(共31张PPT)
1.原子核的组成
学习目标
1.了解什么是放射性和天然放射现象。
2.理解三种射线的本质,以及如何利用磁场区分它们。
3.掌握原子核的组成,知道核子和同位素的概念。
4.掌握质量数、电荷数和核子数之间的关系。
思维导图
必备知识
自我检测
一、天然放射现象
1.1896年,法国物理学家贝可勒尔发现某些物质具有放射性。
2.物质发出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,有的也能发出射线。
4.玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素,命名为钋(Po)和镭(Ra)。
必备知识
自我检测
二、三种射线
1.α射线:是α粒子流,α粒子的组成与氦原子核相同,速度可达到光速的
,其电离能力强,穿透能力较差,在空气中只能前进几厘米,用一张纸就能把它挡住。
2.β射线:是电子流,它速度很大,可以接近光速,它的穿透能力较强,电离能力较弱,很容易穿透黑纸,也能穿透几毫米厚的铝板。
3.γ射线:是一种电磁波,波长很短,在10-10
m以下,它的电离作用更弱,但穿透能力更强,甚至能穿透几厘米厚的铅板或几十厘米厚的混凝土。
必备知识
自我检测
三、原子核的组成
1.质子的发现
卢瑟福用α粒子轰击氮原子核获得了质子。
2.中子的发现
(1)卢瑟福预言:原子核内可能还存在另一种粒子,它的质量与质子相同,但是不带电,他把这种粒子叫作中子。
(2)查德威克用α粒子轰击铍
原子核获得了中子。
3.原子核的组成
原子核由质子、中子组成,它们统称为核子,质子数与中子数之和叫核子数。
必备知识
自我检测
4.原子核的电荷数(Z)
等于原子核的质子数,等于原子序数。
5.原子核的质量数(A)
等于质子数与中子数的总和。
6.原子核的符号表示
,其中X为元素符号,A表示核的质量数,Z表示核的电荷数。
7.同位素
具有相同质子数而中子数不同的原子核组成的元素互称同位素。
必备知识
自我检测
1.正误判断
(1)天然放射现象的发现揭示了原子核还可以再分。( )
(2)原子序数小于83的元素都不能放出射线。( )
(3)α射线实际上就是氦原子核,α射线具有较强的穿透能力。( )
(4)β射线是高速电子流,很容易穿透黑纸,也能穿透几毫米厚的
铝板。( )
(5)γ射线是能量很高的电磁波,电离作用很强。( )
(6)同一元素的两种同位素具有相同的质量数。( )
(7)质子和中子都不带电,是原子核的组成成分,统称为核子。( )
(8)原子核的电荷数就是核内的质子数,也就是这种元素的原子
序数。( )
答案(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)√
必备知识
自我检测
2.以下说法正确的是( )
C.同一元素的两种同位素具有相同的质量数
D.同一元素的两种同位素具有不同的中子数
解析钍核的质量数为234,质子数为90,所以A错误;铍核的质子数为4,中子数为5,所以B错误;由于同位素是指质子数相同而中子数不同,即质量数不同,因而C错误,D正确。
答案D
必备知识
自我检测
3.如图所示,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( )
A.向右偏
B.向左偏
C.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
,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。
答案A
探究一
探究二
随堂检测
天然放射现象
情境探究
1.法国科学家贝克勒尔自1895年起一直研究由硫化物和含铀的化合物产生的磷光现象,1896年2月26日、27日两天,因阴雨无法进行实验,他把用黑纸包住的照相底片连同它上面的磷光物质一起放进抽屉里。3月1日,细心的贝克勒尔想抽查一下照相底片是否会因黑纸漏光而曝光。照相底片冲洗出来后,他大吃一惊,底片受到很强的辐射而变得很黑了,这显然不是漏光和磷光形成的。第二天他向法国科学院报告了他所发现的新的“不可见的辐射”。这种辐射可以穿透黑纸而使底片感光,这就是后来提出的物质的放射性。贝克勒尔因发现了物质的放射性而获得1903年诺贝尔物理学奖。天然放射现象的发现具有什么重大意义?
探究一
探究二
随堂检测
要点提示天然放射现象发现的意义在于,它表明原子核具有复杂的结构,打开了人们认识原子核内部世界的大门,也就是说,人们认识原子核的结构是从天然放射现象开始的,它揭开了原子核物理的新篇章。
探究一
探究二
随堂检测
2.最早发现的天然放射性元素是铀,后来居里夫人又发现了镭、钋,现在已经知道原子序数大于83的元素都有放射性,天然放射性元素的种类很多,但它们在地球上的含量很少,铀、镭等元素放出的射线是什么射线?科学家是用什么方法研究这些射线性质的?
要点提示α射线、β射线、γ射线;研究方法是将三种射线射入到磁场或者电场中。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
1.三种射线的实质
α射线:高速氦核流,α粒子带2e的正电荷;
β射线:高速电子流,β粒子带e的负电荷;
γ射线:光子流(高频电磁波),不带电。
2.三种射线在电场中和磁场中的偏转
(1)在匀强电场中,γ射线不发生偏转,做匀速直线运动,α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动,在同样的条件下,β粒子的偏移大,如图所示。
探究一
探究二
随堂检测
(2)在匀强磁场中,γ射线不发生偏转,仍做匀速直线运动,α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动,且在同样条件下,β粒子的轨道半径小,如图所示。
3.元素的放射性
(1)一种元素的放射性与是单质还是化合物无关,这就说明射线跟原子核外电子无关。
(2)射线来自原子核说明原子核内部是有结构的。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例1
(多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场,如下图表示射线偏转情况中正确的是( )
探究一
探究二
随堂检测
解析已知α粒子带正电,β粒子带负电,γ射线不带电,根据正、负电荷在磁场中运动所受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中所受电场力方向,可知A、B、C、D四幅图中,α、β粒子的偏转方向都是正确的,但偏转的程度需进一步判断。带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,其半径
,将其数据代入,则α粒子与β粒子的半径之比为
探究一
探究二
随堂检测
答案AD
探究一
探究二
随堂检测
规律方法
判断三种射线性质的方法
1.射线的电性:α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电。α、β是实物粒子,而γ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α和β射线的偏转方向,由于γ射线不带电,故运动轨迹仍为直线。
3.射线的穿透能力:α粒子穿透能力较弱,β粒子穿透能力较强,γ射线穿透能力最强,而电离作用相反。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练1如图所示,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( )
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
解析由三种射线的本质和性质可以判断:在放射源和计数器之间加上薄铝片后,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强磁场,计数器的计数率不变,说明穿过薄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
探究一
探究二
随堂检测
原子核的组成
情境探究
(1)1919年,卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出的一种粒子,并测定了它的电荷与质量,它的电荷量为一个单位,质量也为一个单位,卢瑟福将其命名为质子。以后,人们用轰击多种原子核,都打出了质子,说明什么问题?
(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?
要点提示(1)说明质子是原子核的组成部分。
(2)说明原子核内除质子外,还有其他粒子存在。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
1.对核子数、电荷数和质量数的理解
(1)核子数:质子和中子质量差别非常微小,二者统称为核子,质子数和中子数之和叫核子数。
(2)电荷数(Z):原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍,通常用这个整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的总和,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,这个整数叫作原子核的质量数。
探究一
探究二
随堂检测
2.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。把具有相同质子数、不同中子数的原子核组成的元素互称为同位素。
特别提醒(1)β射线是原子核变化时产生的,电子并不是原子核的组成部分。
(2)同位素的化学性质相同,但物理性质不同。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例2
已知镭的原子序数是88,原子核的质量数是226。试问:
(1)镭核中有几个质子?几个中子?
(2)镭核所带电荷量是多少?
(3)若镭原子呈现中性,它核外有几个电子?
探究一
探究二
随堂检测
解析因为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。
(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)镭核所带电荷量
Q=Ze=88×1.6×10-19
C=1.408×10-17
C。
(3)镭原子呈中性,则核外电子数等于质子数,故核外电子数为88。
答案(1)88 138 (2)1.408×10-17
C (3)88 (4)113∶114
探究一
探究二
随堂检测
规律方法
原子核的“数”与“量”的辨析技巧
(1)核电荷数与原子核的电荷量是不同的,组成原子核的质子的电荷量都是相同的,所以原子核的电荷量一定是质子电荷量的整数倍,我们把核内的质子数叫核电荷数,而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量。
(2)原子核的质量数与质量是不同的,也与元素的原子量不同。原子核内质子和中子的总数叫作核的质量数,原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。
(3)基本关系: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。
探究一
探究二
随堂检测
A.它们的质子数相等
B.若为中性原子,它们的核外电子数相等
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,质子数和中性原子状态核外电子数均相同,都是1,中子数等于核子数减去质子数,故中子数各不相同,A、B正确,C错误;同位素化学性质相同,只是物理性质不同,D正确。
答案ABD
探究一
探究二
随堂检测
2.据最新报道,放射性同位素钬
在医疗领域有重要应用,该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是( )
A.32
B.67
C.99
D.166
解析根据原子核内各量的关系可知核外电子数=质子数=67,中子数为166-67=99,故核内中子数与核外电子数之差为99-67=32,故A正确,B、C、D错误。
答案A
探究一
探究二
随堂检测
3.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,属于原子核内释放的光子
解析射线均来自核内,A错误;从图中可看出,一张纸能挡住①射线,则①射线一定是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,是一种电磁波,属于原子核内以能量形式释放出来的以光速运行的高能光子,C错误,D正确。
答案D
探究一
探究二
随堂检测
4.如图,放射性元素镭衰变过程中释放出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表示γ射线,③表示α射线
B.②表示β射线,③表示α射线
C.④表示α射线,⑤表示γ射线
D.⑤表示β射线,⑥表示α射线
探究一
探究二
随堂检测
解析α射线带正电,β射线带负电,γ射线不带电,γ射线在电场和磁场中一定不偏转,②⑤为γ射线;如题干左图所示的电场中,α射线向右偏,β射线向左偏,①为β射线,③为α射线;在如题干右图所示磁场中,由左手定则判断,α射线向左偏,β射线向右偏,即④为α射线,⑥为β射线,故选项C正确。
答案C第五章原子核
1.原子核的组成
课后篇巩固提升
基础巩固
1.关于天然放射线性质的说法正确的是( )
A.γ射线就是中子流
B.α射线有较强的穿透性
C.电离本领最强的是γ射线
D.β射线是高速电子流
解析γ射线是高频率的电磁波,它是伴随α或β衰变放出的,故A错误;三种射线中穿透能力最强的是γ射线,α射线穿透能力最弱,电离能力最强的是α射线,γ射线电离能力最弱,故B、C错误;β射线是原子核内的中子变为质子时放出的电子,是高速的电子流,故D正确。
答案D
2.人类探测月球发现,在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦,它可以作为未来核聚变的重要原料之一。氦的该种同位素应表示为( )
AHe
BHe
CHe
DHe
解析氦的同位素质子数一定相同,质量数为3,故可写作He,因此B正确,A、C、D错误。
答案B
3.(多选)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,我国自己研制的旋式γ刀性能更好,已进入各大医院为患者服务。那么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射线能容易地绕过障碍物到达目的地
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。γ刀治疗肿瘤时,通常是同时用多束γ射线,使它们穿透脑颅和健康区域在病灶处汇聚,利用γ射线的高能量杀死肿瘤细胞,综上所述,正确选项为A、C。
答案AC
4.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为氦原子核组成的粒子流
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
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,B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。
答案C
5.(多选)如图所示,铅盒A中装有天然放射性物质,放射线从其右端小孔中水平向右射出,在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向外的匀强磁场,则下列说法中正确的有( )
A.打在图中a、b、c三点的依次是β射线、γ射线和α射线
B.α射线和β射线的轨迹都是抛物线
C.α射线和β射线的轨迹都是圆弧
D.如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场,则屏上的亮斑可能只剩下b
解析由左手定则可知粒子向右射出后,在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向下,β粒子受的洛伦兹力向上,轨迹都是圆弧。由于α粒子速度约是光速的,而β粒子速度接近光速,所以在同样的混合场中不可能都做直线运动,A、C正确。
答案AC
能力提升
1.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=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正确。
答案B
2.在茫茫宇宙间存在大量的宇宙射线,对宇航员构成了很大威胁,现有一束射线含有α、β、γ三种射线。
(1)在不影响β和γ射线的情况下,如何用最简单的办法除去α射线?
(2)余下这束β和γ射线经过一个使它们分开的磁场区域,画出β和γ射线在进入如图所示磁场区域后轨迹的示意图。
解析(1)可以利用三种射线的穿透能力不同来解决。由于α粒子的穿透性很弱,所以用一张纸放在射线经过处,即可除去α射线。
(2)γ射线不带电,垂直磁场进入磁场中不会受到洛伦兹力,故不偏转。由左手定则可判断出β射线进入磁场中时受竖直向上的洛伦兹力。轨迹示意图如下图所示。
答案(1)用一张纸挡在射线经过处 (2)见解析
3.在暗室的真空管装置中做如下实验:在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中,有一个能产生α、β、γ三种射线的放射源,从放射源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场,如图所示,在与放射源距离为H高处水平
放置两张叠放着的涂药面朝下的显影纸(比一般纸厚且坚韧的涂有感光药的纸),经射线照射一段时间后使两张显影纸显影。
(1)上面的显影纸有几个暗斑?各是什么射线的痕迹?
(2)若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场,一次使α射线不偏转,一次使β射线不偏转,则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少?(已知vα=,vβ=c)
解析(1)一张显影纸即可挡住α射线。
(2)qE=qvB,所以B=
故Bα∶Bβ=vβ∶vα=10∶1。
答案(1)2个暗斑,分别是β、γ射线的痕迹 (2)10∶1
