2018-2019版高中物理 第4章 從原子核到夸克 4.1 原子核結(jié)構探秘學案 滬科版選修3-5.docx

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4.1　原子核結(jié)構探秘 [學習目標]1.了解質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)過程.2.知道原子核的組成，會正確書寫原子核的符號.3.掌握核反應方程的特點，會書寫核反應方程． 一、原子核的組成 [導學探究]　1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，如圖1所示為α粒子轟擊氮原子核示意圖． 圖1 (1)人們用α粒子轟擊多種原子核，都打出了質(zhì)子，說明了什么問題？ (2)絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量數(shù)都大于其質(zhì)子數(shù)，說明了什么問題？ 答案　(1)說明質(zhì)子是原子核的組成部分． (2)說明原子核中除了質(zhì)子外還有其他粒子． [知識梳理] 1．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) 從1917年起，盧瑟福就開始進行α射線轟擊氮原子核的實驗，并從氮原子核中打出了氫核，這就是質(zhì)子，用p或H表示，質(zhì)子是原子核的組成部分． 2．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)量與質(zhì)子的質(zhì)量大體相等但不帶電的粒子，并認為這種不帶電的中性粒子是由電子進入質(zhì)子后形成的． (2)查德威克的發(fā)現(xiàn) 1932年，查德威克對α粒子轟擊鈹?shù)膶嶒炦M行研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的射線是中性粒子流，質(zhì)量跟氫核質(zhì)量差不多，查德威克將這種粒子稱為中子，用n表示．中子也是原子核的組成部分． 3．原子核的組成 (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)量的總和，而質(zhì)子與中子的質(zhì)量幾乎相等，所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個倍數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)． (4)原子核的符號 4．同位素 具有相同質(zhì)子數(shù)而不同中子數(shù)的原子核，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱為同位素．例如：氫有三種同位素，分別是H、H、H. [即學即用]　判斷下列說法的正誤． (1)質(zhì)子和中子都不帶電，是原子核的組成成分，統(tǒng)稱為核子．(　　) (2)原子核的電荷數(shù)就是核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù)．(　√　) (3)同位素具有不同的化學性質(zhì)．(　　) (4)原子核內(nèi)的核子數(shù)與它的核電荷數(shù)不可能相等．(　　) 二、核反應方程 [導學探究]　核反應的實質(zhì)是什么？它符合哪些規(guī)律？ 答案　(1)核反應的實質(zhì)是以基本粒子(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)生變化，生成了新原子核(Y)，并放出某一粒子． (2)在轉(zhuǎn)變過程中符合質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒規(guī)律． [知識梳理] 1．核反應方程定義： 用原子核的符號來表示核反應前后各原子核變化情況的式子． 2．規(guī)律：核反應遵守質(zhì)量守恒定律和電荷守恒定律，即核反應方程兩邊的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均是守恒的． 3．核反應的條件： 用α粒子、質(zhì)子、中子甚至用光子去轟擊原子核． 4．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)子的核反應方程： N＋He→O＋H (2)1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程： Be＋He→C＋n 一、原子核的組成 1．原子核(符號X) 原子核 2．基本關系 核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)，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，原子核的質(zhì)量數(shù)是226.試問： (1)鐳核中有幾個質(zhì)子？幾個中子？ (2)鐳核所帶電荷量是多少？(保留三位有效數(shù)字) (3)呈電中性的鐳原子，核外有幾個電子？ 答案　(1)88　138　(2)1.4110－17C　(3)88 解析　(1)鐳核中的質(zhì)子數(shù)等于其原子序數(shù)，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)鐳核所帶電荷量 Q＝Ze＝881.610－19C≈1.4110－17C. (3)核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88. 針對訓練1　在α粒子轟擊金箔的散射實驗中，α粒子可以表示為He，He中的4和2分別表示(　　) A．4為核子數(shù)，2為中子數(shù) B．4為質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和，2為質(zhì)子數(shù) C．4為核外電子數(shù)，2為中子數(shù) D．4為中子數(shù)，2為質(zhì)子數(shù) 答案　B 解析　根據(jù)X所表示的物理意義，原子核的質(zhì)子數(shù)決定核外電子數(shù)，原子核的核電荷數(shù)就是核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù)．原子核的質(zhì)量數(shù)就是核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和，即為核內(nèi)的核子數(shù).He符號的左下角表示的是質(zhì)子數(shù)或核外電子數(shù)，即為2，He符號左上角表示的是核子數(shù)，即為4，故選項B正確． 二、核反應方程 1．核反應的條件 用α粒子、質(zhì)子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變． 2．核反應的實質(zhì) 用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開，而是粒子打入原子核內(nèi)部使核發(fā)生了轉(zhuǎn)變． 例2　完成下列核反應方程，并指出其中________是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程，________是發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程． (1)N＋n→C＋________ (2)N＋He→O＋________ (3)B＋n→________＋He (4)Be＋He→________＋n (5)Fe＋H→Co＋________ 答案　見解析 解析　(1)N＋n→C＋H (2)N＋He→O＋H (3)B＋n→Li＋He (4)Be＋He→C＋n (5)Fe＋H→Co＋n 其中發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程是(2)，發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程是(4)． 書寫核反應方程時要注意： (1)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒； (2)中間用箭頭，不能寫成等號； (3)核反應方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應過程中，一般會發(fā)生質(zhì)量的變化． 1．(原子核的組成及同位素)(多選)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，因為它們是同位素，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選項正確． 2．(原子核的組成及同位素)以下說法正確的是(　　) A.Th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　釷核的質(zhì)量數(shù)為234，質(zhì)子數(shù)為90，所以A錯；鈹核的質(zhì)量數(shù)為9，中子數(shù)為5，所以B錯；由于同位素是指 質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子核，即質(zhì)量數(shù)不同的原子核，因而C錯，D對． 3．(核反應方程)(多選)α粒子轟擊氮14核后放出一個質(zhì)子，轉(zhuǎn)變?yōu)檠?7核(O)．在這個氧原子核中有(　　) A．8個正電子 B．17個電子 C．9個中子 D．8個質(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，故選C、D. 一、選擇題 考點一　原子核的組成及同位素 1．據(jù)最新報道，放射性同位素鈥Ho，可有效治療癌癥，該同位素原子核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差是(　　) A．32B．67C．99D．166 答案　A 解析　根據(jù)原子核的表示方法得核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝67，中子數(shù)為166－67＝99，故核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差為99－67＝32，故A對． 2．下列關于He的敘述正確的是(　　) A.He與H互為同位素 B.He原子核內(nèi)中子數(shù)為2 C.He原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為2 D.He代表原子核內(nèi)有2個質(zhì)子和3個中子的氦原子核 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錯誤；He代表原子核內(nèi)有2個質(zhì)子和1個中子的氦原子核，故C正確，B、D錯誤． 3．若用x代表一個中性原子中核外的電子數(shù)，y代表此原子的原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，z代表此原子的原子核內(nèi)的中子數(shù)，則對U的原子來說(　　) A．x＝92　y＝92　z＝235 B．x＝92　y＝92　z＝143 C．x＝143　y＝143　z＝92 D．x＝235　y＝235　z＝325 答案　B 解析　在U中，左下標為質(zhì)子數(shù)，左上標為質(zhì)量數(shù)，則y＝92；中性原子的核外電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，所以x＝92；中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減去質(zhì)子數(shù)，z＝235－92＝143，所以B選項正確． 4．(多選)以下說法中正確的是(　　) A．原子中含有帶負電的電子，所以原子帶負電 B．原子核中的中子數(shù)一定跟核外電子數(shù)相等 C．用α粒子轟擊氮、氟、鈉、鋁等元素的原子核都可以打出質(zhì)子，因此人們斷定質(zhì)子是原子核的組成部分 D．絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比，因而原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子 答案　CD 解析　原子中除了有帶負電的電子外，還有帶正電的質(zhì)子，故A錯；原子核中的中子數(shù)不一定跟核外電子數(shù)相等，故B錯；正是用α粒子轟擊原子核的實驗才發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，故C正確；因為絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比，才確定原子核內(nèi)還有別的中性粒子，故D正確． 考點二　核反應方程 5．盧瑟福通過實驗首次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，其核反應方程為：He＋N→O＋H，下列說法錯誤的是(　　) A．盧瑟福通過該實驗提出了原子的核式結(jié)構模型 B．實驗中是用α粒子轟擊氮核 C．盧瑟福通過該實驗發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 D．原子核在人工轉(zhuǎn)變的過程中，電荷數(shù)一定守恒 答案　A 解析　盧瑟福用α粒子轟擊金箔散射的實驗，提出了原子的核式結(jié)構模型，故A錯誤；用α粒子轟擊氮核首次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，并發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，故B、C正確；核反應方程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的，故D正確． 6．在下列四個核反應方程中，X1、X2、X3和X4各代表某種粒子 ①H＋X1→He＋n?、贜＋He→O＋X2 ③Be＋He→C＋X3④Mg＋He→Al＋X4 則以下判斷中正確的是(　　) A．X1是質(zhì)子 B．X2是中子 C．X3是電子 D．X4是質(zhì)子 答案　D 解析　根據(jù)核反應的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知，X1為H，A錯；X2為H，B錯；X3為n，C錯；X4為H，D對． 7．用高能Kr轟擊Pb，釋放出一個中子后，生成了一個新核，關于新核的推斷正確的是(　　) A．其質(zhì)子數(shù)為122 B．其質(zhì)量數(shù)為294 C．其原子序數(shù)為118 D．其中子數(shù)為90 答案　C 解析　核反應方程為Pb＋Kr→n＋X，新核質(zhì)量數(shù)為293，質(zhì)子數(shù)為118，中子數(shù)為293－118＝175，故正確選項為C. 8．為了說明用α粒子轟擊氮打出質(zhì)子是怎樣的一個物理過程，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，這一實驗數(shù)據(jù)說明了(　　) A．α粒子的數(shù)目很少，與氮發(fā)生相互作用的機會很少 B．氮氣的密度很小，α粒子與氮接觸的機會很少 C．氮核很小，α粒子接近氮核的機會很少 D．氮氣和α粒子的密度都很小，致使它們接近的機會很少 答案　C 解析　氮原子核很小，所以α粒子接近氮原子核的機會很少，所以發(fā)生核反應的機會很少，即觀察到α粒子徑跡分叉的機會少，所以C選項正確． 9．(多選)一個質(zhì)子以1.0107m/s的速度撞一個靜止的鋁原子核后被俘獲，鋁原子核變成硅原子核．已知鋁原子核的質(zhì)量是質(zhì)子的27倍，硅原子核的質(zhì)量是質(zhì)子的28倍，則下列說法正確的是(　　) A．核反應方程為Al＋H―→Si B．核反應方程為Al＋n―→Si C．硅原子核速度的數(shù)量級為107m/s，方向跟質(zhì)子的初速度方向一致 D．硅原子核速度的數(shù)量級為105m/s，方向跟質(zhì)子的初速度方向一致 答案　AD 解析　由核反應中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知A選項正確，B選項錯誤；由動量守恒定律求得硅原子核速度的數(shù)量級為105m/s，即D選項正確，C選項錯誤． 二、非選擇題 10．(原子核的組成及同位素的理解)有關O、O、O三種同位素的比較，試回答下列問題： (1)三種同位素中哪一種粒子數(shù)是不相同的？______. A．質(zhì)子B．中子C．核外電子 (2)三種同位素中，哪一個質(zhì)量最大？__________. (3)三種同位素的化學性質(zhì)是否相同？__________. 答案　(1)B　(2)O　(3)相同