學案1　原子核結(jié)構(gòu)探秘 [學習目標定位] 1.知道原子核的組成，會正確書寫原子核的符號.2.了解質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)過程.3.掌握核反應(yīng)方程的特點，會書寫核反應(yīng)方程． 1．原子的中心有一個原子核，核外有電子，原子核所帶正電的電荷量和核外電子所帶負電的電荷量相等． 2．原子核直徑的數(shù)量級為10－15 m，原子直徑的數(shù)量級為10－10_m. 3．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) 從1917年起，盧瑟福就開始進行α射線轟擊氮原子核的實驗，并從氮原子核中打出了氫核，這就是質(zhì)子，質(zhì)子是原子核的組成部分． 4．中子的發(fā)現(xiàn) (1)盧瑟福的猜想 1920年，盧瑟福提出：原子核內(nèi)除了質(zhì)子外，還存在一種質(zhì)量與質(zhì)子的質(zhì)量大體相等但不帶電的粒子，并認為這種不帶電的中性粒子是由電子進入質(zhì)子后形成的． (2)查德威克的發(fā)現(xiàn) 1932年，查德威克對α粒子轟擊鈹?shù)膶嶒炦M行研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的射線是中性粒子流，質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量差不多，查德威克將這種粒子稱為中子．中子也是原子核的組成部分． 5．原子核的組成 (1)原子核是由質(zhì)子和中子組成的，它們統(tǒng)稱為核子． 質(zhì)子帶一個單位的正電荷，質(zhì)量數(shù)等于一個質(zhì)量單位，中子不帶電，質(zhì)量也等于一個質(zhì)量單位． (2)原子核的電荷數(shù)：等于原子核的質(zhì)子數(shù)即原子的原子序數(shù)． (3)原子核的質(zhì)量數(shù)：等于質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的總和． (4)原子核的符號：X其中X為元素符號，A為原子核的質(zhì)量數(shù)，Z為原子核的電荷數(shù)． 6．同位素 具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的原子核． 7．核反應(yīng)方程 (1)用原子核的符號來表示核反應(yīng)前后各原子核變化情況的式子． (2)規(guī)律：核反應(yīng)遵守質(zhì)量守恒定律和電荷守恒定律，即核反應(yīng)方程兩邊的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均是守恒的. 一、原子核的組成 [要點提煉] 1．原子核中的三個整數(shù) (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，所以質(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)． 2．原子核中的兩個等式 (1)核電荷數(shù)(Z)＝質(zhì)子數(shù)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)． (2)質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)． 例1　已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核質(zhì)量數(shù)是226.試問： (1)鐳核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)分別是多少？ (2)鐳核的核電荷數(shù)和所帶電荷量是多少？ (3)若鐳原子呈中性，它核外有多少電子？ (4)Ra是鐳的一種同位素，讓Ra和Ra以相同速度垂直射入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，它們運動的軌道半徑之比是多少？ 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)鐳核的核電荷數(shù)和所帶電荷量分別是 Z＝88，Q＝Ze＝881.610－19 C＝1.4110－17 C. (3)核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88. (4)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動，洛倫茲力充當向心力，故有qvB＝m，r＝，兩種同位素具有相同的核電荷數(shù)，但質(zhì)量數(shù)不同，故＝＝. 答案　(1)88　138　(2)88　1.4110－17 C　(3)88 (4) 針對訓練　除天然元素外，還可以通過合成的方法獲得新的人造元素，如1996年德國的達姆施特重離子研究所就合成了一種新的人造元素，它是由Zn撞入一個Pb的原子核，并立即釋放出一個中子后而合成的，則該新元素的(　　) A．原子序數(shù)為112 B．核子數(shù)為278 C．原子序數(shù)為113 D．中子數(shù)為165 答案　AD 二、核反應(yīng)方程 [要點提煉] 1．原子核人工轉(zhuǎn)變的兩大發(fā)現(xiàn) (1)1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程： 7N＋He→8O＋H (2)1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程： Be＋He→C＋n 2．核反應(yīng)的條件：用α粒子、質(zhì)子、中子甚至用光子去轟擊原子核． 3．核反應(yīng)的實質(zhì)：以基本粒子(α粒子、質(zhì)子、中子等)為“炮彈”去轟擊原子核(靶核X)，從而促使原子核發(fā)生變化，生成了新原子核(Y)，并放出某一粒子． [延伸思考] 1．核反應(yīng)方程中間能用“＝”連接嗎？ 答案　不能．核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，核反應(yīng)方程不能用“＝”連接，只能用單向箭頭，表示反應(yīng)的方向． 2．用基本粒子轟擊任何原子核都能發(fā)生核反應(yīng)嗎？ 答案　不是．核反應(yīng)方程應(yīng)以實驗事實為基礎(chǔ)，不能憑空杜撰． 例2　完成下列各核反應(yīng)方程，并指出哪個核反應(yīng)是首次發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子的． (1)B＋He→N＋(　　)； (2)Be＋(　　)→C＋n； (3)Al＋(　　)→Mg＋H； (4)N＋He→O＋(　　)； (5)Na＋(　　)→Na＋H. 答案　(1)B＋He→N＋n. (2)Be＋He→C＋n；此核反應(yīng)使查德威克首次發(fā)現(xiàn)了中子． (3)Al＋n→Mg＋H. (4)N＋He→O＋H；此核反應(yīng)使盧瑟福首次發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子． (5)Na＋H→Na＋H. 例3　1993年，中國科學院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素78Pt，制取過程如下：(1)用質(zhì)子轟擊鈹靶Be產(chǎn)生快中子；(2)用快中子轟擊汞80Hg，反應(yīng)過程可能有兩種：①生成78Pt，放出氦原子核；②生成78Pt，同時放出質(zhì)子、中子．寫出上述核反應(yīng)方程． 答案　(1)Be＋H→B＋n (2)①80Hg＋n→78Pt＋He ②80Hg＋n→78Pt＋2H＋n 原子核結(jié)構(gòu)探秘 1．α粒子轟擊氮14核后放出一個質(zhì)子，轉(zhuǎn)變?yōu)檠?7核(O)．在這個氧原子核中有(　　) A．8個正電子 B．17個電子 C．9個中子 D．8個質(zhì)子 答案　CD 解析　核電荷數(shù)為8，即質(zhì)子數(shù)為8，質(zhì)量數(shù)為17，所以中子數(shù)為17－8＝9，答案為C、D. 2．在下列核反應(yīng)方程中，x代表質(zhì)子的方程是(　　) A.Al＋He→P＋x B.N＋He→O＋x C.H＋γ→n＋x D.H＋x→He＋n 答案　BC 解析　核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒．題中所涉及的四個核反應(yīng)方程分別是：Al＋He→P＋n，N＋He→O＋H，H＋γ→n＋H，H＋H→He＋n. 3．人類探測月球發(fā)現(xiàn)，在月球的土壤中含有較豐富的質(zhì)量數(shù)為3的氦，它可以作為未來核聚變的重要原料之一，氦的該種同位素應(yīng)表示為(　　) A.He B.He C.He D.He 答案　B 解析　氦是2號元素，質(zhì)量數(shù)為3的氦的同位素為He. 4．氫有三種同位素，分別是氕H，氘H、氚H，則(　　) A．它們的質(zhì)子數(shù)相等 B．它們的核外電子數(shù)相等 C．它們的核子數(shù)相等 D．它們的中子數(shù)相等 答案　AB 解析　氕、氘、氚的核子數(shù)分別為1、2、3，因為它們是同位素，所以它們的質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)相等，都為1，中子數(shù)等于核子數(shù)減去質(zhì)子數(shù)，故中子數(shù)各不相等，所以A、B選項正確. [基礎(chǔ)題] 1．下列說法正確的是(　　) A．盧瑟福在α粒子散射實驗中發(fā)現(xiàn)了電子 B．盧瑟福在原子核人工轉(zhuǎn)變的實驗中發(fā)現(xiàn)了電子 C．查德威克在原子核人工轉(zhuǎn)變的實驗中發(fā)現(xiàn)了中子 D．愛因斯坦為解釋光電效應(yīng)的實驗規(guī)律提出了光子說 答案　CD 2．關(guān)于X，下列說法正確的是(　　) A．它表示一個原子 B．它表示一個原子核 C．它表示原子核中有12個質(zhì)子 D．它表示原子核中有12個中子 答案　BCD 解析　X表示一個原子核，說明其電荷數(shù)為12(即12個質(zhì)子)，質(zhì)量數(shù)為24(中子數(shù)為24－12＝12)，故B、C、D正確． 3．下列關(guān)于He的敘述正確的是(　　) A.He與H互為同位素 B.He原子核內(nèi)中子數(shù)為2 C.He原子核外電子數(shù)為2 D.He代表原子核內(nèi)有2個質(zhì)子和3個中子的氦原子 答案　C 解析　He核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為2，H核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為1，兩者質(zhì)子數(shù)不等，不是同位素，A錯誤；He核內(nèi)中子數(shù)為1，B錯誤，C正確；He代表原子核內(nèi)有2個質(zhì)子和1個中子的氦原子，D錯誤． 4．鋁箔被α粒子轟擊后發(fā)生了以下核反應(yīng)：Al＋He→X＋n.下列判斷正確的是(　　) A.n是質(zhì)子 B.n是中子 C．X是Si的同位素 D．X是P的同位素 答案　BD 解析　由核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒知，X是P，故選項C錯誤，選項D正確；n為中子，故選項A錯誤，選項B正確． 5．以下說法正確的是(　　) A.90Th為釷核，由此可知，釷核的質(zhì)量數(shù)為90，釷核的質(zhì)子數(shù)為234 B.Be為鈹核，由此可知，鈹核的質(zhì)量數(shù)為9，鈹核的中子數(shù)為4 C．同一元素的兩種同位素具有相同的質(zhì)量數(shù) D．同一元素的兩種同位素具有不同的中子數(shù) 答案　D 解析　A項釷核的質(zhì)量數(shù)為234，質(zhì)子數(shù)為90，所以A錯；B項的鈹核的質(zhì)子數(shù)為4，中子數(shù)為5，所以B錯；由于同位素是指質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同，即質(zhì)量數(shù)不同，因而C錯，D對． 6．下列核反應(yīng)或核衰變方程中，符號“X”表示中子的是(　　) A.Be＋He→C＋X B.N＋He→O＋X C.Hg＋n→Pt＋2H＋X D.U→Np＋X 答案　AC 解析　根據(jù)核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得． 7．下面是四個核反應(yīng)方程，x表示質(zhì)子的是(　　) A.P→Si＋x B.U→Th＋x C.Al＋n→Mg＋x D.Al＋He→P＋x 答案　C 解析　由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可得C中x的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為1，所以C中x為質(zhì)子． [能力題] 8．在下列四個核反應(yīng)方程中，X1、X2、X3和X4各代表某種粒子 ①H＋X1→He＋n?、贜＋He→O＋X2 ③Be＋He→C＋X3 ④Mg＋He→Al＋X4 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 下列判斷正確的是(　　) A．X1是質(zhì)子 B．X2是中子 C．X3是電子 D．X4是質(zhì)子 答案　D 解析　根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知，X1為H，A錯；X2為H，B錯；X3為n，C錯；X4為H，D對． 9．有些元素的原子核可以從很靠近它的核外電子中“俘獲”一個電子形成一個新原子(如從離原子核最近的K層電子中俘獲電子，叫“K俘獲”)，當發(fā)生這一過程時(　　) A．新原子是原來原子的同位素 B．新原子核比原來的原子核少一個質(zhì)子 C．新原子核將帶負電 D．新原子核比原來的原子核少一個中子 答案　B 解析　原子核從很靠近它的核外電子中“俘獲”一個電子，帶負電的電子與原子核中帶正電的質(zhì)子中和，原子核的電荷數(shù)減少1，中子數(shù)增加1，形成一個新原子．新原子與原來的原子相比，質(zhì)子數(shù)不同，原子序數(shù)不同，不是同位素，所以正確選項為B. 10．為了說明用α粒子轟擊氮打出質(zhì)子是怎樣的一個物理過程，布拉凱特在充氮云室中，用α粒子轟擊氮，在他拍攝的兩萬多張照片中，終于從四十多萬條α粒子徑跡中發(fā)現(xiàn)了8條產(chǎn)生分叉，這一實驗數(shù)據(jù)說明了(　　) A．α粒子的數(shù)目很少，與氮發(fā)生相互作用的機會很少 B．氮氣的密度很小，α粒子與氮接觸的機會很少 C．氮核很小，α粒子接近氮核的機會很少 D．氮氣和α粒子的密度都很小，致使它們接近的機會很少 答案　C 解析　氮原子核很小，所以α粒子接近原子核的機會很少，所以發(fā)生核反應(yīng)的機會很少，即觀察到α粒子徑跡分叉的機會少，所以C選項正確． 11．用中子轟擊氧原子核的核反應(yīng)方程為8O＋n→N＋X，對式中X、a、b的判斷正確的是(　　) A．X代表中子，a＝17，b＝1 B．X代表電子，a＝17，b＝－1 C．X代表正電子，a＝17，b＝1 D．X代表質(zhì)子，a＝17，b＝1 答案　C 解析　根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可知a＝17，b＝8＋0－7＝1，因X可表示為　0＋1e，為正電子，故C項正確，A、B、D三項均錯誤． [探究與拓展題] 12．1930年發(fā)現(xiàn)，在真空條件下用α粒子(He)轟擊鈹核(Be)時，會產(chǎn)生一種看不見的、貫穿能力極強且不帶電的粒子．后來查德威克證實了這種粒子就是中子． (1)寫出α粒子轟擊鈹核的核反應(yīng)方程． (2)若一個中子與一個靜止的碳核發(fā)生正碰，已知中子的質(zhì)量為mn、初速度為v0，與碳核碰后的速率為v1，運動方向與原來運動方向相反，碳核質(zhì)量為12mn，求碳核與中子碰撞后的速率． (3)若與中子碰撞后的碳核垂直于磁場方向射入勻強磁場，測得碳核做圓周運動的半徑為R，已知元電荷的電荷量為e，求該磁場的磁感應(yīng)強度的大?。? 答案　(1)He＋Be→6C＋n　(2) (3) 解析　(1)He＋Be→6C＋n (2)中子與碳核的碰撞滿足動量守恒 則mnv0＝－mnv1＋12mnv2 得v2＝ (3)碳核垂直進入磁場后，洛倫茲力提供向心力做勻速圓周運動 則有B6ev2＝ 解得B＝ 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375