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第五章　原子核
1　原子核的組成
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　
1.知道什么是放射性、放射性元素及天然放射現(xiàn)象。
2.了解三種射線的本質(zhì)，知道其特點(diǎn)(重難點(diǎn))。
3.知道原子核的組成和同位素的概念，會(huì)正確書寫原子核符號(hào)(重點(diǎn))。
一、天然放射現(xiàn)象
1．1896年，物理學(xué)家____________發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見的射線。
2．物質(zhì)發(fā)出________的性質(zhì)稱為放射性，具有________的元素稱為放射性元素，放射性元素自發(fā)地發(fā)出________的現(xiàn)象，叫作天然放射現(xiàn)象。
3．原子序數(shù)________83的元素，都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)____________83的元素，有的也能發(fā)出射線。
例1　下列現(xiàn)象中，說(shuō)明原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的是(　　)
A．光電效應(yīng) B．α粒子的散射
C．天然放射現(xiàn)象 D．康普頓效應(yīng)
二、射線的本質(zhì)
α射線、β射線、γ射線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)徑跡如圖，三種射線的帶電情況如何？
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1．α射線：
(1)是高速________，其組成與______原子核相同，符號(hào)為He，帶電荷量為______，質(zhì)量是氫原子的4倍。
(2)速度可以達(dá)到光速的________。
(3)電離作用______，穿透能力______，在空氣中只能前進(jìn)________，用一張紙就能把它擋住。
2．β射線：
(1)是高速________，符號(hào)為e，帶電荷量為______。
(2)它的速度可接近光速。
(3)電離作用________，穿透能力________，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的______________。
3．γ射線：
(1)是能量很高的________，波長(zhǎng)很短，波長(zhǎng)在10－10 m以下。
(2)不帶電，靜止質(zhì)量為0。
(3)電離作用________，穿透能力________，甚至能穿透幾厘米厚的________和幾十厘米厚的混凝土。
(1)放射性元素發(fā)出的射線可以直接觀察到。(　　)
(2)放射性元素發(fā)出的射線的強(qiáng)度可以人工控制。(　　)
(3)放射性元素的放射性都是自發(fā)的現(xiàn)象。(　　)
(4)α射線實(shí)際上就是氦原子核，α射線具有較強(qiáng)的穿透能力。(　　)
(5)β射線是高速電子流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板。(　　)
(6)γ射線是能量很高的電磁波，電離作用很強(qiáng)。(　　)
例2　(2022·常州市高二期中)天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示，由此可推知(　　)
A．②來(lái)自于原子核外的電子
B．①的電離作用最強(qiáng)，是一種電磁波
C．③的電離作用較強(qiáng)，是一種電磁波
D．③的電離作用最弱，屬于原子核內(nèi)釋放的光子
例3　如圖所示，放射性元素鐳衰變過(guò)程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．②⑤表示γ射線，①④表示α射線
B．②⑤表示γ射線，③⑥表示α射線
C．③④表示α射線，①⑥表示β射線
D．①④表示β射線，③⑥表示α射線
三種射線在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)情況的分析
1．γ射線不論在電場(chǎng)還是磁場(chǎng)中，總是做勻速直線運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
2．α射線和β射線在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn)：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，α和β粒子沿相反方向做類平拋運(yùn)動(dòng)，且在同樣的條件下，β粒子的偏移量大。根據(jù)粒子在沿電場(chǎng)方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，偏移量x可表示為：
x＝at2＝·2∝
所以，在同樣條件下β與α粒子偏移量之比為＝××≈37＞1。
3．α射線和β射線在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn)：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，α和β粒子沿相反方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且在同樣條件下，β粒子的軌跡半徑小，偏移量大。根據(jù)qvB＝得R＝∝。
所以，在同樣條件下β與α粒子的軌跡半徑之比為＝××≈＜1。
三、原子核的組成
1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，如圖所示為α粒子轟擊氮原子核示意圖。
(1)人們用α粒子轟擊多種原子核，都打出了質(zhì)子，說(shuō)明了什么問題？
(2)絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量數(shù)都大于其質(zhì)子數(shù)，說(shuō)明了什么問題？
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1．質(zhì)子p：
(1)1919年，盧瑟福用________轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。
(2)質(zhì)子帶________電，電荷量與一個(gè)_____電荷量相等，質(zhì)子的質(zhì)量為mp＝1.672 621 898×
10－27 kg。
2．中子n：
(1)盧瑟福猜想，原子核內(nèi)可能還存在著一種質(zhì)量與質(zhì)子相同，但不帶電的粒子，稱為中子，查德威克通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了中子的存在，中子是原子核的組成部分。
(2)中子的質(zhì)量為mn＝1.674 927 471×10－27 kg。
3．原子核的組成：原子核由______和________組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為________。
4．原子核的符號(hào)
5．同位素：核中________相同而________不同的原子，在元素周期表中處于__________，它們互稱為同位素。例如，氫有三種同位素氕、氘、氚，符號(hào)分別是H、H、H。
例4　已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核的質(zhì)量數(shù)是226，試問：
(1)鐳核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)分別是多少？
(2)鐳核的核電荷數(shù)和所帶的電荷量分別是多少？(e＝1.6×10－19 C)
(3)若鐳原子呈中性，它核外有幾個(gè)電子？
(4)Ra是鐳的一種同位素，讓Ra和Ra以相同的速度垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它們運(yùn)動(dòng)的軌道半徑之比是多少？
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1．原子核(符號(hào)X)
原子核
2．基本關(guān)系
(1)核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)；
(2)質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)。
例5　氫的三種同位素，分別是氕(H)、氘(H)和氚(H)，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．它們的質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)都相等
B．它們的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都相等
C．它們的核子數(shù)和中子數(shù)都相等
D．它們的中子數(shù)和核外電子數(shù)都相等
同位素的質(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)，但中子數(shù)不同，所以物理性質(zhì)不同。
1　原子核的組成
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.知道什么是放射性、放射性元素及天然放射現(xiàn)象。2.了解三種射線的本質(zhì)，知道其特點(diǎn)(重難點(diǎn))。3.知道原子核的組成和同位素的概念，會(huì)正確書寫原子核符號(hào)(重點(diǎn))。
一、天然放射現(xiàn)象
1．1896年，物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見的射線。
2．物質(zhì)發(fā)出射線的性質(zhì)稱為放射性，具有放射性的元素稱為放射性元素，放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，叫作天然放射現(xiàn)象。
3．原子序數(shù)大于83的元素，都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于或等于83的元素，有的也能發(fā)出射線。
例1　下列現(xiàn)象中，說(shuō)明原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的是(　　)
A．光電效應(yīng) B．α粒子的散射
C．天然放射現(xiàn)象 D．康普頓效應(yīng)
答案　C
解析　光電效應(yīng)表明了光具有粒子性，故A錯(cuò)誤；α粒子的散射實(shí)驗(yàn)表明原子具有核式結(jié)構(gòu)，故B錯(cuò)誤；天然放射現(xiàn)象反映了原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，故C正確；康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，光子和實(shí)物粒子一樣，具有能量和動(dòng)量，故D錯(cuò)誤。
二、射線的本質(zhì)
α射線、β射線、γ射線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)徑跡如圖，三種射線的帶電情況如何？
答案　α射線：在磁場(chǎng)中向左偏轉(zhuǎn)，由左手定則可判斷α粒子帶正電。
β射線：在磁場(chǎng)中向右偏轉(zhuǎn)，由左手定則可判斷β粒子帶負(fù)電。
γ射線：不偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明γ射線不帶電。
1．α射線：
(1)是高速α粒子流，其組成與氦原子核相同，符號(hào)為He，帶電荷量為2e，質(zhì)量是氫原子的4倍。
(2)速度可以達(dá)到光速的。
(3)電離作用強(qiáng)，穿透能力較弱，在空氣中只能前進(jìn)幾厘米，用一張紙就能把它擋住。
2．β射線：
(1)是高速電子流，符號(hào)為e，帶電荷量為－e。
(2)它的速度可接近光速。
(3)電離作用較弱，穿透能力較強(qiáng)，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板。
3．γ射線：
(1)是能量很高的電磁波，波長(zhǎng)很短，波長(zhǎng)在10－10 m以下。
(2)不帶電，靜止質(zhì)量為0。
(3)電離作用更弱，穿透能力更強(qiáng)，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土。
(1)放射性元素發(fā)出的射線可以直接觀察到。(　×　)
(2)放射性元素發(fā)出的射線的強(qiáng)度可以人工控制。(　×　)
(3)放射性元素的放射性都是自發(fā)的現(xiàn)象。(　√　)
(4)α射線實(shí)際上就是氦原子核，α射線具有較強(qiáng)的穿透能力。(　×　)
(5)β射線是高速電子流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板。(　√　)
(6)γ射線是能量很高的電磁波，電離作用很強(qiáng)。(　×　)
例2　(2022·常州市高二期中)天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示，由此可推知(　　)
A．②來(lái)自于原子核外的電子
B．①的電離作用最強(qiáng)，是一種電磁波
C．③的電離作用較強(qiáng)，是一種電磁波
D．③的電離作用最弱，屬于原子核內(nèi)釋放的光子
答案　D
解析　因?yàn)棣蒙渚€的穿透本領(lǐng)最強(qiáng)，α射線的穿透本領(lǐng)最弱，由題圖可知①為α射線，②為β射線，③為γ射線；β射線的電子來(lái)自原子核內(nèi)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；α射線電離作用最強(qiáng)，但它不是電磁波，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；γ射線的電離作用最弱，屬于原子核內(nèi)釋放的光子，是一種電磁波，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。
例3　如圖所示，放射性元素鐳衰變過(guò)程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．②⑤表示γ射線，①④表示α射線
B．②⑤表示γ射線，③⑥表示α射線
C．③④表示α射線，①⑥表示β射線
D．①④表示β射線，③⑥表示α射線
答案　C
解析　因α射線帶正電，β射線帶負(fù)電，γ射線不帶電，則由電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況可知，③表示α射線，①表示β射線，②表示γ射線；根據(jù)左手定則，結(jié)合在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況可知，④表示α射線，⑥表示β射線，⑤表示γ射線。故選C。
三種射線在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)情況的分析
1．γ射線不論在電場(chǎng)還是磁場(chǎng)中，總是做勻速直線運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
2．α射線和β射線在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn)：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，α和β粒子沿相反方向做類平拋運(yùn)動(dòng)，且在同樣的條件下，β粒子的偏移量大。根據(jù)粒子在沿電場(chǎng)方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，偏移量x可表示為：
x＝at2＝·2∝
所以，在同樣條件下β與α粒子偏移量之比為
＝××≈37＞1。
3．α射線和β射線在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn)：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，α和β粒子沿相反方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且在同樣條件下，β粒子的軌跡半徑小，偏移量大。根據(jù)qvB＝得R＝∝。
所以，在同樣條件下β與α粒子的軌跡半徑之比為＝××≈＜1。
三、原子核的組成
1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，如圖所示為α粒子轟擊氮原子核示意圖。
(1)人們用α粒子轟擊多種原子核，都打出了質(zhì)子，說(shuō)明了什么問題？
(2)絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量數(shù)都大于其質(zhì)子數(shù)，說(shuō)明了什么問題？
答案　(1)說(shuō)明質(zhì)子是原子核的組成部分。
(2)說(shuō)明原子核中除了質(zhì)子外還有其他粒子。
1．質(zhì)子p：
(1)1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。
(2)質(zhì)子帶正電，電荷量與一個(gè)電子電荷量相等，質(zhì)子的質(zhì)量為mp＝1.672 621 898×10－27 kg。
2．中子n：
(1)盧瑟福猜想，原子核內(nèi)可能還存在著一種質(zhì)量與質(zhì)子相同，但不帶電的粒子，稱為中子，查德威克通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了中子的存在，中子是原子核的組成部分。
(2)中子的質(zhì)量為mn＝1.674 927 471×10－27 kg。
3．原子核的組成：原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。
4．原子核的符號(hào)
5．同位素：核中質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱為同位素。例如，氫有三種同位素氕、氘、氚，符號(hào)分別是H、H、H。
例4　已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核的質(zhì)量數(shù)是226，試問：
(1)鐳核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)分別是多少？
(2)鐳核的核電荷數(shù)和所帶的電荷量分別是多少？(e＝1.6×10－19 C)
(3)若鐳原子呈中性，它核外有幾個(gè)電子？
(4)Ra是鐳的一種同位素，讓Ra和Ra以相同的速度垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它們運(yùn)動(dòng)的軌道半徑之比是多少？
答案　(1)88　138　(2)88　1.408×10－17 C　(3)88　(4)
解析　(1)原子序數(shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)、中性原子的核外電子數(shù)都是相等的。原子核的質(zhì)量數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和，鐳核中的質(zhì)子數(shù)等于原子序數(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)鐳核的核電荷數(shù)和所帶的電荷量分別是：Z＝88，
Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C＝1.408×10－17 C。
(3)核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88。
(4)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，故有qvB＝m
解得r＝
二者的速度相同，又由于同位素具有相同的核電荷數(shù)，但質(zhì)量數(shù)不同，故＝＝＝。
1．原子核(符號(hào)X)
原子核
2．基本關(guān)系
(1)核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)；
(2)質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)。
例5　氫的三種同位素，分別是氕(H)、氘(H)和氚(H)，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．它們的質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)都相等
B．它們的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都相等
C．它們的核子數(shù)和中子數(shù)都相等
D．它們的中子數(shù)和核外電子數(shù)都相等
答案　A
解析　具有相同質(zhì)子數(shù)，不同中子數(shù)的同一元素的不同原子互為同位素。核外電子數(shù)和質(zhì)子數(shù)相等，所以它們的質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)都相等，但是中子數(shù)不同，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子，由于中子數(shù)不同，所以它們的核子數(shù)不相等，故選A。
同位素的質(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)，但中子數(shù)不同，所以物理性質(zhì)不同。

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