1、第1页 第1页 第十九章第十九章 原子核原子核第一节第一节 原子核的组成原子核的组成第2页 第2页 知识梳理图知识梳理图第3页 第3页 【知识点】【知识点】1.天然放射现象天然放射现象2.三种射线的实质与特性三种射线的实质与特性3.原子核及核子原子核及核子情景设置情景设置有什么事实和理由可以说明放射性元素放出的射线来自于原有什么事实和理由可以说明放射性元素放出的射线来自于原子核的内部子核的内部,天然放射现象的发现对于探索物质的结构有天然放射现象的发现对于探索物质的结构有了一个重要的启示作用了一个重要的启示作用,到底原子核的内部有着怎样的结到底原子核的内部有着怎样的结构呢构呢?第4页 第4页 第
2、5页 第5页 深化探究深化探究一一 天然放射现象天然放射现象1896年年,法国物理学家贝克勒尔发现法国物理学家贝克勒尔发现,铀和含铀的矿物质发出一种看不见铀和含铀的矿物质发出一种看不见的射线的射线,这种射线能穿透黑纸使里面的底片感光这种射线能穿透黑纸使里面的底片感光,这种现象称为放射现这种现象称为放射现象象.放射性放射性:物质具有发射一些看不见的射线物质具有发射一些看不见的射线(通过射线与其他物质作用而表通过射线与其他物质作用而表现出来现出来)的性质叫做放射性的性质叫做放射性.放射性元素放射性元素:具有放射性的元素具有放射性的元素,叫做放射性元素叫做放射性元素.研究发现研究发现,原子序数大于或
3、等于原子序数大于或等于83的所有元素的所有元素,都能自发地放出射线都能自发地放出射线.原子原子序数小于序数小于83的元素的元素,有的也具有放射性有的也具有放射性.现在用人工的方法也可以制造现在用人工的方法也可以制造放射性同位素放射性同位素.第6页 第6页 第7页 第7页 二二 对射线的研究对射线的研究1.研究方法研究方法让放射线通过电场和磁场来研究射线的性质让放射线通过电场和磁场来研究射线的性质,把样品放在铅块把样品放在铅块的窄孔底上的窄孔底上,在孔的对面放着照相底片在孔的对面放着照相底片,在没有磁场时在没有磁场时,发现发现在底片上正对孔的位置感光了在底片上正对孔的位置感光了,若在铅块和底片之
4、间放一若在铅块和底片之间放一对磁极对磁极,使磁场方向跟射线方向垂直使磁场方向跟射线方向垂直,结果在底片上有三个结果在底片上有三个地方感光了地方感光了,说明在磁场作用下说明在磁场作用下,射线分为三束表明这些射射线分为三束表明这些射线中有的带电线中有的带电,有的不带电有的不带电,如上图所示如上图所示.第8页 第8页 2.各种射线的本质各种射线的本质 特性特性如上图所示如上图所示,由左手定则可知由左手定则可知c曲线所代表的粒子带负电曲线所代表的粒子带负电,在磁在磁场中向右偏场中向右偏,a曲线所代表的粒子带正电曲线所代表的粒子带正电 向左偏向左偏,不发生偏不发生偏转的转的b射线应该是不带电的射线应该是
5、不带电的,从而不发生偏转从而不发生偏转 第9页 第9页 进一步研究表明进一步研究表明:(1)射线射线:卢瑟福经研究发现卢瑟福经研究发现,射线粒子带两个单位正电荷射线粒子带两个单位正电荷,质量数为质量数为4,也也就是说就是说粒子是氦原子核粒子是氦原子核,其速度是光速的其速度是光速的.特性特性:贯穿本领小贯穿本领小,但电离作用强但电离作用强,可以使沿途中的空气电离可以使沿途中的空气电离.(2)射线射线:贝克勒尔证实贝克勒尔证实,射线本质是高速电子流射线本质是高速电子流,其速度可达到光速的其速度可达到光速的99%.特性特性:贯穿本领大贯穿本领大,但电离作用弱但电离作用弱.(3)射线射线:是一种波长极
6、短的电磁波是一种波长极短的电磁波.特性特性:贯穿本领最强贯穿本领最强,能穿透几厘米厚的铅块能穿透几厘米厚的铅块,但电离作用最弱但电离作用最弱.110第10页 第10页 三三 原子核的组成原子核的组成1.质子的发现质子的发现1919年年,卢瑟福用卢瑟福用粒子轰击氮核粒子轰击氮核,结果从氮核中打出了一种结果从氮核中打出了一种粒子粒子,并测定了它的电量和质量并测定了它的电量和质量,知道它是氢原子核知道它是氢原子核,把它叫把它叫做质子做质子,用用P表示表示.质子带正电质子带正电,电荷量与一个电子电荷量相电荷量与一个电子电荷量相等等,质量质量mp=1.672623110-27 kg.后来人们又在其他原子
7、后来人们又在其他原子核中打出了质子核中打出了质子,所以确定质子是原子核的组成部分所以确定质子是原子核的组成部分.第11页 第11页 2.中子的发现中子的发现(1)卢瑟福的预言卢瑟福的预言1920年年,卢瑟福提出了一种大胆的猜测卢瑟福提出了一种大胆的猜测:原子核内除原子核内除了质子外了质子外,还存在一种质量与质子质量大体相等但还存在一种质量与质子质量大体相等但不带电的粒子不带电的粒子,这种粒子叫做中子这种粒子叫做中子.(2)查德威克的发现查德威克的发现1932年年,卢瑟福的学生查德威克通过实验卢瑟福的学生查德威克通过实验,发现了不发现了不带电的中性粒子带电的中性粒子中子中子,用用n表示表示,其质
8、量其质量mn=1.674928610-27 kg第12页 第12页 3.原子核的组成原子核的组成原子核中存在质子又存在中子原子核中存在质子又存在中子,这些都是组成原子核的成分这些都是组成原子核的成分,统称为核子统称为核子.(1)核子数核子数:原子核中质子数和中子数的总和称为核子数原子核中质子数和中子数的总和称为核子数.(2)核电荷数核电荷数(Z):原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍,通通常用这个整数表示原子核的电荷量常用这个整数表示原子核的电荷量,叫做原子核的电荷数叫做原子核的电荷数,用用Z表示表示.第13页 第13页 (3)质量数质量数(A):原子核的质
9、量等于核内质子和原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和中子的质量总和,而质子与中子质量几乎相而质子与中子质量几乎相等等,所以原子核的质量几乎等于单位核子质所以原子核的质量几乎等于单位核子质量的整数倍量的整数倍,这个整数叫做原子核的质量数这个整数叫做原子核的质量数,用用A表示表示.注意注意:核电荷数核电荷数Z=质子数质子数(Z)=元素的原子序元素的原子序数数=原子核外电子数原子核外电子数.质量数质量数(A)=核子数核子数=质子数质子数+中子数中子数第14页 第14页 4.同位素同位素原子核内的质子数决定了核外电子数目原子核内的质子数决定了核外电子数目,也决定了电子的分布也决定了电子的分布情况进
10、而决定了元素的化学性质情况进而决定了元素的化学性质.同种元素具有相同质子同种元素具有相同质子数数,也具有相同的核外电子数也具有相同的核外电子数,具有相同的化学性质具有相同的化学性质.这些具这些具有相同质子数不同中子数的原子有相同质子数不同中子数的原子,互称同位素互称同位素.例如例如:氢有三种同位素氢有三种同位素,氕氕(11H)氘氘(21H)氚氚(31H).第15页 第15页 典例分析典例分析一、有关三种射线本质和特性的问题一、有关三种射线本质和特性的问题例例1:关于关于 三种射线三种射线,下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A.射线是原子核自发放出的氦核射线是原子核自发放出的氦核,它的穿透
11、能力最强它的穿透能力最强B.射线是原子核外电子电离形成的电子流射线是原子核外电子电离形成的电子流,它具有中等的穿它具有中等的穿透能力透能力C.射线一般伴随射线一般伴随或或射线产生射线产生,它的穿透能力最强它的穿透能力最强D.射线是电磁波射线是电磁波,它的穿透能力最弱它的穿透能力最弱第16页 第16页 解析解析:由三种射线的本质由三种射线的本质 特性及来源可知特性及来源可知,射线都射线都是原子核内射出是原子核内射出,都不是来自核外都不是来自核外,故故B选项错误选项错误;三种射线三种射线中中,射线的贯穿本领最弱射线的贯穿本领最弱,而而射线的贯穿本领最强射线的贯穿本领最强,故故A D错误错误;射线是
12、原子核自发射出的氦核射线是原子核自发射出的氦核,射线是原子核发射线是原子核发出的电子出的电子,射线是伴随射线是伴随或或射线而射出的电磁波射线而射出的电磁波,故本题故本题应选应选C.答案答案:C点评点评:天然放射现象是原子核不稳定天然放射现象是原子核不稳定,自发的变化时放出的射自发的变化时放出的射线线,不是整个原子的变化不是整个原子的变化,射线是由核内放出的射线是由核内放出的.第17页 第17页 巩固练习巩固练习1:天然放射物质的射线包含三种成分天然放射物质的射线包含三种成分,下列下列说法中正确的是说法中正确的是()A.射线是不带电的光子流射线是不带电的光子流B.射线穿透能力最强射线穿透能力最强
13、,所以可以用所以可以用射线探伤射线探伤C.三种射线中三种射线中粒子的电离作用最强粒子的电离作用最强D.一张厚的黑纸可以挡住一张厚的黑纸可以挡住射线射线,但挡不住但挡不住射线和射线和射线射线答案答案:BCD第18页 第18页 二二 电场或磁场对射线的作用电场或磁场对射线的作用例例2:将将 三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场,下图下图表示射线偏转情况中正确的是表示射线偏转情况中正确的是()第19页 第19页 解析解析:已知已知粒子带正电粒子带正电,粒子带负电粒子带负电,射线不带电射线不带电,根据正根据正 负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和负电荷在磁场中运动受洛伦兹
14、力方向和正正 负电荷在电场中受电场力方向负电荷在电场中受电场力方向,可知可知A B C D四幅图四幅图中中,粒子的偏转方向都是正确的粒子的偏转方向都是正确的,但偏转的程度需进一但偏转的程度需进一步判断步判断.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,其半径其半径r=,将其将其数据代入数据代入,则则粒子与粒子与粒子的半径之比为粒子的半径之比为:由此可见由此可见,A正确正确,B错误错误.mvBq40.11371.10.99211840qrmvcrmvqc第20页 第20页 带电粒子垂直进入匀强电场带电粒子垂直进入匀强电场,设初速度为设初速度为v0,垂直电场垂直电场线方向位移为线
15、方向位移为x,沿电场线方向位移为沿电场线方向位移为y,则有则有:x=v0t,y=t2,消去消去t可得可得:y=对某一确定的对某一确定的x值值,粒子沿电场线偏转距离之比粒子沿电场线偏转距离之比为为由此可见由此可见,C错误错误,D正确正确.答案答案:AD12qEm220.2qExmv222212(0.99)11840.14(0.1)37m vyqcyqm vc第21页 第21页 巩固练习巩固练习2:图中图中P为放在匀强电场中的天然放射源为放在匀强电场中的天然放射源,其射出的射其射出的射线在电场的作用下分成线在电场的作用下分成a b c,以下判断正确的是以下判断正确的是()第22页 第22页 A.a
16、为为射线射线 b为为射线射线B.a为为射线射线 b为为射线射线C.b为为射线射线 c为为射线射线D.b为为射线射线 c为为射线射线解析解析:放在偏转电场中放在偏转电场中,向正极板偏转的为带负电荷的向正极板偏转的为带负电荷的粒子粒子,故故a为为射线射线;不偏转的为不带电的不偏转的为不带电的粒子粒子,故故b为为射线射线;向负极板向负极板偏转的为带正电的粒子偏转的为带正电的粒子,故故c为为射线射线.答案答案:BC第23页 第23页 三三 有关原子核的组成问题有关原子核的组成问题例例3:以下说法中正确的是以下说法中正确的是()A.由放射现象可知原子核中能放出由放射现象可知原子核中能放出粒子粒子,所以电
17、子所以电子是组成原子核的核子是组成原子核的核子B.原子核中的质子数原子核中的质子数,一定跟核外电子数相等一定跟核外电子数相等C.氢的同位素氚氢的同位素氚(31 H)中含有中含有1个质子和个质子和2个中子个中子D.卢瑟福发现了质子并预言了中子的存在卢瑟福发现了质子并预言了中子的存在第24页 第24页 解析解析:组成原子核的粒子是质子和中子组成原子核的粒子是质子和中子,射线是核子的变化而射线是核子的变化而放出电子放出电子,并不是组成原子核的核子并不是组成原子核的核子,故故A选项错误选项错误;只有中只有中性原子性原子,核内质子数和核外电子数才相等核内质子数和核外电子数才相等,故故B选项错误选项错误;
18、质质量数量数A=质子数质子数+中子数中子数,所以所以31H中有中有2个中子个中子,故故C选项正确选项正确;D选项正确选项正确.答案答案:CD第25页 第25页 巩固练习巩固练习3:32He可以作为核聚变材料可以作为核聚变材料,下列关于下列关于32He的叙述正的叙述正确的是确的是()A.32He与与31H互为同位素互为同位素B.32He原子核中有原子核中有2个中子个中子C.32He原子核内质子数为原子核内质子数为2D.32He代表原子核内有代表原子核内有2个质子和个质子和3个电子的原子核个电子的原子核答案答案:C第26页 第26页 梯度练习梯度练习基础强化基础强化1.人类认识原子核的复杂结构并进
19、行研究是从人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从()A.发现电子开始发现电子开始B.发现质子开始的发现质子开始的C.进行进行粒子散射实验开始的粒子散射实验开始的D.发现天然放射现象开始的发现天然放射现象开始的答案答案:D第27页 第27页 2.从铅罐中的放射源放出的射线通过磁场区被分成如图所示从铅罐中的放射源放出的射线通过磁场区被分成如图所示的三束的三束,由此可判定由此可判定()第28页 第28页 A.射线由三部分组成射线由三部分组成,带电情况不同带电情况不同B.射线由三部分组成射线由三部分组成,它们的质量不同它们的质量不同C.射线由三部分组成射线由三部分组成,它的速度不同它的速度不同D.射线
20、由三部分组成射线由三部分组成,它的能量不同它的能量不同答案答案:A第29页 第29页 3.关于质子和中子关于质子和中子,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.原子核是由质子和中子组成的原子核是由质子和中子组成的B.质子和中子统称为核子质子和中子统称为核子C.卢瑟福发现了质子并预言了中子的存在卢瑟福发现了质子并预言了中子的存在D.卢瑟福发现了中子卢瑟福发现了中子,并预言了质子的存在并预言了质子的存在答案答案:ABC第30页 第30页 4.原子核符号原子核符号AZX,下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A.原子核的质子数为原子核的质子数为AB.原子核的质量数为原子核的质量数为AC.原子核的质
21、量数为原子核的质量数为ZD.原子核的质子数为原子核的质子数为Z答案答案:BD第31页 第31页 5.(2009北京高考北京高考)下列现象中下列现象中,与原子核内部变化有关的是与原子核内部变化有关的是()A.粒子散射现象粒子散射现象 B.天然放射现象天然放射现象C.光电效应现象光电效应现象 D.原子发光现象原子发光现象答案答案:B第32页 第32页 6.天然放射现象的发现揭示了天然放射现象的发现揭示了()A.原子不可再分原子不可再分B.原子核的结构原子核的结构C.原子核还可再分原子核还可再分D.原子核是由质子和中子组成原子核是由质子和中子组成答案答案:C第33页 第33页 能力提升能力提升7.如
22、图所示如图所示,一天然放射性物质射出三种射线一天然放射性物质射出三种射线,经过一个匀强经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域电场和匀强磁场共存的区域(方向如图所示方向如图所示),调整电场强度调整电场强度E和磁感应强度和磁感应强度B的大小的大小,使得在使得在MN上只有两个点受到射上只有两个点受到射线照射线照射.下面的哪种判断是正确的下面的哪种判断是正确的()第34页 第34页 A.射到射到b点的一定是点的一定是射线射线B.射到射到b点的一定是点的一定是射线射线C.射到射到b点的一定是点的一定是射线或射线或射线射线D.射到射到b点的一定是点的一定是射线射线解析解析:当带电粒子进入磁场和电场的复合场时
23、当带电粒子进入磁场和电场的复合场时,粒子或粒子或粒子要粒子要受到电场力和洛伦兹力作用受到电场力和洛伦兹力作用,当满足当满足qvB=qE即即v=则不发则不发生偏转生偏转,由于由于v E B三者大小不确定三者大小不确定,所以所以b点可能是点可能是粒子粒子或或粒子粒子,射线不发生偏转射线不发生偏转,故故C选项正确选项正确.答案答案:CEB第35页 第35页 8.静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核,当它放出一个当它放出一个粒子后粒子后,其速度方向与磁场方向垂直其速度方向与磁场方向垂直,测得测得粒子和反冲核粒子和反冲核轨道半径之比为轨道半径之比为44 1(图中半
24、径大小没有按比例画图中半径大小没有按比例画),如图如图所示所示,则则()第36页 第36页 A.WB粒子与反冲核动量大小相等粒子与反冲核动量大小相等 方向相反方向相反B.原来放射性元素的原子核电荷数为原来放射性元素的原子核电荷数为90C.反冲核的核电荷数为反冲核的核电荷数为88D.粒子和反冲核的速度之比为粒子和反冲核的速度之比为1 88解析解析:粒子之间作用过程中满足动量守恒粒子之间作用过程中满足动量守恒,由于初始动量为零由于初始动量为零,则末动量为零则末动量为零,即即粒子和反冲核的动量大小相等粒子和反冲核的动量大小相等,方向相反方向相反,由于释放由于释放粒子和反冲核均处于粒子和反冲核均处于垂
25、直于磁场的平面内垂直于磁场的平面内,且在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动且在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,由由qvB=得得R=.若原来放射性元素的核电荷数为若原来放射性元素的核电荷数为Z,则则粒子有粒子有R1=,对反冲核对反冲核R2=由于由于P1=P2 R1 R2=44 1,得得Z=90它们的速度大小与质量成反比它们的速度大小与质量成反比,可知选项可知选项D错误错误.答案答案:ABC2mvRmvqB12PBe2(2)PB Ze第37页 第37页 9.现在现在,科学家正在设法探寻科学家正在设法探寻“反物质反物质”,所谓所谓“反物质反物质”是是由由“反粒子反粒子”组成的组成的,“反粒子反粒子”与对应的
26、正粒子具有相同与对应的正粒子具有相同的质量和电荷量的质量和电荷量,但电荷的电性相反但电荷的电性相反,据此据此,反反粒子的质量粒子的质量数为数为_,荷电荷数荷电荷数_.解析解析:粒子是氦子核粒子是氦子核,它由两个质子和两个中子构成它由两个质子和两个中子构成,故质量故质量数为数为4,电荷数为电荷数为2,而它的而它的“反粒子反粒子”质量数也为质量数也为“4”,但电但电荷数为荷数为“-2”.答案答案:4 -2第38页 第38页 10.如图所示如图所示,铅盒内装有能释放铅盒内装有能释放 和和射线的放射性物质射线的放射性物质,在靠近铅盒的顶部加上电场在靠近铅盒的顶部加上电场E或磁场或磁场B,在图在图(a)
27、(b)中分别中分别画出射线运动轨迹的示意图画出射线运动轨迹的示意图.(在所画轨迹上须标明是在所画轨迹上须标明是 和和中的哪种射线中的哪种射线)第39页 第39页 答案答案:第40页 第40页 11.22888Ra是镭的一种同位素是镭的一种同位素,让让22888Ra和和22688Ra以以相同的速度垂直射入磁感应强度为相同的速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场的匀强磁场中中,它们运动的轨道半径之比是多少它们运动的轨道半径之比是多少?解析解析:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦洛伦兹力兹力,充当向心力充当向心力,故有故有qvB=,则则r=两种两种同位素具有相同
28、的核电荷数同位素具有相同的核电荷数,但质量不同但质量不同,故故答案答案:1141132mvrmvqB228226228114.226113rr第41页 第41页 12.在匀强磁场中在匀强磁场中,一个原来静止的原子核一个原来静止的原子核,由于放出一个由于放出一个粒粒子子,结果得到一张两个相切圆的径迹照片结果得到一张两个相切圆的径迹照片,如图所示如图所示,今测得今测得两个相切圆半径之比两个相切圆半径之比r1r2=441.求求:第42页 第42页 (1)这个原子核原来所含的质子数是多少这个原子核原来所含的质子数是多少?(2)图中哪一个圆是图中哪一个圆是粒子的径迹粒子的径迹?(说明理由说明理由)解析解
29、析:(1)设衰变后设衰变后粒子电荷量为粒子电荷量为q1=2e,新生核的电新生核的电荷量为荷量为q2,它们的质量分别为它们的质量分别为m1和和m2,衰变后的速衰变后的速度分别为度分别为v1和和v2,则原来原子核的电荷量为则原来原子核的电荷量为q=q1+q2.由带电粒子在磁场中做匀速圆周运动由洛伦兹力提由带电粒子在磁场中做匀速圆周运动由洛伦兹力提供向心力可知供向心力可知,r1=由题意由题意1 12212,2.mvm vrBqq B11 12212244.1rm v BqrBq m v第43页 第43页 在衰变过程中动量守恒在衰变过程中动量守恒,则则m1v1=m2v2,联立以上各式解得联立以上各式解得q2=88e,故故q=90e.即这个原子核原来含有即这个原子核原来含有90个质子个质子.(2)由动量大小相等由动量大小相等,因此轨道因此轨道1是是粒子的径迹粒子的径迹,轨道轨道2是新生是新生核的运动轨迹核的运动轨迹,两者电性相同两者电性相同,运动方向相反运动方向相反.答案答案:(1)90 (2)圆轨道圆轨道1,理由见解析理由见解析
