原子核专题

原子核专题-1-第1节原子核的组成一、天然放射现象1．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现某些物质具有放射性。2．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，放射性元素自发地发出射线的现象叫做天然放射现象。3．原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线。4．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。二、三种射线1．α射线：实际上就是氦原子核，速度可达到光速的110，其电离能力强，穿透能力较差，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。2．β射线：是高速电子流，它速度很大，可达光速的99%，它的穿透能力较强，电离能力较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。3．γ射线：呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10m以下，它的电离作用更小，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板或几十厘米厚的混凝土。三、原子核的组成1．质子的发现卢瑟福用α粒子轰击氮原子核获得了质子。2．中子的发现(1)卢瑟福预言：原子核内可能还存在另一种粒子，它的质量与质子相同，但是不带电，他把这种粒子叫做中子。(2)查德威克用α粒子轰击铍(94Be)原子核获得了中子。3．原子核的组成原子核由质子、中子组成，它们统称为核子。4．原子核的电荷数(Z)等于原子核的质子数，等于原子序数。5．原子核的质量数(A)等于质子数与中子数的总和。6．原子核的符号表示AZX，其中X为元素符号，A为原子核的质量数，Z为原子核的电荷数。7．同位素具有相同的质子数而中子数不同的原子互称同位素。对三种射线的研究1．α、β、γ射线性质、特征比较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42He约110c很小，一张薄纸就能挡住很强β射线β粒子是高速电子流0－1e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，能穿过几厘米厚的铅板很小2．三种射线在电场和磁场中的偏转19­1­1(1)在匀强电场中，γ射线不发生偏转，做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，β粒子的偏移大，如图19­1­1所示。位移x可表示为x＝12at2＝12·qEm()y0v2∝qmv2所以，在同样条件下β粒子与α粒子偏移之比为xβxα＝e2e×411836×()110c2()99100c2＝37。(2)在匀强磁场中：γ射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径小，如图19­1­2所示。原子核专题-2-图19­1­2根据qvB＝mv2R得R＝mvqB∝mvq所以，在同样条件下β粒子与α粒子的轨道半径之比为RβRα＝118364×99100cc10×2ee＝1371。3．元素的放射性如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响。也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关。因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着一定结构。[典例]如图19­1­3所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，LL′是厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达O点的射线种类、到达P点的射线种类应属于下表中的()图19­1­3选项磁场方向到达O点的射线到达P点的射线A竖直向上βαB竖直向下αβC垂直纸面向里γβD垂直纸面向外γα[思路点拨]解答此题应注意以下两点：(1)能够穿过厚纸板的只有β和γ射线，α射线无法穿过。(2)γ射线不偏转，β射线在磁场中的偏转情况符合左手定则。[解析]R放射出来的射线共有α、β、γ三种，其中α、β射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用，γ射线不偏转，故打在O点的应为γ射线；由于α射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是β射线；依据β射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里。[答案]C三种射线的比较方法(1)知道三种射线带电的性质，α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电。α、β是实物粒子，而γ射线是光子流，属于电磁波的一种。(2)在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断α和β射线，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线。(3)α射线穿透能力较弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强。1.如图19­1­4所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是()图19­1­4A．α和β的混合放射源B．纯α放射源C．α和γ的混合放射源D．纯γ放射源解析：选C在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线。因此放射源可能是α和γ的混合放射源。2．如图19­1­5所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是()图19­1­5A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线原子核专题-3-解析：选Cγ射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A、B、D项错；α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C项对。3.如图19­1­6所示，一天然放射性物质发出三种射线，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，则下面判断正确的是()图19­1­6A．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点的一定是α射线或β射线D．射到b点的一定是γ射线解析：选Cγ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。原子核的组成与数量关系1．原子核的大小、组成和同位素原子核大小：很小，半径为10－15～10－14m组成质子电量e＝＋1.6×10－19C质量mp＝1.6726231×10－27kg中子电量e＝0质量mn＝1.6749286×10－27kg同位素：质子数相同，中子数不同的原子核2．原子核的符号和数量关系(1)符号：AZX。(2)基本关系：核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数。质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数。3．对核子数、电荷数、质量数的理解(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数。(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，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。(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫作原子核的质量数。4．同位素：原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同。把具有相同质子数、不同中子数的原子核互称为同位素。[典例]已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226。试问：(1)镭核中有多少个质子？多少个中子？(2)镭核所带的电荷量是多少？(3)呈中性的镭原子，核外有多少个电子？[思路点拨](1)原子核的核电荷数、质子数、核外电子数具有相等的关系。(2)原子核的质量数等于核子数。[解析](1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138。(2)镭核所带电荷量：Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.41×10－17C。(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88。[答案](1)88138(2)1.41×10－17C(3)88原子核的“数”与“量”辨析(1)核电荷数与原子核的电荷量是不同的，组成原子核的质子的电荷量都是相同的，所以原子核的电荷量一定是质子电荷量的整数倍，我们把核内的质子数叫核电荷数，而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量。(2)原子核的质量数与质量是不同的，也与元素的原子量不同。原子核内质子和中子的总数叫作核的质量数，原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。原子核专题-4-1．某种元素的原子核用AZX表示，下列说法中正确的是()A．原子核的质子数为Z，中子数为AB．原子核的质子数为Z，中子数为A－ZC．原子核的质子数为A，中子数为ZD．原子核的质子数为A－Z，中子数为Z解析：选B根据原子核的符号的含义：A表示质量数，Z表示质子数，则中子数为A－Z，所以B正确。2．据最新报道，放射性同位素钬16667Ho，可有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是()A．32B．67C．99D．166解析：选A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A。3．(多选)下列说法正确的是()A.nmX与nm－1Y互为同位素B.nmX与n－1mY互为同位素C.nmX与n－2m－2Y中子数相同D.23592U核内有92个质子，235个中子解析：选BCA选项中，X核与Y核的质子数不同，不能互为同位素；B选项中nmX核与n－1mY核质子数都为m，而质量数不同，则中子数不同，所以互为同位素；C选项中nmX核内中子数为n－m，n－2m－2Y核内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同；D选项中23592U核内有143个中子，而不是235个中子。1．关于γ射线，下列说法不正确的是()A．它是处于激发状态的原子核放射的B．它是原子内层电子受到激发时产生的C．它是一种不带电的光子流D．它是波长极短的电磁波解析：选Bγ射线是激发状态的原子核发出的波长极短的电磁波，是一种光子，故B错误。2．两个同位素原子核的符号分别是MAX和NBY，那么()A．M＝NB．A＝BC．M－A＝N－BD．M＋N＝A＋B解析：选B具有相同质子数不同中子数的同一元素互称同位素，所以A＝B。3．原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，下列说法正确的是()A．原子核中有质子、中子、还有α粒子B．原子核中有质子、中子、还有β粒子C．原子核中有质子、中子、还有γ粒子D．原子核中只有质子和中子解析：选D在放射性元素的原子核中，2个质子和2个中子结合得较紧密，有时作为一个整体放出，这就是α粒子的来源，不能据此认为α粒子是原子核的组成部分。原子核里是没有电子的，但中子可以转化成质子，并向核外释放一个电子，这就是β粒子。原子核发出射线后处于高能级，再回到低能级时多余的能量以γ光子的形式辐射出来，形成γ射线，故原子核里也没有γ粒子，故D正确。4．(多选)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是()A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B．贝可勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子解析：选AC密立根通过油滴实验测出了元电荷即基本电荷的数值，A项正确；贝可勒尔发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂的结构，卢瑟福