高中物理 第十九章 原子核 1 原子核的組成教材梳理素材 新人教版選修3-5（通用）

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1、1 原子核的組成 皰丁巧解牛知識巧學一、天然放射現(xiàn)象1.放射性鈾和含鈾的礦物質都能夠發(fā)出看不見的射線，這種射線可以使包在黑紙箱里的照相底片感光.物體放射出射線的性質叫做放射性.深化升華 射線是從原子核內部發(fā)出的，說明原子核不是最小結構，原子核可以再分.2.放射性元素具有放射性的元素叫做放射性元素.放射性并不是少數(shù)幾種元素才有的.研究發(fā)現(xiàn)，原子序數(shù)大于或等于83的所有元素，都能自發(fā)地放出射線，原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性，元素這種自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象，現(xiàn)在用人工的方法也可以制造放射性同位素.記憶要訣 原子序數(shù)大于等于83的所有元素都有放射性.原子序數(shù)小于83的元素，有

2、的也具有放射性.3.天然放射性元素：能自發(fā)地放出射線的元素叫做天然放射性元素.雖然具有天然放射性元素的種類很多，但它們在地球上的含量很少.4.天然放射現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的意義：原子核具有復雜的結構，實際上人們認識到原子核具有復雜結構就是從天然放射性開始的.聯(lián)想發(fā)散 原子核內部的消息，最早來自天然放射現(xiàn)象.人們從破解天然放射現(xiàn)象入手，一步步揭開了原子核的秘密.如果一種元素具有放射性，那么不論它是以單質的形式存在，還是以某種化合物的形式存在，放射性都不受影響，也就是說，放射性與元素存在的狀態(tài)無關，放射性僅與原子核有關.因此，原子核不是組成物質的最小微粒，也存在著一定結構.二、射線到底是什么1.研究方法：讓放

3、射線通過電場或磁場來研究其性質.把樣品放在鉛塊的窄孔底上，在孔的對面放著照相底片，在沒有磁場時，發(fā)現(xiàn)在底片上正對孔的位置感光了.若在鉛塊和底片之間放一對磁極，使磁場方向跟射線方向垂直，結果在底片上有三個地方感光了，說明在磁場作用下，射線分為三束，表明這些射線中有的帶電，有的不帶電，由三種粒子組成，如圖19-1-1.圖19-1-12.各種射線的本質和特性(1)射線：盧瑟福經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，射線粒子帶兩個單位正電荷，質量數(shù)為4，即粒子是氦核，其速度是光速的1/10，有較大的動能.特性：貫穿本領小，但電離作用強，能使沿途中的空氣電離.(2)射線：貝克勒爾證實，射線是電子流，其速度可達光速的90%.特征：貫

4、穿本領大，能穿透黑紙，甚至穿透幾毫米厚的鋁板，但電離作用較弱.(3)射線是一種波長很短的電磁波光子流，是能量很高的電磁波，波長10-10 m.特征:貫穿本領最強,能穿透幾厘米厚的鉛板,但電離作用最弱.學法一得 三種射線的區(qū)分：讓三種射線同時穿過磁場，不發(fā)生偏轉的是射線，因為其不帶電，不受磁場的影響；偏轉角度較小的是射線，因為其質荷比較大，根據(jù)公式r=可知偏轉半徑大，在磁場中的偏轉角度較小.同理可知偏轉角度較大的是射線，因為其質荷比較小.并且它們的偏轉方向不同，還可以根據(jù)左手定則和偏轉方向判定其射線屬于哪種射線.辨析比較 三種射線的比較種類射線射線射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)

5、帶電荷量2e-e0質量4mpmp=1.6710-27 kg靜止質量為零速度0.1c0.9cc在電場或磁場中偏轉與射線反向偏轉不偏轉貫穿本領最弱用紙能擋住較強穿透幾毫米的鋁板最強穿透幾厘米的鉛板電離作用很強較弱很弱在云室中的徑跡粗、短、直細、較長、曲折最長通過膠片感光感光感光三、原子核的組成1.探究過程(1)盧瑟福的實驗結論：盧瑟福用粒子轟擊氮核時，發(fā)現(xiàn)了一種新粒子，這種粒子帶有一個單位的正電荷，其質量與氫原子的質量相近.隨后人們又用類似的方法從氟、鈉、鋁等原子核中打出了同樣的粒子(質子).(2)結論：質子是原子核的組成部分.(3)猜測：原子核只由質子組成.分析論證：如果原子核只是由質子組成，它

6、的電荷數(shù)應該與質量數(shù)相等.這和絕大多數(shù)原子核的電荷數(shù)只是質量數(shù)的一半或者還少一些的事實相矛盾，說明猜測錯誤.再猜測：原子核內還應該存在著質量跟質子差不多的不帶電的中性粒子，即中子.實驗驗證：盧瑟福的學生在研究用射線轟擊鈹而產(chǎn)生的一種能量極高、貫穿能力很強的中性粒子時，證實中性粒子的質量與質子的質量近似相等，就是猜測的中子.構建模型：原子核由質子和中子組成.聯(lián)想發(fā)散 中子的發(fā)現(xiàn)不僅使人們了解到原子核是由質子和中子組成，而且為科學家提供了轟擊其他原子核時，不受靜電斥力的最佳“炮彈”，使它有更多的機會和帶電核發(fā)生碰撞.中子“炮彈”的利用，不僅為原子核物理的研究開辟了嶄新的道路，也為后來核能的利用打下

7、了基礎.2.原子核的組成原子核由質子和中子組成.組成原子核的質子和中子通稱為核子.質子帶一個單位的正電荷，中子不帶電，質子和中子質量幾乎相等，都等于一個質量單位.學法一得 原子核的結構無法通過實驗直接觀察，只能通過科學的思維和研究方法進行間接研究.由實驗結果分析猜測提出模型實驗驗證建立新理論構建正確的模型是探索微觀結構的基本方法.3.原子核的電荷數(shù)原子核所帶的電荷總是質子電荷的整數(shù)倍，通常用這個整數(shù)表示原子核的電荷量，叫做原子核的電荷數(shù).通常用字母Z表示.深化升華 原子核的電荷數(shù)，就是原子核內質子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù).4.原子核的質量數(shù)原子核的質量等于核內質子和中子的質量的總和，而質子

8、與中子的質量幾乎相等，所以原子核的質量幾乎等于單個核子質量的整數(shù)倍，這個倍數(shù)叫做原子核的質量數(shù)，用字母A表示.要點提示 原子核的質量數(shù)，就是原子核中的核子數(shù).5.原子核的符號(1)原子符號的通式：式中X為元素符號，A為原子核的質量數(shù)，Z為原子核的核電荷數(shù).如常見的碳原子核的質量數(shù)為12，質子數(shù)為6，則可表示為，還可表示為12C，碳12，碳12等.(2)各粒子的符號粒子(即氦核)：質子(即氫核)：或中子：電子：深化升華 (1)原子核中的兩個整數(shù)質量數(shù)A：等于質子數(shù)和中子數(shù)之和，即核子數(shù)；電荷數(shù)Z：等于質子數(shù).(2)原子核中的兩個等式核電荷數(shù)(Z)=質子數(shù)=元素的原子序數(shù)=核外電子數(shù)；質量數(shù)(A)

9、=核子數(shù)=質子數(shù)+中子數(shù)6.同位素具有相同質子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱同位素.原子核內的質子數(shù)決定了元素的化學性質，同種元素的質子數(shù)相同，核外電子數(shù)也相同，所以有相同的化學性質，但它們的中子數(shù)可以不同，所以它們的物理性質不同.例如氫的三種同位素：氕()、氘()、氚().典題熱題知識點一 三種射線例1 下面說法正確的是( )射線的粒子和電子是兩種不同的粒子 紅外線的波長比X射線的波長長 粒子不同于氦原子核 射線的貫穿本領比粒子的強A. B. C. D.解析：本題主要考查三種射線的本質，但將上一章的紅外線也綜合進來，考查了粒子的性質及電磁波波長的比較等基礎知識，

10、19世紀末20世紀初，人們發(fā)現(xiàn)了X、射線，經(jīng)研究知道X、射線均為電磁波，只是波長不同.可見光、紅外線也是電磁波，由電磁波譜知紅外線的波長比X射線波長要長.另外，射線是電子流，粒子是氦核，從、三者的穿透本領而言，射線最強，粒子最弱，故選項C正確.答案：C例2 如圖19-1-2所示，是利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置.假如放射源能放射出、三種射線，而根據(jù)設計，該生產(chǎn)線壓制的是3 mm厚的鋁板，那么是三種射線中的_射線對控制厚度起主要作用.當探測接收器單位時間內接收到的放射性粒子的個數(shù)超過標準值時，將會通過自動裝置將M、N兩個軋輥間的距離調_一些.圖19-1-2解析：射線不能穿過3 mm厚的鋁板，射

11、線又很容易穿過3 mm厚的鋁板，基本不受鋁板厚度的影響.而射線剛好能穿透幾毫米厚的鋁板，因此厚度的微小變化會使穿過鋁板的射線的強度發(fā)生較明顯變化.應是射線對控制厚度起主要作用.若超過標準值，說明鋁板太薄了，應該將兩個軋輥間的距離調節(jié)得大些.答案：大知識點二 原子核的組成例3 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.原子核中的質子數(shù)，一定跟核外電子數(shù)相等C.用粒子轟擊氮、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(shù)原子核的質量跟質子質量之比都大于核電荷跟質子電荷之比，因而原子核內還存在一種不帶電的中性粒子.解析：原子中除了帶

12、負電的電子外，還有帶正電的質子，故A項錯.對于中性原子來說，原子核中的質子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等，故B項不確切.正是用粒子轟擊原子核的實驗才發(fā)現(xiàn)了質子，故C項正確.因為絕大多數(shù)原子核的質量跟質子質量之比都大于核原子電荷量跟質子電荷量之比，才確定原子核內必還有別的中性粒子，故D項正確.答案：CD例4 已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核質量數(shù)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)若鐳原子呈現(xiàn)中性，它核外有幾個電子？(4)是鐳的一種同位素，讓和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？解析：因為原子序數(shù)與核內質子數(shù)、核電荷數(shù)、

13、中性原子的核外電子數(shù)都是相等的.原子核的質量數(shù)等于核內質子數(shù)與中子數(shù)之和.由此可得：(1)鐳核中的質子數(shù)等于其原子序數(shù)，故質子數(shù)為88，中子數(shù)N等于原子核的質量數(shù)A與質子數(shù)之差，即N=A-Z=226-88=138.(2)鐳核所帶電荷量Q=Ze=881.610-19C=1.4110-17C.(3)核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88.(4)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力，故有Bqv=m.兩種同位素具有相同的核電荷數(shù)，但質量數(shù)不同，故=.答案：(1)88 138 (2)1.4110-17C (3)88 (4)113114誤區(qū)警示 核電荷數(shù)與原子核的電荷量是不同的，組成原

14、子核的質子的電荷量都是相同的，所以原子核的電荷量一定是質子電荷量的整數(shù)倍，我們把核內的質子數(shù)叫核電荷數(shù)，而這些質子所帶電荷量的總和才是原子核的電荷量.本題容易把電荷數(shù)誤認為是原子核的電荷量而造成錯解.問題探究思想方法探究問題 怎樣根據(jù)三種射線在電場和磁場中偏轉的特點進行判斷？探究過程：1.射線不論在電場還是磁場中，射線總是做勻速直線運動，不發(fā)生偏轉.根據(jù)上述特點，在電場或磁場中不發(fā)生偏轉的射線是射線.2.射線和射線在電場中偏轉的特點：在勻強電場中，和粒子沿相反方向作類平拋運動，且在同樣的條件下，粒子的偏移最大，根據(jù)粒子在電場力方向做初速為零的勻加速直線運動，位移x可表示為：x=at2=()2所以，在同樣條件下與粒子偏移之比為=3.射線和射線在磁場中的偏轉特點：在勻強磁場中，和粒子沿相反方向做勻速圓周運動，且在同樣條件下，粒子的軌道半徑最小，偏轉最大.根據(jù)qvB=得R=所以，在同樣條件下與粒子的軌道半徑之比為=根據(jù)上述徑跡特點，即使電場和磁場方向未知，也可以區(qū)分射線的種類.探究結論:放射性元素衰變時放出的三種射線，不論是垂直進入勻強電場還是勻強磁場，偏轉角度大的(或半徑小的)是粒子，偏轉角度小的(或半徑大的)是粒子.