高中物理 第3章 原子核与放射性 第1节 原子核结构学业分层测评 鲁科版选修3-5

第1节原子核结构[先填空]1．质子的发现(1)实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子．(2)结论：质子是原子核的组成部分．2．中子的发现(1)卢瑟福的预想卢瑟福发现质子后，预想核内还有一种不带电的中性粒子，并给这种“粒子”起名为中子．(2)中子的发现是许多科学家研究的结晶．①1930年，用钋发出的α射线轰击铍时，会产生一种不受电场和磁场影响、穿透能力很强的射线．②1932年，约里奥·居里夫妇用这种射线轰击石蜡，能从石蜡中打出质子．③1932年，查德威克对云室中这种射线进行研究，发现这种射线是一种不带电、质量接近质子的粒子流，即为中子．[再判断]1．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了质子．(×)2．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在．(√)3．玻尔在实验中发现了中子．(×)[后思考]卢瑟福是如何证明α粒子轰击氮原子核产生的新核是质子的？【提示】卢瑟福把这种粒子分别引进电场和磁场，根据该粒子在电场和磁场中的偏转，测出了其质量和电量，确定它就是氢原子核，又叫质子．[核心点击]1．质子的发现(1)实验背景电子的发现使人们认识到，原子不再是构成物质的基本单位，进一步研究发现，原子的中心有一个原子核，原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量．原子核的结构如何？1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验．(2)实验装置(如图3­1­1所示)图3­1­1T进气孔、A放射源、F铝箔、S荧光屏、M显微镜，C真空容器．(3)实验过程容器C里放有放射性物质A，从A放射出的α粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使α粒子恰好被它完全吸收，而不能透过．在F的后面放一荧光屏S，M是显微镜，通过M可以观察到S是否有闪光．(4)实验现象开始，S上无闪光(因为α粒子没有穿过铝箔)．打开进气孔T的阀门，通入氮气，可以观察到S上有闪光．(5)实验分析容器C中通入氮气后，用显微镜观察到荧光屏上有闪光，闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的．(6)新粒子性质研究①把这种粒子引进电磁场中，根据它在电磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，进而确定它就是氢原子核，又叫质子．用符号表示为11H或11p.②人们用同样的办法从其他元素的原子核中也轰击出了质子．(7)实验结论质子是原子核的组成部分．2．中子的发现(1)科学家在1930年利用Po放出的α射线轰击铍原子核时，产生了一种看不见的贯穿能力很强、不受电场和磁场影响的射线．(2)1932年，约里奥·居里夫妇发现如果用来自铍的射线去轰击石蜡，能从石蜡中打出质子，如图3­1­2所示．图3­1­2(3)1932年，查德威克进一步研究这种射线时发现，这种射线是一种不带电的、质量接近质子的粒子流，即是卢瑟福猜想的中子．(4)结论：中子是原子核的组成部分．1．卢瑟福发现质子后，预想到原子核中还有中子的存在，其判断依据与下列事实不相符的是( )A．电子数与质子数相等B．原子核的质量大约是质子质量的整数倍C．原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些D．质子和中子的质量几乎相等E．原子核中存在不带电且质量与质子相近的中性粒子【解析】卢瑟福发现原子核的核电荷数与原子核的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或少一些，因此预想到在原子核内还存在有质量而不带电的中性粒子，即中子，故不符合事实的是A、B、D.【答案】ABD2．如图3­1­3所示为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放出α射线轰击铍时会产生粒子流a，用粒子流a轰击石蜡后会打出粒子流b，则粒子流a为________，粒子流b为________．图3­1­3【解析】不可见的粒子轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见粒子应该是中子，故a为中子，b为质子．【答案】中子质子3．1919年卢瑟福通过如图3­1­4所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现了质子．图中A为放射源发出的________粒子，B为________气．写出该实验的核反应方程：__________________________.【导学号：18850039】图3­1­4【解析】题图为α粒子轰击氮原子核生成质子的实验装置，放射源A发出的是α粒子，B为氮气，其核反应方程为：42He＋14 7N→17 8O＋11H.【答案】α氮42He＋14 7N→17 8O＋11H(1)卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子并预言了中子的存在．(2)查德威克首先从实验中发现了中子，证实了卢瑟福的预言．(3)在卢瑟福发现质子的实验装置中，穿过铝箔到达荧光屏的不可能是放射源放出的α粒子．[先填空]1．原子核的组成(1)组成：原子核由质子和中子组成，并将质子和中子统称为核子．(2)原子核的符号：A Z X，其中X为元素符号；A表示原子核的质量数，Z表示核电荷数．(3)两个基本关系：①核电荷数＝质子数＝原子序数．②质量数＝质子数＋中子数＝核子数．2．同位素具有相同质子数、不同中子数的原子，如氢的三种同位素11H、21H、31H.3．核反应与核反应方程(1)核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．(2)核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子．(3)核反应规律：在核反应中，质量数和核电荷数守恒．[再判断]1．原子核内只有质子而没有中子．(×)2．同位素具有相同的物理、化学性质．(×)3．核反应方程只要满足质量数、电荷数守恒可以随便写．(×)[后思考]铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，其核外电子有多少个？中子数又是多少？【提示】 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，质子与电子电性相反、电量相同，故核外电子数与核内质子数相同为82个，根据质量数等于质子数与中子数之和的关系，铅原子核的中子数为207－82＝125(个)．[核心点击]1．原子核的大小和组成原子核⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧半径：10－15m ～10－14m组成⎩⎪⎨⎪⎧质子：电量e ＝＋1.6×10－19C质量m p ＝1.672 623 1×10－27kg 中子：电量e ＝0质量m n＝1.674 928 6×10－27kg同位素：质子数相同中子数不同的原子2．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．3．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、不同中子数的原子互称为同位素．4．已知22888Ra 是22688Ra 的一种同位素，则下列说法正确的是( ) A ．它们具有相同的质子数和不同的质量数 B ．它们具有相同的中子数和不同的原子序数 C ．它们具有相同的核电荷数和不同的中子数 D ．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质 E ．它们具有相同的核外电子数和相同的化学性质【解析】原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核内的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和．由此知这两种镭的同位素核内的质子数均为88，核子数分别为228和226，中子数分别为140和138；原子的化学性质由核外电子数决定，因为它们的核外电子数相同，所以它们的化学性质也相同．故正确答案为A、C、E.【答案】ACE5．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、中子的( )A.10 5B＋42He→13 7N＋( )B.94Be＋( )→12 6C＋10nC.2713Al＋( )→2712Mg＋11HD.14 7N＋42He→17 8O＋( )E.238 92U→234 90Th＋( )F.2311Na＋( )→2411Na＋11H【解析】 A.10 5B＋42He→13 7N＋10nB.94Be＋42He→12 6C＋10n此核反应使查德威克首次发现了中子C.2713Al＋10n→2712Mg＋11HD.14 7N＋42He→17 8O＋11H此核反应使卢瑟福首次发现了质子E.238 92U→234 90Th＋42HeF.2311Na＋21H→2411Na＋11H【答案】见解析6．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？【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＝88×1.6×10－19 C＝1.41×10－17 C.(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.【答案】(1)88 138 (2)1.41×10－17 C (3)88原子核的“数”与“量”辨析技巧(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．。

鲁科版高中物理选修3-5第三章原子核与放射性单元检测 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．下列说法中正确的是（）A ．光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象B ．一群处于n=3能级激发态的氢原子，自发跃迁时能发出3种不同频率的光C ．放射性元素发生一次β衰变，原子序数增加2D ．汤姆生通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型2．下列有关说法中正确的是（ ）A ．α散射实验说明了原子内部绝大部分空间是空的B ．核力只存在于质子与质子之间，中子与中子之间没有核力作用C ．因为α粒子的速度比β粒子的速度小，所以α粒子的电离本领也小D ．某放射性物质经过一个半衰期该放射性元素的含量减少了N ．若经过两个半衰期，该放射性元素的含量减少2N3．放射性同位素钍23290Th 经一系列α、β衰变后生成氡22086Rn ，以下说法正确的是A ．每经过一次α衰变原子核的质量数会减少2个B ．每经过一次β衰变原子核的质子数会增加1个C ．放射性元素钍23290Th 的原子核比氡22086Rn 原子核的中子数少4个 D ．钍23290Th 衰变成氡22086Rn 一共经过2次α衰变和3次β衰变4．下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是 ．A ． 射线是高速运动的电子流B ．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C ．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D ．21083Bi 的半衰期是5天，100克21083Bi 经过10天后还剩下50克5．如图是核反应堆的示意图，对于核反应堆的认识，下列说法正确的是（）A．铀棒是核燃料，核心物质是铀238B．石墨起到吸收中子的作用C．镉棒起到使中子减速的作用D．水泥防护层的作用是为了阻隔γ射线，避免放射性危害6．下列说法正确的是（）A．光电效应表明光具有能量，且具有波粒二象性B．根据波尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大，核外电子的运动速度减小C．21083i B的半衰期是5天，12g 21083i B经过15天后衰变了1.5gD．α粒子散射实验时卢瑟福建立原子核结构模型的重要依据7．以下说法中正确的是（）A．照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用B．β衰变所放出的电子来自原子核外C．γ射线是一种波长很短的电磁波D．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短8．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性知识的说法中正确的是（）A．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱B．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的C．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核D．某放射性原子核经过2次α衰变和一次β衰变，核内质子数减少4个9．下列说法中正确的是（）A．α粒子散射实验发现极少数α粒子发生了较大角度偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围B．按照玻尔理论，氢原子核外电子向高能级跃迁后动能增加C．对放射性物质施加压力，其半衰期将减小D．天然放射现象中发出的三种射线是从原子核外放出的10．如图所示是用阴极射线管演示电子在磁场中受洛伦兹力的实验装置，图中虚线是电子的运动轨迹，那么下列关于此装置的说法正确的是（）A．A端接的是高压直流电源的正极B．C端是蹄形磁铁的N极C．C端是蹄形磁铁的S极D．以上说法均不对11．下列应用中把放射性同位素不作为示踪原子的是（）A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律C．利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹D．给怀疑患有甲状腺的病人注射碘131，诊断甲状腺的器质性和功能性疾病12．如图为电视机显像管中电子束偏转的示意图．磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时，沿轴线向纸内射入的电子束的偏转方向( )A．向上B．向左C．向下D．向右13．在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核发生了某种衰变，已知放射出的粒子速度方向及反冲核的速度方向均与磁场方向垂直，它们在磁场中运动的径迹是两个相内切的圆，两圆的直径之比为7：1，如图所示．则碳14的衰变方程为（）A ．C 614→e 10+B 514B ．C 614→H 24e +B 410eC ．C 614→e −10+N 714D ．C 614→H 12+B 51214．下列说法正确的是（ ）A ．较小比结合能的原子核不稳定，容易发生裂变B ．放射性元素的半衰期跟原子所处的化学状态无关，但与外部条件有关C ．某种频率的紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，若增大该种紫外线照射的强度，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能并不改变D ．根据玻尔的原子理论，氢原子的核外电子由能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会辐射一定频率的光子，同时核外电子的动能变小二、多选题15．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是（ ）A ．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，改用波长较长的光照射该金属可能发生光电效应B ．康普顿效应证实了光子像其他粒子一样，不但具有动能，也具有动量C ．氡222的半衰期为3.8天，则质量为4g 的氡222经过7.6天还剩下1g 的氡222D ．玻尔理论解释了原子发射出来的光子其谱线为什么是不连续的E.重核裂变为几个中等质量的核，则其平均核子质量会增加16．下列说法正确的是（ ）A ．光电效应实验中，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多B ．氢原子辐射一个光子后，氢原子核外电子动能减小C ．大量事实表明，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒D ．原子核的半衰期与环境的温度、压强有关E.比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定17．下列说法正确的是（ ）A ．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构B ．α、β和γ三种射线，α射线的穿透力最强C ．23892U 衰变成 20682Pb 要经过6次β衰变和8次α衰变D ．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能三、填空题18．自然界里一些放射性重元素往往会发生一系列连续的衰变，形成放射系．图是锕系图．纵坐标N 表示________，横坐标Z 表示________，从U→Pb 有________次α衰变，________次β衰变．19．如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置．假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm 厚的铝板，那么是三种射线中的________射线对控制厚度起主要作用．当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M 、N 两个轧辊间的距离调________一些．20．放射性物质 21084Pb 和 6027Co 的核衰变方程分别为：21084Po→ 20682Pb+X 16027Co→ 6028Ni+X 2方程中的X 1代表的是________，X 2代表的是________．四、解答题21．在磁感应强度为B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出α粒子（42He ）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R ．以m 、q 分别表示α粒子的质量和电荷量．（1）放射性原子核用 AZ X 表示，新核的元素符号用Y 表示，写出该α衰变的核反应方程．（2）α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小． （3）设该衰变过程释放的核能都转为为α粒子和新核的动能，新核的质量为M ，求衰变过程的质量亏损△m ．22．如图所示，有界的匀强磁场磁感应强度为B=0.05T ，磁场方向垂直于纸面向里，MN 是磁场的左边界．在磁场中A 处放一个放射源，内装 88226Ra ， 88226Ra 放出某种射线后衰变成 86222Rn ．（1）写出上述衰变方程；（2）若A 处距磁场边界MN 的距离OA=1.0m 时，放在MN 左侧边缘的粒子接收器收到垂直于边界MN 方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA 的直线1.0m ．求一个静止 88226Ra 核衰变过程中释放的核能有多少？（取1u=1.6×10﹣27 kg ，e=1.6×10﹣19 C ，结果保留三位有效数字）23．1930年发现，科学家在真空条件下用α粒子轰击 94Be 时，产生了一种看不见的、贯穿力很强的不带电粒子，为了弄清楚这是一种什么粒子，人们用它分别去轰击氢原子和氮原子，结果打出一些氢核和氮核，并以此推算出了该粒子的质量，从而确定改粒子为中子．设氢核的质量为m H ， 氮核的质量为氢核质量的14倍，碰撞后氢核的速度为v H ， 氮核的速度为v N ， 假设中子与它们的碰撞为弹性弹性碰撞，碰撞的粒子分别为中子和氢核及中子和氮核．（1）试写出α粒子轰击 94Be 的核反应方程；（2）试根据中子与氢原子和氮原子的碰撞结果，利用题中的可测量量，推算出中子的质量．参考答案1．B【分析】C，光电效应是原子吸收光子向外释放电子的现象；一群处于n=3能级激发态的氢原子，根据2n即可求解；发生一次β衰变，中子放出电子，多一个质子，原子序数增加1；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型．【详解】光电效应是原子中的电子吸收光子，从而摆脱原子核的束缚，向外释放光电子的现象，故A 错误；一群处于n=3能级激发态的氢原子，自发跃迁时能发出3种不同频率的光，故B正确；放射性元素发生一次β衰变，少一个中子，多一个质子，使原子序数增加1，故C错误；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型，故D错误．故选B．【点睛】考查光电效应是原子吸收光子，掌握跃迁放出几种频率光子的方法，注意β衰变的原子序数增加1，同时知道α粒子散射实验的意义．2．A【分析】α散射实验中绝大多数不偏转，说明绝大部分空间是空的；核力存在于相邻质子间、中子间、质子与中子间的；α粒子的电离本领最大；经过一个半衰期有半数发生衰变．【详解】α散射实验说明了原子内部绝大部分空间是空的，故A正确；核力存在于相邻的质子与质子、质子与中子以及中子与中子之间，故B错误；α粒子的速度比β粒子的速度小，但是α粒子的电离本领较大，故C错误；经过第一个半衰期该放射性元素的含量减少了N．若经过两个半衰期，则第二个半衰期含量减小了0.5N，该放射性元素的含量减少了1.5N，故D错误；故选A．【点睛】此题考查α粒子散射实验的意义，掌握核力存在的范围，理解三种射线的电离本领与穿透能力的关系，注意半衰期的内涵．3．B【详解】A.经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，故A错误；B.经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，质子数等于电荷数，则质子数增加1个，故B 正确；C.元素钍23290Th 的原子核的质量数为232，质子数为90，则中子数为142，氡22086Rn 原子核的质量数为220，质子数为86，则中子数为134，可知放射性元素钍23290Th 的原子核比氡22086Rn 原子核的中子数多8个，故C 错误；D.钍23290Th 衰变成氡22086Rn ，可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次α衰变，2次β衰变，故D 错误。

第1节原子核结构●课标要求1．了解质子、中子的发现过程，了解原子核的组成．2．了解研究原子核结构的基本方法及特征．3．知道质量数、质子数、中子数、核子数、核电荷数、原子序数、同位素的物理意义．4．会根据原子核符号计算中子数、核子数，根据电荷数、质量数守恒正确书写核反应方程．5．了解卢瑟福、查德威克等科学家做出的贡献及其体现的科学精神．●教学地位本节的实验在高中阶段无法实现，但有条件的话可以利用计算机模拟出实验的过程，可以激发学生的兴趣．对于“α粒子轰击氮原子核的实验中产生了新核(质子)”这一部分，教师可设置问题如“可以通过哪些具体实验来证明产生的新核是质子？”启发学生思考，因为相关的知识洛伦兹力已学过．引导学生根据带电粒子在磁场中的运动规律证明新核为质子，这样可以培养学生利用所学的知识进行定性、定量推理的能力．“原子核组成”部分对学生并不是难点，因为相关的知识在初中已经学过，可让学生总结，教师要注意做好引导.●新课导入建议故事导入19世纪末20世纪初，发现了放射性现象和同位素，引起了对原子核结构的探索.1919年，卢瑟福发现一个α粒子能引起氮核的人工衰变，而衰变的产物之一是质子(即氢核).1921～1924年，卢瑟福和他的学生查德威克对硼、钠、铝等轻元素进行人工核反应，同样有质子分裂出来．以上事实显然说明原子核内存在质子．问题是原子核是否只有质子？本节课的学习就告诉同学们原子核内到底有什么．●教学流程设计课前预习安排： 1.看教材 2.填写【课前自主导学】同学之间可进行讨论⇒步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果可多提问几个学生⇒步骤3：师生互动完成“探究1”除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路⇓步骤7：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒步骤6：完成“探究3”重在讲解规律方法技巧⇐步骤5：师生互动完成“探究2”方式同完成探究1相同⇐步骤4：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇓步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能课标解读重点难点1.了解质子和中子的发现过程．2．知道原子核的组成，理解核子、同位素的概念．3．了解核反应的概念，会书写核反应方程.1.了解质子和中子的发现过程．(重点) 2．理解原子核的组成．能正确书写原子核的符号．(重点)3．原子核的组成及如何确定核反应方程．(难点)质子和中子的发现1.(1)质子的发现①实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子．②结论：质子是原子核的组成部分．(2)中子的发现①卢瑟福的预想卢瑟福发现质子后，预想核内还有一种不带电的中性粒子，并给这种“粒子”起名为中子．②中子的发现是许多科学家研究的结晶．a．1930年，用钋发出的α射线轰击铍时，会产生一种不受电场和磁场影响、穿透能力很强的射线．B．1932年，约里奥·居里夫妇用这种射线轰击石蜡，能从石蜡中打出质子．c．1932年，查德威克对云室中这种射线进行研究，发现这种射线是一种不带电、质量接近质子的粒子流，即为中子．2．思考判断(1)卢瑟福在α粒子散射实验中发现了质子．(×)(2)卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在．(√)(3)玻尔在实验中发现了中子．(×)3．探究交流卢瑟福是如何证明α粒子轰击氮原子核产生的新核是质子的？【提示】卢瑟福把这种粒子分别引进电场和磁场，根据该粒子在电场和磁场中的偏转，测出了其质量和电量，确定它就是氢原子核，又叫质子．原子核的组成1.基本知识(1)原子核的组成由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电，质子、中子统称为核子，原子核常用符号A Z X表示．X表示元素符号，A表示质量数，Z表示核电荷数．(2)同位素具有相同质子数、不同中子数的原子，如氢的三种同位素11H、21H、31H.(3)核反应方程①核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．②意义：能够用人工方法改变原子核．③书写核反应方程遵循的原则：核反应满足反应前、后电荷数和质量数都守恒．④确定未知核或粒子的方法：由反应前、后的已知核和粒子，依据守恒原则写出方程，判断未知核或粒子．2．思考判断(1)原子核内只有质子而没有中子．(×)(2)同位素具有相同的物理、化学性质．(×)(3)核反应方程只要满足质量数、电荷数守恒可以随便写．(×)3．探究交流铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，其核外电子有多少个？中子数又是多少？【提示】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，质子与电子电性相反、电量相同，故核外电子数与核内质子数相同为82个，根据质量数等于质子数与中子数之和的关系，铅原子核的中子数为207－82＝125(个).质子发现过程的分析及理解1．质子由谁发现的？怎样发现的？2．质子是原子核的组成部分吗？3．在实验中如何确定新核是质子的？1．实验背景电子的发现使人们认识到，原子不再是构成物质的基本单位，进一步研究发现，原子的中心有一个原子核，原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量．原子核的结构如何？1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验．2．实验装置(如图3－1－1所示)图3－1－1T进气孔、A放射源、F铝箔、S荧光屏、M显微镜，C真空容器．3．实验过程容器C里放有放射性物质A，从A放射出的α粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使α粒子恰好被它完全吸收，而不能透过．在F的后面放一荧光屏S，M是显微镜，通过M可以观察到S是否有闪光．4．实验现象开始，S上无闪光(因为α粒子没有穿过铝箔)．打开进气孔T的阀门，通入氮气，可以观察到S上有闪光．5．实验分析容器C中通入氮气后，用显微镜观察到荧光屏上有闪光，闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的．6．新粒子性质研究(1)把这种粒子引进电磁场中，根据它在电磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，进而确定它就是氢原子核，又叫质子．用符号表示为11H或11P.(2)人们用同样的办法从其他元素的原子核中也轰击出了质子．7．实验结论质子是原子核的组成部分．用显微镜观察到荧光屏上的闪光，是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的．这种新粒子与氢原子核有相同的质量和电量．1919年卢瑟福通过如图3－1－2所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现了质子．图中A为放射源发出的________粒子，B为________气．写出该实验的核反应方程：_________________________________________________.图3－1－2【解析】题图为α粒子轰击氮原子核生成质子的实验装置，放射源A发出的是α粒子，B为氮气，其核反应方程为：42He＋14 7N→17 8O＋11H.【答案】α氮42He＋14 7N→17 8O＋11H1．(2013·南平检测)如图3－1－3为卢瑟福发现质子的实验装置，M是显微镜，S是荧光屏，窗口F处装铝箔，氮气从阀门T充入，A是放射源．在观察由质子引起的闪烁之前需进行的必要调整是( )图3－1－3A．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上有α粒子引起的闪烁B．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上见不到质子引起的闪烁C．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上能见到质子引起的闪烁D．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上见不到α粒子引起的闪烁【解析】实验目的是观察α粒子轰击氮核产生新核并放出质子，所以实验前应调整铝箔的厚度，恰使α粒子不能透过，但质子仍能透过，故选D.【答案】 D原子核的组成1．原子核是仅有带电的粒子组成的吗？2．两种元素具有相同的质子数，性质一定相同吗？3．质量数、质子数和中子数之间存在什么关系？1．原子核原子核⎩⎪⎨⎪⎧大小：很小，半径为10－15m ～10－14m组成⎩⎪⎨⎪⎧质子：电量e ＝＋1.6×10－19 C 质量m p＝1.672 623 1×10－27kg 中子：质量e ＝0质量：m n＝1.674 928 6×10－27kg同位素：质子数相同，中子数不同的原子2．基本关系核电荷数＝质子数＝原子序数 质量数＝质子数＋中子数＝核子数 3．核反应、核反应方程(1)核反应：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程． (2)核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子． 卢瑟福发现质子的核反应方程为 42He ＋14 7N→17 8O ＋11H.(3)核反应的规律：在核反应中，质量数和核电荷数守恒．(2013·福州四中检测)完成下列各核反应方程，并指出首次发现质子的核反应是________，首次发现中子的核反应是________．A.10 5B ＋42He ―→137N ＋( )B.94Be ＋( )→126C ＋10nC.2713Al ＋( )→2712Mg ＋11HD.14 7N ＋42He ―→17 8O ＋( )E.238 92U→23490Th ＋( ) F.2311Na ＋( )→2411Na ＋11H 【审题指导】 根据核反应过程的质量数和电荷数守恒可求得未知粒子的电荷数和质量数，再根据电荷数等于原子序数可得粒子的性质．【解析】 A.10 5B ＋42He→13 7N ＋10n B.94Be ＋42He→12 6C ＋10n 此核反应使查德威克首次发现了中子 C.2713Al ＋10n→2712Mg ＋11H D.14 7N ＋42He→17 8O ＋11H 此核反应使卢瑟福首次发现了质子 E.238 92U ―→234 90Th ＋42He F.2311Na ＋21H→2411Na ＋11H. 【答案】 见解析写核反应方程应注意的问题1．核反应必须遵守电荷数守恒和质量数守恒的规律． 2．核反应方程中的箭头“―→”表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号． 3．写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据的编造．4．要求记住常见粒子的符号表示：质子(11H)、中子(10n)、电子( 0－1e)、正电子(01e)、α粒子(42He)等．2．(2013·北师大附中检测)在下列4个核反应方程中，X 表示质子的是( ) A.3015P→3014Si ＋X B.238 92U→23490Th ＋X C.2713Al ＋10n→2712Mg ＋X D.2713Al ＋42He→3015P ＋X【解析】在核反应中质量数守恒和电荷数守恒，由此可知，3015P→3014Si＋01e，238 92U→234 90Th ＋42He，2713Al＋10n→2712Mg＋11H，2713Al＋42He→3015P＋10n，综上知C对．【答案】 C综合解题方略——核子数、质子数、质量数的辨析已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.(1)镭核中有几个质子？几个中子？(2)镭核所带的电荷量是多少？(3)呈中性的镭原子，核外有几个电子？【审题指导】根据原子核中的核子数、质子数、中子数、质量数的关系求解．【规范解答】(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)镭核所带电荷量为Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C＝1.41×10－17 C.(3)中性原子核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.【答案】(1)88 138 (2)1.41×10－17 C (3)88正确理解质量数、质子数、核子数1．核子数：质子数和中子数总和．2．质子数：等于原子核的电荷数(Z)．原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，这个整数叫原子核的电荷数(Z)，原子核所带电荷量为Ze.3．质量数：原子核的质量等于核内质子和中子质量的总和，而中子与质子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫做原子核的质量数(A)，显然质量数＝质子数＋中子数．【备课资源】(教师用书独具)中子的发现背景1920年，卢瑟福在著名的贝克尔演讲(Bakerian Lecture)中做出中子存在的理论预言．为了检验卢瑟福的假说，卡文迪许实验室从1921年开始实验工作．卢瑟福曾请格拉森(J.L.Glasson)在氢气放电时寻找中子的产生，不久，罗伯兹(J.K.Roberts)也做了类似的实验．1923年查德威克得到卢瑟福的赞同，用游离室和点计数器作为检测手段，尝试在大质量的氢化材料中检测γ辐射的发射．在初步作了这些尝试之后，查德威克考虑到中子只有在强电场中形成的可能性，但没有合适的变压器可用．正当查德威克着手进一步开展探讨中子的研究时，柏林的玻特(W.Bothe)和巴黎的约里奥·居里夫妇(Joliot·Curies)相继发表了他们的实验结果．玻特是德国著名物理学家，曾在盖革的研究所里工作．从1928年起，玻特和他的学生贝克尔(H.Becker)用钋发射的α粒子轰击一系列轻元素，发现α粒子轰击铍时，会使铍发射穿透能力极强的中性射线，强度比其他元素所得要大过十倍．用铅吸收屏研究其吸收率，证明这种中性辐射比γ射线还要硬.1930年，玻特和贝克尔率先发表了这一结果，并断定这种贯穿辐射是一种特殊的γ射线．在巴黎，居里实验室的约里奥·居里夫妇也正在进行类似实验．他们把石蜡板放在放射源和游离室之间，发现静电计偏转激增．石蜡含氢，会不会是氢核被铍辐射撞击形成新的射线？于是他们加了磁场进行检验，磁场果然对这一射线有作用．遗憾的是，他们在肯定石蜡板发出的是质子流之后，也和玻特一样，把铍辐射看成是γ射线．1932年1月18日约里奥·居里夫妇宣布，铍辐射的能量是如此之大，竟能把氢核(质子)从石蜡板中撞击出来. 随后，他们还用云室拍到了质子流的照片，但他们没有摆脱玻特的错误解释.1．二十世纪初，为了研究物质的内部结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、质子．如图3－1－4所示，此装置是( )图3－1－4A．卢瑟福的α粒子散射实验装置B．卢瑟福发现质子的实验装置C．汤姆孙发现电子的实验装置D．查德威克发现质子的实验装置【解析】根据实验原理，图示是卢瑟福发现质子的实验装置．【答案】 B2．(2013·三亚检测)已知228 88Ra是226 88Ra的一种同位素，则下列说法正确的是( ) A．它们具有相同的质子数和不同的质量数B．它们具有相同的中子数和不同的原子序数C．它们具有相同的核电荷数和不同的中子数D ．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质【解析】 原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核内的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和．由此知这两种镭的同位素核内的质子数均为88，核子数分别为228和226，中子数分别为140和138；原子的化学性质由核外电子数决定，因为它们的核外电子数相同，所以它们的化学性质也相同．故正确答案为A 、C.【答案】 AC3．以下几个原子核反应式中，X 代表α粒子的反应式是( ) A.42He ＋94Be ―→12 6C ＋X B.21H ＋31H ―→10n ＋X C.234 90Th ―→234 91Pa ＋X D.3015P ―→3014Si ＋X【解析】 据核反应方程须满足质量数守恒和电荷数守恒，可知：X 分别为10n 、42He 、 0－1e 、01e.【答案】 B4．(2012·塔城高二检测)三个原子核X 、Y 、Z ，X 核放出一个正电子后变为Y 核，Y 核与质子发生核反应后生成Z 核并放出一个氦(42He)，则下面说法正确的是( )A ．X 核比Z 核多一个质子B ．X 核比Z 核少一个中子C ．X 核的质量数比Z 核的质量数大3D ．X 核与Z 核的总电荷是Y 核电荷的2倍【解析】 设原子核X 的核电荷数为n ，质量数为m ，则由已知可得两个核反应方程式分别为：m n X→01e ＋m n －1Y m n －1Y ＋11H→42He ＋m －3n －2Z因此比较X 、Y 、Z 的质量数与核电荷数，可判定C 、D 正确，所以选C 、D. 【答案】 CD5．(2012·重庆高考)以下是物理学史上3个著名的核反应方程( )x ＋73Li→2y y ＋14 7N→x ＋17 8O y ＋94Be→z ＋126C x 、y 和z 是3种不同的粒子，其中z 是( ) A ．α粒子 B ．质子 C ．中子 D ．电子【解析】 把前两个方程化简，消去x ，即14 7N ＋73Li ＝y ＋17 8O ，可见y 是42He ，结合第三个方程，根据电荷数守恒、质量数守恒可知z 是中子10n.因此选项C 正确．【答案】 C。

质子的发现1919年，卢瑟福做了用粒子轰击氮原子核的实验，实验装置如图所示，容器C里放有放射性物质A,从A射出的粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使容器C抽成真空后，粒子恰好被F吸收而不能透过，在F后面放一荧光屏S，用显微镜册来观察荧光屏上是否出现闪光．通过阀门T往C里通进氮气后，卢瑟福从荧光屏S上观察到了闪光,把氮气换成氧气或二氧化碳,又观察不到闪光，这表明闪光一定是粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的．卢瑟福把这种粒子引进电场和磁场中，根据它在电场和磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，确定它就是氢原子核,又叫做质子，通常用符号表示．这个质子是粒子直接从氮核中打出的，还是粒子打进复核后形成的复核发生衰变时放出的呢?为了弄清这个问题,英国物理学家布拉凯特又在充氮的云室里做了这个实验．如果质子是粒子直接从氮核中打出的，那么在云室里就会看到四条径迹：放射粒子的径迹、碰撞后散射的．粒子的径迹、质子的径迹及抛出质子后的核的反冲径迹．如果粒子打进氮核后形成一个复核，这复核立即发生衰变放出一个质子，那么在云室里就能看到三条径迹：入射粒子的径迹、质子的径迹及反冲核的径迹(见左上图）．布拉凯特拍摄了两万多张云室照片，终于从四十多万条“粒子径迹的照片中,发现有八条产生了分叉（见下图）．分叉的情况表明,这第二种设想是正确的．从质量数守恒和电荷数守恒可以知道产生的新核是氧17，核反应方程如下：在云室的照片中,分叉后细而长的是质子的径迹，短而粗的是反冲氧核的径迹．后来，人们用同样的方法使氟、钠、铝等核发生了类似的转变,并且都产生了质子．由于各种核里都能轰击出质子，可见质子是原子核的组成部分．尊敬的读者：本文由我和我的同事在百忙中收集整编出来，本文档在发布之前我们对内容进行仔细校对，但是难免会有不尽如人意之处，如有疏漏之处请指正，希望本文能为您解开疑惑,引发思考。

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学年鲁科版高中物理选修35第3章原子核与放射性单元测试一、单项选择题1.以下说法中正确的选项是〔〕A. γ射线是原子受激起后向低能级跃迁时放出的B. 在动摇的重原子核中，质子数比中子数多C. 核反响进程中假设核子的平均质量减小，那么要吸收核能D. 诊断甲状腺疾病时，注入的放射性同位素碘131作为示踪原子2.放射性衰变有多种途径，其中一种途径是先衰变成，而可以经一次衰变变成〔X 代表某种元素〕，也可以经一次衰变变成，和最后都衰变变成，衰变途径如下图，那么可知图中〔〕A. 进程①是β衰变，进程③是α衰变；进程②是α衰变，进程④是β衰变B. 进程①是β衰变，进程③是α衰变；进程②是β衰变，进程④是α衰变C. 进程①是α衰变，进程③是β衰变；进程②是α衰变，进程④是β衰变D. 进程①是α衰变，进程③是β衰变；进程②是β衰变，进程④是α衰变3.关于近代物理，以下说法正确的选项是〔〕A. α射线是高速运动的氦原子B. 中，表示质子C. 从金属外表逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比D. 玻尔将量子观念引入原子范围，其实际可以解释氦原子光谱的特征4.是人工发生的放射性元素，发生后会自发的衰变为．关于衰变为，以下描画正确的选项是〔〕A. 上述核反响属于α衰变B. 的半衰期随温度降低、压强增大而变小C. 上述核反响属于β衰变D. 的半衰期随着数量的增加而增大5.一块氡222放在天平的左盘时，需求天平的右盘加444g砝码，天平才干处于平衡，氡222发作α衰变，经过一个半衰期以后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取出的砝码为( )A. 222gB. 8gC. 2gD. 4g6.关于原子结构及原子核的知识，以下判别正确的选项是〔〕A. 处于n=3的一个氢原子回到基态时一定会辐射三种频率的光子B. α射线的穿透才干比γ射线强C. 氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的总能量增大，电子的动能也增大D. 放射性元素的半衰期与压力、温度有关7.铀裂变的产物之一氪90( )是不动摇的，它经过一系列衰变最终成为动摇的锆90( )，这些衰变是( )A. 1次α衰变，6次β衰变B. 4次β衰变C. 2次α衰变D. 2次α衰变，2次β衰变二、多项选择题8.以下说法正确的选项是〔〕A. Th核发作一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数增加了2B. 太阳辐射的能量最主要来自太阳外部的裂变反响C. 假定使放射性物质的温度降低，其半衰期能够变小D. 用14eV的光子照射处于基态的氢原子，可使其电离9.以下说法正确的选项是〔〕A. 原子核的结合能越大，其原子核越动摇B. 德布罗意以为电子具有动摇性，且其波长与它的动量成正比C. 铀235 与铀238 原子核内的中子数不同，因此有不同的半衰期D. 某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，核内中子数增加4 个三、填空题10.1919年卢瑟福经过如下图的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现________．图中A 为放射源收回的________粒子，B为________气．11.假定用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表原子的原子核内的中子数，那么对的原子来说x=________、y=________、z=________．12.钍232经过6次α衰变和4次β衰变后变成一种动摇的元素，这种元素的原子量为________，核电荷数为________．四、解答题13.某放射性元素质量为M ，测得每分钟放出1.2×104个β粒子，21天后再测，发现每分钟放出1.5×103个β粒子，该放射性元素的半衰期是多少？五、综合题14.用人工方法失掉放射性同位素，这是一个很重要的发现，自然的放射性同位素只不过40多种，而明天人工制造的放射性同位素已达1000多种，每种元素都有放射性同位素．放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和迷信研讨的许多方面失掉了普遍的运用．〔1〕带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消逝．其缘由是( )A. 射线的贯串作用B. 射线的电离作用C. 射线的物理、化学作用D. 以上三个选项都不是〔2〕以下图是工厂应用放射线自动控制铝板厚度的装置表示图．假设工厂消费的是厚度为1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你以为对铝板的厚度控制起主要作用的是________射线．〔3〕在我国首先用人工方法分解牛胰岛素时，需求证明人工分解的牛胰岛素结晶跟自然牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素做________．15.碘131核不动摇，会发作β衰变，其半衰期为8天．〔1〕碘131核的衰变方程：―→________(衰变后的元素用X表示)．〔2〕经过________天75 %的碘131核发作了衰变．答案解析局部一、单项选择题1.【答案】D【解析】【解答】A、γ射线是普通随同着α或β射线发生的电磁波，具有一定的能量，原子核受激起后向低能级跃迁时放出的．故A错误；B、在动摇的重原子核中，质子数比中子数少．故B错误；C、核反响进程中假设核子的平均质量减小，说明核反响的进程中由质量盈余，属于要释放核能．故C错误；D、给疑心患有甲状腺的病人注射碘131，诊断甲状腺的器质性和功用性疾病，是将碘131作为示踪原子，故D正确．应选：D【剖析】γ射线普通随同着α或β射线发生，γ射线是电磁波；依据核反响的进程中质量的变化判定是释放能量，还是吸收能量；γ射线的穿透才干最强；放射性同位素碘131能做示踪原子．2.【答案】A【解析】【解答】解：Bi经过①变化为X，质量数没有发作变化，为β衰变，经过③变化为Pb，质量数数少4，为α衰变，进程②变化为Ti，电荷数少2，为α衰变，进程④的电荷数添加1，为β衰变．所以选项A正确．应选：A【剖析】依据α衰变和β衰变的实质原子核经过一次α衰变，电荷数减小2，质量数减小4，一次β衰变后电荷数添加1，质量数不变．剖析即可．3.【答案】D【解析】【解答】α射线是高速运动的氦核流，不是氦原子．故A错误．核聚变反响方程12H+13H-→24He+01n 中，01n表示中子．故B错误．依据光电效应方程E km= -W0，知最大初动能与照射光的频率成线性关系，不是成正比，故C错误．玻尔将量子观念引入原子范围，其实际可以解释氢原子光谱的特征．故D 正确．【剖析】α射线是高速运动的氦核流；依据电荷数守恒、质量数守恒判别核聚变方程的正误；依据光电效应方程得出最大初动能与照射光频率的大小关系；玻尔将量子观念引入原子范围，可以很好解释氢原子光谱，但不能解释氦原子光谱特征4.【答案】C【解析】【解答】解：发生后会自发的衰变为．反响方程式，→ + ；A、假定发作α衰变时，生成核与原来的原子核相比，质量数增加4，质子数增加2，所以中子增加2，故A错误；B、半衰期与外界要素有关，B错误；C、β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所发生的，C正确；D、半衰期是统计规律，对少数原子是没有意义的，且半衰期是不变，D错误．应选：C【剖析】α衰变生成核原子核，β衰变生成的电子是其中的中子转化为质子同时生成的，半衰期是统计规律，与外界要素有关．5.【答案】D【解析】【解答】衰变前氡的质量为444g，摩尔质量为222g/mol，故共2mol氡。

第3章 原子核与放射性[自我校对]①氮 ②178O ＋11H ③查德威克 ④126C ＋10n⑤质子 ⑥N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12 ⑦M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12⑧42He ⑨ 0－1e_________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________1.放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变． 2．衰变规律电荷数和质量数都守恒． 3．衰变的分类(1)α衰变的一般方程：A Z X→A －4Z －2Y ＋42He ，每发生一次α衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减小2，质量数减少4.α衰变的实质：是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核)．(核内211H ＋210n→42He)(2)β衰变的一般方程：A Z X→A Z ＋1Y ＋0－1e.每发生一次β衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1，质量数不变．β衰变的实质：是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子(核内10n→11H ＋0－1e)．＋β衰变：3015P→3014Si ＋01e.(3)γ射线是伴随α衰变或β衰变同时产生的，γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．γ射线实质：是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出的光子．4．半衰期不同元素的半衰期是不一样的，其差别可以很大．例如，有的半衰期可以达到几千年甚至上万年，也有的半衰期不到1秒．在一个半衰期T 1/2内，将有一半的原子核发生衰变，经过时间t 后，则剩余没有衰变的原子核个数N ＝N 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12，或没有衰变的原子核质量m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12，公式适用于大量的原子核，该规律是宏观统计规律，对个别原子核无意义．238 92U 放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成210 83Bi ，而21083Bi可以经一次衰变变成210a X(X 代表某一种元素)，也可以经一次衰变变成 b81Ti ，210a X 和 b81Ti 最后都变成20682Pb ，衰变路径如图3­1所示，则图中( )A ．a ＝84，b ＝206B ．①是β衰变，②是α衰变C ．①是α衰变，②是β衰变 D. b81Ti 经过一次α衰变变成20682Pb E. b81Ti 经过一次β衰变变成20682Pb 【解析】210 83Bi 经一次衰变变成210a X ，由于质量数不变，所以只能发生了一次β衰变，电荷数增加1即a ＝83＋1＝84，①是β衰变，21083Bi 经一次衰变变成 b81Ti ，由于电荷数减少2，所以只能发生了一次α衰变，质量数减少4，即b ＝210－4＝206，②是α衰变，故A 、B 正确，C 错误；20681Ti 变成20682Pb ，质量数不变，电荷数增加1，所以只能经过一次β衰变，故D 项错误，E 项正确．【答案】 ABE1.2.核反应遵守两个守恒：核电荷数守恒，质量数守恒．3．核反应方程用“→”表示核反应的方向，不能用等号；熟记常见粒子的符号，如：4．确定衰变次数的方法根据质量数、核电荷数守恒得Z＝Z′＋2n－m A＝A′＋4n二式联立求解得α衰变次数n，β衰变次数m.一个质子以1.0×107m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核．已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列说法正确的是( )【导学号：18850046】A．核反应方程为2713Al＋11H→2814SiB．核反应方程为2713Al＋10n→2814SiC．硅原子核速度的数量级为107 m/s，方向跟质子的初速度方向一致D．硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向跟质子的初速度方向一致E．质子撞击铝原子核变成硅原子核的过程属于原子核的人工转变反应【解析】由核反应中电荷数和质量数守恒可知A选项正确，B选项错误；由动量守恒定律求得硅原子速度的数量级为105 m/s，即D选项正确，C选项错误；用质子撞击铝原子核变成硅原子核的过程属于原子核的人工转变反应，E正确．【答案】ADE(1)衰变过程中，质量数守恒、电荷数守恒．(2)衰变过程中动量守恒．(3)带电粒子垂直于磁场方向做匀速圆周运动时洛伦兹力提供向心力．(4)当静止的原子核在匀强磁场中发生衰变且衰变后粒子运动方向与磁场方向垂直时，大圆一定是α粒子或β粒子的轨迹，小圆一定是反冲核的轨迹．α衰变时两圆外切(如图3­2甲所示)，β衰变时两圆内切(如图乙所示)．如果已知磁场方向，还可根据左手定则判断绕行方向是顺时针还是逆时针．图3­2静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核的轨道半径之比为R1∶R2＝44∶1，如图3­3所示，则( )图3­3A．α粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B．原来放射性元素的原子核电荷数为88C．反冲核的核电荷数为88D．α粒子和反冲核的速度之比为1∶88E．原来放射性元素的原子核电荷数为90【解析】微粒之间相互作用的过程遵循动量守恒定律，由于初始总动量为零，则末动量也为零，即α粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反，选项A正确．放出的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动．由Bqv ＝m v 2R 得R ＝mvBq若原来放射性元素的原子核电荷数为Q ，则 对α粒子：R 1＝p 1B ·2e对反冲核：R 2＝p 2B Q －e由于p 1＝p 2，且R 1∶R 2＝44∶1， 解得Q ＝90，故选项C 、E 正确，B 错误． 它们的速度大小与质量成反比，故选项D 错误． 【答案】 ACE(1)根据衰变后粒子在磁场中的运动轨迹是外切圆还是内切圆判断是α衰变还是β衰变．(2)无论是哪种核反应，反应过程中一定满足质量数守恒和核电荷数守恒．1.用大写字母代表原子核，E 经α衰变成为F ，再经β衰变成为G ，再经α衰变成为H .上述系列衰变可记为下式：E ――→αF ――→βG ――→αH ，另一系列衰变如下：P ――→βQ ――→βR ――→αS .已知P 和F 是同位素，则( )A ．Q 和G 是同位素，R 和E 是同位素B ．R 和E 是同位素，S 和F 是同位素C ．R 和G 是同位素，S 和H 是同位素D ．Q 和E 是同位素，R 和F 是同位素 E ．P 和S 是同位素，Q 和G 是同位素【解析】 由于P 和F 是同位素，设它们的质子数为n ，则其他各原子核的质子数可分别表示如下：n ＋2E ――→αn F ――→βn ＋1G ――→αn －1H ，n P ――→βn ＋1Q ――→βn ＋2R ――→αn S ，由此可以看出R 和E 是同位素，S 、P 和F 是同位素，Q 和G 是同位素．故选项A 、B 、E 均正确．【答案】 ABE2．一个静止的放射性同位素的原子核3015P 衰变为3014Si ，另一个静止的天然放射性元素的原子核234 90Th 衰变为23491Pa ，在同一磁场中，得到衰变后粒子的运动径迹1、2、3、4，如图3­4所示，则这四条径迹依次是( )【导学号：18850047】图3­4A ．图中1、2为23490Th 衰变产生的23491Pa 和 0－1e 的轨迹，其中2是电子 0－1e 的轨迹 B ．图中1、2为3015P 衰变产生的3014Si 和01e 的轨迹，其中2是正电子01e 的轨迹 C ．图中3、4是3015P 衰变产生的3014Si 和01e 的轨迹，其中3是正电子01e 的轨迹 D ．图中3、4是3015P 衰变产生的3014Si 和01e 的轨迹，其中4是正电子01e 的轨迹 E ．图中3、4轨迹中两粒子在磁场中旋转方向相同 【解析】3015P→3014Si ＋01e(正电子)，产生的两个粒子，都带正电，应是外切圆，由R ＝mvqB，电荷量大的半径小，故3是正电子，4是3014Si.23490Th→23491Pa ＋ 0－1e ，产生的两个粒子，一个带正电，一个带负电，应是内切圆，由R ＝mv qB知，电荷量大的半径小，故1是23491Pa,2是电子，故A 、C 项正确；由动量守恒定律可知，静止的3015P 核发生衰变时生成的3014Si 和正电子01e 速度方向相反，但在磁场中旋转的方向相同，同为逆时针方向或同为顺时针方向，E 正确．【答案】 ACE3．放射性元素的原子核在α衰变或β衰变生成新原子核时，往往会同时伴随________辐射．已知A 、B 两种放射性元素的半衰期分别为T 1和T 2，经过t ＝T 1·T 2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比m A ∶m B ＝________.【解析】 放射性元素的原子核在α衰变或β衰变时，多余的能量将以γ光子的形式释放，因此伴随γ辐射．放射性元素经过一段时间t 后的剩余质量m ＝m 02t T(其中T 为该放射性元素的半衰期)．可得m A 2T 1T 2T 1＝m B2T 1T 2T 2，得m A ∶m B ＝2T 2∶2T 1.【答案】 γ 2T 2∶2T 14．1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用6027Co 的衰变来验证，其核反应方程是6027Co→A Z Ni ＋ 0－1e ＋νe.其中νe是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零.【导学号：18850048】(1)在上述衰变方程中，衰变产物A Z Ni的质量数A是________，核电荷数Z是________．(2)在衰变前6027Co核静止，根据云室照片可以看出，衰变产物Ni和0－1e的运动径迹不在一条直线上，如果认为衰变产物只有Ni和0－1e，那么衰变过程将违背_____守恒定律．(3)6027Co是典型的γ放射源，可用于作物诱变育种．我国应用该方法培育出了许多农作物新品种，如棉花高产品种“鲁棉1号”，年种植面积曾达到3 000多万亩，在我国自己培育的棉花品种中栽培面积最大．γ射线处理作物后主要引起________，从而产生可遗传的变异．【解析】(1)根据质量数和电荷数守恒，核反应方程为：6027Co→6028Ni＋0－1e＋νe，由此得出两空分别为60和28.(2)衰变过程遵循动量守恒定律．原来静止的核动量为零，分裂成两个粒子后，这两个粒子的动量和应还是零，则两粒子径迹必在同一直线上．现在发现Ni和0－1e的运动径迹不在同一直线上，如果认为衰变产物只有Ni和0－1e，就一定会违背动量守恒守律．(3)用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生突变，从而培育出优良品种．【答案】(1)60 28 (2)动量(3)基因突变5．1934年，约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还探测到了正电子．正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷，跟电子的电性正好相反，是电子的反粒子．更意外的是，拿走α放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来，铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：2713Al＋42He→3015P＋10n，这里的3015P就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的．(1)写出放射性同位素3015P放出正电子的核反应方程；(2)放射性同位素3015P放出正电子的衰变称为正β衰变，我们知道原子核内只有中子和质子，那么正β衰变中的正电子从何而来？【解析】(1)核反应方程为3015P→3014Si＋0＋1e.(2)原子核内只有质子和中子，没有电子，也没有正电子，正β衰变是原子核内的一个质子转换成一个中子，同时放出正电子，核反应方程为11H→10n＋0＋1e.【答案】(1)3015P→3014Si＋0＋1e (2)原子核内的一个质子转换成一个中子放出正电子我还有这些不足：(1)_________________________________________________________(2)_________________________________________________________我的课下提升方案：(1)_________________________________________________________(2)_________________________________________________________。

第3章原子核与放射性(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(本题共5小题，每小题6分．在每小题给出的五个选项中，有三项是符合题目要求的，选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分，每选错1个扣3分，最低得分为0分．)1．关于天然放射现象，下列说法正确的是( )A．放射性元素的原子核有半数发生变化所需的时间就是半衰期B．放射性物质放出的射线中，α粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生β衰变D．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线E．放射性元素放出的射线中，β粒子是从原子核内放出的【解析】放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，就是半衰期，故A对；α粒子的贯穿本领很弱，故B不对；原子核发生β衰变放出的电子并不是核外电子，故C不对，D、E均正确．【答案】ADE2．有关放射性同位素3015P的下列说法中正确的是( )A.3015P与3014X互为同位素B.3015P与其同位素具有相同的化学性质C．用3015P制成化合物后它的半衰期变短D．含有3015P的磷肥释放正电子，可用来作示踪原子，以便观察磷肥对植物的影响E．用3015P制成化合物后它的半衰期不发生变化【解析】同位素具有相同的质子数，化学性质相同，A错，B对；半衰期与化学状态无关，C错，E对；含有3015P的磷肥放出正电子，3015P可作为示踪原子，D对．【答案】BDE3．放射性元素氡(222 86Rn)经α衰变成为钋(218 84Po)，半衰期约3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素222 86Rn的矿石，其原因不是( )A．目前地壳中的222 86Rn主要来自于其他放射性元素的衰变B．在地球形成的初期，地壳中元素222 86Rn的含量足够高C．当衰变产物218 84Po积累到一定量以后，218 84Po的增加会减慢222 86Rn的衰变进程D.222 86Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期E.222 86Rn的半衰期只有3.8天，目前矿石中仍有其成分存在，说明地壳中的222 86Rn一定存在着不断衰变和不断生成的过程【解析】从衰变及半衰期角度分析，各种不同元素的衰变不断发生，而222 86Rn的半衰期较短，衰变速度较快，因此目前地壳中的222 86Rn不是因为原来含量高而是由其他元素衰变生成的，选项A、E正确，选项B错误；放射性元素的半衰期只由原子核本身决定，与其他因素无关，选项C、D错误．【答案】BCD4．正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是将放射性同位素15 8O注入人体，参与人体的代谢过程，15 8O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像，则根据PET原理判断下列表述正确的是( )【导学号：18850049】A.15 8O在人体内衰变方程是15 8O―→15 7N＋01eB．正、负电子湮灭方程是01e＋0－1e―→γC．在PET中，15 8O主要用途是作为示踪原子D．在PET中，15 8O主要用途是参与人体的新陈代谢E．计算机断层显像技术在医学检查时对人的影响是微乎其微的，检查过程也是安全的【解析】由题意知A正确，B错误．显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的15 8O 衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此15 8O主要用途是作为示踪原子，故C对，D错．医学中应用放射性同位素15 8O注入人体，进行医学检查时，人体呼吸沉积的量很小，对人体造成的影响很小，检查过程安全，E正确．【答案】ACE5．朝鲜的“核危机”引起了全世界的瞩目，其焦点问题就是朝鲜生产供研制核武器用的钚239(239 94Pu)，这种239 94Pu可由铀239(239 92U)经过衰变而产生．则下列判断中正确的是( )A.239 94Pu与239 92U的核内具有相同的中子数B.239 94Pu与239 92U的核内具有相同的核子数C.239 92U经过1次α衰变产生239 94PuD.239 92U经过2次β衰变产生239 94PuE．由铀239转变为239 94Pu的过程中有2个中子转变为2个质子【解析】239 94Pu的核子数是239，中子数为239－94＝145，而239 92U的核子数是239，中子数为239－92＝147，所以239 94Pu与239 92U的核内具有相同的核子数，不同的中子数，选项A错误，B正确；239 92U经过1次α衰变，生成的新核的质子数为90，所以产生物不是239 94Pu，选项C错误；根据质量数守恒和电荷数守恒可判断出，239 92U经过2次β衰变后产生的新核是239 94Pu，此过程中有2个中子转变为2个质子，故D、E均正确．【答案】BDE二、非选择题(本题共5小题，共70分，按题目要求作答)6．(10分)如图1所示在垂直纸面向外的匀强磁场中，一个静止的镭(22688Ra)发生一次α衰变，生成氡(Rn)时可能的径迹图，其中α粒子的径迹是________，新核的径迹为________，核反应方程为________．图1【解析】 由动量守恒定律可知22286Rn 与42He 的运动方向相反，故轨迹为外切圆，由r ＝mv qB ＝p qB可知，电荷量小的42He 轨道半径大．【答案】 c d22688Ra ―→222 86Rn ＋42He7．(12分)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算．测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化的规律如图2所示，图中N 为铀238的原子数，N 0为铀和铅的总原子数．图2由此可知地球的年龄大约为________亿年，被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为________．【解析】 据题意，岩石中铀含量是形成初期的12，即有半数发生衰变，由图像N N 0＝12时，时间约为45亿年，即半衰期也是地球的大致年龄；90亿年时有34的铀衰变为铅，故铀、铅原子数之比为1∶3.【答案】 45 1∶38．(14分)碳14具有放射性，其半衰期T ＝5 686年，空气中碳12跟碳14的存量比约为10∶1.2，活着的生物体中碳的这两种同位素之比与空气中相同，生物死亡后，不再吸收碳，碳14以T ＝5 686年的半衰期减少，因此测得生物遗骸中的碳12与碳14存量比，再与空气中比较，可估算出生物死亡年代，现测得一古代遗骸中碳14与碳12的存量比为空气中的23，试计算该古代遗骸距今的时间． 【解析】 设活着和死亡时古生物中含14C 的质量分别为m 0和m ，含12C 的质量为M ，则：m 0M ＝1.210，m M ＝23×1.210所以m 0m ＝32，因为m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12t /T ，所以2t /T＝m 0m ＝32所以t ＝3 326年． 【答案】 3 326年9．(16分)静止的氮核147N 被速度为v 0的中子10n 击中生成甲、乙两核，已知甲、乙两核的速度方向同碰撞前中子的速度方向一致，甲、乙两核动量之比为1∶1，动能之比为1∶4，它们沿垂直磁场方向进入匀强磁场做圆周运动，其半径之比为1∶6，问：甲、乙各是什么核？速度各是多大？写出该核反应方程．【解析】 设甲、乙两核质量分别为m 甲、m 乙，电荷量分别为q 甲、q 乙． 由动量与动能的关系p ＝2mE k 和p 甲＝p 乙可得m 甲∶m 乙＝E k 乙∶E k 甲＝4∶1又由R ＝mv Bq ＝pBq可得q 甲∶q 乙＝R 乙∶R 甲＝6∶1设中子质量为m 0，m 甲＋m 乙＝15m 0，q 甲＋q 乙＝7e ，所以m 甲＝12m 0，m 乙＝3m 0，q 甲＝6e ，q 乙＝e ，即甲为12 6C ，乙为31H.由动量守恒定律，可得m 0v 0＝m 甲v 甲＋m 乙v 乙＝2m 甲v 甲＝24m 0v 甲 进而求得甲的速度v 甲＝v 024，乙的速度v 乙＝v 06核反应方程为147N ＋10n→126C ＋31H. 【答案】 甲为126C ，乙为31Hv 024 v 0614 7N ＋10n→12 6C ＋31H10．(18分)如图3甲所示，静止在匀强磁场中的63Li 核俘获一个速度为v 0＝7.7×104m/s 的中子而发生核反应，即63Li ＋10n ―→31H ＋42He ，若已知42He 的速度v 2＝2.0×104m/s ，其方向与反应前中子速度方向相同，试求：【导学号：18850050】图3(1)31H 的速度大小和方向；(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比； (3)当42He 旋转三周时，粒子31H 旋转几周？【解析】 (1)反应前后动量守恒：m 0v 0＝m 1v 1＋m 2v 2(v 1为氚核速度，m 0、m 1、m 2分别代表中子、氚核、氦核质量)代入数值可解得：v 1＝－1.0×103 m/s ，方向与v 0相反．(2)31H 和42He 在磁场中均受洛伦兹力，做匀速圆周运动的半径之比r 1∶r 2＝m 1v 1Bq 1∶m 2v 2Bq 2＝3∶40.(3)31H 和42He 做匀速圆周运动的周期之比T 1∶T 2＝2πm 1Bq 1∶2πm 2Bq 2＝3∶2所以它们的旋转周数之比：n 1∶n 2＝T 2∶T 1＝2∶3，即42He 旋转三周，31H 旋转2周．【答案】 (1)大小为1.0×103m/s ，方向与v 0相反 (2)3∶40 (3)2周。

第1节 原子核结构1.了解质子和中子的发现过程．(重点＋难点)2.知道原子核的组成，理解核子、同位素的概念．3．了解核反应的概念，会书写核反应方程．(重点)一、质子和中子的发现1.质子的发现(1)实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子．(2)结论：质子是原子核的组成部分．2.中子的发现卢瑟福依据什么猜想原子核中存在着中子？提示：元素的原子核的质量大体上是质子质量的整数倍，但原子核的电荷数仅仅是质量数的一半或更少一些．二、原子核的组成 1.原子核组成由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电，质子、中子统称为核子，原子核常用符号A Z X 表示． X 表示元素符号，A 表示质量数，Z 表示核电荷数．基本关系：核电荷数＝质子数＝原子序数．质量数＝质子数＋中子数＝核子数． 2.同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，如氢的三种同位素11H 、21H 、31H. 3.核反应方程(1)核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子．(2)意义：能够用人工方法改变原子核．(3)书写核反应方程遵循的原则：核反应满足反应前、后核电荷数和质量数都守恒． (4)卢瑟福发现质子的核反应方程：42He ＋14 7N →17 8O ＋11H ． 查德威克证实中子存在的核反应方程：94Be ＋42He →12 6C ＋10n ．(1)质子和中子都不带电，是原子核的组成成分，统称为核子．( )(2)原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．( )(3)同位素具有不同的化学性质．( )提示：(1)× (2)√ (3)×质子和中子的发现1.质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，结果从氮核中打出了一种粒子，并测定了它的电荷与质量，知道它是氢原子核，把它叫做质子，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.中子的发现(1)1920年卢瑟福预言：原子核内可能还存在质量跟质子相近的不带电的中性粒子，并将其称为中子．(2)1930年德国物理学家博特和他的学生贝克利用α粒子轰击铍时发现了一种穿透力极强的射线，1932年约里奥·居里夫妇对这种射线进行了研究，并发现如果用这种射线轰击石碏，能从石蜡中打出质子．由于旧观念的影响，他们都把这种射线认为是γ 射线，而实际上是中子流．(3)查德威克的发现：1932年，查德威克对这种射线进行了研究，发现这种射线是一种不带电、质量接近质子的粒子流，这种粒子正是卢瑟福猜想的中子，从而确定中子也是原子核的组成部分．如图为卢瑟福发现质子的实验装置，M 是显微镜，S 是荧光屏，窗口F 处装铝箔，氮气从阀门T 充入，A 是放射源，在观察由质子引起的闪烁之前需进行必要调整的是( )A ．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S 上能见到α粒子引起的闪烁B ．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S 上见不到质子引起的闪烁C ．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S 上能见到质子引起的闪烁D ．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S 上见不到α粒子引起的闪烁[思路点拨] 从实验目的出发，结合选项，看是否能达到实验目的．[解析] 实验目的是观察α粒子轰击氮核产生新核并放出质子，所以实验前应调整铝箔的厚度，恰使α粒子不能透过，但质子仍能透过，故选D.[答案] D如图为查德威克实验示意图．由天然放射性元素Po 放出的α射线轰击铍时会产生粒子流A ，用粒子流A 轰击石蜡时，会打出粒子流B ，经研究知道()A ．A 为中子，B 为质子B ．A 为质子，B 为中子C ．A 为γ 射线，B 为中子D ．A 为中子，B 为γ 射线解析：选A.不可见射线(即粒子流)A 轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见射线应该是中子，故A 正确．原子核的组成及核反应方程1.原子核(符号AZ X)原子核⎩⎪⎨⎪⎧大小：很小，半径为10－15～10－14 m组成⎩⎪⎨⎪⎧质子：电量e ＝＋1.6×10－19 C 质量m p ＝1.6726231×10－27 kg 中子：电量e ＝0 质量m n ＝1.6749286×10－27 kg 同位素：质子数相同，中子数不同的原子 2.基本关系核电荷数＝质子数＝原子序数质量数＝质子数＋中子数＝核子数3.核反应、核反应方程(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单箭头方向表示反应方向，不能用等号连接．(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据核电荷数守恒和质量数守恒凭空杜撰生成物．(3)书写核反应方程时，应先将已知的原子核和未知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置，然后再根据质量数守恒和核电荷数守恒确定未知的原子核或未知粒子的质量数和核电荷数，最后根据其核电荷数确定是哪种元素或粒子，在适当位置填上它们的符号．本题中用大写字母代表原子核．E 经α衰变成为F ，再经β衰变成为G ，再经α衰变成为H.上述系列衰变可记为下式：E ――→αF ――→βG ――→αH ；另一系列衰变如下：P ――→βQ ――→βR ――→αS.已知P 是F 的同位素，则( )A ．Q 是G 的同位素，R 是H 的同位素B ．R 是E 的同位素，S 是F 的同位素C ．R 是G 的同位素，S 是H 的同位素D ．Q 是E 的同位素，R 是F 的同位素[解析] y x E →y －4x －2F ＋42He ，y －4x －2F →y －4x －1G ＋ 0－1e ，y －4x －1G →y －8x －3H ＋42He ； z x －2P → z x －1Q ＋ 0－1e ， z x －1Q →z x R ＋ 0－1e ，z x R →z －4x －2S ＋42He.同位素具有相同的质子数和不同的中子数，由核衰变方程式中各原子核的上下标可得到R 是E 的同位素，S 是F 和P 的同位素，Q 是G 的同位素，所以B 选项正确．[答案] B解决此类题一般从核衰变方程入手，正确地写出核衰变方程是解决此类题的关键．[随堂检测]1.卢瑟福预想到原子核内除质子外，还有中子的事实依据是( )A ．电子数与质子数相等B ．原子核的质量大约是质子质量的整数倍C ．原子核的核电荷数只是质量数的一半或更少一些D ．质子和中子的质量几乎相等解析：选C.卢瑟福预言中子的存在的依据是原子核的质量大约是质子质量的整数倍，而核电荷数却是原子核质量数的一半或更少一些，C 正确．2.关于以下各个核反应方程，说法正确的是( )A.14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H 是卢瑟福发现质子的核反应方程B.2311Na ＋21H ―→2411Na ＋11H 是卢瑟福发现质子的核反应方程C.94Be ＋42He ―→12 6C ＋10n 是卢瑟福预言存在中子的核反应方程D.10 5B ＋42He ―→13 7N ＋10n 是查德威克发现中子的核反应方程解析：选A.卢瑟福发现质子的核反应方程为14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H ，查德威克发现中子的核反应方程为94Be ＋42He ―→12 6C ＋10n.所以A 正确，B 、C 、D 错误．3.(多选)32He 可以作为核聚变材料．下列关于32He 的叙述正确的是( ) A.32He 和31H 互为同位素B.32He 原子核内中子数为1C.32He 原子核外电子数为2D.32He 代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子解析：选BC.32He 核内质子数为2，31H 核内质子数为1，两者质子数不等，不是同位素，A 不正确；32He 核内中子数为1，B 正确；32He 原子核外电子数为2，C 正确；32He 代表原子核内有2个质子和1个中子的氦原子核，D 不正确．4.两个同位素原子核的符号分别是MA X 和NB Y ，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 .5.1993年，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204 80Hg ，反应过程可能有两种：①生成202 78Pt ，放出氦原子核；②生成202 78Pt ，放出质子、中子．写出上述核反应方程式．解析：根据质量数守恒和核电荷数守恒，算出新核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程．(1)94Be ＋11H ―→95B ＋10n. (2)204 80Hg ＋10n ―→202 78Pt ＋32He20480Hg ＋10n ―→202 78Pt ＋211H ＋10n. 答案：见解析[课时作业]一、单项选择题1.关于质子与中子，下列说法中错误的是( )A ．原子核由质子和中子组成B ．质子和中子统称核子C ．卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在D ．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在解析：选 C.原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，卢瑟福发现了质子并预言了中子的存在，故A 、B 、D 项叙述正确，C 项错误．所以选C.2.最近国外科技杂志报道，将6228Ni 和208 82Pb 经核聚变并释放出一个中子后，生成第110号元素的一种同位素，该同位素的中子数是( )A ．157B ．159C ．161D ．163解析：选B.根据质量数与电荷数守恒，写出核反应方程：6228Ni ＋208 82Pb ―→269110Y ＋10n ，则Y的中子数为269－110＝159.3.下列说法正确的是( )A.23490Th 为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234B.94Be 为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4C ．同一元素的两种同位素具有相同的质量数D ．同一元素的两种同位素具有不同的中子数解析：选D.A 项钍核的质量数为234，质子数为90，所以A 错；B 项铍核的质子数为4，中子数为5，所以B 错；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C 错，D 对．4.α粒子击中氮14核后放出一个质子，转变为氧17核(178O)．在这个氧原子核中有( )A ．9个质子B ．17个电子C ．8个中子D ．8个质子 解析：选D.根据原子核的构成，核电荷数为8，即质子数为8，质量数为17，所以中子数为17－8＝9，正确选项为D.5.下面列出的是一些核反应方程：3015P ―→3014Si ＋X ，94Be ＋21H ―→10 5B ＋Y ，42He ＋42He ―→73Li＋Z ，其中( )A ．X 是质子，Y 是中子，Z 是正电子B ．X 是正电子，Y 是质子，Z 是中子C ．X 是中子，Y 是正电子，Z 是质子D ．X 是正电子，Y 是中子，Z 是质子解析：选D.由电荷数守恒和质量数守恒可知，核反应方程为：3015P ―→3014Si ＋01e ，94Be ＋21H →10 5B ＋10n ，42He ＋42He ―→73Li ＋11H.故选项D 正确．6.一种元素的两种同位素的原子核A 和B ，以相同的动能垂直于磁场的方向进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动．则A 、B 的轨道半径应( )A ．与核子数成正比B ．与核子数的平方根成正比C ．与质子数成正比D ．与质子数的平方根成正比解析：选B.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，半径R ＝mv qB ＝2mE k qB .同位素A 、B的原子核的带电荷量相同， 质量m 与核子数成正比，故半径与核子数的平方根成正比．二、多项选择题7．下列说法中正确的是( )A ．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B ．原子核中的质子数，一定跟核外电子数相等C ．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分D ．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷跟质子电荷之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子解析：选CD.原子中除了带负电的电子外，还有带正电的质子，故A 错误；对于中性原子来说原子核中的质子数才跟核外电子数相等，故B 错误；正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C 正确；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷跟质子电荷之比，才确定原子核内必定还有别的中性粒子，故D 正确．8．氢有三种同位素，分别是氕(11H)、氘(21H)、氚(31H)，则下列说法中正确的是( )A ．它们的质子数相等B ．它们的核外电子数相等C ．它们的核子数相等D ．它们的化学性质相同解析：选ABD.氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都是1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，A 、B 选项正确，C 选项错误；同位素化学性质相同，只是物理性质不同，D 选项正确．9.用α粒子照射充氮的云室，摄得如图所示的照片，下列说法中不正确的是( )A ．A 是α粒子的径迹，B 是质子的径迹，C 是新核的径迹B ．B 是α粒子的径迹，A 是质子的径迹，C 是新核的径迹C ．C 是α粒子的径迹，A 是质子的径迹，B 是新核的径迹D ．B 是α粒子的径迹，C 是质子的径迹，A 是新核的径迹解析：选ABC.α粒子轰击氮核产生一个新核并放出质子，入射的是α粒子，所以B 是α粒子的径迹．产生的新核质量大而电离作用强，所以径迹粗而短，故A 是新核的径迹．质子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹是质子的径迹，所以正确选项为A 、B 、C.10.三个原子核X 、Y 、Z ，X 核放出一个正电子后变为Y 核，Y 核与质子发生核反应后生成Z 核并放出一个氦核(42He)．则下面说法正确的是( )A ．X 核比Z 核多两个质子B ．X 核比Z 核少一个中子C ．X 核的质量数比Z 核的质量数大4D ．X 核与Z 核的总电荷数是Y 核电荷数的2倍解析：选AD.设X 原子核的质量数为A ，核电荷数为B .由质量数守恒和电荷数守恒可得AB X ―→01e ＋ A B －1Y ， A B －1Y ＋11H ―→42He ＋A －3B －2Z.可见 A B X 比 A －3B －2Z 的质子数多2个，A 对；A B X 比A －3B －2Z 的中子数多一个，B 错；A B X 比A －3B －2Z 的质量数大3，C 错；A B X 与A －3B －2Z 的总核电荷数为(2B －2)，显然是 AB －1Y 的核电荷数(B －1)的2倍，D 对．故正确答案为A 、D.三、非选择题11.现在，科学家正在设法探寻“反物质”．所谓的“反物质”是由“反粒子”组成的，“反粒子”与对应的正粒子具有相同的质量和电荷量，但电荷量的符号相反，据此，反α粒子的质量数为__________，电荷数为________．解析：α粒子是氦核，它由两个质子和两个中子构成，故质量数为4，电荷数为2.而它的“反粒子”质量数也是“4”，但电荷数为“－2”．答案：4 －212.一个中子以1.9×107 m/s 的速度射中一个静止的氮核147N ，并发生核反应，生成甲、乙两种新核，它们的运动方向与中子原来的运动方向相同，测得甲核质量是中子质量的11倍，速度是1×106 m/s ，乙核垂直进入B ＝2 T 的匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R ＝0.02 m ，已知中子质量m ＝1.67×10－27 kg ，e ＝1.6×10－19 C ，求乙核是何种原子核？并写出核反应方程．解析：设乙核质量为m 乙，甲核质量为m 甲＝11m ，氮核质量为14m ，则由核反应过程中质量数守恒知，乙核质量数为14＋1－11＝4，即m 乙＝4m ，由动量守恒定律有mv 0＝m 甲v 甲＋m 乙v 乙，解得v 乙＝mv 0－m 甲v 甲m 乙＝m ×1.9×107－11m ×1×1064mm/s ＝2×106 m/s.设乙核的电量为q ，则由R ＝mv qB 得，q ＝m 乙v 乙BR ＝4×1.67×10－27×2×1062×0.02C ＝3.34×10－19 C ＝2e ，即乙核的电荷数为2，则乙核为氦核42He ，甲核为硼核11 5B ，核反应方程为10n ＋14 7N ―→ 11 5B ＋42He.答案：42He 10n ＋14 7N ―→11 5B ＋42He。

第3章原子核与放射性(分值：100分时间：60分钟)一、选择题(本大题共7个小题，每小题6分．每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)1．有关放射性同位素3015P的下列说法中正确的是()A.3015P与3014X互为同位素B.3015P与其同位素具有相同的化学性质C．用3015P制成化合物后它的半衰期变短D．含有3015P的磷肥释放正电子，可用来作示踪原子，以便观察磷肥对植物的影响【解析】同位素具有相同的质子数，化学性质相同，A错，B对；半衰期与化学状态无关，C错，D对．【答案】BD2．关于β衰变中所放出的电子，下列说法正确的是()A．由于它是从原子核中释放出来的，所以它是原子核的组成部分B．它是核外电子从内层轨道跃迁时放出的C．当它通过空气时，电离作用很强D．它的贯穿本领较强【解析】虽然β衰变中的电子是从原子核中释放出来的，但电子不是原子核的组成部分，原子核由质子和中子组成，中子衰变为质子时放出电子，方程为10 n―→11H＋0－1e.根据β射线的性质知D正确．【答案】 D3．天然放射现象说明()A．原子不是单一的基本粒子B．原子核不是单一的基本粒子C．原子内部大部分是空的D．原子是由带正电和带负电的基本粒子组成的【解析】天然放射现象是自发地从原子核里放出粒子而转变为新元素的现象，说明原子核不是单一的基本粒子，B正确．α粒子散射现象说明原子内大部分是空的．A、C项虽正确但不是天然放射现象说明的．【答案】 B4．(2013·白沙模拟)如图1所示是原子核人工转变实验图1装置示意图，A是α粒子源，F是铝箔，S是荧光屏，在容器中充入氮气后，屏S上出现闪光，该闪光产生的原因是()A．α粒子射到屏S上产生的B．α粒子轰击氮核后产生的某种粒子射到屏上产生的C．α粒子轰击铝箔F上打出的某种粒子射到屏上产生的D．粒子源中放出的γ射线射到屏上产生的【解析】该实验的核反应方程是147N＋42He→178O＋11H这是原子核的第一次人工转变，世界第一次发现质子的实验，而本题出现的闪光是α粒子从氮核里打出的质子穿过铝箔射到屏上产生的．【答案】 B图25．在匀强磁场里有一个原来静止的放射性碳14，它所放射的粒子与反冲核的轨迹是两个相切的圆，圆的半径比为5∶1，如图2所示，那么碳的衰变方程是()A.146C―→42He＋104BeB.146C―→0－1e＋145BC.146C―→0－1e＋147ND.146C―→21H＋125B【解析】由于两个轨迹为外切圆，放出的粒子和反冲核方向相反，由左手定则可知，它们必均为正电荷；而衰变过程中两者动量大小相等，方向相反，由于qB v＝m v2R，则R＝m vqB因半径之比为5∶1，它们的电量之比为1∶5，由此可知D正确．【答案】 D图36．(2013·漳州检测)如图3所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场．则下面说法中正确的有()A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线B．α射线和β射线的轨迹是抛物线C．α射线和β射线的轨迹是圆弧D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b【解析】由左手定则可知，粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧．由于α粒子速度约是光速的1/10，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，本题选A、C.【答案】AC7．地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算．测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化的规律如图4所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数．由此可以判断下列选项正确的是()图4A．铀238的半衰期为90亿年B．地球的年龄大约为45亿年C．被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶4 D．被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶3【解析】据题意，岩石中铀含量是形成初期的12，即有半数发生衰变，由图像NN0＝12时时间约为45亿年，即半衰期也是地球的大致年龄，故B正确，A错误；90亿年时有34的铀衰变为铅，故铀、铅原子数之比为1∶3，所以D正确，C错误．【答案】BD二、非选择题(本大题共5小题，共58分．按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)8．(8分)(2012·南通高二检测)放射性元素23290Th经过________次α衰变和________次β衰变变成了稳定元素20882Pb.【解析】由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数．因为每进行一次α衰变，质量数减少4，所以α衰变的次数为：x＝232－2084次＝6次再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判断β衰变的次数.6次α衰变，电荷数应减少2×6＝12个，而每进行一次β衰变，电荷数增加1，所以β衰变的次数为y＝[12－(90－82)]次＝4次【答案】6 49．(10分)如图5所示在垂直纸面向外的匀强磁场中，一个静止的镭(22688Ra)发生一次α衰变，生成氡(Rn)时可能的径迹图，其中α粒子的径迹是________，新核的径迹为________，核反应方程为________．图5【解析】由动量守恒定律可知22286Rn与42He的运动方向相反，故轨迹为外切圆，由r＝m vqB＝pqB可知，电荷量小的42He轨道半径大．【答案】c d22688Ra―→22286Rn＋42He10．(12分)1934年，约里奥·居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还观察到了正电子．正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷，跟电子的电性正好相反，是电子的反粒子．更意外的是，拿走α粒子放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来，铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：2713Al＋42He→3015P ＋10n.这里的3015P就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的．(1)写出放射性同位素3015P放出正电子的核衰变方程．(2)放射性同位素3015P放出正电子的衰变称为正β衰变．我们知道原子核内只有中子和质子，那么正β衰变中的正电子从何而来？【解析】(1)正β衰变过程质量数、电荷数守恒，3015P放出正电子的核衰变方程为3015P→3014Si＋01e.(2)原子核内只有质子和中子，没有电子，也没有正电子，正β衰变是原子核内的一个质子转换成一个中子，同时放出一个正电子，其衰变方程为：11H→01e＋10 n.【答案】(1)3015P→3014Si＋01e(2)一个质子衰变成一个中子时放出一个正电子11．(14分)静止的63Li俘获一个速度为7.7×106 m/s的中子，发生核反应后若只产生两个新粒子，其中一个粒子为42He，它的速度大小是8×106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相同．(1)写出此核反应的方程式．(2)求反应后产生的另一个粒子的速度大小是多大及方向如何？【解析】(1)根据质量数守恒和电荷数守恒可以写出方程为63Li＋10n→42He＋31H.(2)用m1、m2和m3分别表示10n、42He和31H的质量，用v1、v2和v3分别表示中子、氦核和氚核的速度，由动量守恒定律得m1v1＝m2v2＋m3v3，v3＝m1v1－m2v2m3代入数值得v3＝－8.1×106 m/s即反应后生成的氚核的速度大小为8.1×106m/s，方向与反应前中子的速度方向相反．【答案】(1)63Li＋10n→42He＋31H(3)8.1×106 m/s与反应前中子的速度方向相反12．(14分)静止在匀强磁场中的一个105B核俘获了一个速度为v＝7.3×104 m/s 的中子而发生核反应，生成α粒子与一个新核．测得α粒子的速度为2×104 m/s，方向与反应前中子运动的方向相同，且与磁感线方向垂直．(1)写出核反应方程；(2)画出核反应生成的两个粒子的运动轨迹及旋转方向的示意图(磁感线方向垂直于纸面向外)；(3)求α粒子与新核轨道半径之比；(4)求α粒子与新核运动周期之比．【解析】(1)由质量数守恒和电荷数守恒得：105B＋10n→42He＋73Li.(2)由动量守恒定律可以求出新核的速度大小为103 m/s，方向和α粒子的速度方向相反，由于α粒子和新核都带正电，由左手定则知，它们的运动方向都是顺时针方向，如图所示．(3)由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式r＝m vqB可求得α粒子和新核的轨道半径之比是120∶7.(4)由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期公式T＝2πmqB可求得α粒子和新核的运动周期之比是6∶7.【答案】(1)105B＋10n→42He＋73Li(2)见解析图(3)120∶7(4)6∶7。

原子核结构1.天然放射现象说明( ) A.原子不是单一的基本粒子 B.原子核不是单一的基本粒子 C.原子内部大部分是空的D.原子是由带正电和带负电的基本粒子组成的 2.以下说法中正确的是( )A.原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B.原子核中的质子数，一定跟核外电子数相等C.用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分D.绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷跟质子电荷之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子3.氢有三种同位素，分别是氕H 11、氘H 21、氚H 31，则( ) A.它们的质子数相等 B.它们的核外电子数相等 C.它们的核子数相等 D.它们的中子数相等4.人类探测月球发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可以作为未来核聚变的重要原料之一。

氦的该种同位素应表示为( ) A.He 43 B.He 32 C.He 42D.He 335.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成，u 夸克带电荷量为e 32，d 夸克带电荷量为e 31，e 为元电荷。

下列论断中可能正确的是( ) A.质子由1个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成 B.质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成 C.质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成 D.质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和1个d 夸克组成6.如下图所示，由天然放射性元素钋(Po)放出射线x 1，轰击铍Be)(94时会产生粒子流x 2，用粒子流x 2轰击石蜡时会打出粒子流x 3，经研究知道( )A.x 1为α粒子，x 2为中子B.x 2为中子，x 3为质子C.x 2为质子，x 3为中子D.x 1为质子，x 2为中子7.在下列4个核反应方程中，X 表示质子的是( ) A.X Si P 30143015+→ B.X Th U 2349223892+→C. X Mg n Al 2712102713+→+ D. X P He Al 3015102713+→+8.有关O 168、O 178、O 188三种同位素的比较，试回答下列问题：(1)三种同位素哪一种粒子是不相同的( ) A.质子 B.中子 C.电子(2)三种同位素中，哪一个质量最大?____________。

鲁科版高中物理选修3-5 第三章 原子核与放射性 测试卷原子核与放射性（A 卷）1．太阳内部核反应的主要模式之一是质子-质子循坏，循环的结果可表示为1401214H He+2e+2v →，已知11H 和42He 的质量分别为P 1.0078u m =和 4.0026u m α=，1u=931MeV/c 2，c 为光速。

在4个11H 转变成1个42He 的过程中，释放的能量约为（ ） A ．8 MeV B ．16 MeV C ．26 MeV D ．52 MeV2．已知A 和B 两种放射性元素的半衰期分别为T 和2T ，则相同质量的A 和B 经过2T 后，剩有的A 和B 质量之比为（ ）A ． 1:4B ．1:2C ． 2:1D ．4:13．自然界存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态，而是要发生一系列连续的衰变，最终达到稳定状态．某些原子核的衰变情况如图所示(N 表示中子数，Z 表示质子数)，则下列说法正确的是（ ） A ．由22888Ra到22889Ac的衰变是α衰变B ．已知22888Ra的半衰期是T ，则8个22888Ra原子核经过2T 时间后还剩2个 C ．从22890Th到20882Pb共发生5次α衰变和2次β衰变D ．图中发生的α衰变和β衰变分别只能产生α和β射线4．核电池是通过半导体换能器，将放射性同位素衰变过程中释放出的能量转变为电能。

有种核电池使用放射性同位素23994Pu ，23994Pu 衰变为23592U 和X 粒子，并释放出γ光子。

已知23994Pu 、23592U 和X 粒子的质量分别为m Pu 、m U 、m ，则（ ）A ．X 粒子是He 42原子核B ．23994Pu 与23592U 的中子数相等C ．核电池使用过程由于发热会导致23994Pu 的半衰期变短D ．一个23994Pu 核衰变释放出的能量转变的电能为2)(c m m m U Pu --5．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）A ．甲图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子B ．乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大C ．丙图中，射线甲由电子组成，射线乙为电磁波，射线丙由α粒子组成D ．丁图中，链式反应属于轻核裂变 6．下列说法正确的是 （ ） A ． γ射线比α射线的贯穿本领强B ． 外界环境温度升高，原子核的半衰期变大C ．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的重核裂变反应D ．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子7．（多选）2019年10月9日国家安全局为福建漳州核电厂1、2号机组颁发了建造许可证好，核电正式落户漳州，关于核电站即核反应，下列说法正确的是（ ） A ．核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站B ．原子反应堆主要由原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统组成C ．目前我国的核电站核反应堆有核裂变和核聚变两种D ．重核裂变释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少8． 2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故。

第1节原子核结构质子和中子的发现[先填空]1．质子的发现(1)实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子．(2)结论：质子是原子核的组成部分．2．中子的发现(1)卢瑟福的预想卢瑟福发现质子后，预想核内还有一种不带电的中性粒子，并给这种“粒子”起名为中子．(2)中子的发现是许多科学家研究的结晶．①1930年，用钋发出的α射线轰击铍时，会产生一种不受电场和磁场影响、穿透能力很强的射线．②1932年，约里奥·居里夫妇用这种射线轰击石蜡，能从石蜡中打出质子．③1932年，查德威克对云室中这种射线进行研究，发现这种射线是一种不带电、质量接近质子的粒子流，即为中子．[再判断]1．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了质子．(×)2．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在．(√)3．玻尔在实验中发现了中子．(×)[后思考]卢瑟福是如何证明α粒子轰击氮原子核产生的新核是质子的？【提示】卢瑟福把这种粒子分别引进电场和磁场，根据该粒子在电场和磁场中的偏转，测出了其质量和电量，确定它就是氢原子核，又叫质子．[核心点击]1．质子的发现(1)实验背景电子的发现使人们认识到，原子不再是构成物质的基本单位，进一步研究发现，原子的中心有一个原子核，原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量．原子核的结构如何？1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验．(2)实验装置(如图3­1­1所示)图3­1­1T进气孔、A放射源、F铝箔、S荧光屏、M显微镜，C真空容器．(3)实验过程容器C里放有放射性物质A，从A放射出的α粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使α粒子恰好被它完全吸收，而不能透过．在F的后面放一荧光屏S，M是显微镜，通过M可以观察到S是否有闪光．(4)实验现象开始，S上无闪光(因为α粒子没有穿过铝箔)．打开进气孔T的阀门，通入氮气，可以观察到S上有闪光．(5)实验分析容器C中通入氮气后，用显微镜观察到荧光屏上有闪光，闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的．(6)新粒子性质研究①把这种粒子引进电磁场中，根据它在电磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，进而确定它就是氢原子核，又叫质子．用符号表示为11H或11p.②人们用同样的办法从其他元素的原子核中也轰击出了质子．(7)实验结论质子是原子核的组成部分．2．中子的发现(1)科学家在1930年利用Po放出的α射线轰击铍原子核时，产生了一种看不见的贯穿能力很强、不受电场和磁场影响的射线．(2)1932年，约里奥·居里夫妇发现如果用来自铍的射线去轰击石蜡，能从石蜡中打出质子，如图3­1­2所示．图3­1­2(3)1932年，查德威克进一步研究这种射线时发现，这种射线是一种不带电的、质量接近质子的粒子流，即是卢瑟福猜想的中子．(4)结论：中子是原子核的组成部分．1．卢瑟福发现质子后，预想到原子核中还有中子的存在，其判断依据与下列事实相符的是( )A．电子数与质子数相等B．原子核的质量大约是质子质量的整数倍C．原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些D．质子和中子的质量几乎相等【解析】卢瑟福发现原子核的核电荷数与原子核的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或少一些，因此预想到在原子核内还存在有质量而不带电的中性粒子，即中子，故符合事实的是C.【答案】 C2．如图3­1­3所示为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放出α射线轰击铍时会产生粒子流a，用粒子流a轰击石蜡后会打出粒子流b，则粒子流a为________，粒子流b为________．图3­1­3【解析】不可见的粒子轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见粒子应该是中子，故a为中子，b为质子．【答案】中子质子3．1919年卢瑟福通过如图3­1­4所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现了质子．图中A为放射源发出的________粒子，B为________气．写出该实验的核反应方程：________________________________________________________________________.【导学号：64772039】图3­1­4【解析】题图为α粒子轰击氮原子核生成质子的实验装置，放射源A发出的是α粒子，B为氮气，其核反应方程为：42He＋14 7N→17 8O＋11H.【答案】α氮42He＋14 7N→17 8O＋11H卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子并预言了中子的存在.查德威克首先从实验中发现了中子，证实了卢瑟福的预言.在卢瑟福发现质子的实验装置中，穿过铝箔到达荧光屏的不可能是放射源放出的α粒子.原子核的组成[先填空]1．原子核的组成(1)组成：原子核由质子和中子组成，并将质子和中子统称为核子．(2)原子核的符号：A Z X，其中X为元素符号；A表示原子核的质量数，Z表示核电荷数．(3)两个基本关系：①核电荷数＝质子数＝原子序数．②质量数＝质子数＋中子数＝核子数．2．同位素具有相同质子数、不同中子数的原子，如氢的三种同位素11H、21H、31H.3．核反应与核反应方程(1)核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．(2)核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子．(3)核反应规律：在核反应中，质量数和核电荷数守恒．[再判断]1．原子核内只有质子而没有中子．(×)2．同位素具有相同的物理、化学性质．(×)3．核反应方程只要满足质量数、电荷数守恒可以随便写．(×)[后思考]铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，其核外电子有多少个？中子数又是多少？【提示】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，质子与电子电性相反、电量相同，故核外电子数与核内质子数相同为82个，根据质量数等于质子数与中子数之和的关系，铅原子核的中子数为207－82＝125(个)．[核心点击]1．原子核的大小和组成2．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．3．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、不同中子数的原子互称为同位素．4．(多选)已知228 88Ra是226 88Ra的一种同位素，则下列说法正确的是( )A．它们具有相同的质子数和不同的质量数B．它们具有相同的中子数和不同的原子序数C．它们具有相同的核电荷数和不同的中子数D．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质【解析】原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核内的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和．由此知这两种镭的同位素核内的质子数均为88，核子数分别为228和226，中子数分别为140和138；原子的化学性质由核外电子数决定，因为它们的核外电子数相同，所以它们的化学性质也相同．故正确答案为A、C.【答案】AC5．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、中子的．A.10 5B＋42He→13 7N＋( )B.94Be＋( )→12 6C＋10nC.2713Al＋( )→2712Mg＋11HD.14 7N＋42He→17 8O＋( )E.238 92U→234 90Th＋( )F.2311Na＋( )→2411Na＋11H【解析】 A.10 5B＋42He→13 7N＋10nB.94Be＋42He→12 6C＋10n此核反应使查德威克首次发现了中子C.2713Al＋10n→2712Mg＋11HD.14 7N＋42He→17 8O＋11H此核反应使卢瑟福首次发现了质子E.238 92U→234 90Th＋42HeF.2311Na＋21H→2411Na＋11H【答案】见解析6．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？【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＝88×1.6×10－19 C＝1.41×10－17 C.(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.【答案】(1)88 138 (2)1.41×10－17 C (3)88原子核的“数”与“量”辨析技巧(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．学业分层测评(八)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．(多选)关于质子与中子，下列说法正确的是( )A．原子核(除氢核外)由质子和中子构成B．质子和中子统称为核子C．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在D．卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在【解析】原子核(除氢核外)由质子和中子构成，质子和中子统称为核子，卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在，查德威克用α粒子轰击铍发现了中子，故A、B、C正确，D 错误．【答案】ABC2．人类探测月球发现，月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可以作为未来核聚变的重要原料之一，氦的这种同位素应表示为( ) 【导学号：64772102】A.43HeB.32HeC.42HeD.33He【解析】氦的同位素质子数一定相同，质量数为3，故可写作32He，因此B正确，A、C、D错误．【答案】 B3．(多选)α粒子击中氮14核后放出一个质子，转变为氧17核(17 8O)．在这个氧原子核中有( )A．17个电子B．9个中子C．8个质子D．这个氧原子核中不可能存在处于游离态的电子或正电子【解析】根据原子核的构成，核电荷数为8，即质子数为8，核外电子数为8，质量数为17，所以中子数为17－8＝9，原子核内没有游离的正电子，所以答案为B、C、D.【答案】BCD4．(多选)三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦(42He)，则下面说法正确的是( )A．X核比Z核少一个中子B．X核的质量数比Z核的质量数大3C．X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍D．X核的电荷数比Z核的电荷数大2【解析】设原子核X的核电荷数为n，质量数为m，则由已知可得两个核反应方程式分别为：mn X→01e＋m n－1Ym n－1Y＋11H→42He＋m－3n－2Z因此比较X、Y、Z的质量数与核电荷数，可判定B、C、D均正确．【答案】BCD5．有些元素的原子核可以从很靠近它的核外电子中“俘获”一个电子形成一个新原子(如从离原子核最近的K层电子中俘获电子，叫“K俘获”)，当发生这一过程时( ) 【导学号：64772040】A．新原子是原来原子的同位素B．新原子核比原来的原子核少一个质子C．新原子核将带负电D．新原子核比原来的原子核少一个中子【解析】原子核“俘获”一个电子后，带负电的电子与原子核内带正电的质子中和，原子核的质子数减少1，中子数增加1，形成一个新原子，新原子与原来的原子相比，质子数不同，中子数也不同，但核子数相同，不是同位素，所以B正确．【答案】 B6．(多选)以下说法中正确的是( )A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B．原子核中的中子数一定跟核外电子数相等C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子【解析】原子中除了有带负电的电子外，还有带正电的原子核，故A错；原子核中的中子数不一定跟核外电子数相等，故B错；正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C正确；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，才确定原子核内还有别的中性粒子，故D正确．【答案】CD7．以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋73Li→2y y＋14 7N→x＋17 8O y＋94Be→z＋12 6Cx、y和z是3种不同的粒子，其中z是________．【解析】把前两个方程化简，消去x，即14 7N＋73Li＝y＋17 8O，可见y是42He，结合第三个方程，根据电荷数守恒、质量数守恒可知z 是中子10n.【答案】 10n8．一个静止的氮核147N 俘获了一个速度为2.3×107m/s 的中子，生成一个复核A ，A 又衰变成B 、C 两个新核．设B 、C 的速度方向与中子速度方向相同，B 的质量是中子的11倍，速度是106m/s ，B 、C 在同一匀强磁场中做圆周运动的半径之比R B ∶R C ＝11∶30，求：(1)C 核的速度大小；(2)根据计算判断C 核是什么； (3)写出核反应方程．【解析】 氮核吸收了一个中子变成的复核不稳定，将发生衰变．整个过程中，中子、氮核以及两个新核组成一个系统，过程前后都不受外界的任何干扰，所以整个系统在俘获与衰变过程中动量均守恒．利用这一点，可以求出C 核的速度．然后根据粒子在磁场中的运动情况就可以判断核的种类，写出核反应方程．(1)氮核从俘获中子到衰变成B 、C 两个新核的过程动量守恒，有m n v n ＝m B v B ＋m C v C 根据质量数守恒规律，可知C 核的质量数为14＋1－11＝4. 由此解得v C ＝3×106m/s.(2)由带电粒子在洛伦兹力的作用下做圆周运动时R ＝mvqB，可得 q B q C ＝m B v B R C m C v C R B ＝11×106×304×3×106×11＝52① q B ＋q C ＝7②将①②式联立求解得q C ＝2，而A C ＝4，则C 核是氦原子核． (3)核反应方程式是147N ＋10n→115B ＋42He. 【答案】 见解析[能力提升]9．(多选)有两束均由质子和氘核混合组成的粒子流，第一束中的质子和氘核具有相同的动量，第二束中的质子和氘核具有相同的动能．现打算将质子和氘核分开，有以下一些做法，这些方法中可行的是( )A ．让第一束粒子流垂直电场方向进入匀强电场后穿出B ．让第二束粒子流垂直电场方向进入匀强电场后穿出C ．让第二束粒子流垂直磁场方向进入匀强磁场后穿出D ．让粒子流垂直于电场方向进入速度选择器，适当调节两板间电场强度大小，让粒子流从板间穿出【解析】 在电场中，电场方向上的偏移量为 y ＝12at 2＝qEl 2m 2p 2＝qEl 24E k在磁场中，轨道半径为R ＝mv qB ＝p qB ＝2mE k qB所以，以相同的动量进入电场和以相同的动能进入磁场能分开．适当调节速度选择器两板间电场强度，可使质子满足Eq ＝Bvq ，沿直线飞出，则氘核将沿电场方向偏转，倾斜穿出，故A 、C 、D 正确．【答案】 ACD10．(多选)铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应：2713Al ＋42He ―→X＋10n.下列判断正确的是( )A.10n 是质子 B.10n 是中子 C ．X 是2814Si 的同位素D ．X 是3115P 的同位素【解析】 10n 表示质量数为1，电荷数为0，是中子的表示符号，B 对．根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒可推得产生的X 元素的质量数为30，电荷数为15，即3115P 的同位素，D 对．【答案】 BD11．1993年，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202 78Pt ，制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be 产生快中子，核反应方程：___________________________； (2)用快中子轰击汞204 80Hg ，反应过程可能有两种：①生成202 78Pt ，放出氦原子核，核反应方程：__________________________；②生成202 78Pt ，放出质子、中子，核反应方程：_________________________________________________________________________________________________________________. 【解析】 根据质量数守恒和电荷数守恒，算出新核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程．(1)94Be ＋11H ―→95B ＋10n.(2)①204 80Hg ＋10n ―→202 78Pt ＋32He ；②204 80Hg ＋10n ―→202 78Pt ＋211H ＋10n. 【答案】 见解析12．1930年发现，在真空条件下用α粒子(42He)轰击铍(94Be)时，会产生一种看不见的、贯穿能力极强且不带电的粒子，查德威克认定这种粒子就是中子．(1)写出α粒子轰击铍核的核反应方程；(2)若一个中子与一个静止的碳核发生正碰，已知中子的质量为m n 、初速度为v 0，与碳核碰后的速率为v 1，运动方向与原来运动方向相反，碳核质量视为12m n ，求碳核与中子碰撞后的速率；(3)若与中子碰撞后的碳核垂直于磁场方向射入匀强磁场，测得碳核做圆周运动的半径教育配套资料K12教育配套资料K12 为R ，已知元电荷的电荷量为e ，求该磁场的磁感应强度大小. 【导学号：64772041】【解析】 (1)94Be ＋42He ―→10n ＋126C.(2)根据动量守恒定律有 m n v 0＝－m n v 1＋12m n v 2，解得：v 2＝v 1＋v 012.(3)根据牛顿第二定律和洛伦兹力公式有6eBv 2＝12m n v 22/R解得：B ＝m n v 1＋v 06eR. 【答案】 (1)94Be ＋42He ―→10n ＋12 6C(2)v 1＋v 012 (3)m n v 1＋v06eR。