鲁科版 (2019)选择性必修 第三册认识原子核学案设计

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修 第三册认识原子核学案设计，共10页。学案主要包含了天然放射现象的发现，认识三种放射线，质子和中子的发现，原子核的组成等内容，欢迎下载使用。
第1节 认识原子核
1．知道什么是放射性及放射性元素。 2.了解三种射线的本质，知道其特点。 3.了解原子核的组成，知道原子核的表示方法，理解原子序数、核电荷数、质量数之间的关系。 4.了解同位素的概念。
一、天然放射现象的发现
1．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现某些物质具有放射性。
2．物质能自发地放出射线的现象称为天然放射现象，物质放出射线的这种性质称为放射性，具有放射性的元素，称为放射性元素。
3．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(P)和镭(Ra)。
二、认识三种放射线
1．α射线：高速运动的氦原子核粒子流，射出时的速率可达0.1c，α射线有很强的电离作用，很容易使空气电离，使照相底片感光的作用增强，但它的穿透能力很弱，在空气中只能飞行几厘米，一张铝箔或一张薄纸就能将它挡住。
2．β射线：高速运动的电子流，射出时的速率可达0.99c，穿透能力较强，能穿透几毫米厚的铝板，但电离作用较弱。
3．γ射线：波长很短的电磁波，穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板，但电离作用很弱。
三、质子和中子的发现
1．质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的实验，发现了质子，质子是原子核的组成部分。
2．中子的发现：卢瑟福猜想原子核内可能还存在着质量跟质子相近的不带电的中性粒子，并将其称为中子。查德威克利用云室进行实验验证了中子的存在，中子是原子核的组成部分。
四、原子核的组成
1．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。
2．原子核的符号
3．同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子核，互称同位素。例如，氢有3种同位素 eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1)) H、 eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) H、 eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1)) H。
4．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称为核反应，用原子核符号描述核反应过程的式子称为核反应方程。大量研究发现，在核反应中，质量数和核电荷数守恒，即核反应后的质量数等于核反应前的质量数，核反应后的核电荷数等于核反应前的核电荷数。
卢瑟福发现质子的核反应方程：
eq \\al(\s\up1(4),\s\d1(2)) He＋ eq \\al(\s\up1(14),\s\d1(__7)) N→ eq \\al(\s\up1(17),\s\d1(__8)) O＋ eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1)) H。
查德威克发现中子的核反应方程：
eq \\al(\s\up1(4),\s\d1(2)) He＋ eq \\al(\s\up1(9),\s\d1(4)) Be→ eq \\al(\s\up1(12),\s\d1(__6)) C＋ eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(0)) n。
判断下列说法是否正确。
(1)放射性元素发出的射线可以直接观察到。( )
(2)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。( )
(3)放射性元素的放射性都是自发的现象。( )
(4)α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速。( )
(5)β射线能穿透几毫米厚的铅板。( )
(6)γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱。( )
提示：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)√
知识点一 三种射线的性质
三种射线在匀强磁场中的运动轨迹示意图如图所示。
(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？
[提示] (1)说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电。
(2)根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r＝ eq \f(mv,qB) 可知，α粒子的 eq \f(m,q) 应大于β粒子的 eq \f(m,q) 。
1．α、β、γ三种射线的比较
2.三种射线在磁场、电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射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图乙所示。
如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率将大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是( )
A．α和β的混合放射源
B．纯α放射源
C．α和γ的混合放射源
D．纯γ放射源
[解析] 在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线，因此放射源可能是α和γ的混合放射源。
[答案] C
如图，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表示γ射线，③表示α射线
B．②表示β射线，③表示α射线
C．④表示α射线，⑤表示γ射线
D．⑤表示β射线，⑥表示α射线
[解析] 由放射现象中α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电，结合在电场与磁场中的偏转可知②⑤是γ射线，③④是α射线，①⑥是β射线，C正确。
[答案] C
知识点二 原子核的组成和同位素的特点
查德威克实验示意图如图所示，用天然放射性元素钋(P)放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B。试探究：
(1)在这个实验中粒子流A是什么粒子？
(2)粒子流B又是什么粒子？
[提示] (1)A为中子流。
(2)B为质子流。
1．原子核
原子核 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(大小：很小，半径为10－15～10－14 m,组成\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(质子\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(电荷量e＝＋1.6×10－19 C,质量mp＝1.672 621 898×,10－27 kg)),中子\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(电荷量e＝0,质量mn＝1.674 927 471×,10－27 kg)))),同位素：核内质子数相同，中子数不同的原子))
2．基本关系
(1)符号： eq \\al(\s\up1(A),\s\d1(Z)) X。
(2)基本关系：原子核的电荷数(Z)＝核内的质子数＝元素的原子序数＝核外电子数。
原子核的质量数(A)＝核内的核子数＝质子数＋中子数。
3．三个概念
(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，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数，简称核电荷数。
(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。
角度1 原子核的组成
以下实验中，能说明原子核具有复杂结构的是( )
A.光电效应实验
B．原子发光产生明线光谱
C．α粒子散射实验
D．天然放射性现象
[解析] 原子核的天然放射现象说明原子核有复杂的结构。
[答案] D
卢瑟福发现质子后，猜想原子核中还有中子的存在，他的主要依据是( )
A．原子核外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
[解析] 当卢瑟福发现质子后，接着又发现原子核的核电荷数与原子核的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或者更少一些，因此猜想在原子核内还存在有质量且不带电的中性粒子，即中子。
[答案] C
角度2 原子核的有关计算
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
[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。
[答案] D
已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226，电子电荷量e＝1.6×10－19 C。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？(结果保留小数点后2位)
(3)呈电中性的镭原子，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≈1.41×10－17 C。
(3)呈电中性的镭原子的核外电子数等于核内质子数，故核外电子数为88。
[答案] (1)88 138 (2)1.41×10－17 C (3)88
角度3 同位素的特点
(多选)已知 eq \\al(\s\up1(226),\s\d1( 88)) Ra是 eq \\al(\s\up1(228),\s\d1( 88)) Ra的一种同位素，则下列说法正确的是( )
A．两者具有相同的质子数和不同的质量数
B．两者具有相同的中子数和不同的原子序数
C．两者具有相同的核电荷数和不同的中子数
D．两者具有相同的核外电子数和不同的化学性质
[解析] 同位素是同一种元素，故质子数、核外电子数及化学性质相同，但中子数不同，质量数不同，故A、C正确，B、D错误。
[答案] AC
知识点三 原子核的人工转变和核反应方程
原子核的人工转变
(2023·全国甲卷，T15)在下列两个核反应方程中X＋ eq \\al(\s\up1(14),\s\d1( 7)) N―→Y＋ eq \\al(\s\up1(17),\s\d1( 8)) O、Y＋ eq \\al(\s\up1(7),\s\d1(3)) Li―→2X，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则( )
A．Z＝1，A＝1 B．Z＝1，A＝2
C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4
[解析] 设Y的质量数和电荷数分别为a和b，由核反应方程中质量数守恒和电荷数守恒可知A＋14＝a＋17，Z＋7＝b＋8，a＋7＝2A，b＋3＝2Z，联立解得A＝4，a＝1，Z＝2，b＝1，故D正确。
[答案] D
核泄漏污染物铯137( eq \\al(\s\up1(137),\s\d1( 55)) Cs)会产生对人体有害的辐射，核反应方程为 eq \\al(\s\up1(137),\s\d1( 55)) Cs→ eq \\al(\s\up1(137),\s\d1( 56)) Ba＋X，其中X为( )
A．质子( eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1)) H) B．电子( eq \\al(\s\up1( 0),\s\d1(－1)) e)
C．中子( eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(0)) n) D．α粒子( eq \\al(\s\up1(4),\s\d1(2)) He)
[解析] 根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒，可知X为电子( eq \\al(\s\up1( 0),\s\d1(－1)) e)。
[答案] B
eq \(\s\up7(),\s\d5( ))
1．(三种射线的性质)(多选)我国自己研制的旋式γ刀性能特别好，已被各大医院应用于临床。γ刀治疗脑肿瘤主要是利用( )
A．γ射线具有很强的穿透能力
B．γ射线具有很强的电离作用
C．γ射线波长很短，具有很高的能量
D．γ射线能很容易绕过阻碍物到达脑肿瘤位置
解析：选AC。γ射线是波长很短、频率很高的电磁波，具有很高的能量和很强的穿透能力，所以它能穿透皮肉和骨骼到达肿瘤位置并杀死肿瘤细胞，A、C正确。因γ射线不带电，它的电离作用很弱；因波长很短，其衍射能力也很差，B、D错误。
2．(核反应方程)很多人都听说过“点石成金”的故事。现在科学家在实验室里，用中子轰击汞可以得到金，核反应方程是 eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(0)) n＋ eq \\al(\s\up1(198),\s\d1( 80)) Hg→ eq \\al(\s\up1(197),\s\d1( 79)) Au＋X，则X是( )
A．氕核 B．氘核
C．氚核 D．氦核
解析：选B。根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为2，电荷数为1，为氘核。
3．(原子核的组成)若用x代表一个中性原子核外的电子数，y代表此原子核内的质子数，z代表此原子核内的中子数，则对 eq \\al(\s\up1(234),\s\d1( 90)) Th的原子来说( )
A．x＝90 y＝90 z＝234
B．x＝90 y＝90 z＝144
C．x＝144 y＝144 z＝90
D．x＝234 y＝234 z＝324
解析：选B。在 eq \\al(\s\up1(234),\s\d1( 90)) Th的原子中，左下角标为质子数，左上角标为质量数，则y＝90；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝90；中子数等于质量数减去质子数，即z＝234－90＝144，B正确。
4．(同位素)(多选)下列说法正确的是( )
A． eq \\al(\s\up1( n),\s\d1(m)) X与 eq \\al(\s\up1( n),\s\d1(m－1)) Y互为同位素
B． eq \\al(\s\up1( n),\s\d1(m)) X与 eq \\al(\s\up1(n－1),\s\d1(m)) Y互为同位素
C. eq \\al(\s\up1( n),\s\d1(m)) X与 eq \\al(\s\up1( n－2),\s\d1(m－2)) Y中子数相同
D． eq \\al(\s\up1(235),\s\d1( 92)) U核内有92个质子，235个中子
解析：选BC。 eq \\al(\s\up1( n),\s\d1(m)) X核与 eq \\al(\s\up1( n),\s\d1(m－1)) Y核的质子数不同，不互为同位素，A错误； eq \\al(\s\up1( n),\s\d1(m)) X核与 eq \\al(\s\up1(n－1),\s\d1(m)) 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正确； eq \\al(\s\up1( n),\s\d1(m)) X核内中子数为n－m， eq \\al(\s\up1( n－2),\s\d1(m－2)) Y核内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同，C正确； eq \\al(\s\up1(235),\s\d1( 92)) U核内有143个中子，而不是235个中子，D错误。
种类
α射线
β射线
γ射线
组成
高速氦核流
高速电子流
光子流(高频电磁波)
粒子
质量
4mp(mp＝
1．67×10－27kg)
eq \f(mp,1 836)
静止质量为零
电荷量
2e
－e
0
速率
0.1c
0.99c
c
穿透
能力
最弱，用一张纸就能挡住
较强，能穿透几毫米厚的铝板
最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土
电离作用
很强
较弱
很弱
在磁场中
偏转
偏转
不偏转
条件
用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变
实质
用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变
规律
(1)质量数、电荷数守恒；(2)动量守恒
原子核人工转变的三大发现
(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程：
eq \\al(\s\up1(14),\s\d1(7)) N＋ eq \\al(\s\up1(4),\s\d1(2)) He―→ eq \\al(\s\up1(17),\s\d1(8)) O＋ eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1)) H
(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：
eq \\al(\s\up1(9),\s\d1(4)) Be＋ eq \\al(\s\up1(4),\s\d1(2)) He―→ eq \\al(\s\up1(12),\s\d1(6)) C＋ eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(0)) n
(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程：
eq \\al(\s\up1(27),\s\d1(13)) Al＋ eq \\al(\s\up1(4),\s\d1(2)) He―→ eq \\al(\s\up1(30),\s\d1(15)) P＋ eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(0)) n； eq \\al(\s\up1(30),\s\d1(15)) P―→ eq \\al(\s\up1(30),\s\d1(14)) Si＋ eq \\al(\s\up1( 0),\s\d1(＋1)) e
核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向