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1、第1節(jié) 原子核的組成
1.知道什么是放射性及放射性元素. 2.了解三種射線的本質(zhì),知道其特點.
3.了解原子核的組成,知道原子核的表示方法,理解原子序數(shù)、核電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)之間的關(guān)系. 4.了解同位素的概念.
一、天然放射現(xiàn)象
1.1896年,法國物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)具有放射性.
2.物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性,具有放射性的元素稱為放射性元素,放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象.
3.原子序數(shù)大于或等于83的元素,都能自發(fā)地發(fā)出射線,原子序數(shù)小于83的元素,有的也能放出射線.
4.瑪麗·居里和她的丈夫皮埃爾·居里發(fā)現(xiàn)了兩種放射性更強(qiáng)的新元素,命名為釙
2、(Po)和鐳(Ra).
二、射線到底是什么
1.α射線:實際上就是氦原子核,速度可達(dá)到光速的,其電離能力強(qiáng),穿透能力較差,在空氣中只能前進(jìn)幾厘米,用一張紙就能把它擋?。?
2.β射線:是高速電子流,它速度很大,可達(dá)光速的99%,它的穿透能力較強(qiáng),電離能力較弱,很容易穿透黑紙,也能穿透幾毫米厚的鋁板.
3.γ射線:呈電中性,是能量很高的電磁波,波長很短,在10-10m以下,它的電離作用更小,但穿透能力更強(qiáng),甚至能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土.
4.射線來自原子核,說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的.
三、原子核的組成
1.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn):1919年,盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,
3、質(zhì)子是原子核的組成部分.
2.中子的發(fā)現(xiàn):盧瑟福猜想原子核內(nèi)存在著一種質(zhì)量與質(zhì)子相同,但不帶電的粒子,稱為中子.查德威克利用云室進(jìn)行實驗驗證了中子的存在,中子是原子核的組成部分.
3.原子核的組成:原子核由質(zhì)子和中子組成,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子.
4.原子核的符號
原子核的質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)核電荷數(shù)=原子核的質(zhì)子數(shù),即原子的原子序數(shù)X——元素符號
5.同位素:具有相同的質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核,在元素周期表中處于同一位置,它們互稱為同位素.例如,氫有三種同位素H、H、H.
判一判 (1)α射線實際上就是氦原子核,α射線具有較強(qiáng)的穿透能力.( )
(2)β射線是高速電子
4、流,很容易穿透黑紙,也能穿透幾毫米厚的鋁板.( )
(3)γ射線是能量很高的電磁波,電離作用很強(qiáng).( )
(4)質(zhì)子和中子都不帶電,是原子核的組成成分,統(tǒng)稱為核子.( )
(5)原子核的電荷數(shù)就是核內(nèi)的質(zhì)子數(shù),也就是這種元素的原子序數(shù).( )
(6)同位素具有不同的化學(xué)性質(zhì).( )
提示:(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)×
做一做 如圖所示,放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線,分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中,下列說法正確的是( )
A.①表示γ射線,③表示α射線
B.②表示β射線,③表示α射線
C.④表示α射線,⑤表示γ射線
5、
D.⑤表示β射線,⑥表示α射線
提示:選C.勻強(qiáng)電場中:①為β射線(帶負(fù)電).
②為γ射線(不帶電).③為α射線(帶正電).
勻強(qiáng)磁場中:④為α射線(帶正電).
⑤為γ射線(不帶電).⑥為β射線(帶負(fù)電).
對三種射線性質(zhì)的理解
α、β、γ三種射線的比較
種類
α射線
β射線
γ射線
組成
高速氦核流
高速電子流
光子流(高頻電磁波)
質(zhì)量
4mp
mp=1.67×10-27 kg
靜止質(zhì)量為零
帶電荷量
2e
-e
0
速率
0.1c
0.99c
c
貫穿本領(lǐng)
最弱,用一張紙就能擋住
較強(qiáng),能穿透幾毫米厚的鋁板
最強(qiáng),
6、能穿透幾厘米厚的鉛板
電離作用
很強(qiáng)
較弱
很弱
在電磁場中
偏轉(zhuǎn)
與α射線反向偏轉(zhuǎn)
不偏轉(zhuǎn)
如圖所示,R是一種放射性物質(zhì),虛線框內(nèi)是勻強(qiáng)磁場B,LL′是一厚紙板,MN是熒光屏.實驗時,發(fā)現(xiàn)在熒光屏O、P兩處有亮斑,則下列關(guān)于磁場方向、到達(dá)O點的射線、到達(dá)P點的射線的判斷,與實驗相符的是( )
磁場方向
到達(dá)O點射線
到達(dá)P點射線
A
豎直向上
β射線
α射線
B
豎直向下
α射線
β射線
C
垂直紙面向內(nèi)
γ射線
β射線
D
垂直線面向外
β射線
γ射線
[解析] (比較法)由三種射線的本質(zhì)知,γ射線在磁場中不偏轉(zhuǎn),
7、O處亮斑為γ射線;能穿過厚紙板且在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)的射線為β射線,再根據(jù)偏轉(zhuǎn)方向,結(jié)合左手定則可知磁場方向垂直紙面向內(nèi),正確選項為C.
[答案] C
命題視角2 三種射線在電磁場中偏轉(zhuǎn)情況的分析
(多選)將α、β、γ三種射線分別射入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場,如圖所示射線偏轉(zhuǎn)情況中正確的是( )
[解析] 已知α粒子帶正電,β粒子帶負(fù)電,γ射線不帶電,根據(jù)正、負(fù)電荷在磁場中運(yùn)動受洛倫茲力方向和正、負(fù)電荷在電場中受電場力方向不同,可知A、B、C、D四幅圖中,α、β粒子的偏轉(zhuǎn)方向都是正確的,但偏轉(zhuǎn)的程度需要進(jìn)一步判斷.帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動,其半徑r=,將其數(shù)據(jù)代入,則α粒子與β粒
8、子的半徑之比為:
=··=××≈.
由此可見,A正確,B錯誤.帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場,設(shè)初速度為v0,垂直電場線方向位移為y,α、β粒子沿電場偏轉(zhuǎn)距離之比為:
=··=××≈.
由此可見,C錯誤,D正確.
[答案] AD
三種射線在磁場中偏轉(zhuǎn)情況的分析
(1)γ射線不論在電場還是磁場中,總是做勻速直線運(yùn)動,不發(fā)生偏轉(zhuǎn).根據(jù)上述特點,在電場或磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的射線是γ射線.
(2)α射線和β射線在電場中偏轉(zhuǎn)的特點:在勻強(qiáng)電場中,α和β粒子沿相反方向做類平拋運(yùn)動,且在同樣的條件下,β粒子的偏移量大.根據(jù)粒子在電場力方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,偏移量x可表示為:
x=a
9、t2=·∝
所以,在同樣條件下β與α粒子偏移量之比為
=××≈37>1.
(3)α射線和β射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)特點:在勻強(qiáng)磁場中,α和β粒子沿相反方向做勻速圓周運(yùn)動,且在同樣條件下,β粒子的軌道半徑小,偏轉(zhuǎn)大.根據(jù)qvB=得
R=∝.
所以,在同樣條件下β與α粒子的軌道半徑之比為
=××≈<1.
根據(jù)上述徑跡特點,即使電場和磁場方向未知,也可以區(qū)分射線的種類.
【通關(guān)練習(xí)】
1.如圖所示,X為未知的放射源,L為薄鋁片,若在放射源和計數(shù)器之間加上L后,計數(shù)器的計數(shù)率大幅度減小,在L和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場,計數(shù)器的計數(shù)率不變,則X可能是( )
A.α和β的混
10、合放射源 B.純α放射源
C.α和γ的混合放射源 D.純γ放射源
解析:選C.由三種射線的本質(zhì)和性質(zhì)可以判斷:在放射源和計數(shù)器之間加上鋁片后,計數(shù)器的計數(shù)率大幅度減小,說明射線中有穿透力很弱的粒子,即α粒子;在鋁片和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場,計數(shù)器的計數(shù)率不變,說明穿過鋁片的粒子中無帶電粒子,故只有γ射線.因此放射源可能是α和γ的混合放射源.
2.如圖所示,一天然放射性物質(zhì)發(fā)出三種射線,經(jīng)過一個勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場共存的區(qū)域(方向如圖所示).調(diào)整電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小,使得在MN上只有兩個點受到射線的照射,則下面判斷正確的是( )
A.射到b點的一定是α射線
11、
B.射到b點的一定是β射線
C.射到b點的一定是α射線或β射線
D.射到b點的一定是γ射線
解析:選C.γ射線不帶電,在電場和磁場中它都不受力的作用,只能射到a點,選項D錯誤;調(diào)整E和B的大小,既可以使帶正電的α射線沿直線前進(jìn),也可以使帶負(fù)電的β射線沿直線前進(jìn),沿直線前進(jìn)的條件是電場力與洛倫茲力平衡,即qE=qBv.已知α粒子的速度比β粒子的速度小得多,當(dāng)α粒子沿直線前時,速度較大的β粒子向右偏轉(zhuǎn);當(dāng)β粒子沿直線前進(jìn)時,速度較小的α粒子也向右偏轉(zhuǎn),故選項C正確,A、B錯誤.
對原子核組成的理解
1.原子核(符號X)
2.基本關(guān)系:核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)(Z)=元素的原子序數(shù)=核外
12、電子數(shù).質(zhì)量數(shù)(A)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù).
3.對核子數(shù)、電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)的理解
(1)核子數(shù):質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小,二者統(tǒng)稱為核子,質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù).
(2)電荷數(shù)(Z):原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍,通常用這個整數(shù)表示原子核的電荷量,叫做原子核的電荷數(shù).
(3)質(zhì)量數(shù)(A):原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和,而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相等,所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個核子質(zhì)量的整數(shù)倍,這個整數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù).
已知鐳的原子序數(shù)是88,原子核質(zhì)量數(shù)是226.試問:
(1)鐳核中有幾個質(zhì)子?幾個中子?
(2)鐳核所帶的電荷量是多少?
(3)呈
13、中性的鐳原子,核外有幾個電子?
[解題探究] (1)原子核的核電荷數(shù)、質(zhì)子數(shù)、核外電子數(shù)具有什么關(guān)系?
(2)質(zhì)量數(shù)和核子數(shù)具有什么關(guān)系?
[解析] (1)鐳核中的質(zhì)子數(shù)等于其原子序數(shù),故質(zhì)子數(shù)為88,中子數(shù)N等于原子核的質(zhì)量數(shù)A與質(zhì)子數(shù)Z之差,即N=A-Z=226-88=138.
(2)鐳核所帶電荷量:
Q=Ze=88×1.6×10-19 C≈1.41×10-17 C.
(3)核外電子數(shù)等于核電荷數(shù),故核外電子數(shù)為88.
[答案] (1)88 138 (2)1.41×10-17C (3)88
明確核子數(shù)、質(zhì)子數(shù)、核外電子數(shù)及中子數(shù)的相互關(guān)系,是正確解答此類問題的關(guān)鍵.
質(zhì)量數(shù)就是核子的個數(shù),是一個純數(shù)字,它與質(zhì)量是不同的.如質(zhì)子和中子的質(zhì)量數(shù)相同均為1,但它們的質(zhì)量不同,中子的質(zhì)量比質(zhì)子的質(zhì)量約大千分之一.
(多選)下列說法正確的是( )
A.X與Y互為同位素
B.X與Y互為同位素
C.X與Y中子數(shù)相同
D.U核內(nèi)有92個質(zhì)子,235個中子
解析:選BC.A選項中,X核與Y核的質(zhì)子數(shù)不同,不能互為同位素,B選項中X核與Y核質(zhì)子數(shù)都為m,而質(zhì)量數(shù)不同,所以互為同位素.C選項中,X核內(nèi)中子數(shù)為n-m,Y核內(nèi)中子數(shù)為(n-2)-(m-2)=n-m,所以中子數(shù)相同.D選項中U核內(nèi)有143個中子,而不是235個中子.
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