第5章 原子核与核能
第1节 认识原子核
[教材链接] 1.(1)贝可勒尔 (2)射线 射线 放射性 (3)钋 镭
2.(1)β射线 γ射线 α射线
(2)①氦原子核 很强 很弱 铝箔
②电子流 较强 铝板 较弱
③电磁波 很强 铅板 很弱
例1 CD [解析] 由三种射线的本质和特点可知,一张黑纸能挡住α射线,而挡不住β射线和γ射线,故A错误;γ射线是一种电磁波,不是中子流,故B错误;三种射线中α射线电离作用最强,故C正确;β射线是高速电子流,来源于原子核,故D正确.
例2 C [解析] 由三种射线的本质知,γ射线在磁场中不偏转,O处亮斑为γ射线,能穿过厚纸板且在磁场中发生偏转的射线为β射线,再根据偏转方向,结合左手定则可知磁场方向垂直纸面向里,正确选项为C.
[教材链接] 1.(1)①氮原子核 质子 ②原子核
(2)①不带电 中子 ②a.铍 b.质子 c.不带电 质子
2.(1)①核子 ②a.原子序数 b.核子数 ③元素符号 质量数 核电荷数
(2)质子数 中子数
3.(2)原子核符号 (3)核电荷数 (4OHCn
[物理观念] 不是.原子核所带的电荷量总是质子电荷量的整数倍,这个倍数叫作原子核的电荷数.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.
例3 AD [解析] 氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3,质子数和核外电子数均相等,都是1,中子数等于核子数减去质子数,故中子数各不相等,A正确,B、C错误;同位素的化学性质相同,只是物理性质不同,D正确.
例4 AB [解析] X 的质量数为A,质子数为Z,故C、D错误;质量数=质子数+中子数,所以中子数是A-Z,故A正确;核子数=质子数+中子数,则核子数等于质量数,为A,故B正确.
例5 (1)H (2)H (3)Li (4C (5)n
(2)为发现质子的核反应方程,(4)为发现中子的核反应方程
随堂巩固
1.B [解析] 天然放射现象是放射性元素自发地发出射线的现象,由于这一现象与元素的化学状态无关,所以天然放射现象说明原子核有复杂的结构,B正确.
2.D [解析] α射线实质为氦原子核粒子流,带正电,有很强的电离本领;β射线为高速电子流,带负电;γ射线为高频电磁波,不带电,有很强的穿透本领,但不是原子核外的内层电子跃迁产生.根据电荷所受电场力特点可知:①为β射线,②为γ射线,③为α射线.根据左手定则可知,α射线受到的洛伦兹力向左,故④是α射线;β射线受到的洛伦兹力向右,故⑥是β射线;γ射线在磁场中不受磁场的作用力,不会发生偏转,故⑤是γ射线.故D正确.
3.B [解析] 在元素周期表中查到铅的原子序数为82,即一个铅原子中有82个质子,由于原子是电中性的,则核外电子有82个.根据质量数等于质子数与中子数之和可知,铅原子核的中子数为207-82=125.只有选项B正确.
4.D [解析] 三种射线均来自原子核内,A错误;从图中可看出,一张纸能挡住①,则①一定是α射线,其贯穿本领最差,电离能力最强,但不是电磁波,而是高速α粒子流,B错误;铝板能挡住②,而不能挡住③,说明③一定是γ射线,其电离能力最弱,贯穿本领最强,C错误,D正确.
5.(1)88 138 (2)1.408×10-17 C (3)88 (4)
[解析] (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
(2)镭核所带的电荷量
Q=Ze=88×1.6×10-19 C=1.408×10-17 C
(3)核外电子数等于核电荷数等于质子数,故核外电子数为88
(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供,故有qvB=m,r=,因为两种同位素具有相同的核电荷数,但质量数不同,故==第5章 原子核与核能
第1节 认识原子核
1.AD [解析] 天然放射现象中放出的射线是由原子核放出的,说明原子核具有复杂结构,A正确;β射线是由原子核放出的,不是核外电子电离产生的,B错误;放射性元素的放射性是由原子核自身决定的,与物质的存在状态无关,化学反应也不能改变物质的放射性,C错误,D正确.
2.AC [解析] γ射线是一种波长很短的电磁波,具有较高的能量,它的贯穿本领很强,甚至可以穿透几厘米厚的铅板,但它的电离作用很小,选项A、C正确.
3.C [解析] α射线穿透能力最弱,不能穿透黑纸,故①为α射线;γ射线穿透能力最强,能穿透厚铝板和铅板,故③为γ射线;β射线穿透能力较强,能穿透黑纸,但不能穿透厚铝板,故②是β射线,故C正确.
4.C [解析] 从三束射线在电场中运动径迹可以看出,A为α射线,电离能力最强,B为γ射线,穿透能力最强,γ射线是比X射线波长更短的光子流,C为β射线,故C正确.
5.C [解析] 卢瑟福发现质子后,接着又发现原子核的核电荷数与原子核的质量数不相等,大约是原子核质量数的一半或者更少一些,因此猜想在原子核内还存在有质量且不带电的中性粒子,故选C.
6.AC [解析] 两种镭的同位素的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的,原子核的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和,由此知这两种镭的同位素核内的质子数均为88,核子数分别为228和226,中子数分别为140和138,化学性质几乎相同,所以A、C正确,B、D错误.
7.C [解析] 原子核Th,左下角的90代表的是核电荷数,左上角的234代表的是质量数,质子数=核电荷数,质量数=质子数+中子数,所以核内有90个质子,144个中子,234个核子,核外有90个电子,故选C.
8.C [解析] 元素符号的左下角表示的是质子数,左上角表示的是核子数,中子数等于质量数(核子数)减质子数,核内质子数相同而中子数不同的原子互称同位素He是He的同位素,比He少一个中子,故选C.
9.A [解析] 由题知,硼俘获中子后,产生高杀伤力的α粒子和锂(Li)离子,而α粒子为氦原子核,则这个核反应方程为BnLiHe.
10.B [解析] 各同位素的质子数相同,为一定值,同位素的质量数不同,故B正确,C错误.同位素的质子数相同,中子数不同,质量数等于质子数加中子数,则有A=N+Z,且质子数不可能为零即Z>0为常数,中子数可能为零即N≥0,整理得N=A-Z,A-N和N-A图像应该在A轴有截距,故A、D错误.
11.BD [解析] 由于γ射线不带电,因此一定打在O点处,虽然α射线带正电、β射线带负电,但它们受到的电场力与洛伦兹力方向相反,因此当α射线打到O点时,即此时其所受电场力大小等于洛伦兹力,对于β射线,根据F=Bqv,可知由于α射线的速度为0.1c,β射线的速度约为0.99c,因此β射线所受的洛伦兹力大于电场力,所以β射线打到O点的下方,A错误,B正确;当β、γ射线打在O点时,β射线所受到的电场力与洛伦兹力大小相等,由于α射线的速度小于β射线的速度,因此α射线受到的电场力大于洛伦兹力,所以α射线打在O点下方的某一点,C错误,D正确.
12.38 57
[解析] 核外电子数等于质子数,则该原子的核外有38个电子;核子数等于质子数与中子数的和,则原子核内有95-38=57个中子.
13.(1)He (2)n (3e (4)n (5)H
14.(1)用一张纸放在射线前即可除去α射线
(2)如图所示
(3)α射线的圆周运动的半径很大,几乎不偏转,故无法将其与γ射线分离
[解析] (1)由于α射线贯穿能力很弱,用一张纸放在射线前即可除去α射线.
(2)如图所示.
(3)α射线和β射线在磁场中偏转,R=
对α射线有R1=
对β射线有R2=
故=≈400
α射线穿过此磁场时,运动半径很大,几乎不偏转,故与γ射线无法分离.
15.(1Al+HeP+n
(2),方向与入射粒子原运动方向相同
[解析] (1)核反应方程式为Al+HeP+n
(2)由(1)知,该种粒子为中子,设该种粒子的质量为m,则12C核的质量为12m
设碰撞后12C核的速度为v2
取该粒子初速度v0方向为正方向
由动量守恒定律可得mv0=m(-v1)+12mv2
解得v2=
方向与入射粒子原运动方向相同第5章 原子核与核能
第1节 认识原子核
学习任务一 天然放射现象 三种放射线
[教材链接] 阅读教材“天然放射现象 三种放射线”相关内容,完成下列填空:
1.天然放射现象的发现
(1)1896年,法国物理学家 发现铀盐能自发地发出某种看不见的射线,这种射线能穿透黑纸,使照相底片感光.
(2)物质能自发地放出 的现象称为天然放射现象.物质放出 的这种性质,称为放射性.具有 的元素,称为放射性元素.
(3)法国物理学家皮埃尔·居里夫妇对铀和铀的矿石进行了深入研究,发现了两种放射性更强的新元素,即 和 .
2.认识三种放射线
(1)三种射线:如图所示,1是 ,2是 ,3是 .
(2)三种射线的本质和特点
①α射线:α射线是高速运动的 粒子流,射出时的速率可达0.1c.α射线有 的电离作用,但穿透能力 ,在空气中只能飞行几厘米,一张 或一张薄纸就能将它挡住.
②β射线:β射线是高速运动的 ,射出时的速率可达0.99c,穿透能力 ,能穿透几毫米厚的 ,但电离作用 .
③γ射线:γ射线是波长很短的 ,穿透能力 ,能穿透几厘米厚的 ,但电离作用 .
[物理观念] 三种射线的比较
α射线 β射线 γ射线
组成 高速α粒子流 高速电子流 光子流(高频 电磁波)
带电 荷量 2e -e 0
静止 质量 4mp,mp= 1.67×10-27 kg 0
(续表)
α射线 β射线 γ射线
速度 0.1c 接近c c
在电场 或磁 场中 偏转 与α射线 反向偏转 不偏转
贯穿 本领 最弱,用一张 纸能挡住 较强,穿透几 毫米厚的铝板 最强,穿透几 厘米厚的铅板
电离 作用 最强 较弱 最弱
例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α射线和β射线,但不能挡住γ射线
B.γ射线在电场或磁场中均不偏转,是中子流
C.三种射线中对气体电离作用最强的是α射线
D.β射线是高速电子流,但不是原来绕核旋转的核外电子
[反思感悟]
例2 [2024·福州一中月考] 如图所示,R是一种放射性物质,虚线框内是匀强磁场,LL'是一厚纸板,MN是荧光屏,实验时,发现在荧光
屏O、P两处有亮斑,则下列关于磁场方向、到达O点的射线、到达P点的射线的判断,与实验相符的是 ( )
磁场方向 到达O点射线 到达P点射线
A 竖直向上 β射线 α射线
B 竖直向下 α射线 β射线
C 垂直纸面向里 γ射线 β射线
D 垂直纸面向外 β射线 γ射线
[反思感悟]
【要点总结】
三种射线在电场、磁场中偏转情况的比较:
(1)γ射线不带电,不论在电场还是磁场中,总是沿直线传播,不发生偏转.
(2)在同一匀强磁场中,α和β粒子做匀速圆周运动.根据qvB=,得R=∝.α射线偏转半径较大,β射线偏转半径较小,如图甲所示.
(3)在同一匀强电场中,α和β粒子做类平抛运动.根据粒子在静电力方向上做初速度为零的匀加速直线运动,偏移量x可表示为x=at2=·∝,所以α射线偏离较小,β射线偏离较大,如图乙所示.
学习任务二 质子和中子的发现 原子核的组成 核反应与核反应方程
[教材链接] 阅读教材“质子和中子的发现 原子核的组成”相关内容,完成下列填空:
1.质子和中子的发现
(1)质子的发现
①实验:为探测原子核的结构,卢瑟福用α粒子轰击 发现了 .
②结论:质子是 的组成部分.
(2)中子的发现
①卢瑟福的猜想
卢瑟福发现质子后,猜想原子核内可能还存在着质量跟质子相近的 的中性粒子,并将其称为 .
②中子的发现是许多科学家研究的结晶.
a.1930年,科学家发现,用从钋发出的α射线轰击 时,会产生一种不受电场和磁场影响、穿透能力很强的射线.
b.1932年,约里奥—居里夫妇发现,如果用这种射线轰击石蜡,能从石蜡中轰击出 .
c.查德威克对云室中这种射线与氮原子核碰撞的径迹进行研究,发现这种射线是一种 、质量接近 的粒子流,即为中子.
③结论:中子是原子核的组成部分.
2.原子核的组成
(1)原子核的组成
①组成:质子和中子都是原子核的组成部分,人们将质子和中子统称为 .
②两个基本关系
a.核电荷数=质子数= .
b.质量数=质子数+中子数= .
③原子核的符号:X,其中X为 ;A表示原子核的 ,Z表示 .
(2)同位素
具有相同 、不同 的原子核互称同位素.如氢的三种同位素HHH.
3.核反应与核反应方程
(1)核反应:原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程.
(2)核反应方程:用 描述核反应过程的式子.
(3)核反应规律:在核反应中,质量数和 守恒.
(4)发现质子与中子的核反应方程
HeN→
HeBe→
[物理观念] 原子核的电荷数是不是电荷量 质量数是不是质量
例3 (多选)[2024·泉州期末] 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.它们的核外电子数不相等
C.它们的核子数相等
D.它们的化学性质相同
[反思感悟]
例4 (多选)某种元素的原子核符号为X,则 ( )
A.原子核的质子数为Z,中子数为A-Z
B.原子核的质子数为Z,核子数为A
C.原子核的质子数为A,中子数为Z
D.原子核的质子数为A,中子数为A-Z
[反思感悟]
例5 完成下列核反应方程,并指出其中哪个是发现质子的核反应方程,哪个是发现中子的核反应方程.
(1)NnC+ ;
(2)NHe→O+ ;
(3)Bn→ He;
(4)BeHe→ n;
(5)FeHCo+ .
【要点总结】
1.原子核(符号X)
原子核
2.基本关系
核电荷数=质子数=元素的原子序数.
质量数=核子数=质子数+中子数.
1.(天然放射现象)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.原子内部大部分是空的
D.原子是由带正电和带负电的基本粒子组成的
2.(三种射线的特点)[2024·厦门三中月考] 如图所示,某放射性元素释放出α、β、γ三种射线,分别进入匀强电场和匀强磁场中,下列说法正确的是 ( )
A.①和④是α射线,它们有很强的穿透本领
B.③和⑥是β射线,它们是高速电子流
C.②和⑤是γ射线,它们由原子核外的内层电子跃迁产生
D.③和④是α射线,它们有很强的电离本领
3.(中子数与质子数)在元素周期表中查到铅的原子序数为82,一个铅原子质量数为207,下列说法正确的是 ( )
A.核外有82个电子,核内有207个质子
B.核外有82个电子,核内有82个质子
C.核内有82个质子,207个中子
D.核内有125个核子
4.(三种射线的特点)天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示,由此可推知 ( )
A.②来自原子核外的电子
B.①的电离作用最强,是一种电磁波
C.③的电离作用较强,是一种电磁波
D.③的电离作用最弱
5.(原子核结构的理解)[2024·山东青岛期末] 已知镭的原子序数是88,原子核的质量数是226.则:
(1)镭核中有多少个质子 多少个中子
(2)镭核所带的电荷量是多少
(3)若镭原子呈中性,它的核外有多少个电子
(4)Ra是镭的一种同位素,让Ra和Ra以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中,它们运动的轨道半径之比是多少 第5章 原子核与核能
第1节 认识原子核
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◆ 知识点一 天然放射现象 三种放射线
1.(多选)关于天然放射现象,下列说法正确的是 ( )
A.天然放射现象说明原子核具有复杂结构
B.β射线是由原子核外电子电离产生的
C.物质的放射性与物质的存在状态有关
D.通过化学反应不能改变物质的放射性
2.(多选)[2024·厦门一中月考] 近几年,γ刀已成为治疗脑肿瘤的最佳仪器,令人感叹的是,用γ刀治疗时不用麻醉,病人清醒,时间短,半小时内完成手术,无需住院,因而γ刀被誉为“神刀”.据报道,我国自主研制的旋式γ刀性能更好,已进入各大医院为患者服务.γ刀治疗脑肿瘤主要是利用 ( )
A.γ射线具有很强的贯穿本领
B.γ射线具有很强的电离作用
C.γ射线具有很高的能量
D.γ射线容易绕过障碍物到达目的地
3.[2024·黑龙江大庆期末] 在贝可勒尔发现天然放射现象后,人们对射线的性质进行了深入的研究,发现α、β、γ射线的穿透本领不同.如图为这三种射线穿透能力的比较,图中射线①、②、③分别是 ( )
A.γ、β、α B.β、γ、α C.α、β、γ D.α、γ、β
4.[2024·泉州期末] 放射性元素放出的射线,在电场中分成A、B、C三束,如图所示,其中 ( )
A.C为氦核组成的粒子流
B.B的穿透能力最弱
C.A的电离能力最强
D.B为比X射线波长更长的光子流
◆ 知识点二 原子核的组成 核反应方程
5.[2024·陕西西安期末] 卢瑟福发现质子后,猜想原子核中还有中子的存在,他的主要依据是 ( )
A.原子核外电子数与质子数相等
B.原子核的质量大约是质子质量的整数倍
C.原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些
D.质子和中子的质量几乎相等
6.(多选)Ra是Ra的一种同位素,对于这两种镭的原子而言,下列说法中正确的是 ( )
A.它们具有相同的质子数和不同的质量数
B.它们具有相同的中子数和不同的原子序数
C.它们具有相同的核电荷数和不同的中子数
D.它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质
7.[2024·南平期末] 原子核Th表示 ( )
A.核内有90个电子 B.核内有234个电子
C.核内有144个中子 D.核内有90个核子
8.[2024·山西太原一中月考] 据报道,月球上有大量的He存在,以下关于He的说法正确的是( )
A.是He的同分异构体
B.比He多一个中子
C.是He的同位素
D.比He少一个质子
9.[2021·北京卷] 硼(B)中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一.治疗时先给病人注射一种含硼的药物,随后用中子照射,硼俘获中子后,产生高杀伤力的α粒子和锂(Li)离子.这个核反应的方程是 ( )
A.B+nLi+He BB+HeN+n
CN+HeO+H DN+nC+H
10.[2024·山东烟台二中月考] 下列表示某种元素的各同位素的质量数(A)、质子数(Z)和中子数(N)三者关系的图像正确的是 ( )
A B C D
11.(多选)[2024·重庆四中月考] 如图所示,铅盒P中的放射性物质从小孔中不断向外辐射含有α、β、γ三种射线的放射线(α射线的速度为0.1c,β射线的速度约为0.99c),空间未加电场和磁场时,右边荧光屏MN上仅在其中心O处有一光斑,而在该空间加上如图所示的互相垂直的匀强电场和匀强磁场后,荧光屏上显示出了两个亮点,关于此时各种射线在荧光屏上的分布情况,以下说法正确的是 ( )
A.可能是α、γ射线打在O点,β射线打在O点上方的某一点
B.可能是α、γ射线打在O点,β射线打在O点下方的某一点
C.可能是β、γ射线打在O点,α射线打在O点上方的某一点
D.可能是β、γ射线打在O点,α射线打在O点下方的某一点
12.[2024·北京朝阳区期中] 某中性原子的原子核的符号是Sr,那么该原子的核外有 个电子,原子核内有 个中子.
13.在中子、质子、电子、α粒子中选出一个适当的粒子,分别填在下列核反应式的横线上.
(1)U→Th+ ;
(2)Be+He→C+ ;
(3)Th→Pa+ ;
(4)U+ Sr+Xe+10n;
(5)N+He→O+ .
14. 茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线,对宇航员构成了很大的威胁.现有一束射线(含有α、β、γ三种射线),则:
(1)在不影响β和γ射线的情况下,如何用最简单的方法除去α射线
(2)余下的这束含有β和γ射线的射线经过如图所示的一个使它们分开的磁场区域,请画出β和γ射线进入磁场区域后轨迹的示意图(画在图上).
(3)用此磁场可以将β和γ射线分离,但不能把α射线从γ射线束中分离出来,试分析其原因.(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8000倍,α射线速度约为光速的十分之一,β射线速度约为光速)
15.1934年约里奥·居里夫妇用α粒子轰击静止的Al,发现了放射性磷P和另一种粒子,并因这一伟大发现而获得诺贝尔物理学奖.
(1)写出这个过程的核反应方程式;
(2)若该种粒子以初速度v0与一个静止的12C核发生碰撞,但没有发生核反应,该粒子碰后的速度大小为v1,运动方向与原运动方向相反,求碰撞后12C核的速度.(共37张PPT)
第1节 认识原子核
学习任务一 天然放射现象 三种放射线
学习任务二 质子和中子的发现 原子核的组成 核反应与核反应方程
备用习题
随堂巩固
学习任务一 天然放射现象 三种放射线
［教材链接］ 阅读教材“天然放射现象 三种放射线”相关内容，完成下列填空：
1.天然放射现象的发现
(1) 1896年，法国物理学家__________发现铀盐能自发地发出某种看不见的射线，这种射线能穿透黑纸，使照相底片感光.
(2) 物质能自发地放出______的现象称为天然放射现象.物质放出_______的这种性质，称为放射性.具有________的元素，称为放射性元素.
(3) 法国物理学家皮埃尔·居里夫妇对铀和铀的矿石进行了深入研究，发现了两种放射性更强的新元素，即____和____.
贝可勒尔
射线
射线
放射性
钋
镭
2.认识三种放射线
(1) 三种射线：如图所示，1是________，2是________，3是________.
射线
射线
射线
(2) 三种射线的本质和特点
① 射线： 射线是高速运动的__________粒子流，射出时的速率可达. 射线有______的电离作用，但穿透能力______，在空气中只能飞行几厘米，一张______或一张薄纸就能将它挡住.
氦原子核
很强
很弱
铝箔
② 射线： 射线是高速运动的________，射出时的速率可达，穿透能力______，能穿透几毫米厚的______，但电离作用______.
电子流
较强
铝板
较弱
③ 射线： 射线是波长很短的________，穿透能力______，能穿透几厘米厚的______，但电离作用______.
电磁波
很强
铅板
很弱
［物理观念］ 三种射线的比较
组成 高速电子流 光子流(高频电磁波)
带电荷量 0
静止质量 0
速度
在电场或磁场中 偏转 不偏转
贯穿本领 最弱,用一张纸能挡住 较强,穿透几毫米厚的铝板 最强,穿透几厘米厚的铅板
电离作用 最强 较弱 最弱
续表
例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 射线和 射线,但不能挡住 射线
B. 射线在电场或磁场中均不偏转,是中子流
C.三种射线中对气体电离作用最强的是 射线
D. 射线是高速电子流,但不是原来绕核旋转的核外电子
[解析] 由三种射线的本质和特点可知,一张黑纸能挡住 射线,而挡不住 射线和 射线,故A错误; 射线是一种电磁波,不是中子流,故B错误;三种射线中 射线电离作用最强,故C正确; 射线是高速电子流,来源于原子核,故D正确.
√
√
例2 [2024·福州一中月考] 如图所示,是一种放射性物质,虚线框内是匀强磁场,是一厚纸板,是荧光屏,实验时,发现在荧光屏、两处有亮斑,则下列关于磁场方向、到达点的射线、到达点的射线的判断,与实验相符的是( )
磁场方向
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] 由三种射线的本质知, 射线在磁场中不偏转,处亮斑为 射线,能穿过厚纸板且在磁场中发生偏转的射线为 射线,再根据偏转方向,结合左手定则可知磁场方向垂直纸面向里,正确选项为C.
【要点总结】
三种射线在电场、磁场中偏转情况的比较:
(1) 射线不带电,不论在电场还是磁场中,总是沿直线传播,不发生偏转.
(2)在同一匀强磁场中, 和 粒子做匀速圆周运动.根据,得 射线偏转半径较大, 射线偏转半径较小,如图甲所示.
(3)在同一匀强电场中, 和 粒子做类平抛运动.根据粒子在静电力方向上做初速度为零的匀加速直线运动,偏移量可表示为,所以 射线偏离较小, 射线偏离较大,如图乙所示.
甲
乙
学习任务二 质子和中子的发现 原子核的组成 核反应与核反应方程
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1.质子和中子的发现
(1) 质子的发现
①实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用 粒子轰击__________发现了______.
②结论：质子是________的组成部分.
氮原子核
质子
原子核
(2) 中子的发现
①卢瑟福的猜想
卢瑟福发现质子后，猜想原子核内可能还存在着质量跟质子相近的________的中性粒子，并将其称为______.
不带电
中子
②中子的发现是许多科学家研究的结晶.
.1930年，科学家发现，用从钋发出的 射线轰击____时，会产生一种不受电场和磁场影响、穿透能力很强的射线.
.1932年，约里奥—居里夫妇发现，如果用这种射线轰击石蜡，能从石蜡中轰击出______.
.查德威克对云室中这种射线与氮原子核碰撞的径迹进行研究，发现这种射线是一种________、质量接近______的粒子流，即为中子.
③结论：中子是原子核的组成部分.
铍
质子
不带电
质子
2.原子核的组成
(1) 原子核的组成
① 组成：质子和中子都是原子核的组成部分，人们将质子和中子统称为______.
核子
② 两个基本关系
.核电荷数质子数__________.
.质量数质子数中子数________.
原子序数
核子数
③ 原子核的符号：，其中为__________；表示原子核的_________，表示__________.
元素符号
质量数
核电荷数
(2) 同位素
具有相同________、不同________的原子核互称同位素.如氢的三种同位素、、.
质子数
中子数
3.核反应与核反应方程
(1)核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程.
(2)核反应方程：用____________描述核反应过程的式子.
(3)核反应规律：在核反应中，质量数和__________守恒.
(4)发现质子与中子的核反应方程
_________
_________
原子核符号
核电荷数
［物理观念］ 原子核的电荷数是不是电荷量？质量数是不是质量？
[答案] 不是.原子核所带的电荷量总是质子电荷量的整数倍，这个倍数叫作原子核的电荷数.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.
例3 (多选)[2024·泉州期末] 氢有三种同位素,分别是氕、氘、氚,则( )
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.它们的化学性质相同
[解析] 氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3,质子数和核外电子数均相等,都是1,中子数等于核子数减去质子数,故中子数各不相等,A正确，B、C错误;同位素的化学性质相同,只是物理性质不同,D正确.
√
√
例4 (多选)某种元素的原子核符号为,则( )
A.原子核的质子数为,中子数为
B.原子核的质子数为,核子数为
C.原子核的质子数为,中子数为
D.原子核的质子数为,中子数为
[解析] 的质量数为A,质子数为,故C、D错误;质量数质子数中子数,所以中子数是,故A正确;核子数质子数中子数,则核子数等于质量数,为A,故B正确.
√
√
例5 完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程.
(1) ____；
(2) ____；
[解析] 为发现质子的核反应方程，
(3) ____；
(4) ____；
[解析] 为发现中子的核反应方程
(5) ____.
【要点总结】
1.原子核(符号)
2.基本关系
核电荷数质子数元素的原子序数.
质量数核子数质子数中子数.
1.如图所示,天然放射性元素放出的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( )
A.向右偏
B.向左偏
C.沿直线前进
D.无法判断
√
[解析] γ射线不带电,故在电磁场中不偏转,β射线不偏转是因为电场力与洛伦兹力是一对平衡力,故Eq=Bqv,即v=,而α射线的速度比β射线小,因此α射线受向右的电场力大于向左的洛伦兹力,故α射线向右偏,A正确,B、C、D错误.
2.如图是查德威克等科学家通过实验发现中子的实验模拟图,实验中涉及三种粒子,则( )
A.x1是中子
B.x2是中子
C.x3是中子
D.x2是α粒子
√
[解析] 查德威克发现中子的实验,是利用钋(Po)放射出的α粒子轰击铍(Be)产生的中子能将石蜡中的质子打出来,则x1是α粒子,x2是中子,x3是质子.
3.如图所示是利用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,该生产线轧制的是3 mm厚的铝板,那么是三种射线中的 射线对控制厚度起主要作用.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两个轧辊间的距离调节得 些.
β
大
[解析] α射线不能穿过3 mm厚的铝板,γ射线又很容易穿过3 mm厚的铝板,基本不受铝板厚度的影响,而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板,因此厚度的微小变化会使穿过铝板的β射线的强度发生较明显变化,所以是β射线对控制厚度起主要作用.若超过标准值,说明铝板太薄了,应该将两个轧辊间的距离调节得大些.
1.(天然放射现象)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.原子内部大部分是空的
D.原子是由带正电和带负电的基本粒子组成的
[解析] 天然放射现象是放射性元素自发地发出射线的现象,由于这一现象与元素的化学状态无关,所以天然放射现象说明原子核有复杂的结构,B正确.
√
2.(三种射线的特点)[2024·厦门三中月考] 如图所示,某放射性元素释放出 、 、 三种射线,分别进入匀强电场和匀强磁场中,下列说法正确的是 ( )
A.①和④是 射线,它们有很强的穿透本领
B.③和⑥是 射线,它们是高速电子流
C.②和⑤是 射线,它们由原子核外的内层电子跃迁产生
D.③和④是 射线,它们有很强的电离本领
√
[解析] 射线实质为氦原子核粒子流,带正电,有很强的电离本领; 射线为高速电子流,带负电; 射线为高频电磁波,不带电,有很强的穿透本领,但不是原子核外的内层电子跃迁产生.根据电荷所受电场力特点可知:①为 射线,②为 射线,③为 射线.根据左手定则可知, 射线受到的洛伦兹力向左,故④是 射线; 射线受到的洛伦兹力向右,故⑥是 射线; 射线在磁场中不受磁场的作用力,不会发生偏转,故⑤是 射线.故D正确.
3.(中子数与质子数)在元素周期表中查到铅的原子序数为82,一个铅原子质量数为207,下列说法正确的是( )
A.核外有82个电子,核内有207个质子
B.核外有82个电子,核内有82个质子
C.核内有82个质子,207个中子
D.核内有125个核子
[解析] 在元素周期表中查到铅的原子序数为82,即一个铅原子中有82个质子,由于原子是电中性的,则核外电子有82个.根据质量数等于质子数与中子数之和可知,铅原子核的中子数为.只有选项B正确.
√
4.(三种射线的特点)天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示,由此可推知 ( )
A.②来自原子核外的电子
B.①的电离作用最强,是一种电磁波
C.③的电离作用较强,是一种电磁波
D.③的电离作用最弱
[解析] 三种射线均来自原子核内,A错误;从图中可看出,一张纸能挡住①,则①一定是 射线,其贯穿本领最差,电离能力最强,但不是电磁波,而是高速 粒子流,B错误;铝板能挡住②,而不能挡住③,说明③一定是 射线,其电离能力最弱,贯穿本领最强,C错误,D正确.
√
5.(原子核结构的理解)[2024·山东青岛期末] 已知镭的原子序数是88,原子核的质量数是226.则:
(1) 镭核中有多少个质子 多少个中子
[答案] 88 138
[解析] 镭核中的质子数等于其原子序数,故质子数为88,中子数等于原子核的质量数与质子数之差,即
(2) 镭核所带的电荷量是多少
[答案]
[解析] 镭核所带的电荷量
(3) 若镭原子呈中性,它的核外有多少个电子
[答案] 88
[解析] 核外电子数等于核电荷数等于质子数,故核外电子数为88
(4) 是镭的一种同位素,让和以相同速度垂直射入磁感应强度为的匀强磁场中,它们运动的轨道半径之比是多少
[答案]
[解析] 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供,故有,,因为两种同位素具有相同的核电荷数,但质量数不同,故
