2019-2020學(xué)年高中物理 第3章 原子核與放射性 第1節(jié) 原子核結(jié)構(gòu)教學(xué)案 魯科版選修3-5

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1、第1節(jié)　原子核結(jié)構(gòu) 　1.了解質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)過程．(重點(diǎn)＋難點(diǎn))　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(yīng)的概念，會書寫核反應(yīng)方程．(重點(diǎn)) 一、質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn) 質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) (1)實驗：為探測原子核的結(jié)構(gòu)，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子． (2)結(jié)論：質(zhì)子是原子核的組成部分． 中子的發(fā)現(xiàn) 盧瑟福依據(jù)什么猜想原子核中存在著中子？ 提示：元素的原子核的質(zhì)量大體上是質(zhì)子質(zhì)量的整數(shù)倍，但原子核的電荷數(shù)僅僅是質(zhì)量數(shù)的一半或更少一些． 二、原子核的組成 原子核組成 由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子帶正電，中子不帶電，質(zhì)子、中子統(tǒng)稱為核子，原子核常用

2、符號X表示． X表示元素符號，A表示質(zhì)量數(shù)，Z表示核電荷數(shù)． 基本關(guān)系：核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝原子序數(shù)． 質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)＝核子數(shù)． 同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子，如氫的三種同位素H、H、H. 核反應(yīng)方程 (1)核反應(yīng)：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程． 核反應(yīng)方程：用原子核符號描述核反應(yīng)過程的式子． (2)意義：能夠用人工方法改變原子核． (3)書寫核反應(yīng)方程遵循的原則：核反應(yīng)滿足反應(yīng)前、后核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒． (4)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程： He＋N→O＋H． 查德威克證實中子存在的核反應(yīng)方程： Be＋He→C＋n． (1)質(zhì)

3、子和中子都不帶電，是原子核的組成成分，統(tǒng)稱為核子．(　　) (2)原子核的電荷數(shù)就是核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù)．(　　) (3)同位素具有不同的化學(xué)性質(zhì)．(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)× 　質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn) 質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核，結(jié)果從氮核中打出了一種粒子，并測定了它的電荷與質(zhì)量，知道它是氫原子核，把它叫做質(zhì)子，后來人們又從其他原子核中打出了質(zhì)子，故確定質(zhì)子是原子核的組成部分． 中子的發(fā)現(xiàn) (1)1920年盧瑟福預(yù)言：原子核內(nèi)可能還存在質(zhì)量跟質(zhì)子相近的不帶電的中性粒子，并將其稱為中子． (2)1930年德國物理學(xué)家博特和他的

4、學(xué)生貝克利用α粒子轟擊鈹時發(fā)現(xiàn)了一種穿透力極強(qiáng)的射線，1932年約里奧·居里夫婦對這種射線進(jìn)行了研究，并發(fā)現(xiàn)如果用這種射線轟擊石碏，能從石蠟中打出質(zhì)子．由于舊觀念的影響，他們都把這種射線認(rèn)為是γ 射線，而實際上是中子流． (3)查德威克的發(fā)現(xiàn)：1932年，查德威克對這種射線進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)這種射線是一種不帶電、質(zhì)量接近質(zhì)子的粒子流，這種粒子正是盧瑟福猜想的中子，從而確定中子也是原子核的組成部分． 　如圖為盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實驗裝置，M是顯微鏡，S是熒光屏，窗口F處裝鋁箔，氮?dú)鈴拈y門T充入，A是放射源，在觀察由質(zhì)子引起的閃爍之前需進(jìn)行必要調(diào)整的是(　　) A．充入氮?dú)夂?，調(diào)整鋁箔厚度，使

5、S上能見到α粒子引起的閃爍 B．充入氮?dú)夂?，調(diào)整鋁箔厚度，使S上見不到質(zhì)子引起的閃爍 C．充入氮?dú)馇?，調(diào)整鋁箔厚度，使S上能見到質(zhì)子引起的閃爍 D．充入氮?dú)馇?，調(diào)整鋁箔厚度，使S上見不到α粒子引起的閃爍 [思路點(diǎn)撥] 從實驗?zāi)康某霭l(fā)，結(jié)合選項，看是否能達(dá)到實驗?zāi)康模? [解析]　實驗?zāi)康氖怯^察α粒子轟擊氮核產(chǎn)生新核并放出質(zhì)子，所以實驗前應(yīng)調(diào)整鋁箔的厚度，恰使α粒子不能透過，但質(zhì)子仍能透過，故選D. [答案]　D 　如圖為查德威克實驗示意圖．由天然放射性元素Po放出的α射線轟擊鈹時會產(chǎn)生粒子流A，用粒子流A轟擊石蠟時，會打出粒子流B，經(jīng)研究知道(　　) A．A為中子，B為質(zhì)子

6、 B．A為質(zhì)子，B為中子 C．A為γ 射線，B為中子 D．A為中子，B為γ 射線 解析：選A.不可見射線(即粒子流)A轟擊石蠟時打出的應(yīng)是質(zhì)子，因為質(zhì)子就是氫核，而石蠟中含有大量氫原子，轟擊石蠟的不可見射線應(yīng)該是中子，故A正確． 　原子核的組成及核反應(yīng)方程 原子核(符號X) 基本關(guān)系 核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝原子序數(shù) 質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)＝核子數(shù) 核反應(yīng)、核反應(yīng)方程 (1)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單箭頭方向表示反應(yīng)方向，不能用等號連接． (2)核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能只依據(jù)核電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒憑空杜撰生成物． (3)書寫核反應(yīng)方

7、程時，應(yīng)先將已知的原子核和未知粒子的符號填入核反應(yīng)方程一般形式的適當(dāng)位置，然后再根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒確定未知的原子核或未知粒子的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)，最后根據(jù)其核電荷數(shù)確定是哪種元素或粒子，在適當(dāng)位置填上它們的符號． 　本題中用大寫字母代表原子核．E經(jīng)α衰變成為F，再經(jīng)β衰變成為G，再經(jīng)α衰變成為H.上述系列衰變可記為下式：EFGH；另一系列衰變?nèi)缦拢篜QRS.已知P是F的同位素，則(　　) A．Q是G的同位素，R是H的同位素 B．R是E的同位素，S是F的同位素 C．R是G的同位素，S是H的同位素 D．Q是E的同位素，R是F的同位素 [解析]　E→F＋He，F(xiàn)→G＋e，G→H＋

8、He；P→Q＋e，Q→R＋e，R→S＋He.同位素具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)，由核衰變方程式中各原子核的上下標(biāo)可得到R是E的同位素，S是F和P的同位素，Q是G的同位素，所以B選項正確． [答案]　B 解決此類題一般從核衰變方程入手，正確地寫出核衰變方程是解決此類題的關(guān)鍵． [隨堂檢測] 盧瑟福預(yù)想到原子核內(nèi)除質(zhì)子外，還有中子的事實依據(jù)是(　　) A．電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等 B．原子核的質(zhì)量大約是質(zhì)子質(zhì)量的整數(shù)倍 C．原子核的核電荷數(shù)只是質(zhì)量數(shù)的一半或更少一些 D．質(zhì)子和中子的質(zhì)量幾乎相等 解析：選C.盧瑟福預(yù)言中子的存在的依據(jù)是原子核的質(zhì)量大約是質(zhì)子質(zhì)量的整數(shù)倍，而

9、核電荷數(shù)卻是原子核質(zhì)量數(shù)的一半或更少一些，C正確． 關(guān)于以下各個核反應(yīng)方程，說法正確的是(　　) A.N＋He―→O＋H是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程 B.Na＋H―→Na＋H是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程 C.Be＋He―→C＋n是盧瑟福預(yù)言存在中子的核反應(yīng)方程 D.B＋He―→N＋n是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程 解析：選A.盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為N＋He―→O＋H，查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為Be＋He―→C＋n.所以A正確，B、C、D錯誤． (多選)He可以作為核聚變材料．下列關(guān)于He的敘述正確的是(　　) A.He和H互為同位素 B.He原子核內(nèi)中子數(shù)為1 C

10、.He原子核外電子數(shù)為2 D.He代表原子核內(nèi)有2個質(zhì)子和3個中子的氦原子 解析：選BC.He核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為2，H核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為1，兩者質(zhì)子數(shù)不等，不是同位素，A不正確；He核內(nèi)中子數(shù)為1，B正確；He原子核外電子數(shù)為2，C正確；He代表原子核內(nèi)有2個質(zhì)子和1個中子的氦原子核，D不正確． 兩個同位素原子核的符號分別是X和Y，那么(　　) A．M＝N B．A＝B C．M－A＝N－B D．M＋N＝A＋B 解析：選B.具有相同質(zhì)子數(shù)不同中子數(shù)的同一元素互稱同位素，所以A＝B. 1993年，中國科學(xué)院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素Pt.制取過程如下：(1)用質(zhì)子轟擊鈹靶Be產(chǎn)生

11、快中子；(2)用快中子轟擊汞Hg，反應(yīng)過程可能有兩種：①生成Pt，放出氦原子核；②生成Pt，放出質(zhì)子、中子．寫出上述核反應(yīng)方程式． 解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒，算出新核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，然后寫出核反應(yīng)方程． (1)Be＋H―→B＋n.　(2)Hg＋n―→Pt＋He Hg＋n―→Pt＋2H＋n. 答案：見解析 [課時作業(yè)] 一、單項選擇題 關(guān)于質(zhì)子與中子，下列說法中錯誤的是(　　) A．原子核由質(zhì)子和中子組成 B．質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子 C．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了中子，并預(yù)言了質(zhì)子的存在 D．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在 解析：選C.原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)

12、稱核子，盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子并預(yù)言了中子的存在，故A、B、D項敘述正確，C項錯誤．所以選C. 最近國外科技雜志報道，將Ni和Pb經(jīng)核聚變并釋放出一個中子后，生成第110號元素的一種同位素，該同位素的中子數(shù)是(　　) A．157 B．159 C．161 D．163 解析：選B.根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒，寫出核反應(yīng)方程：Ni＋Pb―→Y＋n，則Y的中子數(shù)為269－110＝159. 下列說法正確的是(　　) A.Th為釷核，由此可知，釷核的質(zhì)量數(shù)為90，釷核的質(zhì)子數(shù)為234 B.Be為鈹核，由此可知，鈹核的質(zhì)量數(shù)為9，鈹核的中子數(shù)為4 C．同一元素的兩種同位素具有相同的質(zhì)量數(shù) D．同一元

13、素的兩種同位素具有不同的中子數(shù) 解析：選D.A項釷核的質(zhì)量數(shù)為234，質(zhì)子數(shù)為90，所以A錯；B項鈹核的質(zhì)子數(shù)為4，中子數(shù)為5，所以B錯；由于同位素是指質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同，即質(zhì)量數(shù)不同，因而C錯，D對． α粒子擊中氮14核后放出一個質(zhì)子，轉(zhuǎn)變?yōu)檠?7核(O)．在這個氧原子核中有(　　) A．9個質(zhì)子 B．17個電子 C．8個中子 D．8個質(zhì)子 解析：選D.根據(jù)原子核的構(gòu)成，核電荷數(shù)為8，即質(zhì)子數(shù)為8，質(zhì)量數(shù)為17，所以中子數(shù)為17－8＝9，正確選項為D. 下面列出的是一些核反應(yīng)方程：P―→Si＋X，Be＋H―→B＋Y，He＋He―→Li＋Z，其中(　　) A．X是質(zhì)子，Y是中

14、子，Z是正電子 B．X是正電子，Y是質(zhì)子，Z是中子 C．X是中子，Y是正電子，Z是質(zhì)子 D．X是正電子，Y是中子，Z是質(zhì)子 解析：選D.由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知，核反應(yīng)方程為：P―→Si＋e，Be＋H→B＋n，He＋He―→Li＋H.故選項D正確． 一種元素的兩種同位素的原子核A和B，以相同的動能垂直于磁場的方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動．則A、B的軌道半徑應(yīng)(　　) A．與核子數(shù)成正比 B．與核子數(shù)的平方根成正比 C．與質(zhì)子數(shù)成正比 D．與質(zhì)子數(shù)的平方根成正比 解析：選B.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，半徑R＝＝.同位素A、B的原子核的帶電荷量相同， 質(zhì)量

15、m與核子數(shù)成正比，故半徑與核子數(shù)的平方根成正比． 二、多項選擇題 7．下列說法中正確的是(　　) A．原子中含有帶負(fù)電的電子，所以原子帶負(fù)電 B．原子核中的質(zhì)子數(shù)，一定跟核外電子數(shù)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(zhì)子，因此人們斷定質(zhì)子是原子核的組成部分 D．絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于核電荷跟質(zhì)子電荷之比，因而原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子 解析：選CD.原子中除了帶負(fù)電的電子外，還有帶正電的質(zhì)子，故A錯誤；對于中性原子來說原子核中的質(zhì)子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等，故B錯誤；正是用α粒子轟擊原子核的實驗才發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，故C正確；因為絕大多數(shù)原子

16、核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于核電荷跟質(zhì)子電荷之比，才確定原子核內(nèi)必定還有別的中性粒子，故D正確． 8．氫有三種同位素，分別是氕(H)、氘(H)、氚(H)，則下列說法中正確的是(　　) A．它們的質(zhì)子數(shù)相等 B．它們的核外電子數(shù)相等 C．它們的核子數(shù)相等 D．它們的化學(xué)性質(zhì)相同 解析：選ABD.氕、氘、氚的核子數(shù)分別為1、2、3，質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)相同，都是1，中子數(shù)等于核子數(shù)減去質(zhì)子數(shù)，故中子數(shù)各不相同，A、B選項正確，C選項錯誤；同位素化學(xué)性質(zhì)相同，只是物理性質(zhì)不同，D選項正確． 用α粒子照射充氮的云室，攝得如圖所示的照片，下列說法中不正確的是(　　) A．A是α粒子的徑

17、跡，B是質(zhì)子的徑跡，C是新核的徑跡 B．B是α粒子的徑跡，A是質(zhì)子的徑跡，C是新核的徑跡 C．C是α粒子的徑跡，A是質(zhì)子的徑跡，B是新核的徑跡 D．B是α粒子的徑跡，C是質(zhì)子的徑跡，A是新核的徑跡 解析：選ABC.α粒子轟擊氮核產(chǎn)生一個新核并放出質(zhì)子，入射的是α粒子，所以B是α粒子的徑跡．產(chǎn)生的新核質(zhì)量大而電離作用強(qiáng)，所以徑跡粗而短，故A是新核的徑跡．質(zhì)子電離作用弱一些，貫穿作用強(qiáng)，所以細(xì)而長的徑跡是質(zhì)子的徑跡，所以正確選項為A、B、C. 三個原子核X、Y、Z，X核放出一個正電子后變?yōu)閅核，Y核與質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)后生成Z核并放出一個氦核(He)．則下面說法正確的是(　　) A．X核比

18、Z核多兩個質(zhì)子 B．X核比Z核少一個中子 C．X核的質(zhì)量數(shù)比Z核的質(zhì)量數(shù)大4 D．X核與Z核的總電荷數(shù)是Y核電荷數(shù)的2倍 解析：選AD.設(shè)X原子核的質(zhì)量數(shù)為A，核電荷數(shù)為B.由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得X―→e＋Y，Y＋H―→He＋Z.可見 X比 Z的質(zhì)子數(shù)多2個，A對；X比Z的中子數(shù)多一個，B錯；X比Z的質(zhì)量數(shù)大3，C錯；X與Z的總核電荷數(shù)為(2B－2)，顯然是Y的核電荷數(shù)(B－1)的2倍，D對．故正確答案為A、D. 三、非選擇題 現(xiàn)在，科學(xué)家正在設(shè)法探尋“反物質(zhì)”．所謂的“反物質(zhì)”是由“反粒子”組成的，“反粒子”與對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和電荷量，但電荷量的符號相反，據(jù)此，反

19、α粒子的質(zhì)量數(shù)為__________，電荷數(shù)為________． 解析：α粒子是氦核，它由兩個質(zhì)子和兩個中子構(gòu)成，故質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2.而它的“反粒子”質(zhì)量數(shù)也是“4”，但電荷數(shù)為“－2”． 答案：4?。? 一個中子以1.9×107 m/s的速度射中一個靜止的氮核N，并發(fā)生核反應(yīng)，生成甲、乙兩種新核，它們的運(yùn)動方向與中子原來的運(yùn)動方向相同，測得甲核質(zhì)量是中子質(zhì)量的11倍，速度是1×106 m/s，乙核垂直進(jìn)入B＝2 T的勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑為R＝0.02 m，已知中子質(zhì)量m＝1.67×10－27 kg，e＝1.6×10－19 C，求乙核是何種原子核？并寫出核反應(yīng)方程． 解析：設(shè)乙核質(zhì)量為m乙，甲核質(zhì)量為m甲＝11m，氮核質(zhì)量為14m，則由核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒知，乙核質(zhì)量數(shù)為14＋1－11＝4，即m乙＝4m，由動量守恒定律有mv0＝m甲v甲＋m乙v乙，解得v乙＝＝ m/s＝2×106 m/s.設(shè)乙核的電量為q，則由R＝得，q＝＝ C＝3.34×10－19 C＝2e，即乙核的電荷數(shù)為2，則乙核為氦核He，甲核為硼核B，核反應(yīng)方程為n＋N―→ B＋He. 答案：He　n＋N―→B＋He 9