人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案：第1節(jié) 原子核的組成

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE1第五章原子核第1節(jié)原子核的組成核心素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維1.了解天然放射現(xiàn)象和天然放射現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的意義。2.知道三種射線的本質(zhì)和特征。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)。4.了解發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象的相關(guān)史實(shí)。通過(guò)對(duì)原子核結(jié)構(gòu)模型的探究，體會(huì)物理學(xué)的研究方法。知識(shí)點(diǎn)一天然放射現(xiàn)象〖觀圖助學(xué)〗如右圖為居里夫婦，他們?cè)跒r青中發(fā)現(xiàn)3種放射性元素，天然放射現(xiàn)象讓人們認(rèn)識(shí)到小小的原子核也具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，那么什么是天然放射現(xiàn)象呢？居里夫婦1.1896年，法國(guó)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，這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光。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)大于或等于83的元素，都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于83的元素，有的也能放出射線。4.瑪麗·居里和她的丈夫皮埃爾·居里發(fā)現(xiàn)了兩種放射性更強(qiáng)的新元素，命名為釙(Po)和鐳(Ra)?！妓伎寂袛唷?1)1896年，法國(guó)的瑪麗·居里首先發(fā)現(xiàn)了天然放射線。(×)(2)原子序數(shù)大于83的元素都是放射性元素。(√)(3)原子序數(shù)小于83的元素都不能放出射線。(×)知識(shí)點(diǎn)二射線的本質(zhì)1.α射線：實(shí)際上就是氦原子核，速度可達(dá)到光速的eq\f(1,10)，其電離能力強(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：是電子流，速度可以接近光速，它的穿透能力較強(qiáng)，電離能力較弱，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板。3.γ射線：是一種電磁波，波長(zhǎng)很短，在10－10m以下，它的電離作用更弱，穿透能力更強(qiáng)，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板或幾十厘米厚的混凝土。4.射線來(lái)自原子核，說(shuō)明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的?！妓伎寂袛唷?1)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。(×)(2)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。(√)(3)γ射線是能量很高的電磁波，電離作用很強(qiáng)。(×)知識(shí)點(diǎn)三原子核的組成1.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，質(zhì)子是原子核的組成部分。2.中子的發(fā)現(xiàn)：盧瑟福猜想原子核內(nèi)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)驗(yàn)證了這個(gè)猜想。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：具有相同的質(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，因而互稱同位素。例如，氫有三種同位素氕，氘、氚，符號(hào)是eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H?！妓伎寂袛唷?1)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。(×)(2)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)。(√)(3)同位素具有不同的化學(xué)性質(zhì)。(×)天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1896年→法國(guó)→貝克勒爾→eq\a\vs4\al(鈾發(fā)出,看不見,的射線)?居里夫婦→eq\a\vs4\al(瀝青中的,含鈾物)→eq\a\vs4\al(實(shí)際測(cè),得射線,強(qiáng))?兩種放射性元素：釙(Po)和鐳(Ra)元素的放射性是由原子核決定的，與核外電子(決定化學(xué)性質(zhì))無(wú)關(guān)，因此元素的放射性與它存在的形式(單質(zhì)或化合物)無(wú)關(guān)，而且它不受溫度、壓強(qiáng)、物理變化和化學(xué)變化的影響。在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中探究射線無(wú)論在電場(chǎng)中還是在磁場(chǎng)中：(1)γ射線均不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；(2)β射線距離γ射線較遠(yuǎn)；(3)α射線距離γ射線較近。陰極射線和β射線都是電子流，但它們的來(lái)源不同，陰極射線來(lái)自于陰極原子的外層電子，β射線是原子核內(nèi)中子衰變?yōu)橘|(zhì)子和電子時(shí)，電子被放出形成的。關(guān)于電離射線使原子中的電子脫離核的束縛成為自由電子，這樣的過(guò)程叫作電離。射線的上述作用叫作電離作用。1.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)2.中子的發(fā)現(xiàn)3.原子組成圖原子eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(質(zhì)子,中子))核子,核外電子))原子核的質(zhì)子數(shù)決定了原子的核外電子數(shù)目，也決定了電子在核外分布的情況，進(jìn)而決定了這種元素的化學(xué)性質(zhì)，故同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)。但中子數(shù)不同，物理性質(zhì)不同。核心要點(diǎn)天然放射現(xiàn)象和三種射線的本質(zhì)〖觀察探究〗如圖是放射性物質(zhì)放出的射線垂直經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)的情形，射線為什么會(huì)分成三束？〖答案〗三種射線的帶電情況各不相同，它們?cè)诖艌?chǎng)中所受洛倫茲力情況不同，故可分成三束?！继骄繗w納〗1.α、β、γ三種射線的性質(zhì)、特征比較種類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)帶電荷量2e－e0質(zhì)量4mp(mp＝1.67×10－27kg)eq\f(mp,1836)靜止質(zhì)量為零速率0.1c0.99cc貫穿本領(lǐng)最弱，用一張紙就能擋住較強(qiáng)，能穿透幾毫米的鋁板最強(qiáng)，能穿透幾厘米的鉛板電離作用很強(qiáng)較弱很弱2.在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)情況的比較(1)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，α射線偏轉(zhuǎn)較小，β射線偏轉(zhuǎn)較大，γ射線不偏轉(zhuǎn)，如圖甲所示。(2)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，α射線偏轉(zhuǎn)半徑較大，β射線偏轉(zhuǎn)半徑較小，γ射線不偏轉(zhuǎn)，如圖乙所示。〖試題案例〗〖例1〗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，是一種電磁波〖解析〗①射線能被一張紙擋住，說(shuō)明它的穿透能力較差，①射線是α射線，α射線是高速運(yùn)動(dòng)的氦核流，它的穿透能力差，電離作用最強(qiáng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；②射線的穿透能力較強(qiáng)，說(shuō)明它是β射線，β射線是高速電子流，β射線來(lái)自原子核，不是來(lái)自原子核外的電子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；③射線的穿透能力最強(qiáng)，能夠穿透幾厘米厚的鉛板，③射線是γ射線，γ射線的電離作用最弱，穿透能力最強(qiáng)，它是能量很高的電磁波，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。〖答案〗D方法凝煉三種射線的比較方法(1)知道三種射線帶電的性質(zhì)，α射線帶正電、β射線帶負(fù)電、γ射線不帶電。α、β射線是實(shí)物粒子，而γ射線是光子流，屬于電磁波的一種。(2)在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中，通過(guò)其受力及運(yùn)動(dòng)軌跡半徑的大小來(lái)判斷α和β射線，由于γ射線不帶電，故運(yùn)動(dòng)軌跡仍為直線。(3)α射線穿透能力較弱，β射線穿透能力較強(qiáng)，γ射線穿透能力最強(qiáng)?！坚槍?duì)訓(xùn)練1〗(多選)天然放射性物質(zhì)的放射線包括三種成分，下列說(shuō)法正確的是()A.一張厚的黑紙能擋住α射線，但不能擋住β射線和γ射線B.某原子核在放出γ射線后會(huì)變成另一種元素的原子核C.三種射線中對(duì)氣體電離作用最強(qiáng)的是α射線D.β粒子是電子，但不是原來(lái)繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子〖解析〗由三種射線的本質(zhì)和特點(diǎn)可知，α射線貫穿本領(lǐng)最弱，一張黑紙都能擋住，而擋不住β射線和γ射線，故A正確；γ射線是伴隨α、β衰變而產(chǎn)生的一種電磁波，不會(huì)使原核變成新核，故B錯(cuò)誤；三種射線中α射線電離作用最強(qiáng)，故C正確；β粒子是電子，來(lái)源于原子核，故D正確?！即鸢浮紸CD核心要點(diǎn)原子核的組成〖問(wèn)題探究〗一個(gè)鉛原子的質(zhì)量數(shù)為207，原子序數(shù)為82，其核外電子有多少個(gè)？中子數(shù)又是多少？〖答案〗鉛的原子序數(shù)為82，即一個(gè)鉛原子中有82個(gè)質(zhì)子，由于原子是電中性的，質(zhì)子與電子電性相反、電荷量相同，故核外電子數(shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同，為82個(gè)，根據(jù)質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和的關(guān)系知，鉛原子核的中子數(shù)為207－82＝125(個(gè))。〖探究歸納〗1.原子核(符號(hào)eq\o\al(A,Z)X)原子核eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(大?。汉苄。霃綖?0－15～10－14m,組成\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(質(zhì)子：電荷量e＝＋1.6×10－19C,質(zhì)量mp＝1.6726219×10－27kg,中子：電荷量為0,質(zhì)量mn＝1.6749275×10－27kg)),同位素：質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的原子核))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(1)化學(xué)性質(zhì)的決定因素：原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)決定了核外電子的數(shù)目，也決定了電子在核外分布的情況，進(jìn)而決定了這種元素的化學(xué)性質(zhì)。(2)氫的同位素：氕(eq\o\al(1,1)H)，氘(eq\o\al(2,1)H)，氚(eq\o\al(3,1)H)?！荚囶}案例〗〖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)和所帶電荷量是多少？(3)若鐳原子呈電中性，它核外有多少電子？〖解析〗(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)鐳核的核電荷數(shù)和所帶電荷量分別是Z＝88，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?！即鸢浮?1)88138(2)881.41×10－17C(3)88方法凝煉原子核的“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)叫做核的質(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?！坚槍?duì)訓(xùn)練2〗以下說(shuō)法正確的是()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)量數(shù)為9，中子數(shù)為5，所以B錯(cuò)誤；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，C錯(cuò)誤，D正確?！即鸢浮紻1.(天然放射現(xiàn)象的認(rèn)識(shí))(多選)下列哪些現(xiàn)象能說(shuō)明射線來(lái)自原子核()A.三種射線的能量都很高B.射線的強(qiáng)度不受溫度、外界壓強(qiáng)等物理?xiàng)l件的影響C.元素的放射性與所處的化學(xué)狀態(tài)(單質(zhì)、化合物)無(wú)關(guān)D.α射線、β射線都是帶電的粒子流〖解析〗能說(shuō)明射線來(lái)自原子核的證據(jù)是元素的放射性與其所處的化學(xué)狀態(tài)和物理狀態(tài)無(wú)關(guān)，B、C正確?！即鸢浮紹C2.(三種射線的特性)(多選)如圖中P為放在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的天然放射源，其放出的射線在電場(chǎng)的作用下分成a、b、c三束，以下判斷正確的是()A.a為α射線、b為β射線B.a為β射線、b為γ射線C.b為γ射線、c為α射線D.b為α射線、c為γ射線〖解析〗由題圖可知電場(chǎng)線方向向右，α射線帶正電，所受電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)線方向一致，故α射線向右偏轉(zhuǎn)，即c為α射線；β射線帶負(fù)電，所受電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)線方向相反，故β射線向左偏轉(zhuǎn)，即a為β射線；γ射線不帶電，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即b為γ射線。故選項(xiàng)B、C正確。〖答案〗BC3.(原子核的組成)若用x代表一個(gè)中性原子中核外的電子數(shù)，y代表此原子的原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，z代表此原子的原子核內(nèi)的中子數(shù)，則對(duì)eq\o\al(234,90)Th的原子來(lái)說(shuō)()A.x＝90y＝90z＝234B.x＝90y＝90z＝144C.x＝144y＝144z＝90D.x＝234y＝234z＝324〖解析〗質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)，中性原子中：質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)，所以選項(xiàng)B正確?！即鸢浮紹4.(同位素)下列說(shuō)法正確的是()A.eq\o\al(n,m)X與eq\o\al(n,m－1)Y互為同位素B.eq\o\al(n,m)X與eq\o\al(n－1,m)Y互為同位素C.eq\o\al(n,m)X與eq\o\al(n－2,m－2)Y中子數(shù)相差2D.eq\o\al(235,92)U核內(nèi)有92個(gè)質(zhì)子，235個(gè)中子〖解析〗A選項(xiàng)中，X核與Y核的質(zhì)子數(shù)不同，不是同位素；B選項(xiàng)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，所以互為同位素；C選項(xiàng)中，eq\o\al(n,m)X核內(nèi)中子數(shù)為n－m，eq