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教案(58)——原子与原子核
考点解读
考　点 　　　　　　解　读　　　　 学 题 目 分 布
原子 知道α粒子散射实验 A 10年上海高考第1题
11年上海高考第2题
原子核
半衰期 了解原子核式结构
了解半衰期 A
A 09年上海高考第1题
10年上海高考第8题
11年上海高考第7题
11年上海高考第9题
12年上海高考第3题
12年上海高考第5题
12年上海高考第9题
核反应方程 掌握核反应方程 B 10年上海高考第4题
12年上海高考第21题
教学目标
理解原子、原子核的发现历程，掌握卢瑟福核式结构学说及核反应方程式的书写．
教师归纳
1．原子结构
枣糕模型(汤姆逊): 原子里面带正电荷的物质均匀地分布在整个原子球体中，而带负电荷的电子则一粒粒地镶嵌在球内．
(1)α粒子散射实验(卢瑟福):
①绝大多数α粒子穿过金箔后，跟原来的运动方向差不多．
②少数α粒子产生较大的偏转．
③极少数α粒子产生超过90°的大角度偏转，个别α粒子被弹回．
(2)原子核式模型(卢瑟福):
①在原子中心有一个很小的核心部分，叫做原子核．
②原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里．
③带负电荷的电子在原子核外空间不停地绕核旋转(库仑力提供向心力)．
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(3)玻尔模型： ①定态(不连续)；②能级(En＝)；③跃迁(En－Em＝hν)．
( http: / / www.21cnjy.com )(1)
( http: / / www.21cnjy.com )(2)
( http: / / www.21cnjy.com )(3)
2．原子核结构
(1)衰变
天然放射现象(贝克勒尔):
原子序数84以后的元素都能自发地放射出看 ( http: / / www.21cnjy.com )不见的射线(α、β、γ三种)，这种现象称为天然放射现象，这种性质叫做放射性，这些元素称为放射性元素．
α、β、γ三种射线特性比较
射线种类 组成物质 电荷数 质量数 速率 贯穿本领 电离本领
α射线 氦原子核He 2 4 c 最弱 最强
β射线 电子e －1 ≈0 接近c 较弱 较弱
γ射线 γ光子，hν，即高频电磁波 0 无静止质量 光速c 最强 最弱
　　衰变： 原子核由于放出某种射线而转变成新核的变化，叫做原子核的衰变．
衰变方程：
XY＋He　X　A,Z＋1)Y＋e
核反应方程配平规律： 电荷数守恒，质量数守恒
半衰期： 放射性元素有半数的核发生衰变所需要的时间，称为这种核的半衰期．
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(2)人工转变
＝＝()
质子的发现： 卢瑟福
He＋N―→O＋H
中子的发现： 查德威克
He＋Be―→C＋n
同位素： 相同的核电荷数，不同的中子数
放射性同位素： 具有放射性和半衰期
(3)裂变和聚变
①核能： 原子核发生变化时释放的能量．
重核裂变： 重核受到其他粒子(如中子)轰击 ( http: / / www.21cnjy.com )时裂变成两块质量较轻的核，释放出巨大能量，同时还可能放出中子．(如： U＋n―→Sr＋Xe＋10n)
轻核聚变： 两个(或多个)轻核聚合成一个质量较重的核，释放出巨大能量．
(如： 2n＋2H―→He)
②链式反应： 重核裂变时放出的中子引起其他核的裂变，可以使裂变不断进行下去．
原子核结构和粒子分类
原子
几种常用的粒子列表
粒　子 符　号 电荷数 质量数 质子数 中子数
质子(氢核) H 1 1 1 0
氘　核 H 1 2 1 1
氚　核 H 1 3 1 2
中　子 n 0 1 0 1
α粒子(氦核) He 2 4 2 2
分类剖析
例1
　卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验，获得了重要发现：
(1)关于α粒子散射实验的结果，下列说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．证明了质子的存在
B．证明了原子核是由质子和中子组成的
C．证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里
D．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动
(2)在α粒子散射实验中，现有一个α粒子以 ( http: / / www.21cnjy.com )2.0×107m/s的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79.求该α粒子与金原子核间的最近距离．(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达为E＝k，α粒子质量为6.64×10－27kg)
【解析】　α粒子散射实验使 ( http: / / www.21cnjy.com )人们认识到原子的核式结构，从能量转化角度看，当α粒子靠近原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，可以估算原子核的大小．
(1)α粒子散射实验发现了原子内存在一 ( http: / / www.21cnjy.com )个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核．数年后卢瑟福发现核内有质子并预测内存在中子，所以C对，A、B错．玻尔发现了电子轨道量子化，D错．
(2)α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，mv2＝k.
d＝
　＝m
　＝2.7×10－14m.
例2
　(1)放射性物质Po和Co的核衰变方程分别为：Po→Pb＋X1；Co→Ni＋X2.
方程中的X1代表的是________，X2代表的是________．
(2)如图所
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示，铅盒内装有能释放α、β和γ射线 ( http: / / www.21cnjy.com )的放射性物质，在靠近铅盒的顶部加上电场E或磁场B，在图(a)、(b)中分别画出射线运动轨迹的示意图．(在所画轨迹上须标明是α、β和γ中的哪种射线)
【解析】　(1)由质量数守恒可知X ( http: / / www.21cnjy.com )1、X2的质量数分别为4、0，由电荷数守恒可知X1、X2的电荷数分别为2、－1.故X1是He，X2是e.
(2)α粒子带正电，在电场中右偏，在磁场中受 ( http: / / www.21cnjy.com )到指向左侧的洛伦兹力向左偏；β粒子带负电，故在电场中左偏而在磁场中右偏；γ粒子不带电而不发生偏转．如图所示．
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例3
　(1)平衡下列核反应方程式： Be＋He―→C＋________．
(2)铋210的半衰期是5天，12g的铋经过20天后还剩下________g.
【解析】　(1)本题的核反 ( http: / / www.21cnjy.com )应属原子核的人工转变，铍核(Be)俘获α粒子后衰变为碳核(C)，同时放出一个新的粒子．我们可以根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒，求出这个新粒子的质量数和电荷数，确定它是什么粒子，然后完成核反应方程．
根据质量数守恒，新粒子的 ( http: / / www.21cnjy.com )质量数等于(9＋4)－12＝1，根据电荷数守恒，新粒子的电荷数等于(4＋2)－6＝0，可确定新粒子是中子(n)，上述核反应为Be＋He―→C＋n.
(2)铋210的半衰期是5天，它表示每 ( http: / / www.21cnjy.com )经过5天，铋210总数中的一半已发生衰变，剩下的一半仍为铋210.20天可经过4个半衰期，因此，12g铋210经20天(4个半衰期)后，还剩下×{×[×(×12g)]}＝()4×12g＝0.75g.
例4
　U衰变为Rn，共发生了__________次α衰变，__________次β衰变．
【解析】　方法一：根据放射性元素发生α ( http: / / www.21cnjy.com )衰变和β衰变的规律求解．我们知道，放射性元素在连续的衰变过程中，每发生一次α衰变，即放出一个α粒子(He)，其质量数就减少4，电荷数就减少2；每发生一次β衰变，即放出一个β粒子(e)，其质量数不变，而电荷数增加1(即原子核中有一个中子转化为质子)．因此，放射性元素在连续衰变过程中既有α衰变，又有β衰变时，其质量数的改变仅由α衰变确定．
本题U衰变为Rn的过程中，原子 ( http: / / www.21cnjy.com )核的质量数变化了238－222＝16，即发生了＝4次α衰变．若原子核是连续发生4次α衰变，则其电荷数将变为92－4×2＝84，而氡核(Rn)的电荷数为86，因此可以推断，铀核(U)在连续衰变过程中还发生了86－84＝2次β衰变．
方法二：用平衡铀核(U)发生衰变的核反 ( http: / / www.21cnjy.com )应方程式的方法求解．先写出(U)发生衰变的核反应方程式U―→Rn＋__________He＋__________e，然后平衡上述方程式得U―→Rn＋4He＋2e.由此得到(U)衰变为(Rn)，共发生了4次α衰变，2次β衰变．
例5
　在下列四个核反应方程中，x表示质子的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.P―→Si＋x
B.N＋n―→C＋x
C.Co―→Ni＋x
D.Al＋He―→P＋x
【解析】　核反应方程遵从质量数守恒， ( http: / / www.21cnjy.com )电荷数守恒．因此从原子核符号中的下角码计算电荷数，从原子核符号的上角码计算质量数．方程式中反应前后相等，核反应方程就是平衡的．还应注意各个粒子的符号、质量数和电荷数．质子为H，由质量数守恒和和电荷守恒知，B项正确．本章小结
知识网络
考题剖析
考题1　　卢瑟福进行α粒子散射实验时，观察到少数α粒子发生大角度偏转，由此推断出的结论是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A．原子中存在带负电的电子
B．原子中正电荷均匀分布在整个原子中
C．原子的质量均匀分布在整个原子中
D．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子中央一个很小的体积内
【解析】　本题考查了α粒子散射实验的基 ( http: / / www.21cnjy.com )础知识，是常见题，这部分内容考生应该熟练掌握．少数α粒子发生较大角度的偏转，正说明了原子的全部正电荷和几乎所有的质量都集中在一个很小的核上，这个核就叫原子核．所以选项D为正确答案．
考题2　　一置于铅盒中的放射源发射的α、β和r射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场．进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图所示，则图中的射线a为__________射线，射线b为__________射线．
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【解析】　本题考查了原子核物理的基础知识，属于基础题，这部分内容考生应该是十分熟悉的．
放射源发出的α、β和γ三种射线 ( http: / / www.21cnjy.com )的物理性质各不相同，α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．从贯穿本领方面来说，γ射线贯穿本领最强，β射线次之，α射线最弱，因此在本题中，α射线被铝箔挡住，只有γ和β射线出来，由于γ射线不带电，所以在经过电场区域时不受电场偏转的作用，沿直线前进，因此射线a是γ射线，射线b是β射线．
　　　　　　　　　　　　　　　　
考题3　　如图所示，一束β粒子自下而上进入一水平方向的匀强电场后发生偏转，则电场方向向__________，进入电场后β粒子的动能__________(选填“增加”、“减少”或“不变”)．
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【解析】　本题主要考查放射性β粒子的基础知识．
在本题中试题没有给出电场的具体方向，而 ( http: / / www.21cnjy.com )是要考生根据题意自己判断，从图中β粒子轨迹向右偏转的运动趋势，不难看出β粒子受到了一个向右的作用力，其轨迹类似于平抛的轨迹．由于β粒子带负电，因此作用于β粒子的电场力的方向向右，则电场的方向向左．β粒子在电场力作用下加速运动，显然将导致其动能增加，所以答案为： 左，增加．
考题4　　1919年卢瑟福通过如图所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现__________．图中A为放射源发出的________粒子，B为__________气．完成该实验的下列核反应方程__________＋________→O＋________．
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【解析】　本题取自教材，考查的知识点属于原 ( http: / / www.21cnjy.com )子核反应方程和原子核的人工转变．通过对该题的考查，引导学生认真阅读教材，适当了解物理学的发展历史，而不是热衷于搞题海战术．
1919年卢瑟福开始用镭所放 ( http: / / www.21cnjy.com )射的α粒子轰击氮原子N，他发现轰击的结果会产生一种射程很长的粒子，经过鉴定，确认这种粒子是氢的原子核即质子，卢瑟福认为这是发生了如下的核反应过程： N＋He→O＋H，即α粒子与氮原子核N相互作用，生成O核，并放出一个质子，这是人类历史上第一次实现原子核的人工转变．为了弄清这个核反应中的质子是α粒子直接从氮核中打出的，还是α粒子打进氮核后形成的复核发生衰变时放出的，英国物理学家布拉凯特建造了带有照相机的云雾室，把α粒子与氮核的碰撞拍成可见的照片，终于在23000张照片上的415000条α粒子的轨迹中，得到了8张可以看见α粒子与氮核相碰撞的照片，由此证明了确实是α粒子打进氮核后形成的复核发生衰变时放出了质子．所以答案为：质子，α，氮，N＋He→O＋H.
考题5　　下列说法中符合物理学史实的是(　　)
A．汤姆生发现了电子，于是他提出了原子核式结构的学说
B．爱因斯坦为解释光电效应现象提出了光子说
C．查德威克在原子核人工核转变的实验中发现了质子
D．卢瑟福在α粒子散射实验中发现放射源发出α粒子穿透铝箔并发生散射
【解析】　该题是一道基础题，考查考生对 ( http: / / www.21cnjy.com )物理学史实的了解．汤姆生发现了电子，提出了原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球内，并未提出原子核式结构学说，A错；爱因斯坦提出了光电效应方程，并未提出光子说，B错；质子是卢瑟福发现的，C错．所以正确答案为D.
考题6　　卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为He
＋N→O＋H.下列说法中正确的是(　　)
A．通过此实验发现了质子
B．实验中利用了放射源放出的γ射线
C．实验中利用了放射源放出的α射线
D．原子核在人工转变过程中，电荷数可能不守恒
【解析】　本题主要考查原子核的人工转变 ( http: / / www.21cnjy.com )这一知识点．题干中还写出了核反应方程，如果考生不能记住实验中利用放射源放出了哪种射线，还可以根据核反应方程判断，故本题比较容易做好．阅读题干，理解核反应方程，可判断知A、C为正确选项．

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