2019届高中物理第十九章原子核第1节原子核的组成讲义含解析 11页

原子核的组成天然放射现象及三种射线[探新知·基础练]1．放射性和放射性元素(1)1896年，法国物理学家贝可勒尔发现，铀和含铀矿物都能发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射元素。(2)玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)、镭(Ra)。2．天然放射现象放射性元素自发地发出射线的现象。原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线。3．三种射线(1)三种射线：在射线经过的空间施加磁场，射线分成三束，其中两束在磁场中向不同的方向偏转，说明这两束是带电粒子流，另一束在磁场中不偏转，说明这一束不带电，这三束射线分别叫做α射线、β射线、γ射线。(2)α射线实际上就是氦原子核，速度可达到光速的，其电离能力强，穿透能力较差，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。(3)β射线是高速电子流，它速度很大，可达光速的99%，它的穿透能力较强，电离作用较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。(4)γ射线呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10m以下，它的电离作用更小，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)1．原子序数小于83的元素都没有放射性。(×)2．α射线、β射线、γ射线都是实物粒子。(×)3．三种射线中γ射线穿透能力最强。(√)[释疑难·对点练]1．在电场、磁场中偏转情况的比较(1)在匀强电场中，α射线偏转较小，β射线偏转较大，γ射线不偏转，如图甲所示。n(2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图乙所示。(3)α射线和β射线在电场中偏转的特点在匀强电场中，α粒子和β粒子做偏转方向相反的类平抛运动，且在同样的条件下，β粒子的偏移较大。根据粒子在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动，可得偏移量为y＝at2＝·2∝，所以，在同样的条件下β粒子与α粒子的偏移量之比为＝··＝＞1。(4)α射线和β射线在磁场中偏转的特点在匀强磁场中，α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样的条件下，β粒子的轨道半径较小，偏转较大。根据qvB＝m得R＝∝，所以，在同样的条件下β粒子与α粒子的轨道半径之比为＝··＝＜1。根据三种射线在电场和磁场中偏转的特点，即使电场和磁场方向未知，也可以区分射线的种类。2．研究放射性的意义如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响。也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关。因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着一定结构。[试身手]1．(多选)下列说法正确的是(　　)A．α射线与γ射线都是电磁波nB．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流C．从伦琴射线管的对阴极发出X射线时，对阴极中的原子和原子核的结构并没有改变，只是原子从能量较高的定态跃迁到较低的定态D．放射性元素有射线放出时，元素的原子核一定发生变化解析：选CD　α射线是实物粒子流，不是电磁波，A错；β射线是原子核中的中子转变成质子而释放的电子流，不是核外电子电离后形成的，故B错；X射线是原子的内层电子受到激发后，原子从高能级向低能级跃迁而产生的，对阴极中的原子和原子核的结构没有影响，故C对；放射性元素有射线放出时，原子核一定发生了变化，故D对。原子核的组成[探新知·基础练]1．质子的发现2.中子的发现3．原子核的组成原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。4．原子核的符号5．同位素具有相同的质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素。例如，氢有三种同位素H、H、H。[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)1．同位素具有相同的化学性质。(√)2．同位素具有相同的物理性质。(×)[释疑难·对点练]1．原子核(符号X)n原子核2．基本关系核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数。质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数。3．对核子数、电荷数、质量数的理解(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，质子数和中子数之和叫做核子数。(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫做原子核的电荷数。(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫做原子核的质量数。[试身手]2．(多选)某种元素的原子核符号为X，则(　　)A．原子核的质子数为Z，中子数为A－ZB．原子核的质子数为Z，核子数为AC．原子核的质子数为A，中子数为ZD．原子核的质子数为A，中子数为A－Z解析：选AB　X表示原子核，其中X为元素符号；A为原子核的质量数；Z为原子核的电荷数，也叫质子数；中子数为A－Z；核子数就是质子数和中子数之和。故A、B正确。三种射线在电场或磁场中的偏转[典例1]　如图所示，一天然放射性物质发出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域(方向如图所示)。调整电场强度E和磁感应强度B的大小，使得在MN上只有两个点受到射线的照射，则下面判断正确的是(　　)A．射到b点的一定是α射线B．射到b点的一定是β射线C．射到b点的一定是α射线或β射线D．射到b点的一定是γ射线n[思路点拨]　解答本题时应明确以下两点：(1)α、β、γ这三种射线的本质。(2)带电粒子在电磁场中运动的规律。[解析]选C　γ射线不带电，在电场和磁场中它都不受力的作用，只能射到a点，选项D错误；调整E和B的大小，既可以使带正电的α射线沿直线前进，也可以使带负电的β射线沿直线前进，沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡，即qE＝qBv。α粒子的速度比β粒子的速度小得多，当α粒子沿直线前进时，速度较大的β粒子向右偏转；当β粒子沿直线前进时，速度较小的α粒子也向右偏转，故选项C正确，A、B错误。三种射线的比较方法：(1)α、β射线是实物粒子，γ射线是一种电磁波。(2)α射线贯穿本领最弱，用一张白纸就能挡住。[典例2]　一置于铅盒中的放射源发射出的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场。进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图所示，则图中的射线a为______射线，射线b为______射线。[解析]　在三种射线中，α射线带正电，穿透能力最弱，穿不透铝箔，γ射线不带电，穿透能力最强；β射线带负电，穿透能力一般，综上所述，结合题意可知，射线a应为γ射线，射线b应为β射线。[答案]　γ　β原子核的组成[典例3]　已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226，试问：(1)镭核中质子数和中子数分别是多少？(2)镭核的核电荷数和所带电荷量是多少？(3)若镭原子呈中性，它核外有多少电子？[思路点拨]　通过原子序数、质量数、质子数、中子数、核电荷数、电子数间的关系求解相应数值。[解析]　(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数与质子数之差，即N＝226－88＝138。(2)镭核的核电荷数和所带电荷量分别是Z＝88，Q＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C。n(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88。[答案]　(1)88　138　(2)88　1.41×10－17C　(3)88[课堂对点巩固]1．(多选)氢有三种同位素，分别是氕(H)、氘(H)、氚(H)，则(　　)A．它们的质子数相等B．它们的核外电子数相等C．它们的核子数相等D．它们的中子数相等解析：选AB　氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相等，都为1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相等，所以A、B选项正确。2．(多选)由原子核符号U，可知(　　)A.U原子核中有质子92个B.U原子核中有电子92个C.U原子核中有中子235个D.U原子核中有中子143个解析：选AD　原子核符号为X，A为核子数，Z为质子数，可见U原子核中核子数是235个，质子数是92，中子数为235－92＝143，故B、C错误，A、D正确。3．据最新报道，放射性同位素钬Ho，可有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是(　　)A．32　　　　　　　B．67C．99D．166解析：选A　根据原子核的表示方法得核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故核内中子数与核外电子数之差为99－67＝32，故A对，B、C、D错。4．在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是(　　)A．γ射线的贯穿作用B．α射线的电离作用C．β射线的贯穿作用D．β射线的中和作用解析：选B　由于α射线电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和。故正确选项为B。[课堂小结]n[课时跟踪检测十三]一、单项选择题1．下列说法正确的是(　　)A．任何元素都具有放射性B．同一元素，单质具有放射性，化合物可能没有C．元素的放射性与温度无关D．放射性就是该元素的化学性质解析：选C　原子序数大于或等于83的所有元素都有放射性，小于83的元素有的就没有放射性，所以A项错；放射性是由原子核内部因素决定的，与该元素的物理状态、化学性质无关，所以C项对，B、D项错。2．下列说法正确的是(　　)A．质子和中子的质量不同，但质量数相同B．质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中子的质量总和C．同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同D．中子不带电，所以原子核的总电荷量等于质子和电子的总电荷量之和解析：选A　质子和中子的质量不同，但质量数相同，A对；质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中子的质量数总和，B错；同一种元素的原子核有相同的质子数，但中子数可以不同，C错；中子不带电，所以原子核的总电荷量等于质子总电荷量，D错。3．原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，下列说法正确的是(　　)A．原子核中，有质子、中子、还有α粒子B．原子核中，有质子、中子、还有β粒子C．原子核中，有质子、中子、还有γ粒子D．原子核中，只有质子和中子解析：选D　α射线是被抛出的氦核粒子流，β射线是中子转变成质子释放的电子流，γ射线是伴随α、β射线放出的光子流，故原子核中，只有质子和中子，D对。4．下面说法正确的是(　　)①β射线的粒子和电子是两种不同的粒子　②红外线的波长比X射线的波长长　③nα射线的粒子不同于氦原子核　④γ射线的穿透本领比α射线的强A．①②B．①③C．②④D．①④解析：选C　X、γ射线均为电磁波，只是波长不同。红外线也是电磁波，由电磁波谱知红外线的波长比X射线波长要长。另外，β射线是电子流，α粒子是氦核，从α、β、γ三种射线的穿透本领来看，γ射线最强，α射线最弱，故选项C对。5．人类探测月球发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可以作为未来核聚变的重要原料之一，氦的这种同位素应表示为(　　)A.HeB.HeC.HeD.He解析：选B　氦的同位素质子数一定为2，质量数为3，故可写作He，因此B正确，A、C、D错误。6．天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法错误的是(　　)A．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线B．某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核C．三种射线中电离作用最强的是α射线D．β粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子解析：选B　由三种射线的本质和特点可知，α射线贯穿本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A正确；γ射线是伴随α、β衰变而产生的一种电磁波，不会使原子核变成新核，故B错误；三种射线中α射线电离作用最强，故C正确；β粒子是电子，来源于原子核，故D正确。7．(上海高考)某种元素具有多种同位素，能反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是图(　　)解析：选B　某种元素中质子数与中子数相当，质量数等于质子数与中子数之和，因此当中子数N增大时，质量数A也会增大，选项A、D错误；又中子数N为零时，质子数不为零，所以质量数A不为零，选项B正确，C错误。二、多项选择题8．关于天然放射现象和对放射性的研究，下列说法正确的是(　　)A．是居里夫妇首先发现并开始研究的B．说明了原子核不是单一的粒子C．γ射线伴随α射线或β射线而产生D．任何放射性元素都能同时发出三种射线n解析：选BC　首先发现天然放射现象的是法国的贝可勒尔，A错误；放射现象的研究揭示出原子核的可变性，即原子核不是单一粒子，也是具有复杂结构的，B正确；γ射线是在原子核放射α粒子或β粒子的时候，多余的能量以极高频率的γ光子的形式产生的辐射，因此，γ射线是伴随(不是一定伴随)α射线或β射线而放出的，C正确，D错误。9．下列说法中正确的是(　　)A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B．原子核中的质子数，一定跟核外电子数相等C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子电荷数之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子解析：选CD　原子中除了带负电的电子外，还有带正电的质子，且一般情况下质子和核外电子数目相等，故A错；只有中性原子的原子核中的质子数才跟核外电子数相等，故B错；正是根据用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C对；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子的电荷数之比，才确定原子核内必还有别的中性粒子，故D对。10．下面关于β射线的说法中正确的是(　　)A．它是高速电子流B．β粒子是放射出来的原子内层电子C．β粒子是从原子核中放射出来的D．它的电离作用比较弱，但它的穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板解析：选AC　β射线是高速的电子流，它是从原子核内部放射出来的，电离作用较弱，穿透能力较强，能穿透几毫米的铝板，故A、C正确。三、非选择题11．已知镭的两种常见同位素为Ra和Ra。试问：(1)这两种镭核的中子数之比是多少？(2)让Ra和Ra以相同的速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？解析：(1)它们的中子数分别为N1＝A1－Z＝226－88＝138，N2＝A2－Z＝228－88＝140，所以中子数之比为N1∶N2＝69∶70。(2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，故有nqvB＝m，解得r＝由于同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故＝＝。答案：(1)69∶70　(2)113∶11412．在暗室的真空装置中做如下实验：在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中，有一个能产生α、β、γ三种射线的射线源。从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图所示。在与射线源距离为H高处，水平放置两张叠放着的、涂药面朝下的印像纸(比一般纸厚且涂有感光药的纸)，经射线照射一段时间后两张印像纸显影。(1)上面的印像纸有几个暗斑？各是什么射线的痕迹？(2)下面的印像纸显出三个暗斑，试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比是多少？(3)若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场，一次使α射线不偏转，一次使β射线不偏转，则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少？解析：(1)因α粒子贯穿本领弱，穿过下层纸的只有β射线、γ射线，β射线、γ射线在上面的印像纸上留下两个暗斑。(2)下面印像纸从左向右依次是β射线、γ射线、α射线留下的暗斑。设α射线、β射线暗斑到中央γ射线暗斑的距离分别为sα、sβ，则sα＝aα·2，sβ＝aβ·2，aα＝，aβ＝。由以上四式解得＝。(3)若使α射线不偏转，qαE＝qαvαBα，所以Bα＝，n同理若使β射线不偏转，应加磁场Bβ＝，故＝＝10∶1。答案：(1)两个暗斑　β射线、γ射线(2)5∶184　(3)10∶1