2024-2025學(xué)年高中物理第十九章原子核第1節(jié)原子核的組成學(xué)案新人教版選修3-5

PAGE7-第1節(jié)原子核的組成1．了解什么是放射性和自然放射現(xiàn)象。2．知道原子核的組成及三種射線的特征。3．會(huì)利用帶電粒子在電磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)推斷射線的電性及種類。一、自然放射現(xiàn)象1．自然放射現(xiàn)象的發(fā)覺1896年，法國(guó)物理學(xué)家eq\o(□,\s\up3(01))貝可勒爾發(fā)覺，鈾和含鈾的礦物能發(fā)出看不見的射線，這種射線可使被黑紙包袱的照相底版eq\o(□,\s\up3(02))感光。2．放射性和放射性元素(1)放射性：物質(zhì)eq\o(□,\s\up3(03))放射射線的性質(zhì)。(2)放射性元素：具有eq\o(□,\s\up3(04))放射性的元素。(3)原子序數(shù)大于或等于83的元素，都是eq\o(□,\s\up3(05))放射性元素，原子序數(shù)小于83的元素有的也具有放射性。3．自然放射性元素能eq\o(□,\s\up3(06))自發(fā)地發(fā)出射線的放射性元素。二、射線究竟是什么1．三種射線在射線經(jīng)過(guò)的空間施加磁場(chǎng)，射線分成三束，其中兩束在磁場(chǎng)中向不同的方向偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明這兩束是eq\o(□,\s\up3(01))帶電粒子流，另一束在磁場(chǎng)中eq\o(□,\s\up3(02))不偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明這一束不帶電，這三束射線分別叫做α射線、β射線、γ射線。2．三種射線的比較三、原子核的組成1．質(zhì)子的發(fā)覺盧瑟福用eq\o(□,\s\up3(01))α粒子轟擊氮原子核，發(fā)覺了質(zhì)子，質(zhì)子就是氫原子核。2．中子的發(fā)覺盧瑟福的學(xué)生eq\o(□,\s\up3(02))查德威克通過(guò)試驗(yàn)證明了中子的存在。3．原子核的組成原子核由eq\o(□,\s\up3(03))質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為eq\o(□,\s\up3(04))核子。4．原子核的電荷數(shù)原子核所帶的電荷量總是質(zhì)子電荷的eq\o(□,\s\up3(05))整數(shù)倍，通常用這個(gè)整數(shù)表示原子核的電荷量，叫做原子核的eq\o(□,\s\up3(06))電荷數(shù)。5．原子核的質(zhì)量數(shù)原子核中質(zhì)子和中子的總數(shù)目叫做原子核的eq\o(□,\s\up3(07))質(zhì)量數(shù)。6．原子核的符號(hào)eq\o\al(A,Z)X，其中X表示元素的符號(hào)，A表示核的eq\o(□,\s\up3(08))質(zhì)量數(shù)，Z表示核的eq\o(□,\s\up3(09))電荷數(shù)。7．同位素具有相同eq\o(□,\s\up3(10))質(zhì)子數(shù)而eq\o(□,\s\up3(11))中子數(shù)不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱為eq\o(□,\s\up3(12))同位素。判一判(1)α粒子其實(shí)是高速氦原子核。()(2)溫度越高，放射性元素發(fā)出射線越強(qiáng)。()(3)原子核的電荷數(shù)就是電荷量。()(4)自然放射現(xiàn)象說(shuō)明原子核是可以再分的。()(5)α射線、β射線、γ射線都屬于電磁波。()提示：(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×想一想(1)怎樣利用電場(chǎng)、磁場(chǎng)推斷三種射線的帶電性質(zhì)？提示：讓三種射線垂直通過(guò)勻強(qiáng)電場(chǎng)，則γ射線不偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明它不帶電；α射線偏轉(zhuǎn)方向和電場(chǎng)方向相同，說(shuō)明它帶正電；β射線偏轉(zhuǎn)方向和電場(chǎng)方向相反，說(shuō)明它帶負(fù)電。讓三種射線垂直通過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則γ射線不偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明它不帶電；對(duì)α射線和β射線，可依據(jù)它們?cè)诖艌?chǎng)中的偏轉(zhuǎn)方向和左手定則確定它們的帶電性質(zhì)。(2)eq\o\al(235,92)U的核子數(shù)、質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)分別是多少？提示：核子數(shù)235，質(zhì)子數(shù)92，中子數(shù)143。課堂任務(wù)自然放射現(xiàn)象和三種射線1．放射性的特點(diǎn)及探討意義：試驗(yàn)發(fā)覺，假如一種元素具有放射性，那么，無(wú)論它是以單質(zhì)的形式存在，還是以化合物的形式存在，都具有放射性。放射性的強(qiáng)度不受溫度、外界壓強(qiáng)的影響。由于元素的化學(xué)性質(zhì)確定于原子核外的電子，這就說(shuō)明射線與這些電子無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)，射線來(lái)自原子核。這說(shuō)明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。2．三種射線(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射線、β射線都是高速運(yùn)動(dòng)的粒子；而γ射線是波長(zhǎng)很短的光子，屬電磁波的一種。(2)三種射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)①垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，γ射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，做勻速直線運(yùn)動(dòng)，α粒子和β粒子沿相反方向做類平拋運(yùn)動(dòng)，如圖甲所示。②垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，γ射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，仍做勻速直線運(yùn)動(dòng)，α粒子和β粒子沿相反方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖乙所示。例1(多選)如圖所示，鉛盒A中裝有自然放射性物質(zhì)，放射線從鉛盒右端小孔水平向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則下列說(shuō)法中正確的是()A．打在圖中a、b、c三點(diǎn)的依次是α射線、γ射線和β射線B．α射線和β射線的軌跡是拋物線C．α射線和β射線的軌跡是圓弧D．假如在鉛盒和熒光屏間再加一豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，則屏上的亮斑可能只剩下bα射線、β射線垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中后做什么運(yùn)動(dòng)？提示：均做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。[規(guī)范解答]粒子向右射出后，由左手定則可知在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中α粒子所受的洛倫茲力向上，β粒子所受的洛倫茲力向下，軌跡都是圓弧，B錯(cuò)誤，C正確；又由于γ射線不帶電，打在b點(diǎn)，A正確。由于α粒子速度約是光速的eq\f(1,10)，而β粒子速度接近光速，所以在同樣的復(fù)合場(chǎng)中不行能都做直線運(yùn)動(dòng)(假如一個(gè)打在b點(diǎn)，則另一個(gè)必定打在b點(diǎn)下方)，D錯(cuò)誤，本題選A、C。[完備答案]ACα、β、γ三種射線在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)(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射線在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)特點(diǎn)：垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，α和β粒子沿相反方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(3)α射線和β射線在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)特點(diǎn)：垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，α和β粒子沿相反方向做類平拋運(yùn)動(dòng)。假如電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向未知，也可以依據(jù)偏轉(zhuǎn)的大小狀況及其他已知條件區(qū)分射線的種類。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練1])關(guān)于α、β、γ三種射線，下列說(shuō)法中正確的是()A．α射線是原子核自發(fā)放射出的氦核，它的穿透實(shí)力最強(qiáng)B．β射線是原子核外電子電離形成的電子流，它具有中等的穿透實(shí)力C．γ射線是光子，它的穿透實(shí)力最強(qiáng)D．γ射線是粒子，它的穿透實(shí)力最弱答案C解析α射線的粒子是氦原子核，相比之下，α射線射出的速度較小，約為光速的特別之一，貫穿物質(zhì)的本事很小，一張紙就能把它攔住，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；β射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流，它不是核外電子電離形成的，而是從原子核中放射出來(lái)的，B項(xiàng)錯(cuò)誤；γ射線是波長(zhǎng)很短的光子，其速度為光速，貫穿實(shí)力最強(qiáng)，甚至能貫穿幾厘米厚的鉛板，故C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。課堂任務(wù)原子核的組成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(gè)數(shù)并不相同。原子核的直徑為10－15～10－142．原子核的符號(hào)和數(shù)量關(guān)系(1)符號(hào)：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)(中性原子)。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)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)的原子核互稱為同位素。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：(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)若鐳原子呈中性，它核外有多少電子？(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(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？(1)原子核各數(shù)值之間有何關(guān)系？提示：核子數(shù)＝中子數(shù)＋質(zhì)子數(shù)，原子序數(shù)＝核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)(中性原子)。(2)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)有什么規(guī)律？提示：F洛＝qvB＝eq\f(mv2,r)，r＝eq\f(mv,qB)。[規(guī)范解答](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－(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)，洛倫茲力充當(dāng)向心力，故有qvB＝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)。[完備答案]見規(guī)范解答對(duì)核子數(shù)、核電荷數(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，所以質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù)。(2)核電荷數(shù)(Z)：原子核所帶的電荷等于質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，這個(gè)倍數(shù)叫做原子核的電荷數(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)倍數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練2])說(shuō)出以下原子核的質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)：(1)鉀40；(2)eq\o\al(66,29)Cu；(3)eq