372017高中物理第十九章原子核1原子核的组成课件

1原子核的组成目标导航学习目标1.明白放射性和放射性元素的概念。2.能说出原子核的组成,能记住三种射线的特性。3.会正确书写原子核符号。重点难点重点:三种射线的性质和原子核的组成。难点:三种射线的性质。激趣诱思居里夫妇1895年结婚后不久发现了一种新元素,它的化合物天然地放出一种射线,和X光一样,可以使空气导电,可以透过黑纸使照相底片感光,留有痕迹。玛丽抓住皮埃尔的手,激动地说:“我可怜的祖国的名字已从地图上消失,但我要让祖国的芳名永远铭刻在人们的记忆中。我想把我们刚刚发现的元素叫做‘波兰’——钋,你同意吗?”皮埃尔望着可敬的妻子,认真地点了点头。1899年7月18日,他们公开宣布发现了一种新元素叫“钋”。天然放射性的发现具有什么意义?简答:天然放射性的发现的意义在于,表明原子核具有复杂的结构,打开了人们认识原子核的大门。预习导引一、天然放射现象1.贝可勒尔的发现铀和含铀的矿物都能发出一种看不见的射线,这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。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。2.玛丽·居里和皮埃尔·居里夫妇的发现他们发现了两种放射性更强的元素,为了纪念她的国家波兰,一种元素命名为钋(Po),另一种元素命名为镭(Ra)。3.天然放射现象自然界中原子序数大于或等于83的元素都能自发地放出射线,这种能自发地发出射线的现象叫作天然放射现象。二、射线到底是什么1.三种射线在射线经过的空间施加磁场,射线分成三束,其中两束在磁场中向不同的方向偏转,说明这两束是带电粒子流,另一束在磁场中不偏转,说明这一束不带电,这三束射线分别叫作α射线、β射线、γ射线。2.三种射线的比较射线种类实质速度贯穿本领电离本领α射线氦核24He达到光速的110最弱,不能穿透一层纸强β射线电子-10e可达到光速的99%较强,容易穿透黑纸,能穿透几毫米厚的铝板较弱γ射线电磁波;光子光速最强,能穿透几厘米厚的铅板很弱预习交流1阴极射线和β射线是一回事吗?答案:虽然阴极射线中的电子流与β射线都是由电子组成,但两种电子产生机理不同。电子流中的电子是原子核核外电子,而β射线中的电子不是原子核核外电子,而是原子核中的一个中子转化为一个质子时放出的电子。同样,+β粒子即正电子是原子核中的质子变为中子时释放出来的,但并不能因此说原子核中有电子。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,发现了质子,质子的实质是氢原子核。2.中子的发现卢瑟福的学生查德威克通过实验证实了中子的存在。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.原子核的电荷数原子核所带的电荷量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。5.原子核的质量数质子和中子的总数目叫作原子核的质量数。6.原子核的符号𝑍𝐴X,其中X表示元素的符号,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,在元素周期表中处于同一位置,它们互称为同位素。预习交流2什么现象说明原子核是可以再分的?答案:天然放射现象辐射的粒子中有α粒子、高速电子和γ射线,这些粒子来自原子核,说明原子核也是有结构的,是可以再分的。一、天然放射现象知识精要1.天然放射现象的意义天然放射现象说明原子核是有内部结构的。元素的放射性不受单质和化合物存在形式的影响。化学反应决定于核外的电子,能量有限,不可能放出α粒子,也不可能放出高速的电子和γ光子来,因此三种射线只能是从原子核内放出的。这说明原子核是有复杂结构的。2.三种射线的性质、特征(1)α射线:卢瑟福经研究发现,α射线粒子带有两个单位正电荷,质量数为4,即α粒子是氦核,速度约是光速的110,有较大的动能。特征:贯穿本领小,电离作用强,能使沿途中的空气电离。(2)β射线:贝克勒尔证实,β射线是电子流,其速度可达光速的99%。特征:贯穿本领大,能穿透黑纸,甚至穿透几毫米厚的铝板,但电离作用较弱。(3)γ射线是一种波长很短的电磁波——光子流,是能量很高的电磁波,波长λ10-10m。特征:贯穿本领最强,能穿透几厘米厚的铅板。电离作用最弱。典题例解【例1】(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α射线、γ射线和β射线B.α射线和β射线的轨迹是抛物线C.α射线和β射线的轨迹是圆弧D.由于不知道磁场的方向,所以无法判断思路分析:α射线和β射线在磁场中的偏转特点:在匀强磁场中,α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动,且同样条件下,β粒子的轨道半径小,偏转大。根据qvB=𝑚𝑣2𝑅,得R=𝑚𝑣𝑞𝐵∝𝑚𝑣𝑞。所以,在同样条件下β粒子和α粒子的轨道半径之比为𝑅β𝑅α=𝑚18364𝑚×0.99𝑐0.1𝑐×2𝑒𝑒≈13711。根据上述轨迹特点,即使电场和磁场方向未知,也可以区分射线的种类。解析:α粒子和β粒子在匀强磁场中受到洛伦兹力作用,轨迹都是圆弧,α射线的轨道半径大,偏转小;γ粒子不偏转。故打到a点的是α射线,打到c点的是β射线,不偏转打到b点的是γ射线,A、C正确。答案:AC迁移应用如图所示,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(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MN上只有两个点受到射线的照射,则下面的判断正确的是()A.射到b点的一定是α射线B.射到b点的一定是β射线C.射到b点的可能是α射线也可能是β射线D.射到b点的一定是γ射线解析:γ射线不带电,在电场和磁场中它都不受力的作用,只能射到a点,选项D错误。调整E和B的大小,既可以使带正电的α射线沿直线前进,也可以使带负电的β射线沿直线前进,沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡,即qE=qBv。已知α粒子的速度比β粒子的速度小得多,当α粒子沿直线前进时,速度较大的β粒子向右偏转;当β粒子沿直线前进时,速度较小的α粒子也向右偏转,故选项C正确,A、B错误。答案:C二、原子核的组成知识精要原子核是由质子、中子构成的,质子带正电,中子不带电。质子、中子统称核子。不同的原子核内质子和中子的个数并不相同,原子核直径大约为10-15m。符号𝑍𝐴X表示原子核,X为元素符号;A为核质量数;Z为核电荷数A-Z=中子数。(1)质子的发现:①质子带正电,电荷量与一个电子所带电荷量相等,质子质量mp=1.6726231×10-27kg。②1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,从中打出了质子;以后,人们用同样的方法从氟、钠、铝等原子核中都打出了质子。所以质子是原子核的组成部分。(2)中子的发现:1932年,查德威克通过实验证实了中子的存在。中子不带电,质量mn=1.6749286×10-27kg。思考探究原子核的电荷数、质量数就是原子核的电荷量、质量吗?答案:(1)电荷数Z是指原子核内质子的个数,它可以表示原子核的电荷量,这个电荷量的单位不是库仑,而是“元电荷”,即它表示原电子核中有Z个“元电荷e”,原子的电荷量Q=Ze。(2)质量数也不是原子核的质量。质子和中子统称为核子,原子核内质子和中子的总个数就是质量数,原子核的质量是指原子核内所有质子和中子的质量总和,即m=Zmp+(A-Z)mn≈Amp。典题例解【例2】(多选)以下说法中正确的是()A.原子中含有带负电的电子,所以原子带负电B.原子核中的质子数,一定跟核外电子数相等C.用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子,因此人们断定质子是原子核的组成部分D.绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比,因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子解析:原子中除了带负电的电子外,还有带正电的质子,故A错误。对于中性原子来说原子核中的质子数才跟核外电子数相等,故B错误。正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子,故C正确。因为绝大多数的原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比,才确定原子核内必还有别的中性粒子存在,故D正确。答案:CD迁移应用(多选)一个原子核为83210Bi,关于这个原子核,下列说法中正确的是()A.核内有127个质子B.核内有83个中子C.核内有83个质子,127个中子D.核内有210个核子解析:根据原子核的表示方法得质子数为83,质量数为210,故中子数为210-83=127,而质子和中子统称核子,故核子数为210,因此选项C、D正确。答案:CD三种射线的分析与比较知识链接三种射线的比较如下表种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)电荷量2e-e0质量4mpmp=1.67×10-27kgm𝑝1840静止质量为零速度0.1c0.99cc在电磁场中偏转与α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,穿透几厘米的铅板种类α射线β射线γ射线对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光种类α射线β射线γ射线产生机制核内两个中子和两个质子结合得比较紧密,有时会作为一个整体从较大的原子核内抛射出来。原子核发生一次α衰变,质子数和中子数分别减少2核内的中子可以转化为一个质子和一个电子,产生的电子从核中发射出来,这就是β射线。β衰变的本质方程为01n→11H+-10e原子核的能量也是不连续的,同样存在着能级,能级越低越稳定。放射性原子核在发生α衰变、β衰变后产生的新核往往处于高能级,当它向低能级跃迁时,辐射出γ光子案例探究有三种射线,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,从而将导体上的电荷中和,是α射线。答案:B1.人们是通过下列什么物理事实知道了原子核有复杂的结构的()A.X射线的发现B.α粒子散射实验C.电子的发现D.天然放射现象的发现解析:天然放射现象说明了原子核有复杂的结构。答案:D2.在α粒子轰击金箔的散射实验中,α粒子可以表示为24He,24He中的()A.4为核子数,2为中子数B.4为质子数和中子数之和,2为质子数C.4为核外电子数,2为中子数D.4为中子数,2为质子数解析:根据24He所表示的物理意义,原子核的质子数决定核外电子数,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。原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和,即为核内的核子数。24He符号的左下角表示的是质子数或核外电子数,即为2,24He符号左上角表示的是核子数,即为4,故选项B正确。答案:B3.锶原子核的符号是3895Sr,那么它的原子()A.核外有38个电子,核内有95个质子B.核外有38个电子,核内有57个中子C.核外有57个电子,核内有57个质子D.核外有57个电子,核内有38个质子解析:原子核符号𝑍𝐴X中X为元素符号,A为原子核的质量数,Z为原子核中的质子数。中子数等于质量数减质子数,对原子而言,核内质子数等于核外电子数,所以此题应选B。答案:B4.据最新报道,钬(67166Ho)可有效治疗癌症,该原子核内中子数与核外电子数之差是()A.32B.67C.99D.166解析:根据原子核的表示方法得核外电子数=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,故选项A对,B、C、D错。答案:A5.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