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)教師用書 魯科版選修3-5

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第1節(jié)　原子核結(jié)構(gòu) 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.了解質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)過程．(重點) 2．知道原子核的組成，理解核子、同位素的概念．(重點) 3．了解核反應(yīng)的概念，會書寫核反應(yīng)方程．(難點) 質(zhì) 子 和 中 子 的 發(fā) 現(xiàn) [先填空] 1．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． 2．中子的發(fā)現(xiàn) (1)盧瑟福的預(yù)想 盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子后，預(yù)想核內(nèi)還有一種不帶電的中性粒子，并給這種“粒子”起名為中子． (2)中子的發(fā)現(xiàn)是許多科學(xué)家研究的結(jié)晶． ①1930年，用釙發(fā)出的α射線轟擊鈹時，會產(chǎn)生一種不受電場和磁場影響、穿透能力很強的射線． ②1932年，約里奧居里夫婦用這種射線轟擊石蠟，能從石蠟中打出質(zhì)子． ③1932年，查德威克對云室中這種射線進行研究，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，即為中子． [再判斷] 1．盧瑟福在α粒子散射實驗中發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子．() 2．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在．(√) 3．玻爾在實驗中發(fā)現(xiàn)了中子．() [后思考] 盧瑟福是如何證明α粒子轟擊氮原子核產(chǎn)生的新核是質(zhì)子的？ 【提示】　盧瑟福把這種粒子分別引進電場和磁場，根據(jù)該粒子在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)，測出了其質(zhì)量和電量，確定它就是氫原子核，又叫質(zhì)子． [核心點擊] 1．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) (1)實驗背景 電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到，原子不再是構(gòu)成物質(zhì)的基本單位，進一步研究發(fā)現(xiàn)，原子的中心有一個原子核，原子核集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量．原子核的結(jié)構(gòu)如何？1919年，盧瑟福做了用α粒子轟擊氮原子核的實驗． (2)實驗裝置(如圖311所示) 圖311 T進氣孔、A放射源、F鋁箔、S熒光屏、M顯微鏡，C真空容器． (3)實驗過程 容器C里放有放射性物質(zhì)A，從A放射出的α粒子射到鋁箔F上，適當(dāng)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． (4)實驗現(xiàn)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的閥門，通入氮氣，可以觀察到S上有閃光． (5)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(chǎn)生的新粒子透過鋁箔引起的． (6)新粒子性質(zhì)研究 ①把這種粒子引進電磁場中，根據(jù)它在電磁場中的偏轉(zhuǎn)，測出了它的質(zhì)量和電量，進而確定它就是氫原子核，又叫質(zhì)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(zhì)子． (7)實驗結(jié)論 質(zhì)子是原子核的組成部分． 2．中子的發(fā)現(xiàn) (1)科學(xué)家在1930年利用Po放出的α射線轟擊鈹原子核時，產(chǎn)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(xiàn)如果用來自鈹?shù)纳渚€去轟擊石蠟，能從石蠟中打出質(zhì)子，如圖312所示． 圖312 (3)1932年，查德威克進一步研究這種射線時發(fā)現(xiàn)，這種射線是一種不帶電的、質(zhì)量接近質(zhì)子的粒子流，即是盧瑟福猜想的中子． (4)結(jié)論：中子是原子核的組成部分． 1．盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子后，預(yù)想到原子核中還有中子的存在，其判斷依據(jù)與下列事實不相符的是(　　) 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)的一半或少一些 D．質(zhì)子和中子的質(zhì)量幾乎相等 E．原子核中存在不帶電且質(zhì)量與質(zhì)子相近的中性粒子 【解析】　盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子核的核電荷數(shù)與原子核的質(zhì)量數(shù)不相等，大約是原子核質(zhì)量數(shù)的一半或少一些，因此預(yù)想到在原子核內(nèi)還存在有質(zhì)量而不帶電的中性粒子，即中子，故不符合事實的是A、B、D. 【答案】　ABD 2．如圖313所示為查德威克研究原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(chǎn)生粒子流a，用粒子流a轟擊石蠟后會打出粒子流b，則粒子流a為________，粒子流b為________． 圖313 【解析】　不可見的粒子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，轟擊石蠟的不可見粒子應(yīng)該是中子，故a為中子，b為質(zhì)子． 【答案】　中子　質(zhì)子 3．1919年盧瑟福通過如圖314所示的實驗裝置，第一次完成了原子核的人工轉(zhuǎn)變，并由此發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子．圖中A為放射源發(fā)出的________粒子，B為________氣．寫出該實驗的核反應(yīng)方程：__________________________. 【導(dǎo)學(xué)號：18850039】 圖314 【解析】　題圖為α粒子轟擊氮原子核生成質(zhì)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(yīng)方程為：He＋N→O＋H. 【答案】　α　氮　He＋N→O＋H (1)盧瑟福通過原子核的人工轉(zhuǎn)變發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子并預(yù)言了中子的存在． (2)查德威克首先從實驗中發(fā)現(xiàn)了中子，證實了盧瑟福的預(yù)言． (3)在盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實驗裝置中，穿過鋁箔到達熒光屏的不可能是放射源放出的α粒子． 原 子 核 的 組 成 [先填空] 1．原子核的組成 (1)組成：原子核由質(zhì)子和中子組成，并將質(zhì)子和中子統(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(zhì)量數(shù)，Z表示核電荷數(shù)． (3)兩個基本關(guān)系： ①核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝原子序數(shù)． ②質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)＝核子數(shù)． 2．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. 3．核反應(yīng)與核反應(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． (2)核反應(yīng)方程：用原子核符號描述核反應(yīng)過程的式子． (3)核反應(yīng)規(guī)律：在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒． [再判斷] 1．原子核內(nèi)只有質(zhì)子而沒有中子．() 2．同位素具有相同的物理、化學(xué)性質(zhì)．() 3．核反應(yīng)方程只要滿足質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可以隨便寫．() [后思考] 鉛的原子序數(shù)為82，一個鉛原子質(zhì)量數(shù)為207，其核外電子有多少個？中子數(shù)又是多少？ 【提示】　鉛的原子序數(shù)為82，即一個鉛原子中有82個質(zhì)子，由于原子是電中性的，質(zhì)子與電子電性相反、電量相同，故核外電子數(shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同為82個，根據(jù)質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和的關(guān)系，鉛原子核的中子數(shù)為207－82＝125(個)． [核心點擊] 1．原子核的大小和組成 原子核 2．對核子數(shù)、電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)的理解 (1)核子數(shù)：質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小，二者統(tǒng)稱為核子，所以質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù)． (2)電荷數(shù)(Z)：原子核所帶的電荷等于質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，通常用這個數(shù)表示原子核的電荷量，叫作原子核的電荷數(shù)． (3)質(zhì)量數(shù)(A)：原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量總和，而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相等，所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個倍數(shù)叫作原子核的質(zhì)量數(shù)． 3．同位素：原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)決定了核外電子的數(shù)目，進而也決定了元素的化學(xué)性質(zhì)，同種元素的質(zhì)子數(shù)相同，核外電子數(shù)也相同，所以有相同的化學(xué)性質(zhì)，但它們的中子數(shù)可以不同，所以它們的物理性質(zhì)不同．把具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子互稱為同位素． 4．已知Ra是Ra的一種同位素，則下列說法正確的是(　　) A．它們具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的質(zhì)量數(shù) B．它們具有相同的中子數(shù)和不同的原子序數(shù) C．它們具有相同的核電荷數(shù)和不同的中子數(shù) D．它們具有相同的核外電子數(shù)和不同的化學(xué)性質(zhì) E．它們具有相同的核外電子數(shù)和相同的化學(xué)性質(zhì) 【解析】　原子核的原子序數(shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)、核外電子數(shù)都是相等的，且原子核內(nèi)的質(zhì)量數(shù)(核子數(shù))等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和．由此知這兩種鐳的同位素核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)均為88，核子數(shù)分別為228和226，中子數(shù)分別為140和138；原子的化學(xué)性質(zhì)由核外電子數(shù)決定，因為它們的核外電子數(shù)相同，所以它們的化學(xué)性質(zhì)也相同．故正確答案為A、C、E. 【答案】　ACE 5．完成下列各核反應(yīng)方程，并指出哪個核反應(yīng)是首次發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子的 (　　) A.B＋He→N＋(　　) B.Be＋(　　)→C＋n C.Al＋(　　)→Mg＋H D.N＋He→O＋(　　) E.U→Th＋(　　) F.Na＋(　　)→Na＋H 【解析】　A.B＋He→N＋n B.Be＋He→C＋n此核反應(yīng)使查德威克首次發(fā)現(xiàn)了中子 C.Al＋n→Mg＋H D.N＋He→O＋H此核反應(yīng)使盧瑟福首次發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 E.U→Th＋He F.Na＋H→Na＋H 【答案】　見解析 6．已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核質(zhì)量數(shù)是226.試問： (1)鐳核中有多少個質(zhì)子？多少個中子？ (2)鐳核所帶的電荷量是多少？ (3)呈中性的鐳原子，核外有多少個電子？ 【解析】　(1)鐳核中的質(zhì)子數(shù)等于其原子序數(shù)，故質(zhì)子數(shù)為88，中子數(shù)N等于原子核的質(zhì)量數(shù)A與質(zhì)子數(shù)Z之差，即N＝A—Z＝226－88＝138. (2)鐳核所帶電荷量：Q＝Ze＝881.610－19 C＝1.4110－17 C. (3)核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88. 【答案】　(1)88　138　(2)1.4110－17 C　(3)88 原子核的“數(shù)”與“量”辨析技巧 (1)核電荷數(shù)與原子核的電荷量是不同的，組成原子核的質(zhì)子的電荷量都是相同的，所以原子核的電荷量一定是質(zhì)子電荷量的整數(shù)倍，我們把核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)叫核電荷數(shù)，而這些質(zhì)子所帶電荷量的總和才是原子核的電荷量． (2)原子核的質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是不同的，也與元素的原子量不同．原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的總數(shù)叫作核的質(zhì)量數(shù)，原子核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和．