课时作业14 原子核的组成
1．天然放射现象说明( )
A．原子不是单一的基本粒子
B．原子核不是单一的基本粒子
C．原子内部大部分是中空的
D．原子核是由带正电和带负电的基本粒子组成的
解析：卢瑟福的α粒子散射实验说明了原子内大部分是中空的；天然放射现象是由原子核内向外辐射射线，说明原子核不是单一的基本粒子。原子核是由质子和中子构成的。
答案：B
2．下列哪些事实表明原子核具有复杂的结构( )
A．α粒子的散射实验
B．天然放射现象
C．阴极射线的发现
D．X射线的发现
解析：因为天然放射现象是指从原子核内部自发地放出射线来，表明原子核还有更复杂的内部结构。
答案：B
3．有三种射线，射线a很容易穿透黑纸，速度接近光速；射线b可穿透几十厘米厚的混凝土，能量很高；用射线c照射带电的导体，可使电荷很快消失。则下列判断中正确的是( )
A．a是α射线，b是β射线，c是γ射线
B．a是β射线，b是γ射线，c是α射线
C．a是γ射线，b是α射线，c是β射线
D．a是γ射线，b是β射线，c是α射线
解析：由题意知，射线a贯穿能力较强，速度接近光速，故是β射线；射线b贯穿能力很强且能量高，是γ射线；射线c很容易使空气电离成为导体，从而将电荷导入大地，是α射线。
答案：B
4．下列哪些现象能说明射线来自原子核( )
A．三种射线的能量都很高
B．放射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响
C．元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关
D．α射线、β射线都是带电的粒子流
解析：能说明放射线来自原子核的证据是，元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关，B、C正确。
答案：B、C
5．若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子核内的质子数，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＝90 y＝90 z＝234
B．x＝90 y＝90 z＝144
C．x＝144 y＝144 z＝90
D．x＝234 y＝234 z＝324
解析：在Th中，左下标为质子数，左上标为质量数，则y＝90；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝90；中子数等于质量数减去质子数，z＝234－90＝144，所以B选项正确。
答案：B
6．氢有三种同位素，分别是氕H、氘H、氚H，则( )
A．它们的质子数相等
B．它们的核外电子数相等
C．它们的核子数相等
D．它们的中子数相等
解析：氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，因为是同位素，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，所以本题A、B选项正确。
答案：A、B
7.如图14－1所示，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外。已知放射源放出的射线有α、β、γ三种，下列判断中正确的是( )
图14－1
A．甲是α射线，乙是γ射线，丙是β射线
B．甲是β射线，乙是γ射线，丙是α射线
C．甲是γ射线，乙是α射线，丙是β射线
D．甲是α射线，乙是β射线，丙是γ射线
解析：γ射线不带电，在磁场中不发生偏转，C、D错。由左手定则可以判定甲带负电，丙带正电，由此可知，甲是β射线，丙是α射线，B对。
答案：B
8.如图14－2所示，天然放射性元素，放出α、β、γ三种射线同时射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直，进入场区后发现β射线和γ射线都沿直线前进，则α射线( )
图14－2
A．向右偏
B．向左偏
C．直线前进
D．无法判定
解析：γ射线在电场、磁场中不受力，所以沿直线前进。β射线在电场、磁场中受到一对平衡力而沿直线运动，即向左的电场力和向右的洛伦兹力大小相等、方向相反，即Bqv＝Eq，所以v＝。而α粒子的速度远小于β射线中电子的速度，所以向右的电场力远大于向左的洛伦兹力，α粒子向右偏，A正确。
答案：A
9.如图14－3所示，R是一种放射性物质，虚线方框内是匀强磁场，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( )
图14－3
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
β
α
B
竖直向上
α
β
C
垂直纸面向里
γ
β
D
垂直纸面向外
γ
α
解析：R放射出来的射线共有α、β、γ三种，其中α、β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，γ射线不偏转，故打在O点的应为γ射线；由于a射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是β射线；依据β射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里。
答案：C
10．如图14－4所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小；在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是( )
图14－4
A．α和β的混合放射源
B．纯α放射源
C．α和γ的混合放射源
D．纯γ放射源
解析：此题考查运用三种射线的性质分析问题的能力。在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子，在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀速磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线。因此放射源可能是α和γ的混合放射源。
答案：C
11.如图14－5所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置，假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3 mm厚的铝板，那么是三种射线中的哪种射线对控制铝板厚度起主要作用？当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离如何调节？
图14－5
解析：由于γ射线可以穿透十几厘米厚的铝板，铝板厚度有微小变化时，不会引起γ粒子的明显变化，而α射线不能穿透铝板，故起作用的是β射线。当β射线粒子的个数超标时，说明铝板变薄，应通过自动装置将M、N间的距离调大一些。
答案：β 将MN间的距离调节得大一些
12.质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图14－6所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x。
图14－6
(1)设离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感应强度大小为B，求x的大小；
(2)氢的三种同位素H、H、H从离子源S出发，到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xH?xD?xT为多少？
解析：(1)离子被加速时，由动能定理得qU＝mv2，进入磁场时洛伦兹力提供向心力qvB＝，又x＝2r，由以上三式得x＝ 。
即这个原子核原来所含的质子数为90。
(2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由(1)结果知，
xH:xD:xT＝ ::＝1: :。
答案：(1) (2)1::
13．放射性元素放出的β射线是原子核内中子转化为质子的过程中释放出的电子形成的高速电子流，请估算其电子能量相当于多大的电势差加速所获得的能量。(不考虑相对论效应)
解析：β射线的速度v＝0.99c＝2.97×108 m/s，质量me＝9.1×10－31 kg，电子加速时，由动能定理eU＝mev2，得U＝＝ V＝2.5×105 V。
答案：2.5×105 V
14．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图14－7所示)，今测得两个相切圆半径之比r1:r2＝44:1。求：
图14－7
(1)这个原子核原来所含的质子数是多少？
(2)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由)
解析：(1)设衰变后α粒子的电荷量为q1＝2e，新生核的电荷量为q2，它们的质量分别为m1和m2，衰变后的速度分别为v1和v2，则原来原子核的电荷量q＝q1＋q2
根据轨道半径公式有＝＝
又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则m1v1＝m2v2
以上三式联立解得q＝90e。
即这个原子核原来所含的质子数为90。
(2)由于动量大小相等，因此轨道半径与粒子的电荷量成反比。所以圆轨道1是α粒子的径迹，圆轨道2是新生核的径迹，两者电性相同，运动方向相反。
答案：(1)90 (2)圆轨道1 理由见解析
课件37张PPT。知识与技能
1．知道天然放射性及其规律。
2．知道三种射线的本质。
3．知道原子核的组成，掌握原子序数、核电荷数、质量数之间的关系。过程与方法
1．体会三种射线的区分方法。
2．体验质子、中子的发现过程。
情感、态度与价值观
感受科学发现的艰辛，激发探究科学的热情，培养热爱科学、不畏艰难困苦、勇于攀登的精神。
1.物质发射________的性质称为放射性，具有放射性的元素称为________。原子序数大于或等于________的元素，都具有放射性，原子序数________的元素，有的也能放出射线。放射性元素自发地发出射线的现象，叫做________现象。2．α射线是高速粒子流，实际上是________原子核，其________能力最弱，________最强；β射线是________，它的速度最大；γ射线是能量很高的________，波长极短，它的________最强，________最小。
3．卢瑟福用α粒子轰击________原子核，发现了质子，质子用________表示；________发现了中子，中子用符号________表示。4．原子核常用符号________表示，其中X为________符号，上角表A表示核的________，下角标Z表示核的________。
5．具有相同________数而________数不同的原子核，互称为同位素。氢有三种同位素，分别是氕(________)、氘(________)、氚(________)。答案：
1．射线 放射性元素 83 小于83 天然放射
2．氦 穿透 电离作用 高速电子流 电磁波 穿透能力 电离作用
3．氮 p 查德威克 n
知识点1 天然放射现象
(1)放射性
物质发射射线的性质称为放射性。
(2)放射性元素
具有放射性的元素称为放射性元素。自然界中原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线；原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。(3)天然放射现象
放射性元素自发地发出射线的现象叫做天然放射现象。
1896年，法国物理学家贝可勒尔最先发现天然放射现象，揭开了研究原子核内部结构的序幕。知识点2 射线到底是什么
1．放射线的研究
(1)让放射线通过电场或磁场，根据射线在电场或磁场中的偏转情况研究其性质。
图19－1－1(2)把样品放在铅块的窄孔里，在孔的对面放着照相底片，在没有电场或磁场时，发现在底片上正对孔的位置感光了。若在铅块和底片之间放一对电极或加上磁场，使电场方向或磁场方向跟射线方向垂直，结果在底片上就会有三个地方感光，说明在电场或磁场作用下，射线分为三束，而且这些射线中有的带电，有的不带电，如图19－1－1所示。从感光的位置可以知道，带正电的射线偏转较小，这种射线叫α射线；带负电的射线偏转较大，这种射线叫β射线；不偏转的叫γ射线。2．三种放射线的性质【例1】放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图19－1－2所示，其中 ( )
A．C为氦核组成的粒子流
B．B为比X射线波长更长的光子流
C．B为比X射线波长更短的光子流
D．A为高速电子组成的电子流图19－1－2【答案】C
【解析】根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，A射线向电场线方向偏转应为带正电的粒子组成的射线，所以是α射线；β射线在电场中不偏转，所以是γ射线；C射线在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是β射线。*对应训练*
1．将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场中，下列射线偏转情况中正确的是
( )答案：A、D 知识点3 原子核的组成
(1)质子的发现
1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，结果从氮核中打出了一种粒子，并测定了它的电荷量与质量，知道它是氢原子核，把它叫做质子。符号p或 H。以后又从氟、钠、铝等原子核中打出了质子，所以断定质子是原子核的组成部分。(2)中子的发现
卢瑟福发现质子后，预言核内还有一种不带电的粒子，并给这种还未“出生”的粒子起了一个名字叫“中子”。卢瑟福的预言十年后就变成了现实，他的学生查德威克用实验证明了原子核内含有中子，中子的质量非常接近于质子的质量。(3)原子核的组成
原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称核子。原子核所带电荷总是质子电荷的整数倍，用Z表示，叫做原子核的质子数，或叫核电荷数。原子核的质量是核内质子和中子质量的总和。由于质子和中子质量几乎相等，所以原子核的质量近似等于核子质量的整数倍，用这个整数代表原子核的质量，叫做原子核的质量数，用A表示，原子核的符号可以表示为AZX，其中X为元素符号，A为原子核的质量数，Z为核电荷数。(4)同位素
①定义：具有相同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。
②化学性质的决定因素：原子核的质子数决定了核外电子的数目，也决定了电子在核外分布的情况，进而决定了这种元素的化学性质。因此，同种元素的原子质子数相同，核外电子数也相同，它们就会具有相同的化学性质。【例2】已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226。试问：
(1)镭核中有几个质子？几个中子？
(2)镭核所带的电荷量是多少？
(3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？【答案】(1)88,138 (2)1.41×10－17 C (3)88
【解析】原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的，原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和。由此可得：
(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138。答案：C
三种射线在电场和磁场中的偏转分析
1．γ射线不论在电场还是磁场中，总是做匀速直线运动，不发生偏转。
根据上述特点，在电场或磁场中不发生偏转的射线是γ射线。2．α射线和β射线在电场中偏转的特点：在匀强电场中，α和β粒子沿相反方向做类平抛运动，且在同样的条件下，β粒子的偏移最大。根据粒子在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动，位移x可表示为：
根据上述径迹特点，即使电场和磁场方向未知，也可以区分射线的种类。【例3】如图19－1－3所示，一天然放射性物质射出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域(其方向如图所示)，调整电场强度E和磁感应强度B的大小，使得在胶片MN上只有两个点受到射线照射。则射到b点的是________射线。图19－1－3 【答案】α或β
【解析】γ射线不发生偏转，只能射到a点。α粒子受向右的电场力和向左的洛伦兹力，若qαE＝qαvαB，则α粒子不偏转，打到a点，此时E＝vαB。β粒子受向左的电场力qβE和向右的洛伦兹qβvβB，又有vβ>vα，得qβvβB>qβE，故β粒子向右偏转打到b点；若qβE＝qβvβB，则β粒子不偏转，但α粒子，qαE>qαvαB，合力向右，α粒子向右偏转打到b点，故打到b点的是α射线或β射线。
贝克勒尔
贝克勒尔(1852—1908年)法国物理学家，放射性的发现者，1852年12月15日生于巴黎的一个科学世家。1872年进巴黎综合工科大学，1874年进桥梁公路学院，1877年毕业后任桥梁工程师。1892年继其祖父A.C.贝克勒尔和父亲E.贝克勒尔担任法国自然史博物馆物理学教授。1908年担任法国科学院院长，同年7月又被选为科学院两个常务秘书之一。贝克勒尔早年研究光学。1875年起研究兴趣转向法拉第发现的平面偏振光的偏振面在磁场中的旋转问题。1883年开始研究红外光谱。1886年转而研究晶体对光的吸收，并由此于1888年获博士学位。H.贝可勒尔对放射性的发现与当时伦琴发现的X射线有关。在研究不同荧光物质对照相底版的作用时，他意外地发现了一种不可见的辐射。他用实验证明，这种射线，像X射线一样能使周围的气体电离；但又与X射线不同，它可以被电场或磁场偏转。他于1896年3月2日在法国科学院的例会上报告了这一重大发现。当时称这种射线为贝克勒尔射线，后经居里夫妇等人的努力，发现钍、钋、镭都放射这种射线，从而把这种现象定名为放射性。
此后，贝克勒尔又作了两项重要工作。1900年3月26日他从镭射线在电场和磁场中的偏转角度，测出射线中含有带负电的粒子，后称为β射线。第二项是1904年最先发现了放射性衰变。贝克勒尔发现天然放射性，标志着原子核物理学的开端。由此他和居里夫妇共同获得1903年的诺贝尔物理学奖。然而，由于在长期的研究中受到放射性的伤害，贝克勒尔成为第一位被放射性物质夺去生命的科学家。于1908年8月25日逝世于勒克鲁瓦西克，享年仅56岁。
