《高中物理 第4章 從原子核到夸克 4.1 原子核結(jié)構(gòu)探秘導(dǎo)學(xué)案 滬科版選修35》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《高中物理 第4章 從原子核到夸克 4.1 原子核結(jié)構(gòu)探秘導(dǎo)學(xué)案 滬科版選修35(9頁珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、
學(xué)案1 原子核結(jié)構(gòu)探秘
[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 1.知道原子核的組成,會(huì)正確書寫原子核的符號(hào).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(diǎn),會(huì)書寫核反應(yīng)方程.
1.原子的中心有一個(gè)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(fù)電的電荷量相等.
2.原子核直徑的數(shù)量級(jí)為10-15 m,原子直徑的數(shù)量級(jí)為10-10_m.
3.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)
從1917年起,盧瑟福就開始進(jìn)行α射線轟擊氮原子核的實(shí)驗(yàn),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
2、與質(zhì)子的質(zhì)量大體相等但不帶電的粒子,并認(rèn)為這種不帶電的中性粒子是由電子進(jìn)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(duì)α粒子轟擊鈹?shù)膶?shí)驗(yàn)進(jìn)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(gè)單位的正電荷,質(zhì)量數(shù)等于一個(gè)質(zhì)量單位,中子不帶電,質(zhì)量也等于一個(gè)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(hào):X其中X為元素符號(hào),A為原子核
3、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(hào)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(diǎn)提煉]
1.原子核中的三個(gè)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(gè)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
4、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(gè)核子質(zhì)量的整數(shù)倍,這個(gè)整數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù).
2.原子核中的兩個(gè)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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,它們運(yùn)動(dòng)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)
5、,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(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力充當(dāng)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(duì)訓(xùn)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(dá)姆施特重離子研究所就
6、合成了一種新的人造元素,它是由Zn撞入一個(gè)Pb的原子核,并立即釋放出一個(gè)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(diǎn)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(shí)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
7、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(shí)驗(yàn)事實(shí)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(gè)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
8、)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(xué)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(shí)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
9、子轟擊氮14核后放出一個(gè)質(zhì)子,轉(zhuǎn)變?yōu)檠?7核(O).在這個(gè)氧原子核中有( )
A.8個(gè)正電子 B.17個(gè)電子
C.9個(gè)中子 D.8個(gè)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(gè)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
10、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(hào)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?yàn)樗鼈兪峭凰?,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(xiàng)正確.
[基礎(chǔ)題]
1.下列說法正
11、確的是( )
A.盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了電子
B.盧瑟福在原子核人工轉(zhuǎn)變的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了電子
C.查德威克在原子核人工轉(zhuǎn)變的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了中子
D.愛因斯坦為解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(gè)原子
B.它表示一個(gè)原子核
C.它表示原子核中有12個(gè)質(zhì)子
D.它表示原子核中有12個(gè)中子
答案 BCD
解析 X表示一個(gè)原子核,說明其電荷數(shù)為12(即12個(gè)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
12、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(gè)質(zhì)子和3個(gè)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(cuò)誤;He核內(nèi)中子數(shù)為1,B錯(cuò)誤,C正確;He代表原子核內(nèi)有2個(gè)質(zhì)子和1個(gè)中子的氦原子,D錯(cuò)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(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確;n為中子,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確.
5.以下說法正確
13、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(xiàng)釷核的質(zhì)量數(shù)為234,質(zhì)子數(shù)為90,所以A錯(cuò);B項(xiàng)的鈹核的質(zhì)子數(shù)為4,中子數(shù)為5,所以B錯(cuò);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(cuò),D對(duì).
6.下列核反應(yīng)或核衰變方程中,符號(hào)“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
14、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(gè)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(gè)核反應(yīng)方程中,X1、X2、X3和X4各代表某種粒子
①H+X1→He+n ②N+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.X
15、3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(cuò);X2為H,B錯(cuò);X3為n,C錯(cuò);X4為H,D對(duì).
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(gè)電子形成一個(gè)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(dāng)發(fā)生這一過程時(shí)( )
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(gè)質(zhì)子
C.新原子核將帶負(fù)電
D.新原子核比原來的原子核少一個(gè)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(gè)電子,帶負(fù)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(gè)新原子
16、.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(xiàng)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(jī)會(huì)很少
B.氮?dú)獾拿芏群苄。亮W优c氮接觸的機(jī)會(huì)很少
C.氮核很小,α粒子接近氮核的機(jī)會(huì)很少
D.氮?dú)夂挺亮W拥拿芏榷己苄。率顾鼈兘咏臋C(jī)會(huì)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(jī)會(huì)很少,所以發(fā)生核反應(yīng)的機(jī)會(huì)很少,即觀察到α粒子徑跡分叉的機(jī)
17、會(huì)少,所以C選項(xiàng)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(duì)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(xiàng)正確,A、B、D三項(xiàng)均錯(cuò)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(shí),會(huì)產(chǎn)生一種看不見的、貫穿能力極強(qiáng)且不帶電的粒子.后來查德威克證實(shí)了這種粒子就是中子.
(1
18、)寫出α粒子轟擊鈹核的核反應(yīng)方程.
(2)若一個(gè)中子與一個(gè)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(yùn)動(dòng)方向與原來運(yùn)動(dòng)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(qiáng)磁場,測得碳核做圓周運(yùn)動(dòng)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(qiáng)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(dòng)量守恒
則mnv0=-mnv1+12mnv2
得v2=
(3)碳核垂直進(jìn)入磁場后,洛倫茲力提供向心力做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
則有B6ev2=
解得B=
6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375