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第三章原子核1．原子核的组成与核力[学习目标]1.掌握原子核的组成，知道核子和同位素的概念．(重点)2.知道核力的概念及特征．(重点)3.知道核反应的定义，会正确书写核反应方程．自主探新知预习一、原子核的组成1．质子的发现(如图所示)质子质子2．中子的发现(如图所示)中子中子原子核3．原子核的组成由____和____组成，它们统称为____．4．原子核的符号质子中子核子质子数质子数5．同位素具有相同______而______不同的______，在元素周期表中处于________，它们互称同位素．例如，氢有三种同位素：11H、21H、31H.质子数中子数原子核同一位置二、核力1．核力原子核内____之间的相互作用力．2．核力的特征(1)核力是强力，在原子核内，核力比______大得多．(2)核力是短程力，当两核子中心相距大于核子________时，核力几乎完全消失．(3)核力与电荷____，质子与质子，质子与中子，以及中子与中子之间的核力是____的．核子库仑力本身线度无关相等3．原子核的稳定性质子数越多的原子核，就需要有更多的____来维持核的稳定，在大而稳定的原子核中，中子的数量____质子．中子多于三、核反应1．核反应原子核在其他粒子的轰击下产生________的过程．2．核反应方程用______符号描述核反应过程的式子．3．核反应规律在核反应中，____数和____数守恒．新原子核原子核质量电荷1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)原子核的核子数等于质子数．()(2)在元素周期表中处在同一位置上，而质量数不同的元素叫同位素．()(3)原子核内的质子间均存在核力和库仑力．()×√×(4)稳定原子核的质子数总是与中子数相等．()(5)对质子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳定的作用．()(6)卢瑟福发现质子的过程就是原子核的人工转变过程．()(7)核反应方程只要满足质量数、电荷数守恒可以随便写．()×√√×2．(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BC[A选项中，X核与Y核的质子数不同，不是互为同位素；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；23592U核内有143个中子，而不是235个中子．]3．(多选)以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋73Li→2yy＋147N→x＋178Oy＋94Be→z＋126Cx、y和z是3种不同的粒子，下列说法正确的是()A．x为α粒子B．x为质子C．y为α粒子D．z为电子BC[根据质量数守恒和电荷数守恒可以确定x为质子11H，y为42He即α粒子，z为中子10n.]合作攻重难探究原子核的组成与数量关系1．原子核的组成原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电．不同的原子核内质子和中子的个数并不相同．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．同位素(1)质子数相同，化学性质相同．(2)中子数不同，质量数不同．【例1】已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是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)若镭原子呈电中性，它核外有几个电子？(4)22888Ra是镭的一种同位素，让22688Ra和22888Ra以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨迹半径之比是多少？[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．(3)带电粒子垂直进入匀强磁场，洛仑兹力提供向心力．[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．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)镭核所带电荷量Q＝Ze＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C.(3)镭原子呈电中性，则核外电子数等于质子数，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Bqv＝mv2r，r＝mvqB.两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故r226r228＝226228＝113114.[答案](1)88138(2)1.41×10－17C(3)88(4)113∶114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．1．在元素周期表中查到铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，下列说法正确的是()A．核外有82个电子，核内有207个质子B．核外有82个电子，核内有82个质子C．核内有82个质子，207个中子D．核内有125个核子B[在元素周期表中查到铅的原子序数为82，即一个铅原子中有82个质子，由于原子是电中性的，则核外电子有82个．根据质量数等于质子数与中子数之和可知，铅原子核的中子数为207－82＝125.只有选项B正确．]对核力的理解1．原子核中核子比例关系：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等；对于较重的原子核，中子数大于质子数．越重的原子核，两者相差越多．2．形成原因及原子核的稳定性(1)原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小，较多的质子聚集在一起的核力不足以平衡它们之间的库仑力，原子核就不稳定了．这时，不再成对地增加质子和中子，而只增加中子，中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定性．(2)核力的饱和性：稳定的重原子核里，中子数要比质子数多．由于核力的作用范围是有限的，核力具有饱和性，如果我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的．所以，原子核的大小也受到限制．【例2】(多选)核子结合成原子核的下列说法中，正确的是()A．原子核内的核子间均存在核力B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力C．当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间势能一定减小D．质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用CD[由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，与核子是否带电无关，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.8×10－15m时，核力表现为引力，在此过程中核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.8×10－15m，故C正确；质子数较多的原子核由于只有相邻的核子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确．](1)核力是强力，只存在于相邻核子之间．(2)核力的存在与核子是否带电及电性无关．(3)原子核的稳定性与核力和库仑力的大小关系有关．2．(多选)关于核力，下列说法中正确的是()A．原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用B．核力既可能是引力，又可能是斥力C．核力对核子做正功，原子核要释放核能D．原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用AC[核力有时表现为引力，有时表现为斥力，但不是说核力既可能是引力，又可能是斥力，故B错误；核力是短程力，只有在2.0×10－15m左右的范围内起作用，故A正确，D错误；核子结合成原子核时，核力对核子做正功，原子核释放一定的能量，故C正确．]对核反应的理解1．核反应的条件用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变．2．核反应的实质用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变．3．原子核人工转变的三大发现(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：147N＋42He→178O＋11H(2)1932年查德威克发现中子的核反应：94Be＋42He→126C＋10n(3)1934年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：2713Al＋42He→3015P＋10n；3015P→3014Si＋01e.【例3】中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素20278Pt，制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞20480Hg，反应过程可能有两种：①生成20278Pt，放出氦原子核；②生成20278Pt，同时放出质子、中子．写出上述核反应方程．[解析](1)94Be＋11H→95B＋10n(2)①20480Hg＋10n→20278Pt＋32He②20480Hg＋10n→20278Pt＋211H＋10n[答案]见解析书写核反应方程的四条重要原则(1)质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号；(3)能量守恒(中学阶段不作要求)；(4)核反应必须是实验中能够发生的．3．完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的．(1)105B＋42He→137N＋()(2)94Be＋()→126C＋10n(3)2713Al＋()→2712Mg＋11H(4)147N＋42He→178O＋()(5)2311Na＋()→2411Na＋11H(6)2713Al＋42He→10n＋()；3015P→3014Si＋()[解析](1)105B＋42He→137N＋10n(2)94Be＋42He→126C＋10n此核反应使查德威克首次发现了中子．(3)2713Al＋10n→2712Mg＋11H(4)147N＋42He→178O＋11H此核反应使卢瑟福首次发现了质子．(5)2311Na＋21H→2411Na＋11H(6)2713Al＋42He→10n＋3015P；3015P→3014Si＋0＋1e(正电子)此核反应使约里奥·居里夫妇首次发现了正电子．[答案]见解析课堂小结知识网络1.原子核的组成——质子和中子．2．同位素的概念．3．核力的定义．4．原子核的人工转变.当堂固双基达标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ZB[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．对原子核的组成，下列说法正确的是()A．核力可使一些中子组成原子核B．核力可使非常多的质子组成原子核C．自然界中不存在只有质子的原子核D．质量较大的原子核内一定有中子D[由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A、B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如11H，C错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳定，故D正确.]3．下列关于原子核中质子和中子的说法，正确的是()A．原子核中质子数和中子数一定相等B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是非常稳定的D．对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的D[自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多．]4．完成下列核反应方程，并指出其中________是发现质子的