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2020-2021学年高中物理 第五章 原子核 1 原子核的组成学案 新人教版选择性必修32020-2021学年高中物理 第五章 原子核 1 原子核的组成学案 新人教版选择性必修3年级：姓名：- 12 -原子核的组成必备知识素养奠基一、天然放射现象1.1896年,法国物理学家贝克勒尔发现,铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线,这种射线可以穿透黑纸使照相底版感光。2.物质发射射线的性质称为放射性,具有放射性的元素称为放射性元素,放射性元素能自发地发出射线的现象叫作天然放射现象。3.原子序数大于83的元素,都能自发地发出射线,原子序数小于或等于83的元素,有的也能放出射线。二、射线到底是什么【思考】提示:甲为射线,乙为射线,丙为射线。1.射线:实际上就是氦原子核,速度可达到光速的,其电离能力强,穿透能力较弱,在空气中只能前进几厘米,用一张纸就能把它挡住。2.射线:是高速电子流,它速度很大,可达光速的99%,它的电离能力较弱,穿透能力较强,很容易穿透黑纸,也能穿透几毫米厚的铝板。3.射线:呈电中性,是能量很高的电磁波,波长很短,在10-10 m以下,它的电离作用更弱,穿透能力更强,甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。4.放射线来自原子核,说明原子核内部是有结构的。三、原子核的组成1.质子的发现:1919年,卢瑟福用粒子轰击氮原子核发现了质子,质子是原子核的组成部分。2.中子的发现:卢瑟福猜想原子核内存在着一种质量与质子相同,但不带电的粒子,称为中子。查德威克通过实验证实了这个猜想。3.原子核的组成:原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为核子。4.原子核的符号:5.同位素:具有相同的质子数而中子数不同的原子核,在元素周期表中处于同一位置,因而互称同位素。例如,氢有三种同位素氕、氘、氚,符号是HHH。关键能力素养形成一天然放射现象的三种射线1.三种射线的比较:射线射线射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电量2e-e0质量4mpmp=1.6710-27kg静止质量为零符号Hee速度0.1c0.99cc在电磁场中偏转与射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱2.三种射线在电场和磁场中的偏转:(1)在匀强电场中,射线不发生偏转,做匀速直线运动,粒子和粒子沿相反方向做类平抛运动,在同样的条件下,粒子的偏移大,如图所示。位移x可表示为x=at2=()2所以,在同样条件下粒子与粒子偏移之比为=37。(2)在匀强磁场中:射线不发生偏转,仍做匀速直线运动,粒子和粒子沿相反方向做匀速圆周运动,且在同样条件下,粒子的轨道半径小,如图所示。根据qvB=得R=所以,在同样条件下粒子与粒子的轨道半径之比为=。元素的放射性如果一种元素具有放射性,那么不论它是以单质的形式存在,还是以某种化合物的形式存在,放射性都不受影响。也就是说,放射性与元素存在的状态无关,放射性仅与原子核有关。因此,原子核不是组成物质的最小微粒,原子核也存在着一定结构。【思考讨论】如图为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图。(1)射线向左偏转,射线向右偏转,射线不偏转说明了什么?提示:说明射线带正电,射线带负电,射线不带电。(2)粒子的速度约为粒子速度的十分之一,但射线的偏转半径大于射线的偏转半径说明什么问题?提示:说明射线比荷小于射线的比荷。【典例示范】如图为天然放射性元素放出的、三种射线贯穿物体情况的示意图,其中()A.是射线B.是射线C.是射线D.是射线【解析】选A。射线的穿透能力最弱,一张纸即可把它挡住,但是其电离能力最强,射线的穿透能力最强,但是其电离能力最弱。故是射线,是射线,是射线。A正确,B、C、D错误。【规律方法】判断三种射线性质的方法(1)射线的电性:射线带正电、射线带负电、射线不带电。、是实物粒子,而射线是光子流,它是波长很短的电磁波。(2)射线的偏转:在电场或磁场中,通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断和射线偏转方向,由于射线不带电,故运动轨迹仍为直线。(3)射线的穿透能力:粒子穿透能力较弱,粒子穿透能力较强,射线穿透能力最强,而电离作用相反。【素养训练】1.、和射线穿透物质的能力是不同的,为把辐射强度减到一半,所需铝板的厚度分别为0.000 5 cm、0.05 cm和8 cm。工业部门可以使用射线来测厚度。如图所示,轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪,仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关,轧出的钢板越厚,透过的射线越弱。因此,将射线测厚仪接收到的信号输入计算机,就可以对钢板的厚度进行自动控制。如果钢板的厚度需要控制为5 cm,请推测测厚仪使用的射线是()A.射线B.射线C.射线D.可见光【解析】选C。根据、三种射线特点可知,射线穿透能力最强,电离能力最弱,射线电离能力最强,穿透能力最弱,为了能够准确测量钢板的厚度,探测射线应该用射线;随着轧出的钢板越厚,透过的射线越弱,而轧出的钢板越薄,透过的射线越强,故A、B、D错误,C正确。2.如图所示,放射性元素镭释放出、三种射线,分别进入匀强电场和匀强磁场中,其中_是射线,_是射线,_是射线。【解析】由放射现象中射线带正电,射线带负电,射线不带电,结合在电场与磁场中的偏转可知是射线,是射线,是射线。答案:【补偿训练】1.如图所示,R是一种放射性物质,虚线框内是匀强磁场,LL是厚纸板,MN是荧光屏,实验时,发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑,由此可知磁场的方向、到达O点的射线种类、到达P点的射线种类应属于下表中的()选项磁场方向到达O点的射线到达P点的射线A竖直向上B竖直向下C垂直纸面向里D垂直纸面向外【解析】选C。R放射出来的射线共有、三种,其中、射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用,射线不偏转,故打在O点的应为射线;由于射线贯穿本领弱,不能射穿厚纸板,故到达P点的应是射线;依据射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里。2.一置于铅盒中的放射源发射的、和射线,由铅盒的小孔射出,在小孔外放一铝箔后,铝箔后的空间有一匀强电场。进入电场后,射线变为a、b两束,射线a沿原来方向行进,射线b发生了偏转,如图所示,则图中的射线a为_射线,射线b为_射线。【解析】三种射线、中,穿透力最弱的是射线,所以射线被铝箔挡住,穿过铝箔的是射线和射线,射线在电场中不偏转,故a是射线;射线在电场中受力偏转,故b为射线。答案:二原子核的组成1.原子核的组成:原子核是由质子、中子构成的,质子带正电,中子不带电。不同的原子核内质子和中子的个数并不相同。原子核的直径为10-1510-14 m。2.原子核的符号和数量关系:(1)符号X。(2)数量关系:核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数。质量数(A)=核子数=质子数+中子数。3.对核子数、电荷数、质量数的理解:(1)核子数:质子和中子质量差别非常微小,二者统称为核子,所以质子数和中子数之和叫核子数。(2)电荷数(Z):原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍,通常用这个数表示原子核的电荷量,叫作原子核的电荷数。(3)质量数(A):原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和,而质子与中子质量几乎相等,所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍,这个倍数叫作原子核的质量数。4.同位素:原子核内的质子数决定了核外电子的数目,进而也决定了元素的化学性质,同种元素的质子数相同,核外电子数也相同,所以有相同的化学性质,但它们的中子数可以不同,所以它们的物理性质不同。【思考讨论】1919年,卢瑟福用粒子轰击氮原子核发现了质子,如图所示为粒子轰击氮原子核示意图。(1)人们用粒子轰击多种原子核,都打出了质子,说明了什么问题?提示:质子是原子核的组成部分。(2)绝大多数原子核的质量数都大于其质子数,说明了什么问题?提示:原子核由质子和中子组成,原子核的质量数是其质子数加中子数。【典例示范】若用x代表一个中性原子中核外的电子数,y代表此原子的原子核内的质子数,z代表此原子的原子核内的中子数,则对Th的原子来说()A.x=90y=90z=234B.x=90y=90z=144C.x=144y=144z=90D.x=234y=234z=324【解析】选B。质量数=质子数+中子数,中性原子中:质子数=核外电子数,所以选B项。【素养训练】1.下列说法中正确的是()A.氦4核中有4个质子,2个中子B.氦4核与氦3核不是互为同位素CBe中的质子数比中子数少6DSi中的质子数比中子数少2【解析】选D。氦4核中有2个质子,2个中子,故A错误;氦4核与氦3核是互为同位素,故B错误Be中的质子数比中子数少2,故C错误Si的质子数比中子数少2,故D正确。2.氢有三种同位素,分别是氕H)、氘H)、氚H),则下列说法正确的是()A.它们的质子数相等B.它们的核外电子数不相等C.它们的核子数相等D.它们的中子数相等【解析】选A。氕H)、氘H)、氚H),具有相同的质子数,质量数不同,质量数等于质子数加中子数,则中子数不同,故A正确,D错误;同位素的质子数相同,则核外电子数相同,故B错误;核子数等于质子数加中子数,可知核子数不同,故C错误。【补偿训练】1.1.放射性元素钴Co可以有效治疗癌症,该元素原子核内中子数与核外电子数之差是()A.6B.27C.33D.60【解析】选A。中子数为60-27=33个,核外电子数等于质子数等于原子序数27,所以中子数33与核外电子数27之差等于6,A正确。2.某种元素的原子核用X表示,下列说法中正确的是()A.原子核的质子数为Z,中子数为AB.原子核的质子数为Z,中子数为A-ZC.原子核的质子数为A,中子数为ZD.原子核的质子数为A-Z,中子数为Z【解析】选B。根据原子核的符号的含义:A表示质量数,Z表示质子数,则中子数为A-Z,所以B正确。【拓展例题】考查内容:同位素间的同与不同【典例】(多选)下列关于氕H、氘D、氚T的说法中正确的是()A.氕H、氘D、氚T是同位素B.它们具有相同的核外电子数C.它们具有相同的核子数D.它们具有相同的中子数【解析】选A、B。氕、氘、氚是氢的三种同位素,质子数和核外电子数相同,都为1,中子数等于核子数减去质子数,故中子数各不相同,所以A、B选项正确。【课堂回眸】课堂检测素养达标1.(多选)天然放射性物质的放射线包括三种成分,下列说法正确的是()A.一张厚的黑纸能挡住射线,但不能挡住射线和射线B.某原子核在放出射线后会变成另一种元素的原子核C.三种射线中对气体电离作用最强的是射线D.粒子是电子,但不是原来绕核旋转的核外电子【解析】选A、C、D。由三种射线的本质和特点可知,射线穿透本领最弱,一张黑纸都能挡住,而挡不住射线和射线,故A正确;射线是一种波长很短的光子,不会使原核变成新核,三种射线中射线电离作用最强,故C正确;粒子是电子,来源于原子核,故D正确。2.英国物理学家卢瑟福在1899年发现,放射性物质放出的射线不是单一的,而是可以分出带正电荷的射线和带负电荷的射线,后来又分出射线。对于这三种射线,下列说法正确的是()A.射线来源于核外电子B.射线是波长很短、能量很高的电磁波C.射线的穿透能力最强D.射线的电离能力最强【解析】选B。射线来源于原子核内部的反应,是中子转变为质子和电子时产生的,故A错误;射线是波长很短、能量很高的电磁波,电离能力最弱,穿透能力最强,故B正确,D错误;射线电离能力最强,穿透能力最弱,故C错误。3.(多选)关于质子与中子,下列说法正确的是()A.原子核(除氢核外)由质子和中子构成B.质子和中子统称为核子C.卢瑟福发现了质子,并预言了中子的存在D.卢瑟福发现了中子,并预言了质子的存在【解析】选A、B、C。原子核内存在质子和中子,中子和质子统称为核子,卢瑟福只发现了质子,以后又预言了中子的存在。4.一个Pa原子核内的质子数、中子数、核子数分别为()A.91个、91个、234个B.143个、91个、234个C.91个、143个、234个D.234个、91个、143个【解析】选C。原子核是由质子和中子组成的,质子和中子统称为核子Pa的原子序数为91,即质子数为91,核子数为234,中子数等于核子数减去质子数,即为234-91=143,故C正确,A、B、D错误。情境:如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图。问题:(1)请你简述自动控制的原理。(2)如果工厂生产的为铝板,在三种射线中,你认为哪一种射线在厚度控制中起主要作用,为什么?【解析】(1)放射线具有穿透本领,如果向前运动的铝板的厚度有变化,则探测器接收到的放射线的强度就会随之变化,这种变化被转化为电信号输入到相应装置,进而自动地控制图中右侧的两个轮间的距离,使铝板的厚度恢复正常。(2)射线起主要作用。因为射线的穿透本领很小,一张薄纸就能把它挡住; 射线的穿透本领非常强,能穿透几厘米的铝板,1 mm左右的铝板厚度发生变化时,透过铝板的射线强度变化不大; 射线的穿透本领较强,能穿透几毫米的铝板,当铝板的厚度发生变化时,透过铝板的射线强度变化较大,探测器可明显地反映出这种变化,使自动化系统作出相应的反应。答案:见解析