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1　原子核的结构与组成
[课标引领]
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.了解天然放射现象和天然放射现象发现的意义。 2.知道三种射线的本质和特征。 3.知道原子核的组成和同位素的概念,会正确书写原子核符号。 4.了解发现天然放射现象的相关史实。 1.核心素养 体验科学探究的过程,提高观察与实验能力;体会科学家们探索射线的艰辛,以及实事求是、不畏艰险的科学精神,增强探究科学的意识。 2.关键能力 掌握三种射线的本质,能够利用磁场、电场区分它们,理解原子核的构成,并能分析、解决相关问题,提高解题能力。
知识点一　天然放射现象
科学思维
1.思考判断
(1)1896年,玛丽·居里首先发现了天然放射线。(　×　)
(2)原子序数大于83的元素都是放射性元素,小于83的元素都不能放出射线。(　×　)
2.(多选)关于天然放射现象,下列说法正确的是(　AD　)
A.天然放射现象说明原子核具有复杂结构
B.β射线是由原子核外电子电离产生的
C.物质的放射性与物质的存在状态有关
D.通过化学反应不能改变物质的放射性
解析:天然放射现象中的射线是由原子核放出的,说明原子核具有复杂结构,故A正确;β射线是由原子核放出的,不是核外电子电离产生的,故B错误;放射性元素的放射性是原子核自身决定的,而化学反应不能改变原子的原子核,故化学反应并不能改变物质的放射性,故C错误,D正确。
知识点二　射线的本质
情境探究
如图所示,R为放射性源,虚线框内是垂直于纸面向里的匀强磁场B,LL′是一厚纸板,MN是荧光屏,实验时,发现在荧光屏O、P两处有亮斑。
探究:(1)到达O点和P点的分别是什么射线
(2)荧光屏上只有O、P两点有亮斑,说明了哪种射线不能穿过厚纸板
(3)在厚纸板的右侧再放一个1 cm厚的铝板,荧光屏上只剩O点的亮斑,这说明了什么
答案:(1)由三种射线的本质知,γ射线在磁场中不偏转,O处亮斑为γ射线。根据左手定则可知,α射线向上偏转,β射线向下偏转,故打在P点的是β射线。
(2)说明了α射线不能穿过厚纸板。
(3)说明了β射线不能穿过较厚的铝板。
科学思维
1.思考判断
(1)α射线实际上就是氦原子核流,α射线具有较强的穿透能力。(　×　)
(2)β射线是高速电子流,很容易穿透黑纸,也能穿透几毫米厚的铝板。(　√　)
(3)γ射线是能量很高的电磁波,电离作用很强。(　×　)
2.如图为三种射线在匀强磁场中的运动轨迹示意图。
(1)α射线向左偏转,β射线向右偏转,γ射线不偏转,说明了什么
(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一,但 α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径,这说明什么问题
解析:(1)α射线向左偏转,根据左手定则说明α射线带正电;β射线向右偏转,根据左手定则说明β射线带负电;γ射线不偏转,说明γ射线不带电。
(2)根据qvB=m,带电粒子在匀强磁场中运动的半径r=,α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一,α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径,可知,α粒子的大于β粒子的,即α粒子的比荷()较小。
答案:(1)α射线带正电,β射线带负电,γ射线不带电。
(2)α粒子的大于β粒子的,即α粒子的比荷()较小。
知识点三　原子核的组成
情境探究
　1919年卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核,从氮核中打出了一种新的粒子(如图所示),叫质子。
探究:(1)人们用α粒子轰击多种原子核,都打出了质子,说明了什么问题
(2)如果原子核中只有质子,那么,原子核的质量与电荷量之比跟质子的质量与电荷量之比,这两者之间应该是什么关系
(3)人们发现绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的相应比值,这说明了什么
答案:(1)说明质子是原子核的组成部分。
(2)相等。
(3)说明原子核内除了有质子之外,还有不带电的粒子。
科学思维
1.思考判断
(1)质子和中子都不带电,是原子核的组成部分,统称为核子。(　×　)
(2)原子核的电荷数等于核内的质子数,也等于这种元素的原子序数。(　√　)
(3)同位素具有不同的化学性质。(　×　)
2.在元素周期表中查到铅的原子序数为82,一个铅原子质量数为207,下列说法正确的是(　D　)
A.核外有82个电子,核内有207个质子
B.核内有82个电子、125个中子
C.核内有82个质子、207个中子
D.核内有82个质子、207个核子
解析:在元素周期表中查到铅的原子序数为82,即一个铅原子中有82个质子,由于原子是电中性的,则核外电子数为82个。根据质量数(核子数)等于质子数与中子数之和可知,铅原子核的中子数为 207-82=125个,故D正确,A、B、C错误。
要点一　对三种射线的理解
1.α、β、γ射线性质、特征比较
射线 种类 组成 速度 贯穿本领 电离 作用
α射线 α粒子,组成与氦原子核相同 约c 较弱,一张纸就能挡住 很强
β射线 电子 接近c 较强,能穿透几毫米厚的铝板 较弱
γ射线 波长很短的光子 等于c 最强,能穿透几厘米厚的铅板 很弱
2.三种射线在电场、磁场中偏转情况的比较
(1)在匀强磁场中,α射线偏转半径较大,β射线偏转半径较小,γ射线不偏转,如图甲所示。
(2)在匀强电场中,α射线偏转较小,β射线偏转较大,γ射线不偏转,如图乙所示。
3.元素的放射性
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微粒,原子核也存在着一定结构。
[例1] 天然放射现象通常会放出三种射线,即α、β、γ射线,关于这三种射线,以下说法正确的是(　C　)
A.云室中α射线径迹长而粗,这是因为α射线具有较强的穿透能力
B.β射线是高速质子流,很容易穿透黑纸,也能穿透几毫米厚的铝板
C.γ射线是能量很高的电磁波,在电场和磁场中都不偏转
D.用β射线照射带正电的验电器,则验电器的张角会变大
解析:由于α粒子的电离本领大,贯穿本领小,所以α射线在云室中的径迹粗而短,故A错误;β射线是高速电子流,这种射线来源于原子核内部,很容易穿透黑纸,也能穿透几毫米厚的铝板,故B错误;γ射线是能量很高的电磁波,因其不带电,所以在电场和磁场中都不偏转,故C正确;β射线是高速电子流,用β射线照射带正电的验电器,与验电器中的正电荷中和,则验电器的张角会变小,故D错误。
三种射线的比较方法
(1)知道三种射线带电的性质,α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电。α射线、β射线是实物粒子流,而γ射线是光子流,是一种电磁波。
(2)在磁场或电场中,通过受力方向及运动轨迹半径的大小来判断α射线和β射线,由于γ射线不带电,故运动轨迹仍为直线。
(3)α射线穿透能力较弱,β射线穿透能力较强,γ射线穿透能力最强。
[针对训练1] 如图所示,放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线,分别进入匀强电场和匀强磁场中,下列说法正确的是(　D　)
A.①和④是α射线,它们有很强的穿透本领
B.③和⑥是β射线,它们是高速电子流
C.②和⑤是γ射线,它由原子核外的内层电子跃迁产生
D.③和④是α射线,它们有很强的电离本领
解析:α射线实质为氦核流,带正电,有很强的电离本领;β射线为高速电子流,带负电,由核内中子转化为质子时放出;γ射线为高频电磁波,不带电,有很强的穿透本领。根据电荷所受静电力特点可知,①为β射线,②为γ射线,③为α射线。根据左手定则可知,④是α射线,⑥是β射线;γ射线在磁场中不受磁场的作用力,轨迹不会发生偏转,故⑤是γ射线。故选D。
要点二　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。
2.原子核的符号和数量关系
(1)符号X。
(2)基本关系:电荷数(Z)=质子数=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、不同中子数的原子组成的元素互称为同位素。
[例2] 已知镭的原子序数是88,原子核的质量数是226。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
(4Ra是镭的一种同位素,让Ra和Ra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
解析:原子序数与核内质子数、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。
(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=1.408×10-17 C。
(3)若镭原子呈电中性,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Bqv=m,r=。两种同位素具有相同的电荷数,但质量数不同,故==。
答案:(1)88　138　(2)1.408×10-17 C　(3)88
(4)113∶114
原子核的“数”与“量”辨析
(1)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电荷数,而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量。
(2)原子核的质量数与质量是不同的,也与元素的相对原子质量不同。原子核内质子和中子的总数叫作核的质量数,原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。
[针对训练2] (多选)下列说法正确的是(　BC　)
A.X与Y互为同位素
BX与X互为同位素
CX与Y中子数相同
DU核内有92个质子,235个中子
解析:A选项中X与Y的质子数不同,不互为同位素,A错误;B选项中X与X的质子数都为m,而质量数不同,所以互为同位素,B正确;C选项中X内中子数为n-mY内中子数为(n-2)-(m-2)=n-m,所以中子数相同,C正确;D选项中U核内有235-92=143个中子,D错误。
素养测练
基础巩固练
考点一　天然放射现象与射线的本质
1.关于科学家和他们的贡献,下列说法正确的是(　D　)
A.汤姆孙利用阴极射线管发现了质子
B.居里夫妇发现铀的天然放射现象
C.查德威克预言了中子的存在,并通过α粒子轰击铍核实验发现了中子
D.卢瑟福进行α粒子散射实验并提出原子的核式结构模型
解析:汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子,A错误;贝克勒尔发现铀的天然放射现象,B错误;卢瑟福预言了中子的存在,查德威克通过α粒子轰击铍核实验发现了中子,C错误;卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子的核式结构模型,认为原子是由原子核和核外电子组成的,D正确。
2.(多选)如图中P为放在匀强电场中的天然放射源,其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束,以下判断正确的是(　BC　)
A.a为α射线、b为β射线
B.a为β射线、b为γ射线
C.b为γ射线、c为α射线
D.b为α射线、c为γ射线
解析:由题图可知电场线方向向右,α射线带正电,所受静电力方向与电场线方向一致,故α射线向右偏转,即c为α射线;β射线带负电,所受静电力方向与电场线方向相反,故β射线向左偏转,即a为β射线;γ射线不带电,不发生偏转,即b为γ射线。故选项B、C正确。
3.在贝克勒尔发现天然放射现象后,人们对射线的性质进行了深入的研究,发现α、β、γ射线的穿透本领不同。如图为这三种射线穿透能力的比较,图中射线①、②、③分别是(　C　)
A.γ、β、α B.β、γ、α
C.α、β、γ D.γ、α、β
解析:α射线穿透能力最弱,不能穿透黑纸,故①为α射线;β射线穿透能力较强,能穿透黑纸,但不能穿透厚铝板,故②是β射线;γ射线穿透能力最强,能穿透厚铝板和铅板,故③为γ射线,故C正确。
考点二　原子核的组成
4.原子核Th表示(　C　)
A.核内有90个电子
B.核内有234个电子
C.核内有144个中子
D.核内有90个核子
解析:原子核Th,左下角的90代表的是质子数,左上角的234代表的是质量数,也是质子数与中子数的和,所以有90个质子,144个中子,原子核内没有电子,故选C。
5.卢瑟福预言原子核内除质子外还有中子的事实依据是(　B　)
A.电子数与质子数相等
B.绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的质量与电荷量之比
C.原子核的核电荷数等于质子数
D.质子和中子的质量几乎相等
解析:绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的质量与电荷量之比,故原子核内还存在不带电的中子,故选B。
6.Ra是Ra的一种同位素,对于这两种镭的原子而言,下列说法正确的是(　A　)
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.它们具有相同的电荷数和不同的质子数
D.它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质
解析Ra的质子数与电荷数均为88,质量数为228Ra的质子数与电荷数均为88,质量数为226,两者具有相同的质子数、电荷数和不同的质量数,A正确,C错误Ra的原子序数为88,中子数为228-88=140Ra的原子序数为88,中子数为226-88=138,两者具有不同的中子数和相同的原子序数,B错误;原子的核外电子数目与核内质子数目相等,而核外电子数目决定了原子的化学性质,两者质子数相等,则具有相同的核外电子数与化学性质,D错误。
能力提升练
7.某种元素具有多种同位素,下列图像中能反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是(　B　)
　
A B
　
C D
解析:同位素的质子数相同,中子数不同,而质量数等于质子数加中子数,设质子数为M,则有A=N+M,所以B正确。
8.关于α射线、β射线、γ射线,下列说法正确的是(　C　)
A.α射线是原子核发射出的氦核流,它的穿透能力最强,电离作用最弱
B.β射线是电子流,它具有最强的穿透能力
C.γ射线穿透能力最强,电离作用最弱
D.γ射线是电磁波,它的穿透能力最弱
解析:α射线是原子核发射出的氦核流,它的穿透能力最弱,电离作用最强,A错误;β射线是高速电子流,它具有较强的穿透能力,B错误;γ射线是一种电磁波,穿透能力最强,电离作用最弱,C正确,D错误。
9.(多选)法国里昂的科学家发现一种只由四个中子构成的粒子,这种粒子称为“四中子”,也有人称之为“零号元素”。下列有关“四中子”粒子的说法正确的是(　AD　)
A.该粒子不显电性
B.在周期表中与氢元素占同一位置
C.该粒子质量比氢原子小
D.该粒子质量数为4
解析:由题意可知,此粒子是由四个中子构成的,所以它的电荷数为零,不显电性,A正确,B错误;该粒子的质量数为4,故质量比氢原子大,C错误,D正确。
10.把放射源铀、钍或镭放入用铅做成的容器中,使射线只能从容器的小孔射出成为细细的一束。在射线经过的空间施加垂直于纸面的匀强磁场或水平方向的匀强电场,都可以使射线分成如图所示的A、B、C三束。则下列说法正确的是(　A　)
A.若施加的是垂直于纸面向里的匀强磁场,A为α射线
B.若施加的是水平向右的匀强电场,C为β射线
C.三种射线中C为高速电子流,其穿透能力最强
D.三种射线中B的电离本领最强
解析:若施加的是匀强磁场,当磁场方向垂直于纸面向里时,由左手定则可知,A粒子带正电,若磁场方向垂直于纸面向外,C粒子带正电,若施加的是匀强电场,当电场方向水平向右时,则C粒子应带正电,β射线是高速电子流,带负电,故A正确,B、C错误;三种射线中B在磁场和电场中都不偏转,即B粒子不带电,是γ射线,其穿透能力最强,电离本领最弱,故D
错误。
11.现有一束射线(含有α射线、β射线和γ射线)。
(1)在不影响β射线和γ射线的情况下,如何用最简单的办法除去α射线
(2)余下的这束β射线和γ射线经过如图所示的一个使它们分开的磁场区域,请画出β射线和γ射线进入磁场区域后轨迹的示意图。(画在图上)
(3)用磁场可以区分β和γ射线,但不能把α射线从γ射线束中分离出来,为什么 (已知α粒子的质量约是β粒子质量的8 000倍,α射线速度约为光速的十分之一,β射线速度约为
光速)
解析:(1)由于α射线穿透能力很弱,用一张纸放在射线前即可除去α射线。
(2)如图所示。
(3)由r=和题设条件可知,α粒子的圆周运动半径很大,比β粒子大得多,在磁场中偏转量很小,几乎不偏转,故无法与γ射线分离。
答案:(1)用一张纸放在射线前即可除去α射线
(2)图见解析
(3)α粒子的轨迹半径很大,在磁场中几乎不偏转,故无法与γ射线分离1　原子核的结构与组成
素养测练
基础巩固练
考点一　天然放射现象与射线的本质
1.关于科学家和他们的贡献,下列说法正确的是(　D　)
A.汤姆孙利用阴极射线管发现了质子
B.居里夫妇发现铀的天然放射现象
C.查德威克预言了中子的存在,并通过α粒子轰击铍核实验发现了中子
D.卢瑟福进行α粒子散射实验并提出原子的核式结构模型
解析:汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子,A错误;贝克勒尔发现铀的天然放射现象,B错误;卢瑟福预言了中子的存在,查德威克通过α粒子轰击铍核实验发现了中子,C错误;卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子的核式结构模型,认为原子是由原子核和核外电子组成的,D正确。
2.(多选)如图中P为放在匀强电场中的天然放射源,其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束,以下判断正确的是(　BC　)
A.a为α射线、b为β射线
B.a为β射线、b为γ射线
C.b为γ射线、c为α射线
D.b为α射线、c为γ射线
解析:由题图可知电场线方向向右,α射线带正电,所受静电力方向与电场线方向一致,故α射线向右偏转,即c为α射线;β射线带负电,所受静电力方向与电场线方向相反,故β射线向左偏转,即a为β射线;γ射线不带电,不发生偏转,即b为γ射线。故选项B、C正确。
3.在贝克勒尔发现天然放射现象后,人们对射线的性质进行了深入的研究,发现α、β、γ射线的穿透本领不同。如图为这三种射线穿透能力的比较,图中射线①、②、③分别是(　C　)
A.γ、β、α B.β、γ、α
C.α、β、γ D.γ、α、β
解析:α射线穿透能力最弱,不能穿透黑纸,故①为α射线;β射线穿透能力较强,能穿透黑纸,但不能穿透厚铝板,故②是β射线;γ射线穿透能力最强,能穿透厚铝板和铅板,故③为γ射线,故C正确。
考点二　原子核的组成
4.原子核Th表示(　C　)
A.核内有90个电子
B.核内有234个电子
C.核内有144个中子
D.核内有90个核子
解析:原子核Th,左下角的90代表的是质子数,左上角的234代表的是质量数,也是质子数与中子数的和,所以有90个质子,144个中子,原子核内没有电子,故选C。
5.卢瑟福预言原子核内除质子外还有中子的事实依据是(　B　)
A.电子数与质子数相等
B.绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的质量与电荷量之比
C.原子核的核电荷数等于质子数
D.质子和中子的质量几乎相等
解析:绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的质量与电荷量之比,故原子核内还存在不带电的中子,故选B。
6.Ra是Ra的一种同位素,对于这两种镭的原子而言,下列说法正确的是(　A　)
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.它们具有相同的电荷数和不同的质子数
D.它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质
解析Ra的质子数与电荷数均为88,质量数为228Ra的质子数与电荷数均为88,质量数为226,两者具有相同的质子数、电荷数和不同的质量数,A正确,C错误Ra的原子序数为88,中子数为228-88=140Ra的原子序数为88,中子数为226-88=138,两者具有不同的中子数和相同的原子序数,B错误;原子的核外电子数目与核内质子数目相等,而核外电子数目决定了原子的化学性质,两者质子数相等,则具有相同的核外电子数与化学性质,D错误。
能力提升练
7.某种元素具有多种同位素,下列图像中能反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是(　B　)
　
A B
　
C D
解析:同位素的质子数相同,中子数不同,而质量数等于质子数加中子数,设质子数为M,则有A=N+M,所以B正确。
8.关于α射线、β射线、γ射线,下列说法正确的是(　C　)
A.α射线是原子核发射出的氦核流,它的穿透能力最强,电离作用最弱
B.β射线是电子流,它具有最强的穿透能力
C.γ射线穿透能力最强,电离作用最弱
D.γ射线是电磁波,它的穿透能力最弱
解析:α射线是原子核发射出的氦核流,它的穿透能力最弱,电离作用最强,A错误;β射线是高速电子流,它具有较强的穿透能力,B错误;γ射线是一种电磁波,穿透能力最强,电离作用最弱,C正确,D错误。
9.(多选)法国里昂的科学家发现一种只由四个中子构成的粒子,这种粒子称为“四中子”,也有人称之为“零号元素”。下列有关“四中子”粒子的说法正确的是(　AD　)
A.该粒子不显电性
B.在周期表中与氢元素占同一位置
C.该粒子质量比氢原子小
D.该粒子质量数为4
解析:由题意可知,此粒子是由四个中子构成的,所以它的电荷数为零,不显电性,A正确,B错误;该粒子的质量数为4,故质量比氢原子大,C错误,D正确。
10.把放射源铀、钍或镭放入用铅做成的容器中,使射线只能从容器的小孔射出成为细细的一束。在射线经过的空间施加垂直于纸面的匀强磁场或水平方向的匀强电场,都可以使射线分成如图所示的A、B、C三束。则下列说法正确的是(　A　)
A.若施加的是垂直于纸面向里的匀强磁场,A为α射线
B.若施加的是水平向右的匀强电场,C为β射线
C.三种射线中C为高速电子流,其穿透能力最强
D.三种射线中B的电离本领最强
解析:若施加的是匀强磁场,当磁场方向垂直于纸面向里时,由左手定则可知,A粒子带正电,若磁场方向垂直于纸面向外,C粒子带正电,若施加的是匀强电场,当电场方向水平向右时,则C粒子应带正电,β射线是高速电子流,带负电,故A正确,B、C错误;三种射线中B在磁场和电场中都不偏转,即B粒子不带电,是γ射线,其穿透能力最强,电离本领最弱,故D
错误。
11.现有一束射线(含有α射线、β射线和γ射线)。
(1)在不影响β射线和γ射线的情况下,如何用最简单的办法除去α射线
(2)余下的这束β射线和γ射线经过如图所示的一个使它们分开的磁场区域,请画出β射线和γ射线进入磁场区域后轨迹的示意图。(画在图上)
(3)用磁场可以区分β和γ射线,但不能把α射线从γ射线束中分离出来,为什么 (已知α粒子的质量约是β粒子质量的8 000倍,α射线速度约为光速的十分之一,β射线速度约为
光速)
解析:(1)由于α射线穿透能力很弱,用一张纸放在射线前即可除去α射线。
(2)如图所示。
(3)由r=和题设条件可知,α粒子的圆周运动半径很大,比β粒子大得多,在磁场中偏转量很小,几乎不偏转,故无法与γ射线分离。
答案:(1)用一张纸放在射线前即可除去α射线
(2)图见解析
(3)α粒子的轨迹半径很大,在磁场中几乎不偏转,故无法与γ射线分离(共33张PPT)
1　原子核的
结构与组成
主题五　原子核
[课标引领]
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.了解天然放射现象和天然放射现象发现的意义。 2.知道三种射线的本质和特征。 3.知道原子核的组成和同位素的概念,会正确书写原子核符号。 4.了解发现天然放射现象的相关史实。 1.核心素养
体验科学探究的过程,提高观察与实验能力;体会科学家们探索射线的艰辛,以及实事求是、不畏艰险的科学精神,增强探究科学的意识。
2.关键能力
掌握三种射线的本质,能够利用磁场、电场区分它们,理解原子核的构成,并能分析、解决相关问题,提高解题能力。
预学智测
·
科学思维
「科学思维」
知识点一　天然放射现象
1.思考判断
(1)1896年,玛丽·居里首先发现了天然放射线。(　 　)
(2)原子序数大于83的元素都是放射性元素,小于83的元素都不能放出射线。
(　 　)
×
×
2.(多选)关于天然放射现象,下列说法正确的是(　 　)
A.天然放射现象说明原子核具有复杂结构
B.β射线是由原子核外电子电离产生的
C.物质的放射性与物质的存在状态有关
D.通过化学反应不能改变物质的放射性
AD
解析:天然放射现象中的射线是由原子核放出的,说明原子核具有复杂结构,故A正确;β射线是由原子核放出的,不是核外电子电离产生的,故B错误;放射性元素的放射性是原子核自身决定的,而化学反应不能改变原子的原子核,故化学反应并不能改变物质的放射性,故C错误,D正确。
知识点二　射线的本质
「情境探究」
如图所示,R为放射性源,虚线框内是垂直于纸面向里的匀强磁场B,LL′是一厚纸板,MN是荧光屏,实验时,发现在荧光屏O、P两处有亮斑。
探究:(1)到达O点和P点的分别是什么射线
答案:(1)由三种射线的本质知,γ射线在磁场中不偏转,O处亮斑为γ射线。根据左手定则可知,α射线向上偏转,β射线向下偏转,故打在P点的是β射线。
(2)荧光屏上只有O、P两点有亮斑,说明了哪种射线不能穿过厚纸板
答案: (2)说明了α射线不能穿过厚纸板。
(3)在厚纸板的右侧再放一个1 cm厚的铝板,荧光屏上只剩O点的亮斑,这说明了什么
答案: (3)说明了β射线不能穿过较厚的铝板。
1.思考判断
(1)α射线实际上就是氦原子核流,α射线具有较强的穿透能力。(　 　)
(2)β射线是高速电子流,很容易穿透黑纸,也能穿透几毫米厚的铝板。(　 　)
(3)γ射线是能量很高的电磁波,电离作用很强。(　 　)
×
「科学思维」
√
×
2.如图为三种射线在匀强磁场中的运动轨迹示意图。
(1)α射线向左偏转,β射线向右偏转,γ射线不偏转,说明了什么
答案:(1)α射线带正电,β射线带负电,γ射线不带电。
解析:(1)α射线向左偏转,根据左手定则说明α射线带正电;β射线向右偏转,根据左手定则说明β射线带负电;γ射线不偏转,说明γ射线不带电。
(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一,但 α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径,这说明什么问题
知识点三　原子核的组成
「情境探究」
1919年卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核,从氮核中打出了一种新的粒子(如图所示),叫质子。
探究:(1)人们用α粒子轰击多种原子核,都打出了质子,说明了什么问题
答案:(1)说明质子是原子核的组成部分。
(2)如果原子核中只有质子,那么,原子核的质量与电荷量之比跟质子的质量与电荷量之比,这两者之间应该是什么关系
答案:(2)相等。
(3)人们发现绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的相应比值,这说明了什么
答案: (3)说明原子核内除了有质子之外,还有不带电的粒子。
1.思考判断
(1)质子和中子都不带电,是原子核的组成部分,统称为核子。(　 　)
(2)原子核的电荷数等于核内的质子数,也等于这种元素的原子序数。(　 　)
(3)同位素具有不同的化学性质。(　 　)
「科学思维」
×
√
×
2.在元素周期表中查到铅的原子序数为82,一个铅原子质量数为207,下列说法正确的是(　 　)
A.核外有82个电子,核内有207个质子
B.核内有82个电子、125个中子
C.核内有82个质子、207个中子
D.核内有82个质子、207个核子
D
解析:在元素周期表中查到铅的原子序数为82,即一个铅原子中有82个质子,由于原子是电中性的,则核外电子数为82个。根据质量数(核子数)等于质子数与中子数之和可知,铅原子核的中子数为 207-82=125个,故D正确,A、B、C错误。
探究重点
·
深化学习
要点一　对三种射线的理解
1.α、β、γ射线性质、特征比较
2.三种射线在电场、磁场中偏转情况的比较
(1)在匀强磁场中,α射线偏转半径较大,β射线偏转半径较小,γ射线不偏转,如图甲所示。
(2)在匀强电场中,α射线偏转较小,β射线偏转较大,γ射线不偏转,如图乙所示。
3.元素的放射性
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微粒,原子核也存在着一定结构。
[例1] 天然放射现象通常会放出三种射线,即α、β、γ射线,关于这三种射线,以下说法正确的是(　 　)
A.云室中α射线径迹长而粗,这是因为α射线具有较强的穿透能力
B.β射线是高速质子流,很容易穿透黑纸,也能穿透几毫米厚的铝板
C.γ射线是能量很高的电磁波,在电场和磁场中都不偏转
D.用β射线照射带正电的验电器,则验电器的张角会变大
C
解析:由于α粒子的电离本领大,贯穿本领小,所以α射线在云室中的径迹粗而短,故A错误;β射线是高速电子流,这种射线来源于原子核内部,很容易穿透黑纸,也能穿透几毫米厚的铝板,故B错误;γ射线是能量很高的电磁波,因其不带电,所以在电场和磁场中都不偏转,故C正确;β射线是高速电子
流,用β射线照射带正电的验电器,与验电器中的正电荷中和,则验电器的张角会变小,故D错误。
三种射线的比较方法
(1)知道三种射线带电的性质,α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电。α射线、β射线是实物粒子流,而γ射线是光子流,是一种电磁波。
(2)在磁场或电场中,通过受力方向及运动轨迹半径的大小来判断α射线和β射线,由于γ射线不带电,故运动轨迹仍为直线。
(3)α射线穿透能力较弱,β射线穿透能力较强,γ射线穿透能力最强。
名师点拨
[针对训练1] 如图所示,放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线,分别进入匀强电场和匀强磁场中,下列说法正确的是(　 　)
A.①和④是α射线,它们有很强的穿透本领
B.③和⑥是β射线,它们是高速电子流
C.②和⑤是γ射线,它由原子核外的内层电子跃迁产生
D.③和④是α射线,它们有很强的电离本领
D
解析:α射线实质为氦核流,带正电,有很强的电离本领;β射线为高速电子流,带负电,由核内中子转化为质子时放出;γ射线为高频电磁波,不带电,有很强的穿透本领。根据电荷所受静电力特点可知,①为β射线,②为γ射线,③为α射线。根据左手定则可知,④是α射线,⑥是β射线;γ射线在磁场中不受磁场的作用力,轨迹不会发生偏转,故⑤是γ射线。故选D。
要点二　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。
2.原子核的符号和数量关系
(2)基本关系:电荷数(Z)=质子数=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、不同中子数的原子组成的元素互称为同位素。
[例2] 已知镭的原子序数是88,原子核的质量数是226。问:
(1)镭核中有几个质子 几个中子
答案:(1)88　138
解析:原子序数与核内质子数、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。
(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)镭核所带电荷量是多少
答案:(2)1.408×10-17 C
解析:(2)镭核所带电荷量Q=Ze=88×1.6×10-19 C=1.408×10-17 C。
(3)若镭原子呈电中性,它核外有几个电子
答案:(3)88
解析:(3)若镭原子呈电中性,则核外电子数等于质子数,故核外电子数为88。
答案:(4)113∶114
原子核的“数”与“量”辨析
(1)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电荷数,而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量。
(2)原子核的质量数与质量是不同的,也与元素的相对原子质量不同。原子核内质子和中子的总数叫作核的质量数,原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。
名师点拨
[针对训练2] (多选)下列说法正确的是(　 　)
BC
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