19.1原子核的组成

导入新课在长崎爆炸的原子弹所产生的蘑菇云我国第一颗氢弹爆炸万有引力，电的相互作用和磁的相互作用，可以在很远的地方，明显的表现出来，因此，用肉眼就可以观察到；但也许从在着另一些相互作用力，它们作用的距离如此之小，以致无法观察。——牛顿引言我们已经知道原子由原子核和核外电子组成，而且关于原子核内部的信息，最早来自天然放射现象。人们从破解天然放射现象入手，一步步揭开了原子核的秘密。那原子核内部又是什么结构呢？原子核是否可以再分呢？它是由什么微粒组成？用什么方法来研究原子核呢？第十九章原子核第一节原子核的组成教学目标1、知识与技能了解天然放射现象及其规律。知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。知道原子核的组成，知道核子和同位素的概念。2、过程与方法通过观察，思考，讨论，初步学会探究的方法。通过对知识的理解，培养自学和归纳能力。3、情感态度与价值观树立正确的，严谨的科学研究态度。树立辨证唯物主义的科学观和世界观。教学重难点重点天然放射现象及其规律，原子核的组成。难点知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。本节导航一、天然放射现象二、射线到底是什么三、原子核的组成一、天然放射现象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片感光。居里和居里夫人在贝克勒尔的建议下，对铀和铀的各种矿石进行了深入研究，又发现了发射性更强的新元素。其中一种，为了纪念她的祖国波兰而命名为钋（Po），另一种命名为镭（Ra）。贝可勒尔1903年诺贝尔物理学奖一半授予法国物理学家亨利·贝克勒尔，以表彰他发现了自发放射性；另一半授予法国物理学家皮埃尔·居里（PierreCurie，1859—1906）和玛丽·斯可罗夫斯卡·居里（MarieSklodowska，1867—1934）,以表彰他们对贝克勒尔发现的辐射现象所作的卓越贡献。居里夫人玛丽·居里（MarieCurie），（1867.11.7—1934.7.4），出生于波兰，因当时波兰被占领，转入法国国籍。是法国的物理学家、化学家。世界著名科学家，研究放射性现象，发现镭和钋两种天然放射性元素，一生两度获诺贝尔奖。1．天然放射现象（1）物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．具有放射性的元素称为放射性元素。（2）放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。二、射线到底是什么在放射性现象中放出的射线是什么东西呢？它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外，还有些什么性质呢？这些射线带不带电呢？把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场，发现射线如图所示实验三种射线在磁场中的运动轨迹不同（1）射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。这个力是洛伦兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。（2）根据左手定则，可以判断α射线是正电荷，β射线是负电荷。（3）带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质。现象1、α射线根据射线的偏转方向和磁场方向的关系可以确定，偏转较小的一束由带正电荷的粒子组成，我们把它叫做α射线，α射线由带正电的α粒子组成。科学家们研究发现每个α粒子带的正电荷是电子电荷的2倍，α粒子质量大约等于氦原子的质量。进一步研究表明α粒子就是氦原子核。α射线的实质就是高速运动的氦核流由于α粒子的质量较大，所以α射线的穿透本领最小，我们用一张厚纸就能把它挡住。2、β射线偏转方向相反的那束射线带负电荷，我们把它叫做β射线。研究发现β射线由带负电的粒子（β粒子）组成。进一步研究表明β粒子就是电子。β射线的实质就是高速运动的电子流实验还表明：β射线的穿透本领较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几厘米厚的铝板。3、γ射线中间不发生偏转的那束射线叫做γ射线，研究表明，γ射线的实质是一种波长极短的电磁波，它不带电，是中性的。γ射线是一种电磁波。γ射线的穿透本领极强，一般薄金属板都挡不住它，它能穿透水泥墙和几厘米厚的铅板。4、γ射线的应用和防护由于γ射线穿透性极强，照到动、植物上还能对细胞发生生物化学作用，因此在工业、农业和医学上都有重要应用。在工业上可用它作金属探伤，或检查金属板的厚度。例如飞机、火车、轮船上的主轴是用钢材锻压而成的，用γ射线来探查里面有没有砂眼或裂缝，γ射线探查准确度高，又不损耗材料；在农业上用γ射线来适当照射种子，能使农作物增产，还能增强某些作物的抗病能力，改良农作物的品质；在医学上还可用γ射线作“放疗”，医治恶性肿瘤。事物总是一分为二的，γ射线能杀死癌细胞，也能杀死正常细胞，或使正常细胞癌变，因此在使用放射性元素时，要注意射线的防护，要防止放射性物质泄漏，以免对水源、空气和工作场所造成污染。三、原子核的组成深入研究表明，放射性现象中放出的三种射线都是从放射性元素的原子核内释放出来的，这表明原子核也有内部结构。原子核内究竟还有什么结构？原子核又是由什么粒子组成的呢？这是个很复杂的问题，直到目前原子核内部的细微组成情况仍是科学研究的尖端项目之一。现在我们只是粗浅地、简单地介绍原子核内部的基本组成情况。1、质子的发现英国物理学家卢瑟福在1919年做核反应实验时发现了质子，经过研究证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的1836倍。进一步研究表明，质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核。2、中子的发现1932年英国物理学家查德威克又发现了中子，通过研究证明中子的质量和质子的质量基本相同，但是不带电。是中性粒子。在对各种原子核进行的实验中，发现质子和电子是组成原子核的两种基本粒子。结论：原子核是由质子和中子组成的质子(proton)带正电荷，电荷量与一个电子所带电荷量相等271.672623110pmkg中子(nucleon)不带电，271.674928610nmkg质子和中子的质量十分接近，统称为核子，组成原子核。（1）原子核的电荷数=质子数=核外电子数=原子序数（2）原子核的质量数=核子数=质子数+中子数（3）符号AZX表示原子核，X：元素符号；A：核的质量数；Z：核电荷数小结3、同位素(isotope)（1）定义：具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。（2）性质：原子核的质子数决定了核外电子数目，也决定了电子在核外的分布情况，进而决定了这种元素的化学性质，因而同种元素的同位素具有相同的化学性质。氢有三种同位素：氕（通常所说的氢），氘（也叫重氢），氚（也叫超重氢），符号分别是：123111,,HHH碳有两种同位素，符号分别是121466,CC课堂小结1、物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．具有放射性的元素称为放射性元素。2、原子核是由质子和中子组成的。（1）质子带正电，中子带负电（2）原子核的电荷数=质子数=核外电子数=原子序数（3）原子核的质量数=核子数=质子数+中子数（4）符号AZX表示原子核，X：元素符号；A：核的质量数；Z：核电荷数射线种类组成速度贯穿本领电离作用α射线α粒子是氦原子核约1/10C很小一张薄纸就能挡住很强β射线Β粒子是告诉电子流接近C很大，能穿过几毫米厚的铝板较弱γ射线波长很短的电磁波等于C最大能穿过几毫米厚的铝板很小三种射线的性质：高考链接1、（1994上海）、提出原子核式结构模型的科学家是（）A.汤姆逊B.玻尔C.卢瑟福D.查德威尔C2、（1996上海）、根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法正确的是（）A.原子核中的正电荷均匀分布在整个原子范围内。B.原子中的质量均匀分布在整个原子范围内C.原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内D.原子中的正电荷和几乎全部的质量都集中在很小的区域范围内D3、（1999全国一）在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子大角度偏转，原因是（）A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上。B.正电荷在原子核中是均匀发分布的C.原子中从在着带负电的电子。D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中。D1.有关科学家和涉及的事实，正确的说法是（）A.居里夫妇用粒子轰击铝箔时发现了正电子B.卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象C.麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验方法给予了证实D.玻尔建立了量子理论，解释了各种原子发光现象课堂练习AC2.放射性元素的半衰期是（）A.质量减小一半需要的时间B.原子量减少一半需要的时间C.原子核全部衰变所需时间的一半D.原子核有半数发生衰变需要的时间D4、下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构（）A.粒子的散射实验B.天然放射现象C.阴极射线的发现D.伦琴射线的发现B3.α射线的本质是（）A.电子流B.高速电子流C.光子流D.高速氦核流D5、下列说法正确的是（）A．α射线粒子和电子是两种不同的粒子B．红外线的波长比X射线的波长长C．α粒子不同于氦原子核D．γ射线的贯穿本领比α粒子强BD教材习题解答1、答：实验发现，如果一种元素具有放射性，那么无论它是以单质存在，还是以化合物形式存在，都具有放射性，而且放射性的强度也不受温度、外界压强的影响。由于元素的化学性质决定于原子核外的电子，这说明射线与核外电子无关，也就是说，射线来自原子核内。天然放射现象的发现，使人们认识到原子核内具有复杂的结构，而且原子核可以发生变化，成为另一种原子核。实际上，人们认清原子核的结构是从天然放射现象开始的。2、答：根据光子的能量公式可以知道：电磁波的能量越大，频率越高，波长越短。3、答：验电器金属箔的张角变小。因为放射性元素放出的α粒子具有一定的电离作用，它能使经过的路径上的空气分子电离，湿空气变成导体，从而使带正电的验电器上的正电荷发生转移、中和，所以验电器金属箔的张角变小。4、答：如果原子核中只有质子，那么任何一个原子核的质量与电荷之比，都应该等于质子的质量与电荷质量之比。实际并不是这样的。绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的相应比值。所以卢瑟福猜想，原子核内可能存在着另一种粒子。5、答案略。6、答：钾40的质子数是19，电子数是21。6629Cu的质子数是29，中子数为3722286Rn的质子数是86，电子数是136。