高中物理 第三章 原子核 第1节 原子核的组成与核力 第2节 放射性 衰变课件 教科版选修35

第第1节原子核的组成与核力节原子核的组成与核力第第2节放射性衰变节放射性衰变核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第2节节课前自主学案课前自主学案课标定位课标定位1.知道什么是天然放射现象知道什么是天然放射现象2知道三种射线的本质和区分方法知道三种射线的本质和区分方法3知道原子核的组成，知道什么是同位素知道原子核的组成，知道什么是同位素4知道核力只存在于相邻核子之间，且核力有知道核力只存在于相邻核子之间，且核力有别于库仑力别于库仑力5理解半衰期及衰变方程的书写理解半衰期及衰变方程的书写课标定位课标定位课前自主学案课前自主学案一、原子核的组成一、原子核的组成1核子：核子：1919年卢瑟福发现了质子，年卢瑟福发现了质子，1932年，年，查德威克发现了中子，查德威克发现了中子，_和和_统称为核统称为核子子2中子不带电，原子核的电荷数等于质子数，中子不带电，原子核的电荷数等于质子数，原子核子的质量数原子核子的质量数A、中子数、中子数N、电荷数、电荷数Z的关的关系为：系为：_.3同位素：同位素：_相同而相同而_不同不同的原子核互称为同位素的原子核互称为同位素质子质子中子中子ANZ原子序数原子序数中子数中子数二、核力二、核力1定义：定义：_之间的相互作用力又称强之间的相互作用力又称强力力2核力的特征核力的特征(1)在核的线度内，核力比库仑力大得多在核的线度内，核力比库仑力大得多(2)核力是短程力，当两个核子中心相距大于核核力是短程力，当两个核子中心相距大于核子本身线度时，核力几乎完全消失子本身线度时，核力几乎完全消失(3)核力与电荷核力与电荷_，质子与质子、质子与中，质子与质子、质子与中子以及中子与中子之间的核力是子以及中子与中子之间的核力是_核子核子无关无关相等的相等的三、核反应三、核反应1定义：用一定能量的粒子轰击原子核，改变定义：用一定能量的粒子轰击原子核，改变了核的结构，这样的过程叫做核反应了核的结构，这样的过程叫做核反应2在核反应中，在核反应中，_和和_守恒守恒质量数质量数电荷数电荷数贝克勒尔贝克勒尔居里夫妇居里夫妇放射放射五、衰变五、衰变1放射性衰变：放射性元素自发地蜕变为另一放射性衰变：放射性元素自发地蜕变为另一种元素，同时种元素，同时_的现象的现象2三种射线三种射线(1)射线：带正电的射线：带正电的粒子流，速度只有光速的粒子流，速度只有光速的10%，穿透能力弱，容易被物质吸收，穿透能力弱，容易被物质吸收(2)射线：带负电的电子流，速度很快，穿透能射线：带负电的电子流，速度很快，穿透能力强力强(3)射线：波长极短的电磁波，穿透能力极强射线：波长极短的电磁波，穿透能力极强放出射线放出射线半数半数思考感悟思考感悟(1)射线一定是伴随射线一定是伴随、衰变产生的吗？衰变产生的吗？(2)光子与光子与射线相同吗？射线相同吗？提示：提示：(1)放射性物质放出放射性物质放出射线是由射线是由、衰变形衰变形成的新核处于激发态，它通过辐射光子而回到成的新核处于激发态，它通过辐射光子而回到基态，因此基态，因此射线是由于原子核处于激发状态而射线是由于原子核处于激发状态而向低能级跃迁时释放出的能量，也正是如此，向低能级跃迁时释放出的能量，也正是如此，有些处于激发态的原子核在发生跃迁时，也会有些处于激发态的原子核在发生跃迁时，也会放出放出射线，并且射线，并且射线的频率也不是一个定值，射线的频率也不是一个定值，是有一定范围的，因此，是有一定范围的，因此，射线不一定都是由射线不一定都是由、衰变而产生的衰变而产生的(2)光子和光子和射线都是由于原子核变化过程中处射线都是由于原子核变化过程中处于激发状态而向低能量状态跃迁时释放出的，于激发状态而向低能量状态跃迁时释放出的，前者说明释放出一个个粒子，即前者说明释放出一个个粒子，即光子，后者光子，后者说明释放出的大量光子形成的、能够被显示的说明释放出的大量光子形成的、能够被显示的射线由此可知，两者并不相同射线由此可知，两者并不相同核心要点突破核心要点突破一、对原子核组成的理解一、对原子核组成的理解1原子核的组成原子核的组成(1)概述概述原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电原子核内质子和中子的个数并不中子不带电原子核内质子和中子的个数并不一定相同一定相同(2)基本关系：核电荷数质子数基本关系：核电荷数质子数(Z)元素的原元素的原子序数核外电子数子序数核外电子数质量数质量数(A)核子数质子数中子数核子数质子数中子数2对核子数、电荷数、质量数的理解对核子数、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者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数子数(2)电荷数电荷数(Z)：原子核所带的电荷总是质子电：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常这个整数叫做原子核的电荷荷的整数倍，通常这个整数叫做原子核的电荷数数(3)质量数质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子质量几乎相中子的质量的总和，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的整数倍，这个整数叫做原子核的质量数即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1据最新报道，放射性同位素钬据最新报道，放射性同位素钬Ho，可有效治，可有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数与核外电子疗癌症，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是数之差是()A32B67C99D166解析：解析：选选A.根据原子核的表示方法得核外电子根据原子核的表示方法得核外电子数质子数数质子数67，中子数为，中子数为1666799，故，故核内中子数与核外电子数之差为核内中子数与核外电子数之差为996732，故故A对，对，B、C、D错错二、对原子核中质子与中子的比例的认识二、对原子核中质子与中子的比例的认识1核子比例关系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自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多如图数，越重的原子核，两者相差越多如图311所示所示稳定核的质子数与中子数的关系稳定核的质子数与中子数的关系图图3112形成原因形成原因(1)这与核力与电磁力的不同特点有关：原子这与核力与电磁力的不同特点有关：原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小，较多的质子集聚在一起的核力不力非常小，较多的质子集聚在一起的核力不足以平衡它们之间的库仑力，原子核就不稳足以平衡它们之间的库仑力，原子核就不稳定了这时，如果不再成对地增加质子和中定了这时，如果不再成对地增加质子和中子，而只增加中子，中子与其他核子没有库子，而只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定维系原子核的稳定(2)核力的饱和性：稳定的重原子核里，中子数要核力的饱和性：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，以比质子数多由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果我们继续增大原子核，一及核力的饱和性，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，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大小也受到限制的所以原子核大小也受到限制即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2关于原子核中质子和中子的说法，正确的是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原子核都是非常稳定的D由于核力的作用范围是有限的，以及核力的由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，不可能无节制的增大原子核而仍稳定存饱和性，不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在在解析：解析：选选D.由稳定核的质子数与中子数的关系由稳定核的质子数与中子数的关系图像可知，质量越大的原子核内中子数越多于图像可知，质量越大的原子核内中子数越多于质子数质子数A、B错误；放射现象说明原子核也会错误；放射现象说明原子核也会发生变化，发生变化，C错误；由核力作用特点可知，核子错误；由核力作用特点可知，核子数越多的原子核越不稳定，数越多的原子核越不稳定，D正确正确三、对放射线的认识三、对放射线的认识1、射线性质、特征比较射线性质、特征比较种类种类射线射线射线射线射线射线组成组成高速氦核高速氦核流流高速电子高速电子流流光子流光子流(高高频电磁波频电磁波)带电荷量带电荷量2ee0质量质量4mp mp1.671027kg静止质量为静止质量为零零速度速度0.1c0.99cc在电场或磁在电场或磁场中场中偏转偏转与与射线反射线反向偏转向偏转不偏转不偏转贯穿本领贯穿本领最弱用纸最弱用纸能挡住能挡住较强穿透几较强穿透几毫米厚的铝毫米厚的铝板板最强穿透几最强穿透几厘米厚的铅厘米厚的铅板板电离作用电离作用很强很强较弱较弱很弱很弱2.在电场、磁场中偏转情况的比较在电场、磁场中偏转情况的比较(1)在匀强电场中，在匀强电场中，射线偏离较小，射线偏离较小，射线偏射线偏离较大，离较大，射线不偏离，如图射线不偏离，如图312.图图312(2)在匀强磁场中，在匀强磁场中，射线偏转半径较大，射线偏转半径较大，射线射线偏转半径较小，偏转半径较小，射线不偏转，如图射线不偏转，如图313.图图313特别提醒：特别提醒：(1)如果一种元素具有放射性，那么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，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，原子核也存在着一定结构微粒，原子核也存在着一定结构(2)射线的电子是从原子核中放出来的，但电射线的电子是从原子核中放出来的，但电子并不是原子核的组成部分子并不是原子核的组成部分即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3放射性元素发射出放射性元素发射出、三种射线，以下三种射线，以下说法中正确的是说法中正确的是()A射线是由不带电的粒子组成射线是由不带电的粒子组成B射线是由带正电的粒子组成射线是由带正电的粒子组成C射线的贯穿本领最强射线的贯穿本领最强D射线的电离本领最强射线的电离本领最强解析：解析：选选C.射线是氦核组成的粒子流，所以选射线是氦核组成的粒子流，所以选项项A错误；错误；射线是高速电子流，所以选项射线是高速电子流，所以选项B错错误；误；射线的贯穿本领最强，电离本领最弱，所射线的贯穿本领最强，电离本领最弱，所以选项以选项C正确，正确，D错误错误2衰变方程的书写特点衰变方程的书写特点(1)核反应过程一般是不可逆的，所以核反应只核反应过程一般是不可逆的，所以核反应只能用箭头，不能用等号能用箭头，不能用等号(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒而杜撰出不符合实际的生凭空只依据两个守恒而杜撰出不符合实际的生成物来书写核反应方程成物来书写核反应方程(3)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生的发生衰变，有的发生衰变，有的发生衰变，同时伴随着衰变，同时伴随着辐辐射射即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)4由原子核的衰变规律可知由原子核的衰变规律可知()A放射性元素一次衰变可同时产生放射性元素一次衰变可同时产生射线和射线和射射线线B放射性元素发生放射性元素发生衰变时，新核的化学性质衰变时，新核的化学性质不变不变C放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制D放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加不变，核电荷数增加1解析：解析：选选C.一次衰变不可能同时产生一次衰变不可能同时产生射线和射线和射线，只可能同时产生射线，只可能同时产生射线和射线和射线或射线或射线和射线和射线；原子核发生衰变后，新核的核电荷数发射线；原子核发生衰变后，新核的核电荷数发生了变化，故新核生了变化，故新核(新的物质新的物质)的化学性质理应发的化学性质理应发生改变；发生正电子衰变时，新核质量数不变，生改变；发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数减少核电荷数减少1.五、对核反应的认识五、对核反应的认识1条件：用条件：用粒子、质子、中子，甚至用粒子、质子、中子，甚至用光子光子轰击原子核使原子核发生转变轰击原子核使原子核发生转变2实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰实质：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使核发生了转变特别提醒：特别提醒：天然放射性元素是少数重核元素，天然放射性元素是少数重核元素，而人工放射性元素是通过人工方法制造出的轻而人工放射性元素是通过人工方法制造出的轻核元素，它们的原子核都具有不稳定性，能自核元素，它们的原子核都具有不稳定性，能自发地放出射线发地放出射线即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)5关于原子核的衰变和核反应，下列说法正确关于原子核的衰变和核反应，下列说法正确的是的是()A原子核自发的放出粒子的现象叫衰变原子核自发的放出粒子的现象叫衰变B衰变的实质是粒子对核撞击后释放出衰变的实质是粒子对核撞击后释放出粒子粒子或或粒子粒子C核反应的实质是粒子对核撞击而打出新粒子核反应的实质是粒子对核撞击而打出新粒子使核变为新核使核变为新核D核反应的实质是粒子打入核内使原子核发生核反应的实质是粒子打入核内使原子核发生了变化了变化解析：解析：选选AD.由于衰变是指原子核自发地放出粒由于衰变是指原子核自发地放出粒子而变为新核，并非靠外界因素，故子而变为新核，并非靠外界因素，故A正确，正确，B错误；核反应实质是指粒子轰击原子核，与核错误；核反应实质是指粒子轰击原子核，与核发生反应，而非粒子撞击打出粒子使核发生变发生反应，而非粒子撞击打出粒子使核发生变化，化，C错误，错误，D正确正确2影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如如温度、压强温度、压强)或化学状态或化学状态(如单质、化合物如单质、化合物)无无关关3适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核性，因此，半衰期只适用于大量的原子核即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)6关于放射性元素的半衰期关于放射性元素的半衰期()A是放射样本质量减少一半所需的时间是放射样本质量减少一半所需的时间B是原子核有半数发生衰变所需的时间是原子核有半数发生衰变所需的时间C与外界压强和温度有关，与原子的化学状态与外界压强和温度有关，与原子的化学状态无关无关D可以用于测定地质年代、生物年代等可以用于测定地质年代、生物年代等课堂互动讲练课堂互动讲练原子核的组成原子核的组成已知镭的原子序数是已知镭的原子序数是88，原子核质量数，原子核质量数是是226.试问：试问：(1)镭核中质子数和中子数分别是多少？镭核中质子数和中子数分别是多少？(2)镭核的核电荷数和所带电荷量是多少？镭核的核电荷数和所带电荷量是多少？(3)若镭原子呈中性，它核外有多少电子？若镭原子呈中性，它核外有多少电子？【思路点拨思路点拨】通过质量数、质子数、中子数、通过质量数、质子数、中子数、核电荷数、电子数间的关系确定相应数值；利核电荷数、电子数间的关系确定相应数值；利用洛伦兹力充当向心力求出两种同位素的半径用洛伦兹力充当向心力求出两种同位素的半径之比之比【精讲精析精讲精析】因为原子序数与核内质子数、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的原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和之和由此可得：由此可得：(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为为88，中子数，中子数N等于原子核的质量数等于原子核的质量数A与质子数与质子数Z之差，即之差，即NAZ22688138.(2)镭核的核电荷数和所带电量分别是镭核的核电荷数和所带电量分别是Z88，QZe881.61019C1.411017C.【答案答案】见精讲精析见精讲精析【方法总结方法总结】核电荷数与原子核的电荷量是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这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量，本题容易把电荷数误认为是原子核的电荷量，本题容易把电荷数误认为是原子核的电荷量而造成错解量而造成错解三种射线的分析与鉴别三种射线的分析与鉴别将将、三种射线分别射入匀强磁场和三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图匀强电场，图314中表示射线偏转情况中正确中表示射线偏转情况中正确的是的是()图图314【思路点拨思路点拨】根据三种射线的实质分析在电根据三种射线的实质分析在电磁场中的受力及运动规律磁场中的受力及运动规律【精讲精析精讲精析】已知已知粒子带正电，粒子带正电，粒子带负粒子带负电，电，射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向，可知场力方向，可知A、B、C、D四幅图中四幅图中、粒粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断一步判断【答案】【答案】AD【方法总结方法总结】(1)因为因为粒子带正电，粒子带正电，粒子带粒子带负电，负电，不带电，所以不带电，所以、会在电场或磁场中偏会在电场或磁场中偏转，转，射线不偏转射线不偏转(2)、粒子在电场中做类平抛运动，用平抛的粒子在电场中做类平抛运动，用平抛的规律研究，在磁场中做圆周运动利用洛伦兹力规律研究，在磁场中做圆周运动利用洛伦兹力提供向心力进行研究提供向心力进行研究变式训练变式训练2如图如图315所示，所示，x为未知的放射源，为未知的放射源，L为薄铝片，为薄铝片，计数器对计数器对粒子、粒子、粒子、粒子、光子光子均能计数若在放射源和计数均能计数若在放射源和计数器之间加上器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，后，计数器的计数率大幅度减小，在在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则数器的计数率不变，则x可能是可能是()图图315A、和和的混合放射源的混合放射源B纯纯放射源放射源C和和的放射源的放射源D纯纯放射源放射源解析：解析：选选C.在放射源和计数器之间加上铝片后，在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即透力很弱的粒子，即粒子，在铝片和计数器之粒子，在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有只有射线因此放射源可能是射线因此放射源可能是和和的放射源的放射源半衰期和衰变规律的应用半衰期和衰变规律的应用【思路点拨思路点拨】由于大气中由于大气中14C的含量为一定值，的含量为一定值，古生物失去活力后与大气的交换结束，古生物失去活力后与大气的交换结束，14C随衰随衰变逐渐减少，因此可依据衰变规律确定年代变逐渐减少，因此可依据衰变规律确定年代【答案】【答案】B答案：答案：CD