，原子核的電荷數就等于原子核外的電子數，故B、D項正確；氫原子核中只有質子，故C項錯誤． 2．在垂直于紙面向外的勻強磁場中，從A處垂直于磁場飛出一批速度相同的中子、質子、電子、α粒子的粒子流，形成如圖1所示的徑跡，則中子的徑跡是________，質子的徑跡是________，電子的徑跡是________，α粒子的徑跡是________． 圖1

16、答案　②?、邸、佟、? 解析　中子不帶電，在磁場中不偏轉，中子的徑跡是②；電子帶負電，在磁場中由左手定則可判斷①為電子的徑跡；質子、α粒子帶正電，則粒子流向右偏轉，再由qvB＝得R＝＝·，比較得③為質子的徑跡，④為α粒子的徑跡． 題組二　對原子核組成及同位素的理解 3．同位素是指(　　) A．質子數相同而核子數不同的原子 B．核子數相同而中子數不同的原子 C．核子數相同而質子數不同的原子 D．中子數相同而核子數不同的原子 答案　A 解析　原子序數相同(即核電荷數、質子數相同)而質量數不同(即核子數不同)的元素互為同位素，故A對． 4．人類探測月球時發(fā)現，在月球的土壤中含有較豐

17、富的質量數為3的氦，它可作為未來核聚變的重要原料之一，氦的該種同位素應表示為(　　) A.He B.He C.He D.He 答案　B 解析　氦的同位素質子數一定相同，質量數為3，故應表示為He，因此B正確． 5．兩個同位素原子核符號分別為X和Y，則下列正確的是(　　) A．M＝N B．A＝B C．M－A＝N－B D．M－N＝A－B 答案　B 解析　同位素原子核具有相同的質子數，不同的中子數，因而質量數也不相同，故選B. 6．(多選)一個原子核為Bi，關于這個原子核，下列說法中正確的是(　　) A．核外有83個電子，核內有127個質子 B．核外有83個電子，

18、核內有83個質子 C．核內有83個質子，127個中子 D．核內有210個核子 答案　CD 解析　根據原子核的表示方法得質子數為83，質量數為210，故中子數為210－83＝127個，而質子和中子統(tǒng)稱核子，故核子數為210個，因此C、D正確；由于不知道原子的電性，就不能判斷核外電子數，故A、B不正確． 7．據最新報道，放射性同位素鈥Ho，可有效治療癌癥，該同位素原子核內中子數與核外電子數之差是(　　) A．32 B．67 C．99 D．166 答案　A 解析　由題知該同位素原子核內核外電子數＝質子數＝67，中子數為166－67＝99，故核內中子數與中性原子核外電子數之差為9

19、9－67＝32，故A對，B、C、D錯． 8．(多選)以下說法中正確的是(　　) A．原子中含有帶負電的電子，所以原子帶負電 B．原子核中的中子數一定跟核外電子數相等 C．用α粒子轟擊氮、氟、鈉、鋁等元素的原子核都可以打出質子，因此人們斷定質子是原子核的組成部分 D．絕大多數原子核的質量跟質子質量之比都大于原子核的電荷量跟質子的電荷量之比，因而原子核內還存在一種不帶電的中性粒子 答案　CD 解析　原子中除了有帶負電的電子外，還有帶正電的質子，故A錯；原子核中的中子數不一定跟核外電子數相等，故B錯；正是用α粒子轟擊原子核的實驗才發(fā)現了質子，故C正確；因為絕大多數原子核的質量跟質子質量

20、之比都大于原子核的電荷量跟質子的電荷量之比，才確定原子核內還有別的中性粒子，故D正確． 9．(多選)法國里昂的科學家發(fā)現一種只由四個中子構成的粒子，這種粒子稱為“四中子”，也有人稱之為“零號元素”．下列有關“四中子”粒子的說法正確的是(　　) A．該粒子不顯電性 B．在周期表中與氫元素占同一位置 C．該粒子質量比氫原子小 D．該粒子質量數為4 答案　AD 解析　由題目中信息可得：此粒子是由四個中子構成的粒子，所以它的核電荷數為零，故A對，B錯；而它的質量數為4，故C錯，D對． 10．下列說法正確的是(　　) A.Th為釷核，由此可知，釷核的質量數為90，釷核的質子數為234

21、 B.Be為鈹核，由此可知，鈹核的質量數為9，鈹核的中子數為4 C．同一元素的兩種同位素具有相同的質量數 D．同一元素的兩種同位素具有不同的中子數 答案　D 解析　A項釷核的質量數為234，質子數為90，所以A錯；B項的鈹核的質子數為4，中子數為5，所以B錯；由于同位素是指質子數相同而中子數不同，即質量數不同，因而C錯，D對．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 題組三　核反應方程 11．對于核反應方程：H＋n―→H，下列說法正確的是(　　) A.H和H是兩種不同的元素 B.H和H具有相同的質子數 C.H和H具有相同的中子數 D．核反應中質量數不守恒 答案　B 解析　

22、通過以下表格進行逐項分析： 選項 情景與過程分析 判斷 A H和H是同位素，都是氫元素 × B H和H是同位素，都是氫元素，具有相同的質子數 √ C 同位素具有相同的質子數，而具有不同的中子數 × D 在核反應中質量數守恒 × 12.在下列四個核反應方程中，X1、X2、X3和X4各代表某種粒子 ①H＋X1→He＋n　②N＋He→O＋X2 ③Be＋He→C＋X3?、躆g＋He→Al＋X4 則以下判斷中正確的是(　　) A．X1是質子 B．X2是中子 C．X3是電子 D．X4是質子 答案　D 解析　根據核反應的質量數和電荷數守恒知，X1為H，A

23、錯；X2為H，B錯；X3為n，C錯；X4為H，D對． 13．(多選)一靜止的鋁原子核Al俘獲一速度為1.0×107 m/s的質子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核Si.下列說法正確的是(　　) A．核反應方程為p＋Al→Si B．核反應過程中系統(tǒng)動量守恒 C．核反應過程中系統(tǒng)能量不守恒 D．核反應前后核子數相等，所以生成物的質量等于反應物的質量之和 答案　AB 解析　根據質量數和電荷數守恒可得，核反應方程為p＋Al→Si，A正確；核反應過程中釋放的核力遠遠大于外力，故系統(tǒng)動量守恒，B正確；核反應過程中系統(tǒng)能量守恒，C錯誤；由于反應過程中，要釋放大量的能量，即伴隨著質量虧損，所以生成物的質量小于反應物的質量之和，D錯誤． 14．一質子束入射到靶核Al上，產生核反應：H＋Al→X＋n，X代表核反應產生的新核．由反應式可知，新核X的質子數為________，中子數為________． 答案　14　13 解析　根據核反應過程電荷數守恒和質量數守恒，新核X的質子數為1＋13－0＝14，質量數為1＋27－1＝27，所以中子數＝27－14＝13. 10