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第十九章原子核第1节原子核的组成目标篇预习篇考点篇栏目链接学习目标1．理解射线的概念以及天然放射现象．2．知道原子核的组成及其质子和中子是如何发现的．3．知道同位素的概念和应用．知识点一天然放射现象1．天然放射现象——贝克勒尔的发现．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一种看不见的射线，这种射线能穿透黑纸而使照相底片感光．这种元素自发地放出射线的现象叫作天然放射现象．物质发射看不见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．研究发现，自然界中原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线；原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．目标篇预习篇考点篇栏目链接后来居里夫人发现了两种放射性很强的元素——钋和镭．虽然具有天然放射性的元素的种类很多，但它们在地球上的含量很少．2．对放射性的研究．(1)研究方法：让放射线通过电场或磁场来研究其性质．把样品放在铅块的窄孔底上，在孔的对面放着照相底片，在没有磁场时，发现在底片上正对孔的位置感光了．若在铅块和底片之间放一对磁极，使磁场方向跟射线方向垂直，结果在底片上有三个地方感光了，说明在磁场作用下，射线分为三束，表明这些射线中有的带电(正电和负电)，有的不带电，目标篇预习篇考点篇栏目链接如图所示，由三种粒子组成．从感光位置知道，带正电的射线偏转较小，这种射线叫α射线；带负电的射线偏转较大，这种射线叫β射线；不偏转的射线叫γ射线．(2)各种射线的性质、特性．①α射线：经研究发现，α射线是高速粒子流，粒子带两个单位正电荷，质量数为4，即α粒子是氦核，其速度可达光速的1/10，有较大的动能．特性：贯穿本领弱，但电离作用强，能使沿途的空气电离．②β射线：经实验证实，β射线是电子流，其速度可达光速的99%.特征：贯穿本领较强，能穿透黑纸，甚至穿透几毫米厚的铝板，但电离作用较弱．③γ射线是一种波长很短的电磁波——光子流，是能量很高的电磁波，波长λ＜m.特征：贯穿本领更强，能穿透几厘米厚的铅板，但电离作用更弱．注：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，原子核也存在一定的结构．3．天然放射现象的意义．天然放射现象说明原子核是有内部结构的．元素的放射性不受单质和化合物存在形式的影响．化学反应决定于核外的电子，能量有限，不可能放出α粒子，也不可能放出高速的电子和γ光子来，因此三种射线只能是从原子核内放出的．说明原子核是有复杂结构的．►尝试应用1．如下图所示，一天然放射性物质射出三种射线，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照射．下面的哪种判断是正确的(C)A．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：γ射线不带电，在电场或磁场中它都不受场的作用，只能射到a点，因此D选项不对；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磁力平衡，即Eq＝qvB.已知α粒子的速度比β粒子的速度小得多，当我们调节使α粒子沿直线前进时，速度大的β粒子向右偏转，有可能射到b点；当我们调节使β粒子沿直线前进时，速度较小的α粒子也将会向右偏，也有可能射到b点，因此C选项正确，而A、B选项都不对．目标篇预习篇考点篇栏目链接知识点二原子核的组成1．质子的发现．(1)1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，结果从氮核中打出了一种粒子，并测定了它的电荷量与质量，知道它是氢原子核，把它叫作质子(p)，后来人们又从其他原子核中打出了质子，故确定质子是原子核的组成部分．(2)质子带正电荷，电荷量与一个电子所带电荷量相等，质子的质量为mp＝1.6726231×kg.2．中子的发现．(1)卢瑟福的预言．1920年卢瑟福提出了一种大胆的猜想：原子核内除了质子外，还存在一种质量与质子的质量大体相等但不带电的粒子，并认为这种不带电的中性粒子是由电子进入质子后形成的．(2)查德威克的发现．查德威克验证了他的老师卢瑟福12年前的预言，原子核中确实存在着中性的、质量几乎与质子相同的粒子，并把它叫作中子(n)．(3)中子的质量为mn＝1.6749286×kg.3．原子核的组成．(1)核子：质子和中子统称为核子．(2)原子核的组成：由核子组成，即由质子和中子组成．(3)电荷数：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数，用Z表示．(4)质量数：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子的质量几乎相等，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，用A表示．(5)原子核的符号：AZX.注：X为元素符号，A表示质量数，Z表示电荷数(即原子序数)．①核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数．②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．4．同位素．原子核内的质子数决定了元素的化学性质，同种元素的原子质子数相同，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．定义：具有相同质子数、不同中子数的原子互称同位素．例如氢的三种同位素：．目标篇预习篇考点篇栏目链接►尝试应用2．镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问：(1)镭核中有几个质子？几个中子？(2)镭核所带电荷量是多少？(3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？(4)是镭的一种同位素，让以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？解析：因为原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的．原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和目标篇预习篇考点篇栏目链接由此可得：(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)(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故有：qvB＝mv2r，r＝mvqB，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故：r226r288＝226228＝113114.答案：见解析题型一与物理学史有关的考题(2014·新课标Ⅱ卷)(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．贝克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)两种新元素目标篇预习篇考点篇栏目链接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E．汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷【审题指导】(1)根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可．(2)根据密立根、贝克勒尔、居里夫妇、卢瑟福、汤姆孙等人对物理学发展的贡献进行解答．解析：密立根通过油滴实验测出了基本电荷的电量，A项正确；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型，发现了原子中心有一个核，B、D两项错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，并因此获得了诺贝尔奖，C项正确；汤姆孙通过研究阴极射线，发现了电子，并测出了电子的比荷，E项正确．答案：ACE点评：本题是物理学史问题，注意考查近代物理学史及物理学家在原子物理学的贡献.►变式训练1．(多选)在电磁学发展过程中，许多科学家做出了贡献，下列说法正确的是(AC)A．奥斯特发现了电流的磁效应；法拉第发现了电磁感应现象B．卡文迪许利用扭秤实验首先较准确地测定了静电力常量C．库仑发现了点电荷的相互作用规律；密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值D．安培发现了磁场对运动电荷的作用规律；洛伦兹发现了磁场对电流的作用规律解析：根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可．奥斯特发现了电流的磁效应；法拉第发现了电磁感应现象，故A正确；卡文迪许利用扭秤实验首先较准确地测定了万有引力常量，故B错误；库仑发现了点电荷的相互作用规律；密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值，故C正确；洛伦兹发现了磁场对运动电荷的作用规律；安培发现了磁场对电流的作用规律，故D错误．题型二三种射线特性的考题图中是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1mm铝片和3mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，分析工作人员受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员受到了________射线的辐射．【审题指导】(1)熟读课本中关于三种射线的说明．(2)α射线贯穿能力很差，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住．β射线贯穿本领较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几厘米厚的铝板．γ贯穿本领更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板．解析：由于本题目中射线能穿透1mm和3mm的铝板，可知受到了β射线的辐射；当所有照相底片被感光时，受到了γ射线的辐射．答案：βγ点评：本题考查三种射线的贯穿能力，熟读课本即可选中答案．►变式训练2．主要用于火灾报警的离子烟雾传感器如图所示，在网罩1内有电极2和3，a、b端接电源，4是一小块放射性同位素镅241，它能放射出一种很容易使气体电离的粒子．平时，镅放射出的粒子使两个电极间的空气电离，在a、b间形成较强的电流．发生火灾时，烟雾进入网罩内，烟尘颗粒吸收空气中的离子和镅发出的粒子，导致电流发生变化，电路检测到这种变化从而发出警报．下列有关这种报警器的说法正确的是(B)A．镅241发出的是α粒子，有烟雾时电流增强B．镅241发出的是α粒子，有烟雾时电流减弱C．镅241发出的是β粒子，有烟雾时电流增强D．镅241发出的是β粒子，有烟雾时电流减弱解析：在三种射线中，α射线的电离能力最强，烟雾进入网罩内，烟尘颗粒吸收空气中的离子和镅发出的粒子，使得烟雾电流减弱．放射性同位素镅241，它能放射出一种很容易使气体电离的粒子，知该粒子是α粒子．发生火灾时，烟雾进入网罩内，烟尘颗粒吸收空气中的离子和镅发出的粒子，使得电流减弱．故B正确，A、C、D错误．题型三天然放射现象的特点关于天然放射现象，下列说法正确的是()A．α射线是由氦原子核产生的B．β射线说明电子是原子核的组成部分C．γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D．放射性元素不论以单质形态还是化合物形态存在，其放射性都不受影响【审题指导】(1)α射线是核原子核，β射线是电子流，γ射线是原子核产生的光子流，总是随α射线、β射线一起产生.(2)放射性元素的放射性由其本身决定，与物质的存在状态无关．解析：α射线是由α衰变产生的核原子核，A错误；β衰变现象是原子核内部的中子转化为质子同时失去一个电子，B错误；γ射线是由原子核外的外层电子跃迁产生，C错误；放射性元素不论以单质形态还是化合物形态存在，其放射性都不受影响，D正确．答案：D点评：本题考查天然放射性现象的特点，以及三种射线的来源．►变式训练3．(多选)关于放射性物质，以下正确的认识是(CD)A．放射线就是电磁波B．放射线是不带电的粒子流C．天然放射现象说明原子核内部是有结构的D．γ射线是电磁波，它的传播速度等于光速解析：产生放射线的过程是原子核变化的过程，属于天然放射现象．故A错误；α、β是带电的放射线．故B错误；天然放射现象说明原子核内部是有结构的，C正确；γ射线是电磁波，它的传播速度等于光速，故D正确．