山东省专用2019_2020学年高中物理第十九章原子核第1节原子核的组成讲义含解析新人教版选修3_5.pdf

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1、第 1 节原子核的组成第 1 节原子核的组成 1.物质发射射线的性质称为放射性。放射性元素自发地发 出射线的现象，叫做天然放射现象。 2 射线是高速氦核流， 射线是高速电子流， 射线 是光子流。 3原子核由质子和中子组成。1919 年卢瑟福用 粒子轰 击氮原子核获得了质子，1932 年查德威克证实了中子的 存在。 41896 年，法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象， 揭开了人们研究原子核结构的序幕。 一、天然放射现象 11896 年，法国物理学家贝可勒尔发现某些物质具有放射性。 2物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自 发地发出射线的现象叫做天然放射现象。

2、 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)。 二、三种射线 1 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， 1 10 在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 2 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 射线：呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在 1010 m 以下，它的电离作 用更小，但穿透能力更强，甚

3、至能穿透几厘米厚的铅板或几十厘米厚的混凝土。 三、原子核的组成 1质子的发现 卢瑟福用 粒子轰击氮原子核获得了质子。 2中子的发现 (1)卢瑟福预言：原子核内可能还存在另一种粒子，它的质量与质子相同，但是不带电， 他把这种粒子叫做中子。 (2)查德威克用 粒子轰击铍(49Be)原子核获得了中子。 3原子核的组成 原子核由质子、中子组成，它们统称为核子。 4原子核的电荷数(Z) 等于原子核的质子数，等于原子序数。 5原子核的质量数(A) 等于质子数与中子数的总和。 6原子核的符号表示 ZAX，其中 X 为元素符号，A为原子核的质量数，Z为原子核的电荷数。 7同位素 具有相同的质子数而中子数不同的

4、原子互称同位素。 1自主思考判一判 (1)放射性元素发出的射线可以直接观察到。() (2)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。() (3)放射性元素的放射性都是自发的现象。() (4) 射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速。() (5) 射线能穿透几毫米厚的铅板。() (6) 射线的穿透能力最强，电离能力最弱。() 2合作探究议一议 (1)是否所有的元素都具有放射性？ 提示：原子序数大于或等于 83 的元素都具有放射性，原子序数小于 83 的元素很少具有 放射性。 (2)要判断三种射线是否带电以及带正电荷还是负电荷，可以用什么方法？ 提示：方法一：让射线垂直磁场方向射入磁场，发

5、生偏转的带电，不偏转的不带电。对 于发生偏转的射线，根据偏转方向与磁场方向和速度方向的关系，依据左手定则可以判断带 正电荷还是带负电荷。 方法二：让射线垂直电场方向射入电场，发生偏转的带电，不偏转的不带电。对于发生 偏转的射线，根据偏转方向与电场方向的关系，依据电荷受力方向与电场强度方向的关系， 可以判断带正电荷还是带负电荷。 (3)同一种元素的几种同位素，它们的化学性质相同吗？为什么？ 提示：相同。因为同位素具有相同的质子数，所以具有相同的核外电子数，元素的化学 性质取决于核外电子，所以同位素的化学性质相同。 对三种射线的研究 1、 射线性质、特征比较 射线种类组成速度贯穿本领电离作用 射线

6、 粒子是氦原子核 He 4 2 约c 1 10 很小，一张薄纸 就能挡住 很强 射线 粒子是高速电子流e 01 接近c 很大，能穿过几 毫米厚的铝板 较弱 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 2三种射线在电场和磁场中的偏转 (1)在匀强电场中， 射线不发生偏转， 做匀速直线运动， 粒子和 粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下， 粒子的偏移大，如图 所示。 位移x可表示为xat2 2 1 2 1 2 qE m( y0 v) q mv2 所以，在同样条件下 粒子与 粒子偏移之比为 37。 x x e 2e 4 1 1 836 ( 1 10c) 2 ( 99 100

7、c) 2 (2)在匀强磁场中 ： 射线不发生偏转，仍做匀速直线运动， 粒子和 粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下， 粒子的轨道半径 小，如图所示。 根据qvB得R mv2 R mv qB mv q 所以，在同样条件下 粒子与 粒子的轨道半径之比为 。 R R 1 1 836 4 99 100c c 10 2e e 1 371 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。 典例 如图所

8、示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场， LL是厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O、P两点处有 亮斑， 由此可知磁场的方向、 到达O点的射线种类、到达P点的射线种类 应属于下表中的( ) 选项磁场方向到达O点的射线到达P点的射线 A竖直向上 B竖直向下 C垂直纸面向里 D垂直纸面向外 思路点拨 解答此题应注意以下两点： (1)能够穿过厚纸板的只有 和 射线， 射线无法穿过。 (2) 射线不偏转， 射线在磁场中的偏转情况符合左手定则。 解析 R放射出来的射线共有 、 三种，其中 、 射线垂直于磁场方向进入 磁场区域时将受到洛伦兹力作用， 射线不偏转，故打在O点的应为 射线；由于

9、射线 贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是 射线；依据 射线的偏转方向及左手 定则可知磁场方向垂直纸面向里。 答案 C 三种射线的比较方法 (1)知道三种射线带电的性质， 射线带正电、 射线带负电、 射线不带电。、 是实物粒子，而 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 和 射线，由于 射线不带电，故运动轨迹仍为直线。 (3) 射线穿透能力较弱， 射线穿透能力较强， 射线穿透能力最强。 1多选下列哪些现象能说明射线来自原子核( ) A三种射线的能量都很高 B放射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响 C元素的放射性与所处的化学状

10、态(单质、化合态)无关 D 射线、 射线都是带电的粒子流 解析：选 BC 能说明放射线来自原子核的证据是元素的放射性与其所处的化学状态和物 理状态无关，B、C 正确。 2如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数 器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖 直向下的匀强磁场， 计数器的计数率不变， 则x可能是( ) A 和 的混合放射源 B纯 放射源 C 和 的混合放射源 D纯 放射源 解析：选 C 在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线 中有穿透力很弱的粒子，即 粒子；在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器 的计数率不

11、变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有 射线。因此放射源可能是 和 的混合放射源。 3如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出 、 三种射线，分别进入匀强电 场和匀强磁场中，下列说法正确的是( ) A表示 射线，表示 射线 B表示 射线，表示 射线 C表示 射线，表示 射线 D表示 射线，表示 射线 解析 ： 选 C 射线为电磁波， 在电场、 磁场中均不偏转， 故和表示 射线， A、 B、 D 项错； 射线中的 粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故表 示 射线，由左手定则可知在匀强磁场中 射线向左偏，故表示 射线，C 项对。 原子核的组成与数量关系 1原子核的大小、组成

12、和同位素 原子核Error! 2原子核的符号和数量关系 (1)符号：ZAX。 (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对核子数、电荷数、质量数的理解 (1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和 叫核子数。 (2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核 的电荷量，叫作原子核的电荷数。 (3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎 相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫作原子核的质量数。 4同位素

13、：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。 典例 已知镭的原子序数是 88，原子核质量数是 226。试问： (1)镭核中有多少个质子？多少个中子？ (2)镭核所带的电荷量是多少？ (3)呈中性的镭原子，核外有多少个电子？ 思路点拨 (1)原子核的核电荷数、质子数、核外电子数具有相等的关系。 (2)原子核的质量数等于核子数。 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

14、量数A与质子数Z之差，即NAZ22688138。 (2)镭核所带电荷量： QZe881.61019 C1.411017 C。 (3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为 88。 答案 (1)88 138 (2)1.411017 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

15、子的质量的总和。 1某种元素的原子核用ZAX 表示，下列说法中正确的是( ) A原子核的质子数为Z，中子数为A B原子核的质子数为Z，中子数为AZ C原子核的质子数为A，中子数为Z D原子核的质子数为AZ，中子数为Z 解析：选 B 根据原子核的符号的含义：A表示质量数，Z表示质子数，则中子数为AZ， 所以 B 正确。 2在元素周期表中查到铅的原子序数为 82，一个铅原子质量数为 207，下列说法正确的 是( ) A核外有 82 个电子，核内有 207 个质子 B核外有 82 个电子，核内有 82 个质子 C核内有 82 个质子，207 个中子 D核内有 125 个核子 解析：选 B 在元素周期

16、表中查到铅的原子序数为 82，即一个铅原子中有 82 个质子，由 于原子是电中性的，则核外电子有 82 个。根据质量数等于质子数与中子数之和可知，铅原子 核的中子数为 20782125。只有选项 B 正确。 3多选下列说法正确的是( ) A. X 与Y 互为同位素 n mm1n B. X 与Y 互为同位素 n mn1m C. X 与 Y 中子数相同 n mn2m2 D. U 核内有 92 个质子，235 个中子 23592 解析：选 BC A 选项中，X 核与 Y 核的质子数不同，不能互为同位素；B 选项中 X 核与 n mn1 mY 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

17、；C 选项中 X 核内中子 n m 数为nm， Y 核内中子数为(n2)(m2)nm，所以中子数相同；D 选项中U 核内 n2m223592 有 143 个中子，而不是 235 个中子。 1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 射线，但不能挡住 射线和 射线 B某原子核在放出 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 射线 D 粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子 解析 ： 选 ACD 由三种射线的本质和特点可知， 射线贯穿本领最弱， 一张黑纸都能挡住， 而黑纸挡不住 射线和 射线，故 A 正确 ； 射线是伴随 、

18、衰变而产生的一种电磁波， 不会使原子核变成新核，故 B 错误；三种射线中 射线电离作用最强，故 C 正确； 粒子是 电子，来源于原子核，故 D 正确。 2 在天然放射性物质附近放置一带电体， 带电体所带的电荷很快消失的根本原因是( ) A 射线的贯穿作用 B 射线的电离作用 C 射线的贯穿作用 D 射线的中和作用 解析：选 B 因 射线的电离作用使空气电离从而带电体所带的电荷很快消失，选项 B 正确。 3原子核中能放出 、 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 粒子 B原子核中有质子、中子、还有 粒子 C原子核中有质子、中子、还有 粒子 D原子核中只有质

19、子和中子 解析：选 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 粒子的来源，不能据此认为 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 粒子。原子核发 出射线后处于高能级，再回到低能级时多余的能量以 光子的形式辐射出来，形成 射线， 故原子核里也没有 粒子，故 D 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

20、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 射线，它的电离作用很强，可消除静电 解析：选 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，从基态氢原子发生跃迁到n2 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，即受到能量为 10.2 eV 的光子照射， 可 以从基态跃迁到n2 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

21、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 射线， 射线的 电离作用很强，可消除静电，故 D 正确。 5某种元素具有多种同位素，正确反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是图 ( ) 解析：选 B 质量数等于质子数与中子数之和，因此当中子数N增多时，质量数A也会增 大，因此 A、D 错误 ； 因为氢原子中只有一个质子，无中子，也就是中子数N为零时，质量数A 不为零，因此 B 正确，C 错误。 6一置于铅盒中的放射源发射的 、 和 射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一 铝箔，铝箔后的空间有一匀强电

22、场，进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行 进， 射线b发生了偏转， 如图所示， 则图中的射线a为_射线， 射线b为_射线。 解析：三种射线 、 中，穿透能力最弱的是 射线，所以 射线被铝箔挡住， 穿过铝箔的是 和 射线， 射线在电场中不偏转，故a是 射线， 射线在电场中受 力偏转，故b为 射线。 答案： 7如图为查德威克实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放射的 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，经研究知道( ) AA为中子，B为质子 BA为质子，B为中子 CA为 射线，B为中子 DA为中子，B为 射线 解析：选 A 不可见射线A，轰击石蜡时打

23、出的应是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中 含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见射线应该是中子。 8下列说法中正确的是( ) A 射线在电场和磁场中都不会发生偏转 B 射线比 射线更容易使气体电离 C氢有三种同位素：11H、12H、13H，它们中子数相等 D原子核的电荷数即为原子核所带的电荷量 解析：选 A 射线中 光子不带电，故在电、磁场中不发生偏转，故 A 正确； 粒子 电离能力很强， 射线电离能力较弱，故 B 错误；11H、12H、13H 的核子数分别是 1、2、3，质 子数和核外电子数都是 1，中子数等于核子数减质子数，故 C 错误；原子核的电荷量等于电荷 数乘以 1.61019 C，D 错

24、误。 9.如图所示，铅盒中的放射性物质从小孔中不断向外辐射含有 、 三种射线的放 射线( 射线的速度为 0.1c， 射线的速度约为 0.99c)，空间未加电场和磁场时，右边荧光 屏 M 上仅在其中心O处有一光斑，若在该空间施加如图所示的互相垂直的匀强电场和匀强磁 场后，荧光屏上显示出了两个亮点，关于此时各种射线在荧光屏上的分布情况，以下说法正 确的是( ) A可能是 、 射线打在O点， 射线打在O点上方的某一点 B可能是 、 射线打在O点， 射线打在O点下方的某一点 C可能是 、 射线打在O点， 射线打在O点上方的某一点 D可能是 射线打在O点，、 射线打在O点下方的某一点 解析：选 B 因

25、射线不带电，一定打在O点，若 粒子打到O点，则有EqBvq， 由于v0.1c，v0.99c，对 粒子，必有EqBvq， 粒子必定向下偏转，打到O点下方的某一点，故 C 错误。 10多选质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具，如图所示为某种质 谱仪的原理图，现利用这种质谱仪对氢元素进行测量。氢元素的三种同位素从容器A的下方 的小孔无初速度飘入电势差为U的加速电场，加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中， 最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条光谱线。关于三种同位素进入磁场时速度大小的 排列顺序和三条光谱的排列顺序，下列判断正确的是( ) A进入磁场时速度从大到小的排列顺序是氚、氘、氕 B进入磁场时速度从大到小的排列顺序是氕、氘、氚 Ca、b、c三条光谱线依次排列的顺序是氕、氘、氚 Da、b、c三条光谱线依次排列的顺序是氚、氘、氕 解析：选 BD 加速过程中由动能定理得qUmv2，则有v，三种同位素电荷量q 1 2 2qU m 相同，速度的大小取决于质量的倒数，所以速度从大到小的排列顺序是氕、氘、氚，A 错误，B 正确；进入磁场后粒子做匀速圆周运动，由qvBm，并把v代入，得r，由于它们 v2 r 1 B 2mU q 的电荷量均相同，那么氚核的偏转半径最大，所以a、b、c三条光谱线依次排列的顺序是氚、 氘、氕，故 C 错误，D 正确。