3.1原子核结构 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-5）

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1、第第 1 节节 原子核结构原子核结构 目标定位 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 一、质子和中子的发现 1质子的发现 2中子的发现 二、原子核的组成 1组成：原子核由质子和中子组成，它们统称为核子 2原子核的符号：A ZX，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 4同位素：具有相同的质子数、不同中子数的原子互称同位素 5核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程 6核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子例如：

2、42He14 7N 17 8O 1 1H. 7核反应中质量数守恒，电荷数守恒 一、质子的发现 图 1 11919 年，卢瑟福做了用 粒子轰击氮原子核的实验实验装置如图 1 所示： T 进气孔、A 放射源、F 铝箔、S 荧光屏、M 显微镜、C 真空容器 2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 3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 4实

3、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 5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荷量，进而 确定它就是氢原子核，又叫质子用符号表示为11H 或 p. (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 6实验结论：质子是原子核的组成部分 图 2 【例 1】 1919 年卢瑟福通过如图 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：_. 答案 氮 4 2He 14 7N 17

4、 8O 1 1H 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，其核反应方程为：42He14 7N 17 8O 1 1H. 二、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 21932 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 3 所示 图 3 31932 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 【例 2】 如图 4

5、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，下列说 法正确的是( ) 图 4 Aa 为质子，b 为中子 Ba 为 射线，b 为中子 Ca 为中子，b 为 射线 Da 为中子，b 为质子 答案 D 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 D 正确 三、原子核的组成 1原子核的组成：原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电不同的原子 核内质子和中子的个数并不相同原子核的直径为 10 151014

6、 m. 2原子核的符号和数量关系：(1)符号：A ZX. (2)基本关系：核电荷数质子数(Z)元素的原子序数核外电子数质量数(A)核子数 质子数中子数 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42He14 7N 17 8O 1

7、1H (3)核反应的规律：在核反应中，质量数和电荷数守恒 【例 3】 已知镭的原子序数是 88，原子核的质量数是 226.试问： (1)镭核中有几个质子？几个中子？ (2)镭核所带电荷量是多少？ (3)若镭原子呈电中性，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，它们运动的轨迹半径之比是多少？ 答案 (1)88 138 (2)1.4110 17 C (3)88 (4)113114 解析 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的，原子核 的质量数等于核内质子

8、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 NAZ22688138. (2)镭核所带电荷量 QZe881.610 19C1.411017C. (3)镭原子呈电中性，则核外电子数等于质子数，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由洛伦兹力提供，故有 Bqvmv 2 r ，两种 同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故r226 r228 226 228 113 114. 借题发挥 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

9、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，叫做原子核的电荷数 (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，这个倍数叫做原子核的质量数 针对训练 据报道， 俄科学家成功合成了具有极强放射性的 117 号新元素， 该元素目前尚未 被命名，是在实验室人工创造的最新的超重元素新元素有两种同位素，其中一种有 176 个中子，而另一种有 177 个中子，则： (1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？原子的核外电子数

10、各为多少？ (2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？ (3)若用 X 表示 117 号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？ 答案 (1)均为 117 均为 117 (2)293 294 (3)293 117X 294 117X 解析 (1)元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等于核内质子数故 117 号元素 的核电荷数和核内质子数均为 117，原子呈中性，故核外电子数等于核内质子数，也为 117. (2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为 176 的原子核的质量数为 117176293，中子数为 177 的原子核的质量数为 11717729

11、4. (3)元素符号一般用A ZX 表示，其中 A 表示质量数，Z 表示核电荷数，由前两问可得该元素的 两种同位素的原子核符号，中子数为 176 的原子核的符号为293 117X，中子数为 177 的原子核的 符号为294 117X. 【例 4】 完成下列核反应方程，并指出其中_是发现质子的核反应方程， _是发现中子的核反应方程 (1)14 7N 1 0n 14 6C_ (2)14 7N 4 2He 17 8O_ (3)10 5B 1 0n _ 4 2He (4)94Be42He _10n (5)56 26Fe 2 1H 57 27Co_ 答案 见解析 解析 (1)14 7N 1 0n 14

12、6C 1 1H (2)14 7N 4 2He 17 8O 1 1H (3)10 5B 1 0n 7 3Li 4 2He (4)94Be42He 12 6C 1 0n (5)56 26Fe 2 1H 57 27Co 1 0n 其中发现质子的核反应方程是(2) 发现中子的核反应方程是(4) 质子与中子的发现 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 答案 ABC 解析 原子核内存在质子和中子，中子和质子统称为核子，卢瑟福只发现了质子，以后又预 言了中

13、子的存在 原子核的组成、核反应方程 2(多选)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若为中性原子，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 答案 ABD 解析 氕、氘、氚的核子数分别为 1、2、3，质子数和中性原子核外电子数均相同，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 两项正确； 同位素化学性质相同， 只是物理性质不同，D 正确 3(多选)铝箔被 粒子轰击后发生了以下核反应：27 13Al 4 2HeX 1 0n.下列判断正确的是 ( ) A.10n 是质子 B.10n 是中子 C

14、X 是28 14Si 的同位素 DX 是31 15P 的同位素 答案 BD 解析 由核反应过程中质量数守恒、 电荷数守恒知， X 是30 15P， 故选项 C 错误， 选项 D 正确； 1 0n 是中子，故选项 A 错误，选项 B 正确 4以下是物理学史上 3 个著名的核反应方程 x73Li 2y y14 7N x 17 8O y94Be z12 6C x、y 和 z 是 3 种不同的粒子，其中 z 是( ) A 粒子 B质子 C中子 D电子 答案 C 解析 把前两个方程化简，消去 x，即14 7N 7 3Liy 17 8O，可见 y 是 4 2He，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