高中物理 第4章 从原子核到夸克 4_1 原子核结构探秘教师用书 沪科版选修3-5

4.1原子核结构探秘学 习 目 标知 识 脉 络1.了解质子、中子的发现过程，知道原子核的组成.(重点)2.理解核子、同位素的概念.(重点)3.了解核反应的概念，会书写核反应方程.(重点、难点)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)卢瑟福的猜想卢瑟福发现质子后，猜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.1930年，用钋发出的射线轰击铍时，会产生一种穿透能力极强的射线.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.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.再判断1.卢瑟福在粒子散射实验中发现了质子.()2.玻尔在实验中发现了中子.()后思考卢瑟福是如何证明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，卢瑟福做了用粒子轰击氮原子核的实验.(2)实验装置(如图411所示)图411T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放射出的粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使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H或P.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412所示.图412(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，猜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质子的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或少一些，因此猜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413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413【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414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.图414【解析】题图为粒子轰击氮原子核生成质子的实验装置，放射源A发出的是粒子，B为氮气.【答案】氮(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粒子.原子核的组成和核反应方程先填空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：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：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、不同中子数的原子核，互称为同位素.如氢的三种同位素H、H、H.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20782125(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、不同中子数的原子核互称为同位素.4.已知Ra是Ra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.BHeN()B.Be()CnC.Al()MgHD.NHeO()E.UTh()F.Na()NaH【解析】A.BHeNnB.BeHeCn此核反应使查德威克首次发现了中子C.AlnMgHD.NHeOH此核反应使卢瑟福首次发现了质子E.UThHeF.NaHNaH【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NAZ22688138.(2)镭核所带电荷量：QZe881.61019 C1.411017 C.(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.【答案】(1)88138(2)1.411017 C(3)88写核反应方程的三点提醒(1)遵循的原则：反应前后电荷数守恒，质量数守恒.(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，决不能毫无根据地编造.