新人教版高中物理选修3-5学案第十九章

第十八章 原子核

19.1原子核的组成

【教学目标】

1．知道天然放射性及其规律。

2．知道三种射线的本质。

3．知道原子核的组成，掌握原子序数、核电荷数、质量数之间的关系。

重点：三种射线。

难点：天然放射性及其规律。

【自主预习】

1.物质发射________的性质称为放射性，具有放射性的元素称为________。原子序数大于或等于________的元素，都具有放射性，原子序数________的元素，有的也能放出射线。放射性元素自发地发出射线的现象，叫做________现象。

2．α射线是高速粒子流，实际上是________原子核，其________能力最弱，________最强；β射线是________，它的速度最大；γ射线是能量很高的________，波长极短，它的________最强，________最小。

3．卢瑟福用α粒子轰击________原子核，发现了质子，质子用________表示；________发现了中子，中子用符号________表示。

4．原子核常用符号________表示，其中X为________符号，上角表A表示核的________，下角标Z表示核的________。

5．具有相同________数而________数不同的原子核，互称为同位素。氢有三种同位素，分别是氕(________)、氘(________)、氚(________)。 6．三种放射线的性质

种类

比较项 α射线 β射线 γ射线

本质 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波)

带电荷量 2e －e 0

质

量 4mp 静止质量为零

速

度 0.1c 0.99c c

偏转情况 偏转 与α射线反向偏转 不偏转

贯穿本领 穿透能力最弱用纸能挡住 穿透能力较强穿透几毫米厚的铝板 穿透能力最强穿透几厘米厚的铅板

对空气的电离作用 最强 较弱 最弱

在空气中的径迹 粗、短、直 细、较长、弯曲 最长

【典型例题】 选修3-5 【例1】放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图所示，其中( )

A．C为氦核组成的粒子流

B．B为比X射线波长更长的光子流

C．B为比X射线波长更短的光子流

D．A为高速电子组成的电子流

【例2】．将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场中，下列射线偏转情况中正确的是 ( )

【例3】已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226。试问：

(1)镭核中有几个质子？几个中子？

(2)镭核所带的电荷量是多少？

(3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？

(4)228 88Ra是镭的一种同位素，让226 88Ra和228 88Ra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？

【例4】.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原子核内的中子数为2

C.32He原子核外的电子数为2

D.32He代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子

【例5】如图19－1－3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(其方向如图所示)，调整电场强度E和磁感应强度B的大小，使得在胶片MN上只有两个点受到射线照射。则射到b点的是________射线。

【课后练习】

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．原子内部大部分是中空的

D．原子核是由带正电和带负电的基本粒子组成的

2．下列哪些事实表明原子核具有复杂的结构( )

A．α粒子的散射实验

B．天然放射现象

C．阴极射线的发现

D．X射线的发现

3．有三种射线，射线a很容易穿透黑纸，速度接近光速；射线b可穿透几十厘米厚的混凝土，能量很高；用射线c照射带电的导体，可使电荷很快消失。则下列判断中正确的是( )

A．a是α射线，b是β射线，c是γ射线

B．a是β射线，b是γ射线，c是α射线

C．a是γ射线，b是α射线，c是β射线

D．a是γ射线，b是β射线，c是α射线

4．下列哪些现象能说明射线来自原子核( )

A．三种射线的能量都很高

B．放射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响

C．元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关

D．α射线、β射线都是带电的粒子流

5．若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对234 90Th的原子来说( )

A．x＝90 y＝90 z＝234

B．x＝90 y＝90 z＝144

C．x＝144 y＝144 z＝90

D．x＝234 y＝234 z＝324

6．氢有三种同位素，分别是氕11H、氘21H、氚31H，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

7.如图14－1所示，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外。已知放射源放出的射线有α、β、γ三种，下列判断中正确的是( )

A．甲是α射线，乙是γ射线，丙是β射线

B．甲是β射线，乙是γ射线，丙是α射线

C．甲是γ射线，乙是α射线，丙是β射线

D．甲是α射线，乙是β射线，丙是γ射线

8.如图14－2所示，天然放射性元素，放出α、β、γ三种射线同时射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直，进入场区后发现β射线和γ射线都沿直线前进，则α射线( )

A．向右偏 B．向左偏

C．直线前进 D．无法判定

9.下列说法正确的是（ ）

A．射线粒子和电子是两种不同的粒子

B．红外线的波长比X射线的波长长

C．粒子不同于氦原子核

D．射线的贯穿本领比粒子强

10．在α粒子散射实验中，当α粒子最接近原子核时，则 （ ）

A．α粒子的动能最小．

B．α粒子的电势能最小．

C．α粒子和原子核组成的系统的能量最小．

D．α粒子的电势能最大．

例题答案：

1.

【答案】C

【解析】根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，A射线向电场线方向偏转应为带正电的粒子组成的射线，所以是α射线；β射线在电场中不偏转，所以是γ射线；C射线在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是β射线。

2. 解析：带电粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力qvB＝mv2r，半径r＝mvqB，因mα≈7 300mβ，速度、电量相差不多，故rα≫rβ，因此A正确，B错误；带电粒子垂直进入电场时做类平抛运动，偏转距离y＝12at2＝12×qEm×l2v2，因mα≫mβ，故yα≪yβ

γ射线不带电，在电场、磁场中均不偏转，故C错误，D正确。

3. 【答案】(1)88,138 (2)1.41×10－17 C (3)88 4.113/114

【解析】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＝88×1.6×10－19 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。

(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

r226r228＝226228＝113114。

4. 解析：32He和31H的电荷数不同，A错误；32He内质子数为2，中子数为1，中性原子核外电子数为2，故C正确，B、D错误。

答案：C

课后练习答案：

1. 解析：卢瑟福的α粒子散射实验说明了原子内大部分是中空的；天然放射现象是由原子核内向外辐射射线，说明原子核不是单一的基本粒子。原子核是由质子和中子构成的。

答案：B

2. 解析：因为天然放射现象是指从原子核内部自发地放出射线来，表明原子核还有更复杂的内部结构。

答案：B

3. 解析：由题意知，射线a贯穿能力较强，速度接近光速，故是β射线；射线b贯穿能力很强且能量高，是γ射线；射线c很容易使空气电离成为导体，从而将电荷导入大地，是α射线。

答案：B

4. 解析：能说明放射线来自原子核的证据是，元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关，B、C正确。

答案：B、C

5. 解析：在234 90Th中，左下标为质子数，左上标为质量数，则y＝90；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝90；中子数等于质量数减去质子数，z＝234－90＝144，所以B选项正确。

答案：B

6. 解析：氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，因为是同位素，质子数和核外电子数相同，都为1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，所以本题A、B选项正确。

答案：A、B

7.解析：γ射线不带电，在磁场中不发生偏转，C、D错。由左手定则可以判定甲带负电，丙带正电，由此可知，甲是β射线，丙是α射线，B对。

答案：B

8. 解析：γ射线在电场、磁场中不受力，所以沿直线前进。β射线在电场、磁场中受到一对平衡力而沿直线运动，即向左的电场力和向右的洛伦兹力大小相等、方向相反，即Bqv＝Eq，所以v＝EB。而α粒子的速度远小于β射线中电子的速度，所以向右的电场力远大于向左的洛伦兹力，α粒子向右偏，A正确。

答案：A

第十八章 原子核

19.2放射性元素的衰变

【教学目标】

1．知道α和β衰变的规律及实质。

2．理解半衰期的概念。

重点： α和β衰变的规律

难点： 半衰期

【自主预习】

1.原子核放出________或________的变化称为原子核的衰变。原子核衰变时________和________都守恒。

2．β衰变的实质在于核内的________转化成了一个________和一个________。其转化方程是________，这种转化产生的________发射到核外，就是β粒子。

3．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的________。放射性元素衰变的快慢是由________的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件________关系。

4．原子核的衰变

原子核放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核，我们把这种变化叫做原子核的衰变。

(1)衰变规律

原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。

(2)两种衰变—α衰变和β衰变

①原子核放出一个α粒子就说它发生了一次α衰变，新核的质量数比原来的减少4，而电荷数减少2，用通式表示为：

AZX→A－4Z－2Y＋42He。 选修3-5