高中物理教科版5第三章原子核 第3章1原子核的組成與核力

1．原子核的組成與核力學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1.掌握原子核的組成，知道核子和同位素的概念．(重點)2．知道核力的概念及特征．(重點)3．知道核反應(yīng)的定義，會正確書寫核反應(yīng)方程.原子核的組成eq\o([先填空])1．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)(如圖3-1-1所示)圖3-1-12．中子的發(fā)現(xiàn)(如圖3-1-2所示)圖3-1-23．原子核的組成由質(zhì)子和中子組成，它們統(tǒng)稱為核子．4．原子核的符號5．同位素具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱同位素．例如，氫有三種同位素，eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H.eq\o([再判斷])1．原子核的核子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)．(×)2．質(zhì)量數(shù)就是原子核的質(zhì)量．(×)3．在元素周期表中處在同一位置上，而質(zhì)量數(shù)不同的元素叫同位素．(√)eq\o([后思考])同一種元素的幾種同位素，它們的化學(xué)性質(zhì)相同嗎？為什么？【提示】相同．因為同位素具有相同的質(zhì)子數(shù)，所以具有相同的核外電子數(shù)，元素的化學(xué)性質(zhì)取決于核外電子，所以同位素的化學(xué)性質(zhì)相同．1．原子核的組成原子核是由質(zhì)子、中子構(gòu)成的，質(zhì)子帶正電，中子不帶電．不同的原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的個數(shù)并不相同．2．原子核的符號和數(shù)量關(guān)系(1)符號：eq\o\al(A,Z)X.(2)基本關(guān)系：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)．質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(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)的原子核互稱為同位素．1．α粒子可以表示為eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(4,2)He中的4為__________，2為________．【解析】根據(jù)eq\o\al(4,2)He所表示的物理意義，原子核的質(zhì)子數(shù)決定核外電子數(shù)，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)．原子核的質(zhì)量數(shù)就是核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和，即為核內(nèi)的核子數(shù).eq\o\al(4,2)He符號的左下角表示的是質(zhì)子數(shù)或核外電子數(shù)，即為2，eq\o\al(4,2)He符號左上角表示的是核子數(shù)，即為4.【答案】質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和(或質(zhì)量數(shù))質(zhì)子數(shù)2．下列說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：11010033】\o\al(n,m)X與eq\o\al(n,m-1)Y互為同位素\o\al(n,m)X與eq\o\al(n-1,m)Y互為同位素\o\al(n,m)X與eq\o\al(n-2,m-2)Y中子數(shù)相同\o\al(235,92)U核內(nèi)有92個質(zhì)子，235個中子\o\al(235,92)U核內(nèi)有92個質(zhì)子，143個中子【解析】A選項中，X核與Y核的質(zhì)子數(shù)不同，不能互為同位素；B選項中eq\o\al(n,m)X核與eq\o\al(n-1,m)Y核質(zhì)子數(shù)都為m，而質(zhì)量數(shù)不同，則中子數(shù)不同，所以互為同位素；C選項中eq\o\al(n,m)X核內(nèi)中子數(shù)為n－m，eq\o\al(n-2,m-2)Y核內(nèi)中子數(shù)為(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子數(shù)相同；eq\o\al(235,92)U核內(nèi)有143個中子，而不是235個中子．【答案】BCE3．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)鐳核中有幾個質(zhì)子？幾個中子？(2)鐳核所帶電荷量是多少？(3)若鐳原子呈電中性，它核外有幾個電子？(4)eq\o\al(228,88)Ra是鐳的一種同位素，讓eq\o\al(226,88)Ra和eq\o\al(228,88)Ra以相同速度垂直射入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，它們運動的軌跡半徑之比是多少？【解析】因為原子序數(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．由此可得：(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＝88××10－19C≈×10－17C.(3)鐳原子呈電中性，則核外電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，故核外電子數(shù)為88.(4)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力，故有Bqv＝meq\f(v2,r)，r＝eq\f(mv,qB).兩種同位素具有相同的核電荷數(shù)，但質(zhì)量數(shù)不同，故eq\f(r226,r228)＝eq\f(226,228)＝eq\f(113,114).【答案】(1)88138(2)×10－17C(3)88(4)113∶114原子核的“數(shù)”與“量”辨析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．核力eq\o([先填空])1．核力原子核內(nèi)核子之間的相互作用力．2．核力的特征(1)核力是強力，在原子核內(nèi)，核力比庫侖力大得多．(2)核力是短程力，當(dāng)兩核子中心相距大于核子本身線度時，核力幾乎完全消失．(3)核力與電荷無關(guān)，質(zhì)子與質(zhì)子，質(zhì)子與中子，以及中子與中子之間的核力是相等的．3．原子核的穩(wěn)定性質(zhì)子數(shù)越多的原子核，就需要有更多的中子來維持核的穩(wěn)定，在大而穩(wěn)定的原子核中，中子的數(shù)量多于質(zhì)子．eq\o([再判斷])1．原子核內(nèi)的質(zhì)子間均存在核力和庫侖力．(×)2．穩(wěn)定原子核的質(zhì)子數(shù)總是與中子數(shù)相等．(×)3．對質(zhì)子數(shù)較多的原子核，其中的中子數(shù)起到增加核力、維系原子核穩(wěn)定的作用．(√)eq\o([后思考])原子核是由中子和質(zhì)子組成的，在原子核狹小的空間里，帶正電的質(zhì)子為什么能擠在一起而不飛散？【提示】組成原子核的相鄰的核子間存在核力．1．原子核中核子比例關(guān)系：自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等；對于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)．越重的原子核，兩者相差越多．2．形成原因及原子核的穩(wěn)定性(1)原子核大到一定程度時，相距較遠的質(zhì)子間的核力非常小，較多的質(zhì)子聚集在一起的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，原子核就不穩(wěn)定了．這時，不再成對地增加質(zhì)子和中子，而只增加中子，中子與其他核子間沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，有助于維系原子核的穩(wěn)定性．(2)核力的飽和性：穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多．由于核力的作用范圍是有限的，核力具有飽和性，如果我們繼續(xù)增大原子核，一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用，這時即使再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的．所以，原子核的大小也受到限制．4．關(guān)于核力，下列說法中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：11010034】A．原子核內(nèi)每個核子只跟與它們相鄰的核子間才有核力作用B．核力既可能是引力，又可能是斥力C．核力對核子做正功，原子核要釋放核能D．原子核內(nèi)的某一核子與其他核子間都有核力作用E．原子核內(nèi)相距較遠的兩個核子間沒有核力作用，不一定有庫侖力作用【解析】核力有時表現(xiàn)為引力，有時表現(xiàn)為斥力，但不是說核力既可能是引力，又可能是斥力，故B錯誤；核力是短程力，只有在×10－15m左右的范圍內(nèi)起作用，故A正確，D錯誤；核子結(jié)合成原子核時，核力對核子做正功，原子核釋放一定的能量，故C正確；原子核內(nèi)兩核子相距較遠時沒有核力作用，核內(nèi)質(zhì)子與中子間不會有庫侖力作用，E正確．【答案】ACE5．核子結(jié)合成原子核的下列說法中，正確的是()A．原子核內(nèi)的核子間均存在核力B．原子核內(nèi)的質(zhì)子間均存在核力和庫侖力C．當(dāng)n個核子靠近到核力作用的范圍而結(jié)合為原子核時，其間勢能一定減小D．質(zhì)子數(shù)較多的原子核，其中的中子起到增加核力、維系原子核穩(wěn)定的作用E．原子核內(nèi)的相鄰核子間的核力與核子是否帶電無關(guān)【解析】由于核力為短程力，只會發(fā)生在相鄰核子之間，與核子是否帶電無關(guān)，由此知A、B錯誤，E正確；當(dāng)n個核子靠近到核力作用范圍內(nèi)，而距離大于×10－15m時，核力表現(xiàn)為引力，在此過程中核力必做正功，其間勢能必定減小，形成原子核后距離一般不小于×10－15m，故C正確；質(zhì)子數(shù)較多的原子核由于只有相鄰的核子間才有核力，但各個質(zhì)子間均有很強的庫侖斥力，隨著質(zhì)子數(shù)的增加，其庫侖力增加，對于穩(wěn)定的原子核，必須存在較多的中子才能維系二者的平衡，故D正確．【答案】CDE1核力是強力，只存在于相鄰核子之間.2核力的存在與核子是否帶電及電性無關(guān).3原子核的穩(wěn)定性與核力和庫侖力的大小關(guān)系有關(guān).核反應(yīng)eq\o([先填空])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)和電荷數(shù)守恒．eq\o([再判斷])1．盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的過程就是原子核的人工轉(zhuǎn)變過程．(√)2．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．(×)eq\o([后思考])書寫核反應(yīng)方程時為什么不能用等號連接？【提示】核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，核反應(yīng)方程不能用等號連接，只能用單箭頭表示反應(yīng)方向．1．核反應(yīng)的條件用α粒子、質(zhì)子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變．2．核反應(yīng)的實質(zhì)用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開，而是粒子打入原子核內(nèi)部使核發(fā)生了轉(zhuǎn)變．3．原子核人工轉(zhuǎn)變的三大發(fā)現(xiàn)(1)1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(2)1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)1934年約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e.4．人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)與衰變的比較(1)不同點：原子核的人工轉(zhuǎn)變是一種核反應(yīng)，是其他粒子與原子核相碰撞的結(jié)果，需要一定的裝置和條件才能發(fā)生，而衰變是原子核的自發(fā)變化，它不受物理和化學(xué)條件的影響．(2)相同點：人工轉(zhuǎn)變與衰變過程一樣，在發(fā)生過程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒，反應(yīng)前后粒子總動量守恒．6．以下是物理學(xué)史上3個著名的核反應(yīng)方程x＋eq\o\al(7,3)Li→2yy＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,8)Oy＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,6)Cx、y和z是3種不同的粒子，下列說法正確的是()A．x為α粒子B．x為質(zhì)子C．y為α粒子D．y為電子E．z為中子【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可以確定x為質(zhì)子eq\o\al(1,1)H，y為eq\o\al(4,2)He即α粒子，z為中子eq\o\al(1,0)n.【答案】BCE7．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、中子和正電子的．(1)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(13,7)N＋()(2)eq\o\al(9,4)Be＋()→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)eq\o\al(27,13)Al＋()→eq\o\al(27,12)Mg＋eq\o\al(1,1)H(4)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋()(5)eq\o\al(23,11)Na＋()→eq\o\al(24,11)Na＋eq\o\al(1,1)H(6)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(1,0)n＋()；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋()【解析】(1)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(13,7)N＋eq\o\al(1,0)n(2)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n由此核反應(yīng)使查德威克首次發(fā)現(xiàn)了中子．(3)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(27,12)Mg＋eq\o\al(1,1)H(4)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H此核反應(yīng)使盧瑟福首次發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子．(5)eq\o\al(23,11)