新教材適用2024-2025學(xué)年高中物理第5章原子核1.原子核的組成學(xué)案新人教版選擇性必修第三冊(cè)

1.原子核的組成課程標(biāo)準(zhǔn)1．知道放射現(xiàn)象和放射性元素。2．了解三種射線的特性，了解原子核的組成，知道原子核的表示方法。3．了解同位素的概念。了解威爾遜云室的工作原理。4．通過(guò)對(duì)原子核結(jié)構(gòu)的探究，感悟探究微觀世界的探討方法，強(qiáng)化證據(jù)意識(shí)和推理實(shí)力。素養(yǎng)目標(biāo)1．知道什么是放射性、放射性元素及自然放射現(xiàn)象。2．了解三種射線的本質(zhì)，知道其特點(diǎn)。3．知道原子核的組成，知道原子核的表示方法，理解原子序數(shù)、核電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)之間的關(guān)系。4．了解同位素的概念。學(xué)問(wèn)點(diǎn)1自然放射現(xiàn)象1．放射性物質(zhì)_放射射線___的性質(zhì)。2．放射性元素具有_放射性___的元素。3．自然放射現(xiàn)象放射性元素自發(fā)地_放出射線__的現(xiàn)象?！号幸慌小?1)自然放射現(xiàn)象的發(fā)覺(jué)揭示了原子核還可再分。(√)(2)原子序數(shù)大于83的元素都是放射性元素。(√)『選一選』以下事實(shí)可作為“原子核可再分”的依據(jù)的是(A)A．自然放射現(xiàn)象 B．α粒子散射試驗(yàn)C．電子的發(fā)覺(jué) D．康普頓效應(yīng)解析：貝克勒爾發(fā)覺(jué)了自然放射現(xiàn)象，說(shuō)明原子核也是有著困難的結(jié)構(gòu)的，揭示了原子核還可再分；盧瑟福通過(guò)α粒子散射試驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型；J.J.湯姆孫發(fā)覺(jué)了電子，說(shuō)明原子可再分；康普頓效應(yīng)說(shuō)明光子既有能量也有動(dòng)量，不能說(shuō)明原子核可再分，故本題應(yīng)選A。學(xué)問(wèn)點(diǎn)2三種射線的本質(zhì)及特征1．α射線它是高速_氦核___流，速度約為光速的eq\f(1,10)，穿透實(shí)力_較差___，電離作用比較強(qiáng)。2．β射線它是高速_電子___流，速度可達(dá)光速的99%，穿透實(shí)力_較強(qiáng)___，電離作用_較弱___。3．γ射線它是能量很高的_電磁波___，穿透實(shí)力很強(qiáng)，電離作用_很弱___。學(xué)問(wèn)點(diǎn)3原子核的組成1．質(zhì)子的發(fā)覺(jué)2．中子的發(fā)覺(jué)3．原子核的組成(1)原子核由_質(zhì)子___和_中子___組成，組成原子核的_質(zhì)子___和_中子___統(tǒng)稱為核子。(2)質(zhì)子帶一個(gè)單位的_正___電荷，中子不帶電，質(zhì)子和中子質(zhì)量幾乎_相等___，都等于一個(gè)質(zhì)量單位。(3)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)。4．同位素具有相同的_質(zhì)子數(shù)___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eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H?！号幸慌小?3)γ射線是光子流，是能量很高的電磁波。(√)(4)同一元素的兩種同位素具有相同的質(zhì)量數(shù)。(×)(5)質(zhì)子和中子都不帶電，是原子核的組成成分，統(tǒng)稱為核子。(×)(6)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)。(√)『想一想』關(guān)于原子核內(nèi)部信息的探討，最早來(lái)自礦物的自然放射現(xiàn)象。那么，人們是怎樣從破解自然放射現(xiàn)象入手，一步步揭開了原子核隱私的呢？答案：首先在1896年，貝克勒爾發(fā)覺(jué)了自然放射現(xiàn)象，說(shuō)明原子核是可以再分的。然后在1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，發(fā)覺(jué)了質(zhì)子，說(shuō)明質(zhì)子是原子核的組成部分，再后來(lái)在1932年，查德威克用α粒子轟擊鈹原子核，發(fā)覺(jué)了中子，說(shuō)明中子是原子核的組成部分，由此，一步步揭開了原子核的隱私。探究自然放射現(xiàn)象要點(diǎn)提煉1．自然放射現(xiàn)象(1)發(fā)覺(jué)者1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾。(2)放射性鈾和含鈾的礦物質(zhì)都能夠放出看不見(jiàn)的射線，這種射線可以使包在黑紙里的照相底片感光。物體放射出射線的性質(zhì)叫作放射性。(3)放射性元素放射性并不是少數(shù)幾種元素才有的，探討發(fā)覺(jué)，原子序數(shù)大于或等于83的全部元素，都能自發(fā)地放出射線，原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性，元素這種自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫作自然放射現(xiàn)象，現(xiàn)在用人工的方法也可以制造放射性同位素。2．三種射線的比較種類α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電量2e－e0質(zhì)量4mpmp＝1.67×10－27kgeq\f(mp,1840)靜止質(zhì)量為零速度0.1c0.99cc在電磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)與α射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本事最弱用紙能攔住較強(qiáng)穿透幾毫米的鋁板最強(qiáng)穿透幾厘米的鉛板對(duì)空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱在云室中的徑跡粗、短、直細(xì)、較長(zhǎng)、曲折最長(zhǎng)通過(guò)膠片感光感光感光(1)假如一種元素具有放射性，那么不論它是以單質(zhì)的形式存在，還是以某種化合物的形式存在，放射性都不受影響。也就是說(shuō)，放射性與元素存在的狀態(tài)無(wú)關(guān)，放射性僅與原子核有關(guān)。因此，原子核不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子核也存在著肯定結(jié)構(gòu)。(2)β射線的電子是從原子核中放出來(lái)的，并不是從原子核外的電子中放出來(lái)的。典例剖析典例1(多選)將α、β、γ三種射線分別射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，如下圖表示射線偏轉(zhuǎn)狀況中正確的是(AD)解題指導(dǎo)：處理該類問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是力學(xué)規(guī)律在電、磁場(chǎng)中的綜合運(yùn)用，解決該類問(wèn)題的一般步驟是：①明確α、β、γ射線粒子的電性；②分析它們?cè)陔妶?chǎng)和磁場(chǎng)中受到的力；③結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)、類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解。解析：已知α粒子帶正電，β粒子帶負(fù)電，γ射線不帶電，依據(jù)正、負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受洛倫茲力方向和正、負(fù)電荷在電場(chǎng)中受電場(chǎng)力方向，可知A、B、C、D四幅圖中，α、β粒子的偏轉(zhuǎn)方向都是正確的，但偏轉(zhuǎn)的程度需進(jìn)一步推斷。帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其半徑r＝eq\f(mv,Bq)，將其數(shù)據(jù)代入，則α粒子與β粒子的半徑之比為：eq\f(rα,rβ)＝eq\f(mα,mβ)·eq\f(vα,vβ)·eq\f(qβ,qα)，＝eq\f(4,\f(1,1840))×eq\f(0.1c,0.99c)×eq\f(1,2)≈371.7，由此可見(jiàn)，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，設(shè)初速度為v0，垂直電場(chǎng)線方向位移為x，沿電場(chǎng)線方向位移為y，則有：x＝v0t；y＝eq\f(1,2)·eq\f(qE,m)t2，消去t可得：y＝eq\f(qEx2,2mv\o\al(2,0))。對(duì)某一確定的x值，α、β粒子沿電場(chǎng)線偏轉(zhuǎn)距離之比為eq\f(yα,yβ)＝eq\f(qα,qβ)·eq\f(mβ,mα)·eq\f(v\o\al(2,β),v\o\al(2,α))＝eq\f(2,1)×eq\f(\f(1,1840),4)×eq\f((0.99c)2,(0.1c)2)＝eq\f(1,37.5)，由此可見(jiàn)，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。故正確答案是AD。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?圖甲是α、β、γ三種射線穿透實(shí)力的示意圖，人們依據(jù)射線的特性設(shè)計(jì)了在不損壞工件的狀況下利用射線的穿透性，來(lái)檢查金屬內(nèi)部傷痕的狀況，如圖乙所示。圖乙中檢查所利用的射線是(C)A．α射線 B．β射線C．γ射線 D．三種射線都可以解析：γ射線的穿透實(shí)力很強(qiáng)，它能穿透薄金屬板和較厚的水泥墻。所以圖乙是利用γ射線檢查金屬內(nèi)部傷痕的狀況，C選項(xiàng)正確。探究原子核的組成要點(diǎn)提煉1．原子核(符號(hào)eq\o\al(A,Z)X)2．對(duì)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)量差別特別微小，二者統(tǒng)稱為核子，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù)。(2)電荷數(shù)(Z)：原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，通常用這個(gè)整數(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)量的總和，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(gè)核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個(gè)整數(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)確定了核外電子的數(shù)目，進(jìn)而也確定了元素的化學(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。(1)β射線是原子核改變時(shí)產(chǎn)生的，電子并不是原子核的組成部分。(2)同位素的化學(xué)性質(zhì)相同，但物理性質(zhì)不同。典例剖析典例2已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核質(zhì)量數(shù)是226，試問(wèn)：(1)鐳核中有多少個(gè)質(zhì)子？多少個(gè)中子？(2)鐳核所帶的電荷量是多少？(3)若鐳原子呈中性，它核外有多少個(gè)電子？解題指導(dǎo)：核電荷數(shù)與原子核的電荷量是不同的，要理清他們的關(guān)系。解析：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＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C。(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)88138(2)1.41×10－17C(3)88對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?(多選)下列說(shuō)法中正確的是(CD)A．原子中含有帶負(fù)電的電子，所以原子帶負(fù)電B．原子核中的質(zhì)子數(shù)，肯定跟核外電子數(shù)相等C．用α粒子轟擊氮、氟、鈉、鋁等元素的原子核都可以打出質(zhì)子，因此人們斷定質(zhì)子是原子核的組成部分D．絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于核電荷跟質(zhì)子電荷之比，因而原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子解析：原子中除了帶負(fù)電的電子外，還有帶正電的質(zhì)子，故A錯(cuò)誤；對(duì)于中性原子來(lái)說(shuō)，原子核中的質(zhì)子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等，故B錯(cuò)誤；正是由于α粒子轟擊原子核的試驗(yàn)才發(fā)覺(jué)了質(zhì)子，故C正確；因?yàn)榻^大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于核電荷跟質(zhì)子電荷之比，才確定原子核內(nèi)必定還有別的中性粒子，故D正確。原子核的“數(shù)”與“量”的辨析技巧(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肯定是質(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。(3)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)。案例以下說(shuō)法正確的是(D)A．eq\o\al(234,90)Th為釷核，由此可知，釷核的質(zhì)量數(shù)為90，釷核的質(zhì)子數(shù)為234B．eq\o\al(9,4)Be為鈹核，由此可知，鈹核的質(zhì)量數(shù)為9，鈹核的中子數(shù)為4C．同一元素的兩種同位素具有相同的質(zhì)量數(shù)D．同一元素的兩種同位素具有不同的中子數(shù)解析：釷核的質(zhì)量數(shù)為234，質(zhì)子數(shù)為90，所以A錯(cuò)誤；鈹核的質(zhì)子數(shù)為4，中子數(shù)為5，所以B錯(cuò)誤；由于同位素是指質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同，即質(zhì)量數(shù)不同，因而C錯(cuò)誤，D正確。一、自然放射現(xiàn)象1．下列事實(shí)中，能說(shuō)明原子核具有困難結(jié)構(gòu)的是(B)A．α粒子散射試驗(yàn)B．自然放射現(xiàn)象C．光電效應(yīng)現(xiàn)象D．原子發(fā)光現(xiàn)象解析：盧瑟福通過(guò)α粒子散射試驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，A錯(cuò)誤；貝克勒爾發(fā)覺(jué)了自然放射現(xiàn)象，說(shuō)明原子核有著困難的結(jié)構(gòu)，揭示了原子核還可再分，B正確；光電效應(yīng)是原子核外電子脫離原子核的束縛而逸出，沒(méi)有涉及原子核的改變，C錯(cuò)誤；原子發(fā)光是原子躍遷形成的，沒(méi)有涉及原子核的改變，D錯(cuò)誤。二、種射線的本質(zhì)及特征2．自然放射性元素放出的α、β、γ射線中(C)A．三種射線的速度相同B．α射線的穿透本事最強(qiáng)C．β射線的本質(zhì)是高速運(yùn)動(dòng)的電子流D．γ射線在真空中的速度比X射線的大解析：α射線的速度可達(dá)0.1c，β射線的速度可達(dá)0.99c，γ射線的速度為c，故A錯(cuò)誤；三種射線中，α射線的穿透本事最弱，故B錯(cuò)誤；β射線的本質(zhì)是高速運(yùn)動(dòng)的電子流，故C正確；γ射線和X射線都是電磁波，它們?cè)谡婵罩械乃俣认嗤?，故D錯(cuò)誤。3．如圖所示，x為未知放射源，它向右方放出射線，p為一張厚度為0.5mm左右的薄鋁箔，鋁箔右側(cè)是一真空區(qū)域，內(nèi)有較強(qiáng)磁場(chǎng)，q為熒光屏，h是視察裝置。試驗(yàn)時(shí)，若將磁場(chǎng)撤去，每分鐘視察到熒光屏上的亮點(diǎn)數(shù)基本沒(méi)有改變，再將鋁箔移開，則每分鐘視察到熒光屏上的亮點(diǎn)數(shù)明顯增加，則可知放射源x可能為(B)A．α射線和β射線的混合放射源B．α射線和γ射線的混合放射源C．β射線和γ射線的混合放射源D．α射線、β射線和γ射線的混合放射源解析：將強(qiáng)磁場(chǎng)撤去，每分鐘視察到熒光屏上的亮點(diǎn)數(shù)基本沒(méi)有改變，說(shuō)明磁場(chǎng)對(duì)穿過(guò)p的射線粒子沒(méi)有影響，可知射到屏上的是不帶電的γ射線；再將厚度為0.5mm左右的薄鋁箔移開，則每分鐘視察到熒光屏上的亮點(diǎn)數(shù)明顯增加，說(shuō)明熒光屏除接收到γ射線外，又接收到了原來(lái)被薄鋁箔p攔住的射線，而厚度為0.5mm左右的鋁箔能攔住的只有α射線，所以此放射源應(yīng)是α射線和γ射線的混合放射源。故正確選項(xiàng)為B。4．如圖所示，一自然放射性物質(zhì)發(fā)出三種射線，經(jīng)過(guò)一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)共存的區(qū)域。調(diào)整電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小，使得在熒光屏MN上只有兩個(gè)點(diǎn)受到射線的照耀，則下面推斷正確的是(C)A．射到b點(diǎn)的肯定是α射線B．射到b點(diǎn)的肯定是β射線C．射到b點(diǎn)的是α射線或β射線D．射到b點(diǎn)的肯定是γ射線解析：γ射線不帶電，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中它都不受力的作用，只能射到a點(diǎn)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。調(diào)整E和B的大小，既可以使帶正電的α射線沿直線前進(jìn)，也可以使帶負(fù)電的β射線沿直線前進(jìn)，沿直線前進(jìn)的條件是電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡，即qE＝qBv。已知α粒子的速度比β粒子的速度小得多，當(dāng)α粒子沿直線前進(jìn)時(shí)，速度較大的β粒子向右偏轉(zhuǎn)；當(dāng)β粒子沿直線前進(jìn)時(shí)，