2018版物理选修3-5教科版全套一体资料讲义：第三章原子核3-1Word版含答案.pdf

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1、1原子核的组成与核力 目标定位 1.知道质子、中子的发现 .2.知道原子核的组成，知道核子和同位素 的概念 .3.会写核反应方程 .4.了解原子核里的核子间存在着相互作用的核力. 一、质子、中子的发现 1质子的发现： 卢瑟福用 粒子轰击氮原子核获得了质子这个实验表明，可 以用人工的方法改变原子核，把一种元素变成另一种元素 2中子的发现： 卢瑟福的学生查德威克通过实验证实了中子的存在在实验中， 他发现这种射线在磁场中不发生偏转，可见它是中性粒子流 他又测得这种射线 的速度不到光速的十分之一， 这样就排除了它是 射线的可能 他还用这种射线 轰击氢原子和氮原子， 打出了一些氢核和氮核， 通过测量被打

2、出的氢核和氮核的 速度，推算出这种射线的粒子的质量跟氢核的质量差不多，并把这种粒子叫做中 子 二、原子核的组成 1原子核的组成： 由质子和中子组成，因此它们统称为核子 2原子核的电荷数： 等于原子核的质子数即原子的原子序数 3原子核的质量数： 等于质子数和中子数的总和 4原子核的符号： A ZX 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 5同位素： 具有相同的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，因而互称为同位素，例如氢的同位素 1 1H、 2 1H、 3 1H. 三、核力 1核力： 原子核里的核子间存在着相互作用的核力核力把核子紧紧地束缚在

3、核内，形成稳定的原子核 2核力特点： (1)核力是强相互作用的一种表现，在它的作用范围内，核力比库 仑力大得多 (2)核力是短程力，作用范围在10 15m 之内 (3)核力与电荷无关，质子与质子、质子与中子以及中子与中子之间的核力是相 等的 四、核反应方程 1核反应方程的定义： 在核反应中，参与反应的原子核内的核子(质子和中子 ) 将重新排列或发生转化 用原子核的符号来表示核反应过程的式子称为核反应方 程 2核反应遵从的规律： 核反应遵从电荷数守恒和质量数守恒，即核反应方程两 边的质量数和质子数均是守恒的如卢瑟福发现质子的人工核反应方程可表示 为： 4 2He 14 7N 17 8O 1 1H

4、. 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 问题 1 问题 2 问题 3 一、原子核的组成 1原子核中的三个整数 (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)：原子核所带电荷总是质子所带电荷的整数倍，通常用这个整数表 示原子核的电荷数，叫做原子核的电荷数 (3)质量数 (A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，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，这个整数叫 做原子核的质量数 2原子核中的两个等式 (1)核电荷数 (Z)质子数元素的原子序数中性原子核外电子数 (2)质量数

5、 (A)核子数质子数中子数 【例 1】已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问： (1)镭核中质子数和中子数分别是多少？ (2)镭核的核电荷数和所带电荷量是多少？ (3)若镭原子呈中性，它核外有多少电子？ 答案(1)88138(2)881.4110 17 C (3)88 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 NAZ22688138. (2)镭核的核电荷数和所带电荷量分别是 Z88，QZe881.610 19 C1.411017 C. (3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88. 针对训练 1以下说法

6、正确的是 () A. 234 90Th 为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234 B. 9 4Be 为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4 C同一元素的两种同位素具有相同的质量数 D同一元素的两种同位素具有不同的中子数 答案D 解析钍核的质量数为 234，质子数为 90，所以 A 错；铍核的质量数为9，中子 数为 5，所以 B 错；同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同， C 错， D 对 二、原子核中质子和中子的比例 1核子比例关系： 较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子 核中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多 2形成原因 (1)

7、若质子与中子成对地人工构建原子核，由于核力是短程力当原子核增大到 一定程度时， 相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子 核就不稳定了 (2)若只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以 有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多 (3)由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些 核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子， 形成的核也 一定是不稳定的 【例 2】下列关于原子核中质子和中子的说法，正确的是() A原子核中质子数和中子数一定相等 B稳定的重原子核里，质子数比中子数多 C原子核都是非常

8、稳定的 D对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如 果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的 答案D 解析自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，对于较重的原子核， 中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多因此正确答案选D. 三、对核反应方程的认识 1常见的几个核反应方程： 14 7N 4 2He 17 8O 1 1H(发现质子 ) 9 4Be 4 2He 12 6C 1 0n(发现中子 ) 27 13Al 4 2He 30 15P 1 0n 30 15P 30 14Si 0 1e(发现正电子 ) 2写核反应方程时应注意的问题 (1)核反应过程一般都是不可逆

9、的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭 头表示反应方向 (2)核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰 (3)核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质 量的变化 【例 3】 完成下列各核反应方程， 并指出哪个核反应是首次发现质子和中子的 (1) 10 5B 4 2He 13 7N() (2) 9 4Be() 12 6C 1 0n (3) 27 13Al() 27 12Mg 1 1H (4) 14 7N 4 2He 17 8O() (5) 23 11Na() 24 11Na 1 1H 答案见解析 解析(1)105B42He 13 7N 1 0n (2) 9 4Be

10、 4 2He126C10n 此核反应使查德威克首次发现了中子 (3) 27 13Al 1 0n 27 12Mg 1 1H (4) 14 7N 4 2He 17 8O 1 1H 此核反应使卢瑟福首次发现了质子 (5) 23 11Na 2 1H 24 11Na 1 1H 借题发挥书写核反应方程四条重要原则 (1)质量数守恒和电荷数守恒； (2)中间用箭头，不能写成等号； (3)能量守恒 (中学阶段不做要求 )； (4)核反应必须是实验中能够发生的 针对训练 2以下是物理学史上3 个著名的核反应方程 x 7 3Li2yy 14 7Nx 17 8O y 9 4Bez 12 6C x、y 和 z 是 3

11、 种不同的粒子，其中z是() A粒子B质子C中子D电子 答案C 解析把前两个方程化简，消去x，即 14 7N 7 3Liy 17 8O，可见 y 是 4 2He，结合 第三个方程，根据电荷数守恒、质量数守恒可知z 是中子 1 0n.因此选项 C 正确. 原子核的组成与同位素 1若用 x 代表一个中性原子中核外的电子数，y 代表此原子的原子核内的质子 数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对 234 90Th 的原子来说 () Ax90y90z234 Bx90y90z144 Cx144y144z90 Dx234y234z324 答案B 解析质量数质子数中子数，中性原子中：质子数核外电子数，所以选

12、B 项 2下列说法正确的是 () A. n mX 与 n m1Y 互为同位素 B. n mX 与 n1 mY 互为同位素 C. n mX 与 n2 m2Y 中子数相差 2 D. 235 92U 核内有 92 个质子， 235 个中子 答案B 解析A 选项中，X 核与 Y 核的质子数不同， 不是同位素；B 选项中， n mX 核与 n1 m Y 核质子数都为 m，而质量数不同，所以互为同位素；C 选项中， n mX 核内中子 数为 nm， n2 m2Y 核内中子数为 (n2)(m2)nm，所以中子数相同； D 选 项中， 235 92U 核内有 142 个中子 3氢有三种同位素，分别是氕( 1

13、1H)、氘( 2 1H)、氚 ( 3 1H)，则() A它们的质子数相等 B若为中性原子，它们的核外电子数相等 C它们的核子数相等 D它们的化学性质相同 答案ABD 解析氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和中性原子核外电子数均相 同，都是 1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，A、B 两项正 确；同位素化学性质相同，只是物理性质不同，D 正确 核反应方程 4(多选)下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是 () A. 9 4Be 4 2He126CX B. 14 7N 4 2He 17 8OX C. 204 80Hg 1 0n 202 78Pt2 1 1HX D.

14、239 92U 239 93NpX 答案AC 解析根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得 5一质子束入射到静止靶核 27 13Al 上，产生如下核反应： P 27 13Al Xn 式中 P 代表质子， n 代表中子， X 代表核反应产生的新核由 反应式可知，新核X 的质子数为 _，中子数为 _ 答案1413 解析根据核反应过程电荷数守恒和质量数守恒，新核X 的质子数为 1130 14，质量数为 127127，所以中子数 271413. (时间： 60分钟) 题组一原子核的组成 1(多选)关于质子与中子，下列说法正确的是() A原子核 (除氢核外 )由质子和中子构成 B质子和中子统称为核子 C卢瑟

15、福发现了质子，并预言了中子的存在 D卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在 答案ABC 解析原子核内存在质子和中子， 中子和质子统称为核子， 卢瑟福只发现了质子， 以后又预言了中子的存在 2卢瑟福预想到原子核内除质子外，还有中子的事实依据是() A电子数与质子数相等 B原子核的质量大约是质子质量的整数倍 C原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些 D质子和中子的质量几乎相等 答案C 解析本题考查原子核结构的发现过程 3据最新报道，放射性同位素钬 166 67Ho，可有效治疗癌症，该同位素原子核内中 子数与核外电子数之差是() A32 B67 C99 D166 答案A 解析根据原子核的表示方法得核

16、外电子数质子数67，中子数为 16667 99，故核内中子数与核外电子数之差为996732，故 A 对，B、C、D 错 4(多选)关于原子核 210 83Bi，下列说法中正确的是 () A核外有 83个电子，核内有127 个质子 B核外有 83个电子，核内有83 个质子 C核内有 83 个质子， 127个中子 D核内有 210个核子 答案CD 解析根据原子核的表示方法可知，这种原子核的电荷数为83，质量数为210. 因为原子核的电荷数等于核内质子数，等于核外电子数， 对于离子则质子数与电 子数可不相等，故该核内有 83个质子，核外不一定有 83 个电子，故 A、 B 错误 因 为原子核的质量数

17、等于核内质子数与中子数之和，即等于核内核子数， 故该核核 内有 210 个核子，其中有 127 个中子，故 C、D 正确 5(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原子核中的中子数一定跟核外电子数相等 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原子核的电荷量跟质子的电荷 量之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子 答案CD 解析原子中除了有带负电的电子外，还有带正电的质子，故A 错；原子核中 的中子数不一定跟核外电子数相等，故B 错；正是用 粒子轰击原子核的

18、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 原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，才确定原子核内还有别的中性粒子，故 D 正确 题组二同位素 6人类探测月球发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3 的氦，它可以 作为未来核聚变的重要原料之一氦的该种同位素应表示为() A. 4 3He B. 3 2He C. 4 2He D. 3 3He 答案B 解析氦是 2 号元素，质量数为3 的氦同位素为 3 2He. 7(多选) 228 88Ra是镭 226 88Ra的一种同位素，对于这两种镭的原子而言，下列说法正 确的有 () A它们具有相同的质子数和不同的质量数 B它们

19、具有相同的中子数和不同的原子序数 C它们具有相同的核电荷数和不同的中子数 D它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质 答案AC 解析原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、 核外电子数都是相等的， 且 原子核内的质量数 (核子数 )等于核内质子数与中子数之和由此可知这是镭的两 种同位素，核内的质子数均为88，核子数分别为 228 和 226，中子数分别为 140 和 138；原子的化学性质由核外电子数决定，由于它们的核外电子数相同，因此 它们的化学性质也相同 题组三核力 8(多选)关于核力，下列说法中正确的是() A核力是一种特殊的万有引力 B原子核内任意两个核子间都有核力作用 C核力是原子核

20、能稳定存在的原因 D核力是一种短程强作用力 答案CD 9下列关于核力的说法正确的是() A核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用 B核力就是电磁力 C核力是短程力，作用范围在1.510 15 m 之内 D核力与电荷有关 答案C 解析核力是短程力，超过 1.51015 m，核力急剧下降几乎消失，故C 对；核 力与万有引力、电磁力不同，故A、B 不对；核力与电荷无关，故D 错 题组四核反应方程 10在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和 X4各代表某种粒子 3 1HX1 4 2He 1 0n 14 7N 4 2He 17 8OX2 9 4Be 4 2He 12 6CX3 24 12Mg 4

21、2He 27 13Al X4 则以下判断中正确的是 () AX1是质子BX2是中子 CX3是电子DX4是质子 答案D 解析根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为 2 1H，A 错；X2为 1 1H，B 错； X3为 1 0n，C 错；X4为 1 1H，D 对 11用中子轰击氧原子核的核反应方程式为 16 8O 1 0n a 7N 0 bX，对式中X、a、b 的判断正确的是 () AX 代表中子， a17，b1 BX 代表电子， a17，b1 CX 代表正电子， a17，b1 DX 代表质子， a17，b1 答案C 解析根据质量数、电荷数守恒可知a17，b8071，因此 X 可表示为 01e，

22、为正电子，故 C 项正确， A、B、D 三项错误 12(多选)一个质子以 1.010 7 m/s 的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝 原子核变成硅原子核已知铝原子核的质量是质子的27 倍，硅原子核的质量是 质子的 28 倍，则下列判断正确的是() A核反应方程为 27 13Al 1 1H 28 14Si B核反应方程为 27 13Al 1 0n 28 14Si C硅原子核速度的数量级为10 7 m/s，方向跟质子的初速度方向一致 D硅原子核速度的数量级为10 5 m/s，方向跟质子的初速度方向一致 答案AD 解析由核反应中电荷数和质量数守恒可知A 选项正确、 B 选项错误；由动量 守恒定律

23、求得硅原子速度的数量级为10 5 m/s，即 D 选项正确 13放射性元素 210 84Po 衰变为 206 82Pb，此衰变过程的核反应方程是_；用此 衰变过程中发出的射线轰击 19 9F， 可得到质量数为22 的氖(Ne)元素和另一种粒子， 此核反应过程的方程是 _ 答案 210 84Po 206 82Pb 4 2He 4 2He 19 9F 22 10Ne 1 1H 解析根据衰变规律，此衰变过程的核反应方程是 210 84Po 206 82Pb 4 2He.用 射线 轰击 19 9F，可得到质量数为22 的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程 是： 4 2He 19 9F 22 10Ne 1 1H