19.1-原子核的组成

•原子是可以再分的知识回顾原子核核外电子原子原子核是否能再分呢？人们通过什么现象或实验发现原子核是由更小的微粒构成的？人们认识原子核的结构就是从天然放射性开始的。打开原子核物理的大门19世纪末，科学家发现打开原子核物理大门的一把钥匙——物质的放射性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，物质发射射线的性质称为放射性．具有发射性的元素称为放射性元素．元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．一、天然放射现象放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于83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．天然放射现象•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？二、射线到底是什么天然放射现象的意义和三种射线的研究【问题导思】1．研究放射性具有什么意义？2．三种射线在磁场中的运动轨迹各有什么特点？3．如何区别三种射线在电场中的运动轨迹？1．研究放射性的意义放射性元素能自发地发出射线，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．2．三种射线在磁场中的运动轨迹分析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，会使射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是因为受到洛伦兹力的作用，说明其中的两束射线是带电粒子流．根据左手定则，可以判断α射线带正电荷，β射线带负电荷，不偏转的是γ射线．放射型物质发出的射线有三种：天然放射现象图19－1－1α粒子和β粒子在磁场中沿相反的方向做匀速圆周运动，且在同样的条件下，β粒子的轨道半径最小，α粒子半径大．如图19－1－1所示，轨道半径可表示为：R＝mvBq∝mvq.在同样条件下，β粒子与α粒子的轨道半径之比为RβRα＝51931.3．三种射线在电场中的运动轨迹分析图19－1－2加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质，如图19－1－2所示．带电粒子在电场中要受电场力作用，带正电的α粒子向负极板偏转，带负电的β粒子向正极板偏转，不偏转的是γ射线．在匀强电场中，α粒子和β粒子沿相反的方向做类平抛运动，且在同样条件下，β粒子的偏移最大．根据粒子在电场力方向做初速度为零的匀速直线运动，位移x可表示为x＝12at2＝12qEm(y0v)2∝qmv2.三种射线•α射线•β射线•γ射线磁场方向向里带正电带负电不带电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.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.β射线•与α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射线的穿透本领较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几厘米厚的铝板.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射线的穿透本领极强，一般薄金属板都挡不住它，它能穿透几十厘米厚的水泥墙和几厘米厚的铅板.(2)α、β、γ三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速流高速流流(高频电磁波)带电荷量0质量4mpmp＝1.67×10－27kgmp1840静止质量为零速度0.1c0.99cc在电场或磁场中偏转偏转不偏转贯穿本领最弱用一张纸就能挡住较强穿透几毫米的最强穿透几厘米的电离作用较弱氦核电子光子2e－e很强铝板铅板很弱电离作用（离子化）射线飞行途中遇到原子并将其部分能量转移给原子中的电子，使电子获得一部分能量,脱离了原来轨道而成为自由电子,使一个原子生成一个正离子和一个电子,这就是电离作用。在射线通过的路径上形成许多离子对。三、原子核的组成•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？2710Kgpm=1.6726231质子的发现•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.1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，得到了质子pHe+42N1470+178H11同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子。------质子是原子核的组成部分。原子核是否只是由质子组成呢？核的质量质子质量核的电量质子电量？卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认．核的质量质子质量核的电量质子电量中子的发现•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，发现质子和子是组成原子核的两种基本粒子.【备课资源】(教师用书独具)中子的发现1930年，德国物理学家波特和他的学生贝克发现了一个奇怪的现象．当他们用α粒子轰击原子序数为4的元素铍时，按照以往的实验情况，α粒子应该从铍元素的原子核里打出质子来．但与预期的相反，实验中出现的并不是质子，而是一种强度不大而穿透力很强的射线．这种射线能穿透几厘米厚的铜板，其速度并不明显减小．当时就称其为铍辐射．波特认为这种辐射可能是γ射线之类的东西．1931年底，约里奥－居里夫妇也开始研究这种神秘的铍辐射．他们将石蜡置于这种辐射源的后面，来看看石蜡是否会吸收这种射线．然而使他们非常惊奇的是石蜡中竟然飞出了质子！这简直是不可思议的事．γ射线是质量几乎为零的光子，怎么也不可能碰动质量比它大得多的质子，就像乒乓球碰不动汽车那样．约里奥－居里夫妇试图以康普顿效应来解释这种现象，并于1932年1月18日将其结果发表在《报告》上．詹姆斯·查德威克看到他们的文章后，就将实验情况告诉了他的老师卢瑟福爵士．卢瑟福激动地说：“我不相信！”于是查德威克对这种辐射进行了反复实验．通过比较，他证实：这类辐射中含有一种质量近似等于质子质量的中性物质成分，他把它命名为“中子”．1932年2月17日，查德威克把他的这一重大结果发表在《自然杂志》上．就这样一项重大发现与约里奥－居里夫妇擦肩而过！据说，卢瑟福坚持要把发现中子的诺贝尔物理学奖发给查德威克，说他应得到它．有人对卢瑟福提出：约里奥－居里夫妇对此作出了必不可少的贡献！他回答说：“发现中子的诺贝尔奖单独给查德威克，至于约里奥夫妇嘛，他们是那样聪明，不久会因别的项目而得奖的．”中子的发现对核物理有着巨大而深远的影响，它使原子核物理学从此走上了一个新的开端．原子核核外电子原子质子Z中子N原子核的构成(－)(＋1)(0)(＋)原子核的组成中子质子统称核子XAZ（核）电荷数Z质量数A原子核的组成10－15m元素符号XH11He42U23592e0-13.原子核中的两个等式:(1)核电荷数=质子数=原子序数=荷外电子数(2)质量数=核子数=质子数+中子数42He——氦原子核有2个质子，2个中子。质量数为423592U——铀原子核有92个质子，143个中子。质量数为235(3)如质子数相同，中子数不同，（质量数当然不同），则互为同位素。•同位素之间化学性质相似•性质区别主要体现在物理性质方面同位素之间的区别和联系原子核的组成•各种原子核内质子的个数（核的电荷数）和核外电子的个数都相同，它也等于该种元素在元素周期表中的原子序数；•原子核内质子和中子的总数叫做核的质量数，它等于该元素原子量的整数部分.•在某种核反应中，一个中子变成一个电子和一个质子.这就是原子核内没有电子，又会放出电子，产生β射线的原因.构成原子的粒子及其性质粒子电子原子核质子中子电性电量负电1单位电荷/个正电1单位电荷/个不显电性质量/kg9.109×10-311.673×10-271.675×10-27相对质量1/18361.0071.008相对质量：与C-12原子（原子核内有6个质子和6个中子的碳原子）质量的1/12（1.661×10-27kg）相比较所得的数值。原子为电中性，电子和质子的数量关系？拓展元素R的阴离子Rn-，核外有x个电子，其核内的中子数为m，则R的质量数是_______。m+x-n阴离子：核电荷数=核内质子数＜核外电子数核电荷数=核外电子数－电荷数阳离子：核电荷数=核内质子数＞核外电子数核电荷数=核外电子数+电荷数或许夸克还可以再分，人类的探索没有尽头1.下列叙述正确的是()（A）质子数相同的微粒之间一定互为同位素（B）已发现的元素有112种，因此有112种原子（C）属于同位素的原子一定为同种元素（D）水（H2O）和重水（D2O）互称同位素不一定，如HF、H2O、NH3、CH4等分子质子数相同。大多数元素均有同位素，原子数目远远超过112种。正确，因属于同位素的原子的质子数相同。同位素指的是原子之间关系，不是分子之间的关系。C2.若某元素的原子核内质子数为m,中子数为n，则下列叙述中正确的是()（A）这种元素的相对原子质量约为m+n（B）不能由此确定该元素的相对原子质量（C）若碳12原子的质量为wg，则此原子的质量为(m+n)wg（D）该原子核内中子的总质量小于质子的质量m+n仅能表示此元素的这种原子的质量数，该元素可能有同位素正确。即不能由单个原子的原子量代替该元素的原子量。若碳12原子的质量为wg,设此原子的质量为x,w:x=12:(m+n)x=(m+n)w/12g绝大多数的原子中，质子数≦中子数（普通氢除外），故中子的总质量大于质子的总质量B