资源简介

5.1　原子核的组成
学习目标
1.通过任务1及其活动,了解质子与中子的发现史及其意义,知道质子和中子是原子核的组成部分,能正确书写原子核符号。(物理观念、科学思维)
2.通过任务2及其活动,知道同位素与核反应的概念,能正确书写核反应方程。(物理观念)
3.通过任务3及其活动,知道核力及四种基本相互作用,能用核力特点定性解释原子核中质子数与中子数的关系。(物理观念)
【自主预习·悟新知】
思考并回答问题。
思考1:1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,发现了质子。该科学发现说明了什么 你能写出它的核反应方程吗


思考2:1932年,查德威克用α粒子轰击铍原子核,发现了中子。该科学发现说明了什么 你能写出它的核反应方程吗


思考3:原子核由什么组成 原子核的符号X中,A表示什么,Z表示什么


思考4:原子核带什么电 原子核中的核子依靠什么力结合在一起


正确的打“√”,错误的打“×”。
(1U有92个中子,238个质子。 (　　)
(2U和U是同位素。 (　　)
(3)万有引力也能将核子聚集在一起。 (　　)
(4H和He是同位素。 (　　)
(5H和He的中子数相同。 (　　)
【合作探究·提素养】
任务1　原子核的组成
情境一:1919年卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验发现了质子,但质子是直接从氮原子核中打出来的还是α粒子与氮原子核结合成复核后从复核中放出来的呢 为此英国物理学家拉凯特在氮气的云室里拍了2万多张云室照片,从40多万条α粒子径迹照片中发现有8条径迹分叉,如图所示。
图1
情境二:1920年,卢瑟福预言:可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在,他把它叫中子。1930年科学家发现钋放出的α射线轰击铍(Be)时产生一种不受电场和磁场影响、穿透能力很强的射线。1932年法国的物理学家约里奥·居里发现,如果用来自铍的这种射线去轰击含有大量氢原子的石蜡,能从石蜡中打出质子,如图2所示。
图2
1.情境一中,α粒子径迹分叉说明了什么


2.情境一中,2万多张云室照片,40多万条α粒子径迹,为什么只发现有8条径迹分叉

3.情境二中,α射线轰击铍时产生的不可见粒子到底是什么


4.情境二中,中子最终是由谁发现的 发现中子的原因是什么


5.你知道原子核的结构吗 原子核用什么符号表示


1.质子的发现
1919年①　　做了用α粒子轰击②　　原子核的实验。实验中飞出新的粒子,把这种粒子引入电场和磁场,根据该粒子在电场和磁场中的偏转,测出其质量和电荷量,确定它是氢原子核,又叫质子。
2.中子的发现
1930年,科学家发现,用钋发出的α射线轰击铍时,会产生一种不受电场和磁场影响,穿透能力很强的射线。1932年查德威克通过研究发现这种射线③　　(选填“带电”或“不带电”)、质量接近④　　(选填“质子”或“电子”)的粒子流。这种粒子就是卢瑟福猜想的中子。
3.原子核的组成
(1)原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为⑤　　。
(2)质子和中子的质量几乎相等,原子核的质量等于核内包含的质子和中子的质量之和,原子核的质量近似等于核子质量的整数倍,通常用这个整数代表原子核的相对质量,叫作原子核的⑥　　。
(3)质子带⑦　　电荷,中子⑧　　电,原子核的电荷数=⑨　　数=⑩　　数=原子序数;原子核的质量数=核子数=　　数+　　数。
问题讨论
质子(proton)带正电荷,电荷量与一个电子所带电荷量相等。中子(nucleon)不带电。质子和中子的质量十分接近,统称为核子,组成原子核。
(1)原子核的电荷数是不是电荷量
(2)原子核的质量数是不是质量
(3)严格意义上判断,质子和中子的质量哪一个更大一些
应用　原子核的核子数之间的关系
(多选)一个原子核为Bi,关于这个原子核,下列说法正确的是 (　　)
A.核外有83个电子,核内有127个质子
B.核外有83个电子,核内有83个质子
C.核内有83个质子,127个中子
D.核内有210个核子
(1)原子核中的两个整数
①质量数A:等于质子数和中子数之和,即核子数。
②电荷数Z:等于质子数。
(2)原子核中的两个等式
①核电荷数(Z)=质子数=元素的原子序数=核外电子数。
②质量数(A)=核子数=质子数+中子数。
任务2　同位素
具有相同质子数而中子数不同的原子,在元素周期表中处于同一位置,因而互称同位素。原子核的质子数决定了核外电子数目,也决定了电子在核外的分布情况,进而决定了这种元素的化学性质,因而同种元素的同位素具有相同的化学性质。了解了原子核的结构以及如何用符号表示原子核之后,我们可以将原子核的变化过程用符号简洁地描述。
1.氢有几种同位素 分别叫什么 符号是什么


2.碳有两种同位素,符号分别是 126C和 146C,对于碳12同位素有6个质子和6个中子,你知道该同位素有什么特别重要的意义吗


同位素
1.原子序数相同而　　数不同的原子核互称为同位素。
2.同位素具有相同的　　性质,但由于中子数不同,它们的某些　　性质会有所不同。
应用　同位素的判断
(多选)下列说法正确的是 (　　)
AX与Y互为同位素
BX与Y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
互为同位素的两个原子,它们的质子数相同吗 中子数相同吗 质量数相同吗

任务3　核力
在原子核那样狭小的空间里,带正电的质子能够挤在一起而不飞散,这说明核子间除了电磁力,还存在其他相互作用。
1.科学家为什么会猜想原子核内核子之间会存在核力


2.核力有什么特点


核力
(1)核力是　　的一种表现,在原子核的尺度内,核力比库仑力　　。
(2)核力是短程力,作用范围在　　m之内。核力在0.5×10-15 m~2×10-15 m的距离内主要表现为　　力,而在距离小于0.5×10-15 m时表现为　　力,因此核子能克服库仑力束缚,而在核内又不至于融合在一起。
应用　力的分类
物理学研究表明,自然界存在四种基本相互作用。关于我们学习过的重力、弹力,下列说法正确的是 (　　)
A.都属于万有引力相互作用
B.重力属于万有引力相互作用,弹力属于弱相互作用
C.重力属于强相互作用,弹力属于弱相互作用
D.重力属于万有引力相互作用,弹力属于电磁相互作用
【随堂检测·精评价】
1.(任务1)用α粒子照射充氮的云室,产生新核,得到如图所示的照片,下列说法正确的是 (　　)
A.A是α粒子的径迹,B是质子的径迹,C是新核的径迹
B.B是α粒子的径迹,A是质子的径迹,C是新核的径迹
C.C是α粒子的径迹,A是质子的径迹,B是新核的径迹
D.B是α粒子的径迹,C是质子的径迹,A是新核的径迹
2.(任务1)(多选)关于X,下列说法正确的是 (　　)
A.它表示一个原子
B.它表示一个原子核
C.它表示原子核中有12个质子
D.它表示原子核中有12个核子
3.(任务2)(多选Ra是镭Ra的一种同位素,对于这两个镭原子而言,下列说法正确的有 (　　)
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
4.(任务3)(多选)对于核力,以下说法正确的是 (　　)
A.核力是弱相互作用力,作用力很小
B.核力是强相互作用的表现,是强力
C.核子之间的距离小于0.5×10-15 m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起
D.核力是万有引力的一种
答案与解析
自主预习·悟新知
思考1:说明了原子核中具有质子。核反应方程为He+OH 。
思考2:说明了原子核中具有中子。核反应方程为He+Cn 。
思考3:原子核由质子和中子组成;原子核的符号X中,A表示核子数(也叫质量数),Z表示电荷数(或质子数)。
思考4:原子核带正电。原子核中的核子依靠核力结合在一起。
判断　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.α粒子径迹分叉说明α粒子击中氮原子核,分叉后细而长的是质子的径迹,短而粗的是反冲氧核的径迹。
2.原子核很小,被α粒子击中的概率很低,所以40多万条α粒子径迹,只发现有8条径迹分叉。
3.约里奥·居里夫妇认为这种不可见粒子是γ光子,并且通过计算表明,这种不可见粒子的能量应达到55 MeV,但用钋衰变出的α粒子轰击铍核只能产生能量为7 MeV的γ光子,远小于从石蜡中打出质子所需光子的能量,约里奥·居里夫妇想不出这是为什么。
4.1932年英国物理学家查德威克(1891~1974)看到约里奥·居里夫妇的报告后,仔细地研究了这种射线。发现这种不可见粒子为中性粒子,这种粒子流的速度不到光速的十分之一,用这种射线轰击氢原子和氮原子,结果打出了一些氢核和氮核,他测量了被打出的氢核和氮核的速度,并由此推算出这种不可见粒子的质量,从而发现了中子。
5.卢瑟福用α粒子轰击氮核,打出了质子,说明质子是原子核的组成部分;后来查德威克用α粒子轰击铍,发现了中子,说明中子也是原子核的组成部分。所以原子核是由质子和中子构成的,质子带正电,中子不带电,质子和中子的质量十分接近,质子和中子又统称为核子。用符号X表示原子核,X表示元素符号,A表示核的质量数,Z表示核电荷数。
知识生成　①卢瑟福　②氮　③不带电　④质子　⑤核子　⑥质量数　⑦正　⑧不带　⑨质子　⑩核外电子　质子　中子
应用探究
活动　(1)不是,原子核所带的电荷量总是质子电荷的整数倍,这个倍数就叫作原子核的电荷数。并且原子核的电荷数=质子数=核外电子数=原子序数。
(2)不是,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。并且原子核的质量数=核子数=质子数+中子数。
(3)质子的质量mp=1.6726231×10-27 kg,中子的质量mn=1.6749286×10-27 kg,中子的质量略大于质子的质量。
例1　CD　【解析】根据原子核的表示方法得质子数为83,质量数为210,故中子数为210-83=127个,而质子和中子统称核子,故核子数为210个,C、D两项正确;由于不知道原子是否呈电中性,就不能判断核外电子数,A、B两项错误。
任务2
问题引领
1.氢有三种同位素氕(通常所说的氢)、氘(也叫重氢)、氚(也叫超重氢),符号分别是 HHH。
2.碳12原子被用来作为阿伏伽德罗常量的标准:12克碳12中所含原子的个数被定义为阿伏伽德罗常量(6.02×1023)。碳12是国际单位制中定义摩尔的尺度,以12克碳12中含有的原子数为1摩尔。另外将各种原子(或分子、离子)的质量与碳12质量的十二分之一的比值定义为该原子的相对原子质量,它的单位为1。
知识生成　中子　化学　物理
应用探究
例2　BC　【解析X核与Y核的质子数不同,不能互为同位素,A项错误X核与Y核质子数都为m,而质量数不同,则中子数不同,所以互为同位素,B项正确X核内中子数为n-mY核内中子数为(n-2)-(m-2)=n-m,所以中子数相同,C项正确U核内有143个中子,而不是235个中子,D项错误。
任务3
问题引领
1.人们想到原子核内核子之间有万有引力和电磁力,但电磁力比万有引力大得多,不可能抗衡质子之间的库仑斥力,那么又是什么力维持原子核的稳定呢 因此科学家猜想,核子间有核力把核子紧紧地束缚在核内,维持了原子核的稳定。
2.核力有两个特征:第一,核力是强相互作用的一种表现,在原子核范围内,核力远大于库仑力;第二,核力是短程力,作用范围在2×10-15 m之内(在大于2×10-15 m的距离核力迅速减小为零)。
知识生成　强相互作用　大得多　2×10-15　引　斥
应用探究
例3　D　【解析】重力是由于物体受地球吸引而产生的,属于万有引力相互作用。弹力和摩擦力从其产生机理上说是物质内部原子的吸引和排斥,属于电磁相互作用,所以D项正确。
随堂检测·精评价
1.D　【解析】α粒子轰击氮核产生一个新核并放出质子,入射的是α粒子,所以B是α粒子的径迹,产生的新核质量大,电离作用强,所以径迹粗而短,故A是新核径迹,质子电离作用弱一些,贯穿作用强,所以细而长的径迹是质子的径迹,故C是质子径迹,D项正确。
2.BC　3.AC
4.BC　【解析】核力是强相互作用的一种表现,不属于万有引力,它的作用范围在2×10-15 m之内,核力比库仑力大得多,因此B项正确,A、D两项错误。核力在0.5×10-15 m~2×10-15 m之间时表现为引力,且随距离增大而减小;在距离小于0.5×10-15 m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起,C项正确。

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