2024-2025學(xué)年高中物理第3章原子核與放射性第1節(jié)原子核結(jié)構(gòu)教學(xué)案魯科版選修3-5

PAGEPAGE1第1節(jié)原子核結(jié)構(gòu)1.了解質(zhì)子和中子的發(fā)覺過程．(重點(diǎn)＋難點(diǎn))2.知道原子核的組成，理解核子、同位素的概念．3．了解核反應(yīng)的概念，會(huì)書寫核反應(yīng)方程．(重點(diǎn))一、質(zhì)子和中子的發(fā)覺eq\a\vs4\al(1.)質(zhì)子的發(fā)覺(1)試驗(yàn)：為探測(cè)原子核的結(jié)構(gòu)，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)覺了質(zhì)子．(2)結(jié)論：質(zhì)子是原子核的組成部分．eq\a\vs4\al(2.)中子的發(fā)覺盧瑟福依據(jù)什么猜想原子核中存在著中子？提示：元素的原子核的質(zhì)量大體上是質(zhì)子質(zhì)量的整數(shù)倍，但原子核的電荷數(shù)僅僅是質(zhì)量數(shù)的一半或更少一些．二、原子核的組成eq\a\vs4\al(1.)原子核組成由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子帶正電，中子不帶電，質(zhì)子、中子統(tǒng)稱為核子，原子核常用符號(hào)eq\o\al(A,Z)X表示．X表示元素符號(hào)，A表示質(zhì)量數(shù)，Z表示核電荷數(shù)．基本關(guān)系：核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝原子序數(shù)．質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)＝核子數(shù)．eq\a\vs4\al(2.)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子，如氫的三種同位素eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H.eq\a\vs4\al(3.)核反應(yīng)方程(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．核反應(yīng)方程：用原子核符號(hào)描述核反應(yīng)過程的式子．(2)意義：能夠用人工方法變更原子核．(3)書寫核反應(yīng)方程遵循的原則：核反應(yīng)滿意反應(yīng)前、后核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒．(4)盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子的核反應(yīng)方程：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H．查德威克證明中子存在的核反應(yīng)方程：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n．(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)．()提示：(1)×(2)√(3)×質(zhì)子和中子的發(fā)覺eq\a\vs4\al(1.)質(zhì)子的發(fā)覺：1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核，結(jié)果從氮核中打出了一種粒子，并測(cè)定了它的電荷與質(zhì)量，知道它是氫原子核，把它叫做質(zhì)子，后來人們又從其他原子核中打出了質(zhì)子，故確定質(zhì)子是原子核的組成部分．eq\a\vs4\al(2.)中子的發(fā)覺(1)1920年盧瑟福預(yù)言：原子核內(nèi)可能還存在質(zhì)量跟質(zhì)子相近的不帶電的中性粒子，并將其稱為中子．(2)1930年德國(guó)物理學(xué)家博特和他的學(xué)生貝克利用α粒子轟擊鈹時(shí)發(fā)覺了一種穿透力極強(qiáng)的射線，1932年約里奧·居里夫婦對(duì)這種射線進(jìn)行了探討，并發(fā)覺假如用這種射線轟擊石碏，能從石蠟中打出質(zhì)子．由于舊觀念的影響，他們都把這種射線認(rèn)為是γ射線，而事實(shí)上是中子流．(3)查德威克的發(fā)覺：1932年，查德威克對(duì)這種射線進(jìn)行了探討，發(fā)覺這種射線是一種不帶電、質(zhì)量接近質(zhì)子的粒子流，這種粒子正是盧瑟福猜想的中子，從而確定中子也是原子核的組成部分．如圖為盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子的試驗(yàn)裝置，M是顯微鏡，S是熒光屏，窗口F處裝鋁箔，氮?dú)鈴拈y門T充入，A是放射源，在視察由質(zhì)子引起的閃耀之前需進(jìn)行必要調(diào)整的是()A．充入氮?dú)夂?，調(diào)整鋁箔厚度，使S上能見到α粒子引起的閃耀B．充入氮?dú)夂?，調(diào)整鋁箔厚度，使S上見不到質(zhì)子引起的閃耀C．充入氮?dú)馇?，調(diào)整鋁箔厚度，使S上能見到質(zhì)子引起的閃耀D．充入氮?dú)馇?，調(diào)整鋁箔厚度，使S上見不到α粒子引起的閃耀[思路點(diǎn)撥]從試驗(yàn)?zāi)康膭?dòng)身，結(jié)合選項(xiàng)，看是否能達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康模甗解析]試驗(yàn)?zāi)康氖且暡歃亮Ｗ愚Z擊氮核產(chǎn)生新核并放出質(zhì)子，所以試驗(yàn)前應(yīng)調(diào)整鋁箔的厚度，恰使α粒子不能透過，但質(zhì)子仍能透過，故選D.[答案]D如圖為查德威克試驗(yàn)示意圖．由自然放射性元素Po放出的α射線轟擊鈹時(shí)會(huì)產(chǎn)生粒子流A，用粒子流A轟擊石蠟時(shí)，會(huì)打出粒子流B，經(jīng)探討知道()A．A為中子，B為質(zhì)子B．A為質(zhì)子，B為中子C．A為γ射線，B為中子D．A為中子，B為γ射線解析：選A.不行見射線(即粒子流)A轟擊石蠟時(shí)打出的應(yīng)是質(zhì)子，因?yàn)橘|(zhì)子就是氫核，而石蠟中含有大量氫原子，轟擊石蠟的不行見射線應(yīng)當(dāng)是中子，故A正確．原子核的組成及核反應(yīng)方程eq\a\vs4\al(1.)原子核(符號(hào)eq\o\al(A,Z)X)eq\a\vs4\al(原子核)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(大?。汉苄?，半徑為10－15～10－14m,組成\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(質(zhì)子：電量e＝＋1.6×10－19C,質(zhì)量mp＝1.6726231×10－27kg,中子：電量e＝0,質(zhì)量mn＝1.6749286×10－27kg)),同位素：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的原子))eq\a\vs4\al(2.)基本關(guān)系核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝原子序數(shù)質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)＝核子數(shù)eq\a\vs4\al(3.)核反應(yīng)、核反應(yīng)方程(1)核反應(yīng)過程一般都是不行逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單箭頭方向表示反應(yīng)方向，不能用等號(hào)連接．(2)核反應(yīng)的生成物肯定要以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能只依據(jù)核電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒憑空杜撰生成物．(3)書寫核反應(yīng)方程時(shí)，應(yīng)先將已知的原子核和未知粒子的符號(hào)填入核反應(yīng)方程一般形式的適當(dāng)位置，然后再依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒確定未知的原子核或未知粒子的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)，最終依據(jù)其核電荷數(shù)確定是哪種元素或粒子，在適當(dāng)位置填上它們的符號(hào)．本題中用大寫字母代表原子核．E經(jīng)α衰變成為F，再經(jīng)β衰變成為G，再經(jīng)α衰變成為H.上述系列衰變可記為下式：Eeq\o(→,\s\up7(α))Feq\o(→,\s\up7(β))Geq\o(→,\s\up7(α))H；另一系列衰變?nèi)缦拢篜eq\o(→,\s\up7(β))Qeq\o(→,\s\up7(β))Req\o(→,\s\up7(α))S.已知P是F的同位素，則()A．Q是G的同位素，R是H的同位素B．R是E的同位素，S是F的同位素C．R是G的同位素，S是H的同位素D．Q是E的同位素，R是F的同位素[解析]eq\o\al(y,x)E→eq\o\al(y－4,x－2)F＋eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(y－4,x－2)F→eq\o\al(y－4,x－1)G＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(y－4,x－1)G→eq\o\al(y－8,x－3)H＋eq\o\al(4,2)He；eq\o\al(z,x－2)P→eq\o\al(z,x－1)Q＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(z,x－1)Q→eq\o\al(z,x)R＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(z,x)R→eq\o\al(z－4,x－2)S＋eq\o\al(4,2)He.同位素具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)，由核衰變方程式中各原子核的上下標(biāo)可得到R是E的同位素，S是F和P的同位素，Q是G的同位素，所以B選項(xiàng)正確．[答案]Beq\a\vs4\al()解決此類題一般從核衰變方程入手，正確地寫出核衰變方程是解決此類題的關(guān)鍵．[隨堂檢測(cè)]eq\a\vs4\al(1.)盧瑟福預(yù)想到原子核內(nèi)除質(zhì)子外，還有中子的事實(shí)依據(jù)是()A．電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等B．原子核的質(zhì)量大約是質(zhì)子質(zhì)量的整數(shù)倍C．原子核的核電荷數(shù)只是質(zhì)量數(shù)的一半或更少一些D．質(zhì)子和中子的質(zhì)量幾乎相等解析：選C.盧瑟福預(yù)言中子的存在的依據(jù)是原子核的質(zhì)量大約是質(zhì)子質(zhì)量的整數(shù)倍，而核電荷數(shù)卻是原子核質(zhì)量數(shù)的一半或更少一些，C正確．eq\a\vs4\al(2.)關(guān)于以下各個(gè)核反應(yīng)方程，說法正確的是()A.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子的核反應(yīng)方程B.eq\o\al(23,11)Na＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(24,11)Na＋eq\o\al(1,1)H是盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子的核反應(yīng)方程C.eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n是盧瑟福預(yù)言存在中子的核反應(yīng)方程D.eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(13,7)N＋eq\o\al(1,0)n是查德威克發(fā)覺中子的核反應(yīng)方程解析：選A.盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子的核反應(yīng)方程為eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，查德威克發(fā)覺中子的核反應(yīng)方程為eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n.所以A正確，B、C、D錯(cuò)誤．eq\a\vs4\al(3.)(多選)eq\o\al(3,2)He可以作為核聚變材料．下列關(guān)于eq\o\al(3,2)He的敘述正確的是()A.eq\o\al(3,2)He和eq\o\al(3,1)H互為同位素B.eq\o\al(3,2)He原子核內(nèi)中子數(shù)為1C.eq\o\al(3,2)He原子核外電子數(shù)為2D.eq\o\al(3,2)He代表原子核內(nèi)有2個(gè)質(zhì)子和3個(gè)中子的氦原子解析：選BC.eq\o\al(3,2)He核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為2，eq\o\al(3,1)H核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為1，兩者質(zhì)子數(shù)不等，不是同位素，A不正確；eq\o\al(3,2)He核內(nèi)中子數(shù)為1，B正確；eq\o\al(3,2)He原子核外電子數(shù)為2，C正確；eq\o\al(3,2)He代表原子核內(nèi)有2個(gè)質(zhì)子和1個(gè)中子的氦原子核，D不正確．eq\a\vs4\al(4.)兩個(gè)同位素原子核的符號(hào)分別是eq\o\al(M,A)X和eq\o\al(N,B)Y，那么()A．M＝N B．A＝BC．M－A＝N－B D．M＋N＝A＋B解析：選B.具有相同質(zhì)子數(shù)不同中子數(shù)的同一元素互稱同位素，所以A＝B.eq\a\vs4\al(5.)1993年，中國(guó)科學(xué)院上海原子核探討所制得了一種新的鉑元素的同位素eq\o\al(202,78)Pt.制取過程如下：(1)用質(zhì)子轟擊鈹靶eq\o\al(9,4)Be產(chǎn)生快中子；(2)用快中子轟擊汞eq\o\al(204,80)Hg，反應(yīng)過程可能有兩種：①生成eq\o\al(202,78)Pt，放出氦原子核；②生成eq\o\al(202,78)Pt，放出質(zhì)子、中子．寫出上述核反應(yīng)方程式．解析：依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒，算出新核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，然后寫出核反應(yīng)方程．(1)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(9,5)B＋eq\o\al(1,0)n.(2)eq\o\al(204,80)Hg＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(202,78)Pt＋eq\o\al(3,2)Heeq\o\al(204,80)Hg＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(202,78)Pt＋2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n.答案：見解析[課時(shí)作業(yè)]一、單項(xiàng)選擇題eq\a\vs4\al(1.)關(guān)于質(zhì)子與中子，下列說法中錯(cuò)誤的是()A．原子核由質(zhì)子和中子組成B．質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子C．盧瑟福發(fā)覺了中子，并預(yù)言了質(zhì)子的存在D．盧瑟福發(fā)覺了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在解析：選C.原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子，盧瑟福發(fā)覺了質(zhì)子并預(yù)言了中子的存在，故A、B、D項(xiàng)敘述正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤．所以選C.eq\a\vs4\al(2.)最近國(guó)外科技雜志報(bào)道，將eq\o\al(62,28)Ni和eq\o\al(208,82)Pb經(jīng)核聚變并釋放出一個(gè)中子后，生成第110號(hào)元素的一種同位素，該同位素的中子數(shù)是()A．157 B．159C．161 D．163解析：選B.依據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒，寫出核反應(yīng)方程：eq\o\al(62,28)Ni＋eq\o\al(208,82)Pb→eq\o\al(269,110)Y＋eq\o\al(1,0)n，則Y的中子數(shù)為269－110＝159.eq\a\vs4\al(3.)下列說法正確的是()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：選D.A項(xiàng)釷核的質(zhì)量數(shù)為234，質(zhì)子數(shù)為90，所以A錯(cuò)；B項(xiàng)鈹核的質(zhì)子數(shù)為4，中子數(shù)為5，所以B錯(cuò)；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)，D對(duì)．eq\a\vs4\al(4.)α粒子擊中氮14核后放出一個(gè)質(zhì)子，轉(zhuǎn)變?yōu)檠?7核(eq\o\al(17,8)O)．在這個(gè)氧原子核中有()A．9個(gè)質(zhì)子 B．17個(gè)電子C．8個(gè)中子 D．8個(gè)質(zhì)子解析：選D.依據(jù)原子核的構(gòu)成，核電荷數(shù)為8，即質(zhì)子數(shù)為8，質(zhì)量數(shù)為17，所以中子數(shù)為17－8＝9，正確選項(xiàng)為D.eq\a\vs4\al(5.)下面列出的是一些核反應(yīng)方程：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋X，eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(10,5)B＋Y，eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(7,3)Li＋Z，其中()A．X是質(zhì)子，Y是中子，Z是正電子B．X是正電子，Y是質(zhì)子，Z是中子C．X是中子，Y是正電子，Z是質(zhì)子D．X是正電子，Y是中子，Z是質(zhì)子解析：選D.由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知，核反應(yīng)方程為：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e，eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n，eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H.故選項(xiàng)D正確．eq\a\vs4\al(6.)一種元素的兩種同位素的原子核A和B，以相同的動(dòng)能垂直于磁場(chǎng)的方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．則A、B的軌道半徑應(yīng)()A．與核子數(shù)成正比B．與核子數(shù)的平方根成正比C．與質(zhì)子數(shù)成正比D．與質(zhì)子數(shù)的平方根成正比解析：選B.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑R＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(\r(2mEk),qB).同位素A、B的原子核的帶電荷量相同，質(zhì)量m與核子數(shù)成正比，故半徑與核子數(shù)的平方根成正比．二、多項(xiàng)選擇題7．下列說法中正確的是()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：選CD.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)于中性原子來說原子核中的質(zhì)子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等，故B錯(cuò)誤；正是用α粒子轟擊原子核的試驗(yàn)才發(fā)覺了質(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．8．氫有三種同位素，分別是氕(eq\o\al(1,1)H)、氘(eq\o\al(2,1)H)、氚(eq\o\al(3,1)H)，則下列說法中正確的是()A．它們的質(zhì)子數(shù)相等B．它們的核外電子數(shù)相等C．它們的核子數(shù)相等D．它們的化學(xué)性質(zhì)相同解析：選ABD.氕、氘、氚的核子數(shù)分別為1、2、3，質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)相同，都是1，中子數(shù)等于核子數(shù)減去質(zhì)子數(shù)，故中子數(shù)各不相同，A、B選項(xiàng)正確，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；同位素化學(xué)性質(zhì)相同，只是物理性質(zhì)不同，D選項(xiàng)正確．eq\a\vs4\al(9.)用α粒子照耀充氮的云室，攝得如圖所示的照片，下列說法中不正確的是()A．A是α粒子的徑跡，B是質(zhì)子的徑跡，C是新核的徑跡B．B是α粒子的徑跡，A是質(zhì)子的徑跡，C是新核的徑跡C．C是α粒子的徑跡，A是質(zhì)子的徑跡，B是新核的徑跡D．B是α粒子的徑跡，C是質(zhì)子的徑跡，A是新核的徑跡解析：選ABC.α粒子轟擊氮核產(chǎn)生一個(gè)新核并放出質(zhì)子，入射的是α粒子，所以B是α粒子的徑跡．產(chǎn)生的新核質(zhì)量大而電離作用強(qiáng)，所以徑跡粗而短，故A是新核的徑跡．質(zhì)子電離作用弱一些，貫穿作用強(qiáng)，所以細(xì)而長(zhǎng)的徑跡是質(zhì)子的徑跡，所以正確選項(xiàng)為A、B、C.eq\a\vs4\al(10.)三個(gè)原子核X、Y、Z，X核放出一個(gè)正電子后變?yōu)閅核，Y核與質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)后生成Z核并放出一個(gè)氦核(eq\o\al(4,2)He)．則下面說法正確的是()A．X核比Z核多兩個(gè)質(zhì)子B．X核比Z核少一個(gè)中子C．X核的質(zhì)量數(shù)比Z核的質(zhì)量數(shù)大4D．X核與Z核的總電荷數(shù)是Y核電荷數(shù)的2倍解析：選AD.設(shè)X原子核的質(zhì)量數(shù)為A，核電荷數(shù)為B.由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得eq\o\al(A,B)X→eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(A,B－1)Y，eq\o\al(A,B－1)Y＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(A－3,B－2)Z.可見eq\o\al(A,B)X比eq\o\al(A－3,B－2)Z的質(zhì)子數(shù)多2個(gè)，A對(duì)；eq\o\al(A,B)X比eq\o\al(A－3,B－2)Z的中子數(shù)多一個(gè)，B錯(cuò)；eq\o\al(A,B)X比eq\o\al(A－3,B－2)Z的質(zhì)量數(shù)大3，C錯(cuò)；eq\o\al(A,B)X與eq\o\al(A－3,B－2)Z的總核電荷數(shù)為(2B－2)，明顯是eq\o\al(A,B－1)Y的核電荷數(shù)(B－1)的2倍，D對(duì)．故正確答案為A、D.三、非選擇題eq\a\vs4\al(11.)現(xiàn)在，科學(xué)家正在設(shè)法探尋“反物