人教版物理选修3-5第十九章原子核同步导学案
高中物理选修3-5导学案第十九章 5
5核力与结合能[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道核力的概念、特点和四种基本相互作用.2.了解结合能和比结合能的概念.3.知道质量亏损的概念．科学思维：1.会利用比结合能判断原子核的稳定性.2.会应用质能方程进行相关的计算．一、核力与四种基本相互作用1．核力：原子核里的核子间存在着相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核．2．核力特点(1)核力是核子间的强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内．核力在大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，超过1.5×10－15 m时，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力．(3)每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．(4)核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用．3．四种基本相互作用二、原子核中质子与中子的比例1．较轻原子核：质子数和中子数大致相等．2．较重原子核：中子数大于质子数，越重的原子核两者相差越多．三、结合能与质量亏损1．结合能原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能．2．比结合能原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．中等大小的核的比结合能最大，最稳定．3．质能方程物体的能量与它的质量的关系是：E＝mc2.4．质量亏损原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象．1．判断下列说法的正误．(1)原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡．(×)(2)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因．(√)(3)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量．(×)(4)比结合能越大，原子核越稳定．(√)(5)质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系．(√)2．已知α粒子(42He)是由2个质子、2个中子组成的，取质子的质量m p＝1.672 6×10－27 kg，中子的质量m n＝1.674 9×10－27 kg，α粒子的质量mα＝6.646 7×10－27 kg，光速c＝3.0×108 m/s.则α粒子的结合能为________．(结果保留两位有效数字)答案 4.3×10－12 J解析组成α粒子的核子与α粒子的质量差Δm＝(2m p＋2m n)－mαα粒子的结合能ΔE＝Δmc2代入数据得ΔE≈4.3×10－12 J.一、结合能、质量亏损、质能方程的理解1．结合能和比结合能的理解(1)结合能是指核子结合成原子核放出的能量，也等于将原子核的核子分开时需要的能量．(2)比结合能相对于结合能更有意义，它反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度．2．质量亏损Δm的理解所谓质量亏损，并不是质量消失，而是减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给．3．质能方程E＝mc2的理解(1)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2.(2)运用质能方程时应注意单位．一般情况下，公式中各量都应取国际制单位．但在微观领域，用国际制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位，1 u对应于931.5 MeV.例1下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的是()A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大答案 D解析核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错误；比结合能越大的原子核越稳定，但其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，B、C选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．1．核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分开成核子时一定吸收能量，吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大．2．比结合能越大表明原子核越稳定．一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的比结合能大．针对训练1(多选)对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是()A．自然界中一切原子核均具有结合能B．自由核子结合为原子核时，可能吸收能量C．结合能越大的原子核越稳定D．比结合能越大的原子核越稳定答案AD解析由自由核子结合成原子核的过程中，释放出能量，反之，将原子核分开变为自由核子需要吸收能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；核子较多的原子核的结合能大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误，D正确．例2下列有关质能方程的说法中，正确的是()A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度C．核反应中发生的“质量亏损”是消失的质量转变为能量D．因为在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒、系统的总能量和总质量并不守恒答案 B解析E＝mc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，B项正确；核反应中发生的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C项错误；在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，只是物质由静质量变成动质量，故D项错误．爱因斯坦质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的转变关系．以下几点要明确：(1)物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量．(2)质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量，只是静止质量的减少．(3)在核反应中仍然遵守质量守恒和能量守恒定律． (4)质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度． 二、核能的计算方法 1．根据质量亏损计算(1)根据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm .(2)根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2计算核能．其中Δm 的单位是千克，ΔE 的单位是焦耳． 2．利用原子质量单位u 和电子伏特计算 (1)明确原子质量单位u 和电子伏特之间的关系 1 u ＝1.660 5×10－27kg,1 eV ＝1.602 177×10－19J由E ＝mc 2得E ＝1.660 5×10－27×(2.998×108)21.602 177×10－19eV ≈931.5 MeV (2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV 的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV ， 即ΔE ＝Δm ×931.5 MeV.其中Δm 的单位是u ，ΔE 的单位是MeV . 3．根据能量守恒和动量守恒来计算核能参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，利用动量和能量守恒可以计算出核能的变化．例3一个锂核(73Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知质子的质量是1.672 6× 10－27kg ，锂核的质量是11.650 5×10－27kg ，氦核的质量是6.646 6×10－27kg ，光速c ＝3×108 m/s.(1)写出上述核反应的方程； (2)计算上述核反应释放出的能量．答案 (1)73Li ＋11H →242He (2)2.691×10－12J解析 (1)该核反应方程为73Li ＋11H →242He(2)核反应的质量亏损Δm ＝m Li ＋m p －2m α＝(11.650 5×10－27＋1.672 6×10－27－2×6.646 6×10－27) kg ＝2.99×10－29 kg 释放的能量ΔE ＝Δmc 2＝2.99×10－29×(3×108)2 J ＝2.691×10－12 J.针对训练2 一个氘核(21H)和一个氚核(31H)结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为Δm ，已知阿伏加德罗常数为N A ，真空中的光速为c ，若1 mol 氘和1 mol 氚完全发生上述核反应，则在核反应中释放的能量为( ) A ．N A Δmc 2 B ．2N A Δmc 2 C.12N A Δmc 2 D ．5N A Δmc 2答案 A解析 根据爱因斯坦的质能方程，一个氘核和一个氚核结合成一个氦核并放出一个中子释放的能量为Δmc 2,1 mol 氘和1 mol 氚完全发生上述核反应，释放的能量为上述反应的N A 倍，即N AΔmc2，故A正确，B、C、D错误．1．(核力的特点)(多选)关于核力，下列说法中正确的是()A．核力是一种特殊的万有引力B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用C．核力是原子核稳定存在的原因D．核力是一种短程强力作用答案CD解析核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，是核子间的强相互作用，作用范围在1.5×10－15 m，原子核的半径数量级在10－15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，故选C、D.2．(原子核中质子与中子的比例关系)关于原子核中质子和中子的说法，正确的是() A．原子核中质子数和中子数一定相等B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是非常稳定的D．由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，不可能无节制地增大原子核而仍稳定存在答案 D解析原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数较大的原子核中，中子数比质子数多，且重核和轻核都没有中等质量原子核稳定，故A、B、C错．又由核力是短程力及核力的饱和性的特点，可知原子核不可能无节制地增大，故D正确．3．(对结合能和比结合能的理解)(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )A ．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B ．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C ．铯原子核(133 55Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能 D ．比结合能越大，原子核越不稳定答案 ABC解析 结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A 正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B 正确；核子数越多，结合能越大，选项C 正确；比结合能也叫平均结合能，比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D 错误．4．(质量亏损和核能的计算)31H 的质量是3.016 050 u ，质子的质量是1.007 277 u ，中子的质量为1.008 665 u ．求：(质量亏损1 u 相当于释放931.5 MeV 的能量，普朗克常量h ＝6.63× 10－34 J·s ，结果保留三位有效数字)(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收能量还是放出能量？该能量为多少？(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？(3)如果这些能量是以光子形式放出，则光子的频率是多少？答案 见解析解析 (1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是11H ＋210n →31H ，反应前各核子总质量为m p ＋2m n ＝(1.007 277＋2×1.008 665) u ＝3.024 607 u ，反应后新核的质量为m H ＝3.016 050 u ，质量亏损为Δm ＝(3.024 607－3.016 050) u ＝0.008 557 u.因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应放出能量．释放的核能为ΔE ＝0.008 557×931.5 MeV ≈7.97 MeV .(2)氚核的结合能即为ΔE ≈7.97 MeV ，它的比结合能为ΔE 3≈2.66 MeV . (3)放出光子的频率为ν＝ΔE h ≈7.97×106×1.6×10－196.63×10－34 Hz ≈1.92×1021 Hz.一、选择题考点一核力的特点原子核中质子与中子的比例1．下列对核力的认识，正确的是()A．核力是强相互作用的一种表现，比库仑力大得多B．核力只存在于质子和中子、中子和中子之间，而质子和质子之间只有库仑斥力C．核力是核子间相互吸引的力，是短程力D．核力只存在于相邻的核子之间，具有饱和性答案 D解析在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多，但当原子核大到一定程度时，核力将不足以平衡库仑力，A错误；相邻核子间都存在核力作用，具有饱和性，B错误，D正确；在核力作用范围内，核力在核子间的距离小于0.8×10－15 m时表现为斥力，在大于0.8×10－15 m 时表现为引力，C错误．2．(多选)对于核子结合成原子核，下列说法正确的是()A．原子核内的核子间均存在核力B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力C．当n个核子靠近到核力作用的范围而结合成原子核时，其间势能一定减小D．对质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用答案CD解析由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.8×10－15 m时，核力表现为引力，在此过程核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.8×10－15 m，故C正确；对质子数较多的原子核，由于只有相邻的核子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，相距较远的质子之间没有核力来平衡它们之间的库仑力，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确．3．在自然界中，对于较重的原子核的中子数和质子数的比例关系，下列说法正确的是() A．中子数等于质子数B．中子数小于质子数C．中子数大于质子数D．无法确定答案 C考点二质能方程的理解4．(多选)对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是()A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应地减少ΔmB．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应地增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是Δm答案ABD解析一定的质量对应一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应地减少Δm，即发生质量亏损，所以选项A、D正确．如果物体的质量增加了Δm，它的能量一定相应地增加Δmc2，所以选项B正确．某原子核衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误．考点三质量亏损与核能的计算5.如图1所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是()图1A ．将原子核A 分解为原子核B 、C 可能吸收能量B ．将原子核D 、E 结合成原子核F 可能吸收能量C ．将原子核A 分解为原子核B 、F 一定释放能量D ．将原子核F 、C 结合成原子核B 一定释放能量答案 C解析 因B 、C 核子平均质量小于A 核子的平均质量，故A 分解为B 、C 时，会出现质量亏损，故一定放出能量，故A 错误，同理可得B 、D 错误，C 正确．6．一个氘核21H 质量为m 1，一个氚核31H 质量为m 2，它们结合成一个质量为m 3的氦核．核反应方程如下：21H ＋31H →42He ＋X.在这一核反应过程中释放的能量为ΔE .已知真空中光速为c ，则以下判断正确的是( )A ．X 是质子B ．X 是正电子C ．X 的质量为m 1＋m 2－m 3D ．X 的质量为m 1＋m 2－m 3－ΔE c 2 答案 D解析 由电荷数守恒和质量数守恒知，X 的质子数为0，质量数为1，故X 为中子，设X 的质量为m ，反应中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m ，释放的能量ΔE ＝Δmc 2＝(m 1＋m 2－m 3－m )c 2，则X 的质量为m 1＋m 2－m 3－ΔE c 2，故选项D 正确． 7．(2018·郸城一高期中考)中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为m n 、m p 、m D .现用光子能量为E 的γ射线照射静止的氘核使之分解，反应的方程为γ＋D →p ＋n ，若分解后中子、质子的动能视为相等，则中子的动能是( )A.12[(m D －m p －m n )c 2－E ] B.12[(m D ＋m n ＋m p )c 2＋E ] C.12[(m D －m p －m n )c 2＋E ] D.12[(m D ＋m n －m p )c 2－E ] 答案 C解析 因质量亏损产生的能量为ΔE ＝(m D －m p －m n )c 2，设质子、中子的动能为E k ，根据能量守恒有ΔE ＋E ＝2E k ，联立解得E k ＝(m D －m p －m n )c 2＋E 2，故A 、B 、D 错误，C 正确． 8．(多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成1个C 原子，C 原子的质量是12.000 0 u ，He 原子的质量是4.002 6 u ．已知1 u ＝1.66×10－27 kg ，则( ) A ．反应过程中的质量亏损是0.007 8 uB ．反应过程中的质量亏损约为1.29×10－29 kgC ．反应过程中释放的能量约为7.26 MeVD ．反应过程中释放的能量约为1.16×10－19 J答案 ABC解析 由题意可得核反应方程为342He →12 6C ＋ΔE ，则核反应中的质量亏损为Δm ＝(3×4.002 6－12.000 0) u ＝0.007 8 u ＝0.007 8×1.66×10－27 kg ≈1.29×10－29 kg ，由质能方程得ΔE ＝Δmc 2＝1.29×10－29×(3×108)2 J ＝1.161×10－12 J ≈7.26 MeV ，故正确答案为A 、B 、C.9．(多选)关于核反应方程234 90Th →234 91Pa ＋X ＋ΔE (ΔE 为释放出的核能，X 为新生成的粒子)，已知234 90Th 的半衰期为τ，则下列说法正确的是( )A.234 91Pa 没有放射性 B.234 91Pa 比234 90Th 少1个中子，X 粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变 C ．N 0个234 90Th 经2τ时间因发生上述核反应而放出的核能为34N 0ΔE (N 0数值很大) D.234 90Th 的比结合能为ΔE 234答案 BC解析 原子序数大于83的原子核都具有放射性，A 项错误；该核反应为β衰变，是原子核内的一个中子转化为一个质子，同时释放出一个电子，B 项正确；N 0个234 90Th 原子核经2τ时间发生衰变的个数为34N 0，由核反应方程知，放出的核能为34N 0ΔE ，C 项正确；由比结合能的定义知，D 项错误．10．静止的氡核222 86Rn 放出α粒子后变成钋核218 84Po ，α粒子动能为E kα，若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c ，则该核反应中的质量亏损为( )A.2E kα109c 2 B ．0 C.111E kα109c 2 D.109E kα111c 2答案 C解析 核反应过程中动量守恒，钋核与α粒子动量大小相等，由p ＝2mE k 可求出钋核动能E kPo ＝2109E kα，ΔE ＝E kPo ＋E kα＝111E kα109，根据ΔE ＝Δmc 2可知选项C 正确． 二、非选择题11．氘核与氚核的核反应为：21H ＋31H →42He ＋b a X ＋17.6 MeV ，求：(1)核反应式中的X 是什么粒子？(2)这一过程的质量亏损是多少(保留两位有效数字)?(3)1 g 氘核完全参与上述反应，共释放核能多少？氘核的摩尔质量M ＝2 g/mol ，阿伏加德罗常数N A ＝6.0×1023 mol －1.答案 (1)中子 (2)3.1×10－29 kg (3)8.448×1011 J解析 (1)由质量数和电荷数守恒可知，氘核与氚核的核反应：21H ＋31H →42He ＋b aX ＋17.6 MeV ，X 的质量数b ＝1，电荷数a ＝0，故X 是中子．(2)根据爱因斯坦的质能方程ΔE ＝Δmc 2，得Δm ＝ΔE c 2＝17.6×106×1.6×10－19(3×108)2kg ≈3.1×10－29 kg (3)1 g 氘核完全与氚核发生反应释放的核能为：ΔE ′＝m MN A ×17.6 MeV ＝5.28×1030 eV ＝8.448×1011 J.12．静止的原子核X ，自发发生反应X →Y ＋Z ，分裂成运动的新核Y 和Z ，同时产生一对彼此向相反方向运动的光子，这对光子的能量均为E .已知X 、Y 、Z 的质量分别为m 1、m 2、m 3，真空中的光速为c ，求：(1)反应放出的核能ΔE ；(2)新核Y 的动能E kY .答案 (1)(m 1－m 2－m 3)c 2(2)m 3m 2＋m 3[(m 1－m 2－m 3)c 2－2E ] 解析 (1)根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2，质量亏损Δm ＝(m 1－m 2－m 3)，得释放的核能ΔE ＝(m 1－m 2－m 3)c 2.(2)该新核Y 的运动速度为v 2，新核Z 的运动速度为v 3，根据动量守恒定律知，初状态总动量为零，则末状态两个新核的动量大小相等，方向相反，有：m 2v 2＝m 3v 3，根据E k ＝12m v 2＝p 22m 知，E kY E kZ ＝m 3m 2，根据能量守恒得，新核Y 的动能E kY ＝m 3m 2＋m 3[(m 1－m 2－m 3)c 2－2E ]．。
人教版高中物理选修3-5学案：第十九章学案1原子核的组成
人教版高中物理选修3-5学案：第十九章学案1原子核的组成[学习目标] 1.了解什么是放射性、天然放射现象和衰变.2.知道原子核的组成及三种射线的特征.3.理解α衰变和β衰变的规律及实质，并能熟练书写衰变方程.4.理解半衰期的概念，学会利用半衰期解决相关问题．一、天然放射现象和三种射线[导学探究] (1)1896年法国科学家贝可勒尔发现了放射性元素自发地发出射线的现象，即天然放射现象．是否所有的元素都具有放射性？放射性物质发出的射线有哪些种类？答案原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线．放射性物质发出的射线有三种：α射线、β射线、γ射线．(2)怎样用电场或磁场判断三种射线粒子的带电性质？答案让三种射线通过匀强电场，则γ射线不偏转，说明γ射线不带电．α射线偏转方向和电场方向相同，带正电，β射线偏转方向和电场方向相反，带负电．或者让三种射线通过匀强磁场，则γ射线不偏转，说明γ射线不带电，α射线和β射线可根据偏转方向和左手定则确定带电性质．(3)三种射线的本质是什么？有哪些特点呢？答案见知识梳理[知识梳理]对天然放射现象及三种射线的认识1．对天然放射现象的认识(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)物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象叫做天然放射现象．(3)原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线．2．对三种射线的认识[A．α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速B．β射线能穿透几毫米厚的铅板C．γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱D．β射线的粒子和电子是两种不同的粒子E．α粒子不同于氦原子核答案C解析19世纪末20世纪初，人们发现了X、α、β、γ射线，经研究知道，X、γ射线均为电磁波，只是波长不同．β射线是电子流，α粒子是氦核，就α、β、γ三种射线的贯穿本领而言，γ射线最强，α射线最弱．二、原子核的组成[知识梳理] (1)质子的发现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，测定了它的电荷和质量，确定它是氢原子核，叫做质子，用p或H表示，其质量为mp＝1.67×10－27_kg.(2)中子的发现①卢瑟福的预言：原子核内可能还有一种不带电的粒子，名字叫中子．②查德威克的发现：用实验证明了中子的存在，用n表示，中子的质量非常接近于质子的质量．(3)原子核的组成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)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，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的总和，而质子与中子的质量几乎相等，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．④原子核的符号(4)同位素具有相同的质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素．例如：氢有三种同位素分别是H、H、H.[即学即用] 在α粒子轰击金箔的散射实验中，α粒子可以表示为He，He中的4和2分别表示( )A．4为核子数，2为中子数B．4为质子数和中子数之和，2为质子数C．4为核外电子数，2为中子数D．4为中子数，2为质子数答案B解析根据X所表示的物理意义，原子核的质子数决定核外电子数，原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和，即为核内的核子数.He符号的左下角表示的是质子数或核外电子数，即为2，He符号左上角表示的是核子数，即为4，故选项B正确.一、天然放射现象和三种射线例1 如图1所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，LL′是厚纸板，MM′是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达O点的射线种类、到达P点的射线种类应属于下表中的( )图1解析R进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用而偏转，γ射线不偏转，故打在O点的应为γ射线；由于α射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是β射线；依据β射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里．答案C归纳总结1．对放射性和射线的理解：(1)一种元素的放射性，与其是单质还是化合物无关，这说明一种元素的放射性和核外电子无关．(2)射线来自于原子核，说明原子核是可以再分的．2．对三种射线性质的理解：(1)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，而γ射线是光子流，属于电磁波的一种．(2)α射线、β射线都可以在电场或磁场中偏转，但偏转方向不同，γ射线则不发生偏转．(3)α射线穿透能力弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离本领相反．针对训练1 如图2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( )图2A．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射线答案C解析根据三种射线的偏转轨迹可知①⑥表示β射线，②⑤表示γ射线，③④表示α射线．选项C正确．二、原子核的组成例2 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？(保留三位有效数字)(3)呈电中性的镭原子，核外有几个电子？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≈1.41×10－17 C.(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.答案(1)88 138 (2)1.41×10－17 C (3)88归纳总结理解熟记以下几点是解题关键：(1)原子核的质子数与原子序数相等．(2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和．(3)对呈电中性的原子，核外电子数等于核内质子数．针对训练 2 据最新报道，放射性同位素钬Ho，可有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是( )A．32 B．67 C．99 D．166答案A解析根据原子核的表示方法得核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故核内中子数与核外电子数之差为99－67＝32，故A对．1．最早发现天然放射现象的科学家为( )A．卢瑟福B．贝可勒尔C．爱因斯坦D．查德威克答案B解析卢瑟福发现质子，查德威克发现中子，爱因斯坦发现了光电效应，贝可勒尔发现天然放射现象，故B正确，A、C、D错误．2．(多选)下列关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的是( )A．α粒子就是氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强B．β射线是电子流，其速度接近光速C．γ射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿过几厘米厚的铅板D．以上三种说法均正确答案BC解析α粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A项错误；β射线是电子流，其速度接近光速，B项正确；γ射线的穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C项正确．3．(多选)氢有三种同位素，分别是氕(H)、氘(H)、氚(H)，则( )A．它们的质子数相等B．它们的核外电子数相等C．它们的核子数相等D．它们的中子数相等答案AB解析氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都为1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，所以A、B选项正确．4．以下说法正确的是( )A.Rn为氡核，由此可知，氡核的质量数为86，氡核的质子数为222B.Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数答案D解析A项氡核的质量数为222，质子数为86，所以A错误；B项铍核的质量数为9，中子数为5，所以B错误；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C错误，D正确．一、选择题(1～5为单选题，6～9为多选题)1．在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是( )A．γ射线的贯穿作用B．α射线的电离作用C．β射线的贯穿作用D．β射线的中和作用答案B解析由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和，使带电体所带的电荷很快消失．2．放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图1所示，其中( )图1A．C为氦原子核组成的粒子流B．B为比X射线波长更长的光子流C．B为比X射线波长更短的光子流D．A为高速电子组成的电子流答案C解析根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，A射线向电场线方向偏转，应为带正电的粒子组成的射线，所以是α射线；B射线在电场中不偏转，所以是γ射线；C射线在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是β射线．3．若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对U的原子来说( )A．x＝92 y＝92 z＝235B．x＝92 y＝92 z＝143C．x＝143 y＝143 z＝92D．x＝235 y＝235 z＝325答案B解析在U中，左下标为质子数，左上标为质量数，则y＝92；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝92；中子数等于质量数减去质子数，z＝235－92＝143，所以B选项正确．4．下列关于He的叙述正确的是( )A.He与H互为同位素B.He原子核内中子数为2C.He原子核内质子数为2D.He代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子核答案C解析He核内质子数为2，H核内质子数为1.两者质子数不等，不是同位素，A错误；He原子核内中子数为1，B错误；He代表原子核内有2个质子和1个中子的氦原子核，核外电子数为2，故C正确，D错误．5．人类探测月球时发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可作为未来核聚变的重要原料之一．氦的该种同位素应表示为( )A.HeB.HeC.HeD.He答案B解析氦的同位素质子数一定相同，质量数为3，故应表示为He，因此B正确．6．关于β射线，下列说法中正确的是( )A．它是高速电子流B．β粒子是放射出来的原子内层电子C．β粒子是从原子核中放射出来的D．它的电离作用比较弱，但它的穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板答案AC解析β射线是高速电子流，它是从原子核内部放射出来的，电离作用较弱，穿透能力较强，能穿透几毫米厚的铝板，故选项A、C正确．7．关于γ射线，下列说法正确的是( )A．它是处于激发状态的原子核放射的B．它是原子内层电子受到激发时产生的C．它是一种不带电的光子流D．它是波长极短的电磁波答案ACD解析γ射线是激发状态的原子核发出的波长极短的电磁波，是一种光子，故A、C、D正确．8．对天然放射现象，下列说法中正确的是( )A．α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的B．β粒子带负电，所以β射线有可能是核外电子C．γ粒子是光子，所以γ射线有可能是由原子发光产生的D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的答案AD解析α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出的，β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，然后释放出电子，γ射线是伴随α衰变和β衰变而产生的．所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的．9．如图2所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的是( )图2A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线B．α射线和β射线的轨迹是抛物线C．α射线和β射线的轨迹是圆弧D．如果在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b答案AC解析由左手定则可知粒子向右射出，在匀强磁场中α粒子受到的洛伦兹力向上，β粒子受到的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧．由于α粒子速度的是光速的，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，本题应选A、C.二、非选择题10．有关O、O、O三种同位素的比较，试回答下列问题：(1)三种同位素中哪一种粒子数是不相同的？______.A．质子 B．中子 C．电子(2)三种同位素中，哪一个质量最大？__________.(3)三种同位素的化学性质是否相同？__________.答案(1)B (2) O (3)相同解析(1)同位素质子数相同，中子数不同，核外电子数与质子数相同，故不相同的是中子．(2) O、O、O的质量数分别是16、17、18、，故O质量最大．(3)三种同位素质子数相同，故化学性质相同．11．在暗室的真空装置中做如下实验：在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中，有一个能产生α、β、γ三种射线的放射源．从放射源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图3所示，在与放射源距离为H高处，水平放置两张叠放着的、涂药品面朝下的印像纸(比一般纸厚且涂有感光药品的纸)，经射线照射一段时间后两张印像纸显影．(已知mα＝4 u，mβ＝u，vα＝，vβ＝c)图3(1)上面的印像纸有几个暗斑？各是什么射线的痕迹？(2)下面的印像纸显出一串三个暗斑，试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比？(3)若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场，一次使α射线不偏转，一次使β射线不偏转，则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少？答案(1)两个暗斑β射线和γ射线(2)5∶184(3)10∶1解析(1)因α粒子穿透本领弱，穿过下层纸的只有β射线和γ射线，β射线、γ射线在上面的印像纸上留下两个暗斑．(2)下面印像纸上从左向右依次是β射线、γ射线、α射线留下的暗斑．设α射线、β射线留下的暗斑到中央γ射线留下暗斑的距离分别为xα、xβ.则对α粒子，有xα＝aαt2＝aα·2，aα＝qα·Emα对β粒子，有xβ＝＝aβ·2，aβ＝qβ·Emβ联立解得＝.(3)若使α射线不偏转，则qαE＝qαvαBα，所以Bα＝，同理，若使β射线不偏转，则Bβ＝.故＝＝.。
人教版高中物理选修3-5学案：第十九章学案5核力与结合能
个帅哥帅哥的 ffff5核力与联合能[学习目标 ] 1.认识四种基真互相作用，知道核力的性质.2.能简单解说轻核和重核内中子数、质子数拥有不一样比率的原由.3.知道原子核的联合能和比联合能的观点.4.知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算．一、核力与四种基真互相作用[导学研究 ] (1)有的同学以为：“原子核内质子间的库仑斥力，与质子、中子间的万有引力均衡而使原子达到稳固状态”，这类说法正确吗？答案不正确．质子之间的库仑力的大小与万有引力的大小相差1035倍，二者相差悬殊，不行能均衡．(2)是什么力战胜质子之间的库仑斥力，使核子联合成一个坚固的原子核的？答案核子间 (质子与质子、中子与中子、质子与中子) 存在着一种比库仑力大得多的核力．[知识梳理 ]核力及特色(1)核力：原子核里的核子间存在着互相作用的核力，核力把核子牢牢地约束在核内，形成稳固的原子核．(2)核力特色①核力是核子间的强互相作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．②核力是短程力，作用范围在－ 151.5× 10 _m 以内．在大于 0.8× 10－15m 时表现为吸引力，超出 1.5× 10－ 15m 时，核力急剧降落几乎消逝；而距离小于 0.8× 10－15m 时，核力表现为斥力．③每个核子只跟周边的核子发生核力作用，这类性质称为核力的饱和性．④核力与核子能否带电没关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都能够有核力作用．(3)四种基真互相作用二位分为Greg[即学即用 ]以下对于核力的说法正确的选项是()A．核力同万有引力没有差别，都是物体间的作用B．核力就是电磁力－ 15C．核力是短程力，作用范围在 1.5×10m 以内D．核力与电荷相关答案C分析核力是短程力，超出 1.5× 10－15 m，核力急剧降落几乎消逝，故C对；核力与万有引力、电磁力不一样，故A 、B 选项错误；核力与电荷没关，故 D 错．二、原子核中质子与中子的比率[导学研究 ] (1)一些较轻的原子核如42He、168O、126C、147N中质子数和中子数有什么关系？答案质子数与中子数相等．238234(2)92U、 90Th等重核中各有多少此中子、多少个质子？较重的原子核中中子数和质子数有什么关系？答案23892U 中含有 92 个质子、 146 此中子；23490Th 中含有 90 个质子， 144 此中子．较重的原子核中中子数大于质子数．(3)试从核力的特色及核力的饱和性对上述现象做出解说，并说明原子核能无穷地增大吗？答案稳固的重原子核里，中子数要比质子数多，因为核力作用范围有限，以及核力的饱和性，假如持续增大原子核，一些核子间距离会大到此间根本没有核力作用，这时即便再增添中子，形成的核也必定是不稳固的，所以原子核不可以无穷地增大．[知识梳理 ]因为核力是短程力及核力的饱和性，自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大概相等，但较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，二者相差越多．[即学即用 ]以下对于原子核中质子和中子的说法，正确的选项是()A．原子核中质子数和中子数必定相等B．稳固的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是特别稳固的D．因为核力的作用范围是有限的，所以不行能无克制地增大原子核而仍稳固存在答案D分析由稳固核的质子数与中子数的关系图象可知，质量越大的原子核内中子数比质子数多得越多，故 A 、B 错误；原子核能够发生衰变，故 C 错误；由核力作用特色可知，核子数越多的原子核越不稳固，故 D 正确．三、联合能[导学研究 ] (1)设有一个质子和一此中子在核力作用下凑近碰撞并联合成一个氘核．质子和中子联合成氘核的过程中是开释能量仍是汲取能量？使氘核分解为质子和中子的过程中呢？答案质子和中子联合成原子核的过程中要开释能量；氘核分解成质子和中子时要汲取能量．(2)如图 1 所示是不一样原子核的比联合能随质量数变化的曲线．图 1①从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核对比比联合能有什么特色？比联合能的大小反应了什么？②比联合能较小的原子核转变为比联合能较大的原子核时是汲取能量仍是开释能量？答案①中等质量的原子核比联合能较大，比联合能的大小反应了原子核的稳固性，比联合能越大，原子核越稳固．②开释能量．[知识梳理 ] 对联合能的理解(1) 联合能：原子核是核子依靠核力联合在一同构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的联合能．(2) 比联合能：原子核的联合能与核子数之比称为比联合能．比联合能越大，表示原子核中核子联合得越坚固，原子核越稳固．(3) 核子数较小的轻核和核子数较大的重核，比联合能较小，中等核子数的原子核，比联合能较大．当比联合能较小的原子核转变为比联合能较大的原子核时会开释核能．[即学即用 ] 以下对联合能、比联合能的认识，正确的选项是 ( )A ．全部原子核均拥有联合能B ．自由核子联合为原子核时，可能汲取能量C ．联合能越大的原子核越稳固D ．比联合能越大的原子核越不稳固答案A分析 自由核子联合成原子核的过程中，核力做正功，开释出能量，反之，将原子核分开变为自由核子时需要汲取相应的能量，该能量即为联合能，故A 正确，B 错误；核子许多的原子核的联合能大， 但它的比联合能不必定大， 比联合能的大小反应了原子核的稳固性，故C 、D 均错误．四、质量损失[导学研究 ]9 9 4 12 1 用 α粒子轰击铍 (4Be)核发现中子的核反响方程为 4 2 6nBe ＋ He → C ＋甲同学说： 核反响过程中核子数没变，所以质量是守恒的；乙同学查找资料，各个原子核或核子的质量以下：m ＝9.012 19 u ， m ＝12.000 u ，m ＝ 4.002 6 u ， m ＝ 1． 008 665 u ．BeCα n－ 27kg) ，他经过计算发现反响以后的质量减少了，于是他得出结论：(此中 1 u ＝ 1.660 566× 10 核反响过程中质量消逝了．这两个同学的说法对吗？假如不对错在哪里？你对证量损失是怎样理解的？答案甲同学的说法错误．核反响过程中质量数守恒而不是质量守恒；乙同学的说法错误．质量损失其实不是质量的消逝．对证量损失的理解(1)在核反响中仍恪守质量守恒和能量守恒，所谓的质量损失其实不是这部分质量消逝或质量转变为能量．物体的质量应包含静止质量和运动质量，质量损失是静止质量的减少，减少的静止质量转变为和辐射能量相联系的运动质量．(2)质量损失也不是核子个数的减少，核反响中核子个数是不变的．[知识梳理 ]质量损失和核能的计算(1)对证能方程和质量损失的理解①质能方程爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着亲密的联系，其关系是E＝ mc2.②质量损失：质量损失，其实不是质量消逝，减少的质量在核子联合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．物体质量增添，则总能量随之增添；质量减少，总能量也随之减少，这时质2能方程也写作E＝mc .(2)核能的计算①依据质量损失计算依据核反响方程，计算核反响前后的质量损失m.依据爱因斯坦质能方程E＝mc2计算核能．此中m 的单位是千克， E 的单位是焦耳．②利用原子质量单位u 和电子伏特计算依据 1 原子质量单位 (u)相当于 931.5 MeV 的能量，用核子联合成原子核时质量损失的原子质量单位数乘以931.5 MeV ，即E＝m× 931.5 MeV .此中m的单位是u， E 的单位是MeV.[即学即用 ]依据爱因斯坦的研究成就，物体的能量和质量的关系是E＝ mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程．质子的质量为m ，中子的质量为m ，氦核的质量为m ，以下关系式正确p nα的是()A ． mα＝(2m p＋ 2m n)B． mα<(2 m p＋ 2m n)C． mα>(2 m p＋ 2m n)D．以上关系式都不正确答案B一、对联合能的理解例 1以下对于联合能和比联合能的说法中，正确的选项是()A．核子联合成原子核汲取的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为联合能B．比联合能越大的原子核越稳固，所以它的联合能也必定越大C．重核与中等质量原子核对比较，重核的联合能和比联合能都大D．中等质量原子核的联合能和比联合能均比轻核的要大分析核子联合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是汲取能量， A 选项错误；比联合能越大的原子核越稳固，但比联合能越大的原子核，其联合能不必定大，比如中等质量原子核的比联合能比重核大，但因为核子数比重核少，其联合能比重核小，B、 C 选项错误；中等质量原子核的比联合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，所以它的联合能也比轻核大， D 选项正确．答案D知识总结联合能、比联合能的对照理解(1)核子联合成原子核时必定开释能量，原子核分开成核子时必定汲取能量．汲取或开释的能量越大，表示原子核的联合能越大．(2)比联合能为联合能与核子数的比值，比联合能越大表示原子核越稳固．一般状况下，中等质量的原子核比轻核和重核的比联合能大．二、质量损失和核能的计算例 2 氘核和氚核聚变时的核反响方程为234121H＋ 1H→ 2He＋ 0n，已知 1H的均匀联合能是1.09MeV ，13H 的均匀联合能是 2.78 MeV ，24He 的均匀联合能是7.03 MeV ，则该核反响开释的能量为 ________ MeV .分析聚变反响前氘核和氚核的总联合能E1＝ (1.09× 2＋2.78× 3) MeV＝10.52 MeV.反响后生成的氦核的联合能E2＝ 7.03× 4 MeV ＝ 28.12 MeV.因为单个核子无联合能，所以聚变过程开释出的能量为E＝ E2－ E1＝(28.12－ 10.52) MeV ＝ 17.6 MeV .答案17.6概括总结计算核能的两种方法：(1)依据质量损失计算①依据核反响方程，计算核反响前后的质量损失m.②依据爱因斯坦质能方程E＝mc2计算核能．此中m 的单位是千克， E 的单位是焦耳．(2)利用均匀联合能来计算核能原子核的联合能＝核子的均匀联合能× 核子数．核反响中反响前系统内全部原子核的总联合能与反响后生成的全部新核的总联合能之差，就是该核反响所开释(或汲取 )的核能．针对训练7α粒子．已知质子的质量是 1.673一个锂核 (3Li) 遇到一个质子的轰击，变为两个－ 27kg，锂核的质量是 11.650 5× 10－27－ 276× 10kg，氦核的质量是 6.646 6×10 kg.(1)写出上述核反响的方程；(2)计算上述核反响开释出的能量．答案714×10－ 12 (1)3Li ＋1H → 22He (2)2.781J分析(1)73Li ＋11H → 242He(2)核反响的质量损失m＝ m Li＋ m p－ 2mα＝(11.650 5 × 10－27＋ 1.673 6× 10－27－ 2× 6.646 6× 10－27) kg ＝ 3.09× 10－29 kg 开释的能量E＝mc2＝ 3.09× 10－29×(3 × 108)2 J＝ 2.781× 10－12 J1． (多项选择 )对于原子核的联合能，以下说法正确的选项是()A．原子核的联合能等于使其完整分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变为α粒子和另一原子核，衰变产物的联合能之和必定大于本来重核的结合能133208C．铯原子核 ( 55Cs)的联合能小于铅原子核( 82Pb)的联合能D．比联合能越大，原子核越不稳固E．自由核子构成原子核时，其质量损失所对应的能量大于该原子核的联合能答案ABC分析联合能是把核子分开所需的最小能量，选项 A 正确；一重原子核衰变为α粒子和另一原子核，存在质量损失，核子比联合能增大，衰变产物的联合能之和必定大于本来重核的联合能，选项 B 正确；核子数越多，联合能越大，选项 C 正确；比联合能也叫均匀联合能，比联合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳固，选项 D 错误；自由核子构成原子核时，其质量损失所对应的能量等于该原子核的联合能，选项 E 错误．2．质子、中子和氘核的质量分别为m1、 m2和 m3.当一个质子和一此中子联合成氘核时，释放的能量是 (c 表示真空中的光速 )()A ． (m1＋m2－ m3)c B． (m1－ m2－ m3)cC． (m1＋m2－ m3 )c2D． (m1－ m2－ m3)c2答案C分析由质能方程E＝ mc2，此中m＝m1＋ m2－ m3可得E＝ (m1＋ m2－ m3)c2，选项 C 正确．3．已知氮核质量M N＝ 14.007 53 u，氧 17 核的质量M O＝ 17.004 54 u，氦核质量 M He＝4.00387 u，氢核质量M H＝1.00814417115 u ，试判断：7N＋2He→8O＋1H 这一核反响是汲取能量仍是放出能量？能量变化是多少？(已知 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量 )答案汲取能量 1.2 MeV分析反响前总质量：M N＋ M He＝ 18.011 40 u，反响后总质量：M O＋M H＝ 18.012 69 u.能够看出：反响后总质量增添，故该反响是汲取能量的反响．故E＝ (18.012 69－ 18.011 40)×931.5 MeV ≈ 1.2 MeV .一、选择题 (1～7 为单项选择题， 8 为多项选择题 ) 1．以下对核力的认识正确的选项是()A．任何物体之间均存在核力B．核力宽泛存在于自然界中的核子之间C．核力只存在于质子之间D．核力只发生在相距－15m 内的核子之间，大于－ 151.5× 100.8× 10m 为吸引力，而小于－ 150.8× 10 m 为斥力答案D分析由核力的特色知道，只有相距 1.5× 10－15m 内的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间，由此知 D 正确， A、 B、 C 错误．2. 126C 的核由 6 个质子与 6 此中子构成，两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则三种力从大到小的摆列次序是()A．核力、万有引力、库仑力B．万有引力、库仑力、核力C．库仑力、核力、万有引力D．核力、库仑力、万有引力答案D分析核力是强互相作使劲，是它将核子约束在原子核内；库仑力假如大于核力，原子核内质子就不可以存在于这么小的范围内；万有引力最弱，研究核子间互相作用时万有引力能够忽略．所以 A 、 B、 C 错，选 D.3．原子质量单位为u,1u 相当于 931.5 MeV 的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核联合为质量为M 的原子核时开释出的能量是()个帅哥帅哥的 ffff2A ． (M － m 1－m 2) u × cB ． (m 1＋m 2－ M) u × 931.5 JC ． (m 1＋m 2－ M)cD ． (m 1 ＋m 2－ M)× 931.5 MeV答案D分析 由质能方程E ＝ mc 2 知 C 选项错误；而m ＝ m 1＋ m 2－M ，即反响前总质量减反响 后的总质量，故 A 错误， B 选项单位错误，选项D 正确．4．某核反响方程为 12H ＋13 H → 24He ＋ X. 已知 12H 的质量为 2.013 6 u ，13H 的质量为 3.018 0 u ，24He 的质量为 4.002 6 u ，X 的质量为 1.008 7 u ．则以下说法中正确的选项是 ()A ． X 是质子，该反响开释能量B ． X 是中子，该反响开释能量C ． X 是质子，该反响汲取能量D ． X 是中子，该反响汲取能量答案B分析 依据核反响过程质量数、电荷数守恒，可得23411H ＋ 1H →2He ＋0X ， X 为中子，在该反响发生前反响物的总质量m 1＝2.013 6 u ＋ 3.018 0 u ＝ 5.031 6 u ，反响后产物总质量 m 2＝4.002 6u ＋ 1.008 7 u ＝ 5.011 3 u ．总质量减少，出现了质量损失，故该反响开释能量．5．如图 1 所示是描绘原子核核子的均匀质量 m 与原子序数 Z 的关系曲线， 由图可知以下说法正确的选项是 ( )图 1A ．将原子核 A 分解为原子核B 、C 可能汲取能量个帅哥帅哥的 ffffB ．将原子核C ．将原子核D ．将原子核 D 、E 联合成原子核F 可能汲取能量A 分解为原子核B 、 F 必定开释能量F 、 C 联合成原子核 B 必定开释能量答案C分析因 B 、C 核子均匀质量小于 A 的核子均匀质量，故 A 分解为 B 、C 时，会出现质量亏损，故放出核能，故 A 错．同理可得 B 、D 错， C 正确．6．雷蒙德 ·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子 (νe )而获取了 2002 年度诺贝尔物理学奖，他探测电子中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t 四氯乙烯 (C 2 Cl 4)溶液的巨桶，电子中微子能够将一个氯核转变为一个氩核，其核反响方程式为 ν＋ 37 37 0－37e 17Cl → 18Ar ＋ 1e ，已知 17Cl核的质量为 36.956 58 u ，37－1e 的质量为0.000 55 u,1 u 质量对18Ar 核的质量为 36.956 91 u ， 0 应的能量为 931.5 MeV.依据以上数据，能够判断参加上述反响的电子中微子的最小能量为()A ． 1.33 MeVB ． 0.82 MeVC ． 0.51 MeVD ． 0.31 MeV答案B分析 依据 1 原子质量单位 (u)相当于 931.5 MeV 的能量， 则E ＝ m × 931.5 MeV ＝ (36.95691＋ 0.000 55－ 36.956 58)× 931.5 MeV ≈ 0.82 MeV . 7．中子 n 、质子 p 、氘核 D 的质量分别为 m n 、 m p 、m D .现用光子能量为 E 的 γ射线照耀静止氘核使之分解，核反响方程为γ＋ D → p ＋ n ，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是 ()A.12[(m D － m p －m n )c 2－ E]12B. [(m D ＋ m n － m p )c ＋ E]1 2C.2[(m D－m p － m n )c＋E]12D. [(m D ＋ m n － m p )c －E]答案C分析因为轻核聚变时放出能量，质量损失，所以氘核分解为核子时，要汲取能量，质量增加，此题核反响过程中γ射线能量 E 对应质量的增添和中子与质子动能的产生，即 E＝ mc221212＋2E k＝ (m p＋ m n－ m D)c＋ 2E k得 E k＝2[E－ (m p＋ m n－ m D )c ]＝2[( m D－ m p－ m n)c＋ E]，应选C.8．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005 年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝ mc2，以下说法中正确的选项是()A ． E＝ mc2定量地指出了物体拥有的能量与其质量之间的关系B．依据E＝mc2能够计算核反响中开释的核能C．一此中子和一个质子联合成氘核时，开释出核能，表示此过程中出现了质量损失D． E＝ mc2中的 E 是发生核反响中开释的核能答案ABC分析E＝ mc2中的 E 表示物体拥有的总能量，m 表示物体的质量，故A说法正确；对于E ＝mc2表示的意义是当物体的能量增添或减少 E 时，它的质量也会相应地增添或减少m，故 B 说法正确；只有当出现质量损失时，才能开释核能，故 C 说法正确；公式E＝mc2中，E 为质量为m 的物体所对应的能量，而非核反响中开释的能量， D 错误．二、非选择题9．已知质子的质量是 1.008 665 u 、中子的质量也是 1.008 665 u ，氢原子的质量是 1.007 825 u，碳原子的质量是12.000 000 u,12 个核子联合成碳原子核时，质量损失是________，碳原子核的比联合能是________．(1 u 相当于 931.5 MeV 的能量 )答案0.098 940 u7.68 MeV10.31H 的质量是 3.016 050 u ，质子的质量是 1.007 277 u ，中子的质量是 1.008 665 u ． 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量，求： ( 计算结果保存三位有效数字)(1)一个质子和两此中子联合为氚核时，是汲取仍是放出能量？该能量为多少？(3)假如此能量是以光子形式放出的，则光子的频次是多少？答案(1)放出能量 7.97 MeV(2)7.97 MeV 2.66 MeV(3)1.92 ×1021 Hz分析(1)一个质子和两此中子联合成氚核的核反响方程是1131H＋20 n→ 1H，反响前各核子总质量为m p＋ 2m n＝ 1.007 277 u＋ 2×1.008 665 u＝ 3.024 607 u ，反响后新核的质量为m H＝ 3.016 050 u ，质量损失为m＝ 3.024 607 u－ 3.016 050 u＝ 0.008 557 u因反响前的总质量大于反响后的总质量，故此核反响开释能量．开释的核能为E＝ 0.008 557× 931.5 MeV ≈ 7.97 MeV . (2) 氚核的联合能即为E＝7.97 MeV .它的比联合能为E≈ 2.66 MeV. 3(3)放出光子的频次为E7.97×106× 1.6×10－1921ν＝h＝ 6.63×10－34Hz ≈ 1.92× 10 Hz.11．一个静止的镭核226222226 质量为88Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核86Rn.已知镭核226.025 4 u，氡核 222 质量为 222.016 3 u，放出粒子的质量为 4.002 6 u,1 u 相当于 931.5 MeV 的能量．(1)写出核反响方程；(2)求镭核衰变放出的能量；(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能．答案(1) 22688Ra→22286Rn＋42He (2)6.05 MeV(3)5.94 MeV分析(1)核反响方程为2262224 88Ra→ 86Rn＋ 2He.(2)镭核衰变放出的能量为E＝ m·c2＝(226.025 4 － 4.002 6－222.016 3) × 931.5 MeV≈6.05 MeV.(3) 镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得m Rn v Rn－ mαvα＝ 0①又因为衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则E＝1v212②mRn ＋m v2Rn2α α由①② 可得αm Rn222.016 3×6.05 MeV ≈ 5.94 MeV . E＝·ΔE＝Rn＋mα222.016 3＋4.002 6m。
人教版高中物理选修3-5学案：第十九章 学案1 原子核的组成
1原子核的组成[学习目标] 1.了解什么是放射性、天然放射现象和衰变.2.知道原子核的组成及三种射线的特征.3.理解α衰变和β衰变的规律及实质，并能熟练书写衰变方程.4.理解半衰期的概念，学会利用半衰期解决相关问题．一、天然放射现象和三种射线[导学探究](1)1896年法国科学家贝可勒尔发现了放射性元素自发地发出射线的现象，即天然放射现象．是否所有的元素都具有放射性？放射性物质发出的射线有哪些种类？答案原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线．放射性物质发出的射线有三种：α射线、β射线、γ射线．(2)怎样用电场或磁场判断三种射线粒子的带电性质？答案让三种射线通过匀强电场，则γ射线不偏转，说明γ射线不带电．α射线偏转方向和电场方向相同，带正电，β射线偏转方向和电场方向相反，带负电．或者让三种射线通过匀强磁场，则γ射线不偏转，说明γ射线不带电，α射线和β射线可根据偏转方向和左手定则确定带电性质．(3)三种射线的本质是什么？有哪些特点呢？答案见知识梳理[知识梳理]对天然放射现象及三种射线的认识1．对天然放射现象的认识(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)物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象叫做天然放射现象．(3)原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线．2．对三种射线的认识A．α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速B．β射线能穿透几毫米厚的铅板C．γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱D．β射线的粒子和电子是两种不同的粒子E．α粒子不同于氦原子核答案 C解析19世纪末20世纪初，人们发现了X、α、β、γ射线，经研究知道，X、γ射线均为电磁波，只是波长不同．β射线是电子流，α粒子是氦核，就α、β、γ三种射线的贯穿本领而言，γ射线最强，α射线最弱．二、原子核的组成[知识梳理](1)质子的发现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，测定了它的电荷和质量，确定它是氢原子核，叫做质子，用p或11H表示，其质量为m p＝1.67×10－27_kg.(2)中子的发现①卢瑟福的预言：原子核内可能还有一种不带电的粒子，名字叫中子．②查德威克的发现：用实验证明了中子的存在，用n表示，中子的质量非常接近于质子的质量．(3)原子核的组成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)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，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的总和，而质子与中子的质量几乎相等，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．④原子核的符号(4)同位素具有相同的质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素．例如：氢有三种同位素分别是11H、21H、31H.[即学即用]在α粒子轰击金箔的散射实验中，α粒子可以表示为4He，42He中的4和2分别2表示()A．4为核子数，2为中子数B．4为质子数和中子数之和，2为质子数C．4为核外电子数，2为中子数D．4为中子数，2为质子数答案 B解析根据A Z X所表示的物理意义，原子核的质子数决定核外电子数，原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和，即为核内的核子数.42He符号的左下角表示的是质子数或核外电子数，即为2，42He符号左上角表示的是核子数，即为4，故选项B正确.一、天然放射现象和三种射线例1如图1所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，LL′是厚纸板，MM′是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达O点的射线种类、到达P点的射线种类应属于下表中的()图1解析R时将受到洛伦兹力作用而偏转，γ射线不偏转，故打在O点的应为γ射线；由于α射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是β射线；依据β射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里．答案 C归纳总结1．对放射性和射线的理解：(1)一种元素的放射性，与其是单质还是化合物无关，这说明一种元素的放射性和核外电子无关．(2)射线来自于原子核，说明原子核是可以再分的．2．对三种射线性质的理解：(1)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，而γ射线是光子流，属于电磁波的一种．(2)α射线、β射线都可以在电场或磁场中偏转，但偏转方向不同，γ射线则不发生偏转．(3)α射线穿透能力弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离本领相反．针对训练1如图2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()图2A．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射线答案 C解析根据三种射线的偏转轨迹可知①⑥表示β射线，②⑤表示γ射线，③④表示α射线．选项C正确．二、原子核的组成例2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？(保留三位有效数字)(3)呈电中性的镭原子，核外有几个电子？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≈1.41×10－17 C.(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.答案(1)88138(2)1.41×10－17 C(3)88归纳总结理解熟记以下几点是解题关键：(1)原子核的质子数与原子序数相等．(2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和．(3)对呈电中性的原子，核外电子数等于核内质子数．针对训练2据最新报道，放射性同位素钬16667Ho，可有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是()A．32 B．67 C．99 D．166答案 A解析根据原子核的表示方法得核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故核内中子数与核外电子数之差为99－67＝32，故A对．1．最早发现天然放射现象的科学家为()A．卢瑟福B．贝可勒尔C．爱因斯坦D．查德威克答案 B解析卢瑟福发现质子，查德威克发现中子，爱因斯坦发现了光电效应，贝可勒尔发现天然放射现象，故B正确，A、C、D错误．2．(多选)下列关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的是()A．α粒子就是氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强B．β射线是电子流，其速度接近光速C．γ射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿过几厘米厚的铅板D．以上三种说法均正确答案BC解析α粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A项错误；β射线是电子流，其速度接近光速，B项正确；γ射线的穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C项正确．3．(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．它们的核外电子数相等C．它们的核子数相等D．它们的中子数相等答案AB解析氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都为1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，所以A、B选项正确．4．以下说法正确的是()A.22286 Rn为氡核，由此可知，氡核的质量数为86，氡核的质子数为222B.94Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数答案 D解析A项氡核的质量数为222，质子数为86，所以A错误；B项铍核的质量数为9，中子数为5，所以B错误；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C 错误，D正确．一、选择题(1～5为单选题，6～9为多选题)1．在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是()A．γ射线的贯穿作用B．α射线的电离作用C．β射线的贯穿作用D．β射线的中和作用答案 B解析由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和，使带电体所带的电荷很快消失．2．放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图1所示，其中()图1A．C为氦原子核组成的粒子流B．B为比X射线波长更长的光子流C．B为比X射线波长更短的光子流D．A为高速电子组成的电子流答案 C解析根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，A射线向电场线方向偏转，应为带正电的粒子组成的射线，所以是α射线；B射线在电场中不偏转，所以是γ射线；C射线在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是β射线．3．若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对23592U的原子来说()A．x＝92y＝92z＝235B．x＝92y＝92z＝143C．x＝143y＝143z＝92D．x＝235y＝235z＝325答案 B解析在23592U中，左下标为质子数，左上标为质量数，则y＝92；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝92；中子数等于质量数减去质子数，z＝235－92＝143，所以B选项正确．4．下列关于32He的叙述正确的是()A.32He与31H互为同位素B.32He原子核内中子数为2C.32He原子核内质子数为2D.32He代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子核答案 C解析32He核内质子数为2，31H核内质子数为1.两者质子数不等，不是同位素，A错误；32He原子核内中子数为1，B错误；32He代表原子核内有2个质子和1个中子的氦原子核，核外电子数为2，故C正确，D错误．5．人类探测月球时发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可作为未来核聚变的重要原料之一．氦的该种同位素应表示为()A.43HeB.32HeC.42HeD.33He答案 B解析氦的同位素质子数一定相同，质量数为3，故应表示为32He，因此B正确．6．关于β射线，下列说法中正确的是()A．它是高速电子流B．β粒子是放射出来的原子内层电子C．β粒子是从原子核中放射出来的D．它的电离作用比较弱，但它的穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板答案AC解析β射线是高速电子流，它是从原子核内部放射出来的，电离作用较弱，穿透能力较强，能穿透几毫米厚的铝板，故选项A、C正确．7．关于γ 射线，下列说法正确的是()A．它是处于激发状态的原子核放射的B．它是原子内层电子受到激发时产生的C．它是一种不带电的光子流D．它是波长极短的电磁波答案ACD解析γ射线是激发状态的原子核发出的波长极短的电磁波，是一种光子，故A、C、D正确．8．对天然放射现象，下列说法中正确的是()A．α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的B．β粒子带负电，所以β射线有可能是核外电子C．γ粒子是光子，所以γ射线有可能是由原子发光产生的D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的答案AD解析α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出的，β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，然后释放出电子，γ射线是伴随α衰变和β衰变而产生的．所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的．9．如图2所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的是()图2A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线B．α射线和β射线的轨迹是抛物线C．α射线和β射线的轨迹是圆弧D．如果在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b答案AC解析由左手定则可知粒子向右射出，在匀强磁场中α粒子受到的洛伦兹力向上，β粒子受到的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧．由于α粒子速度的是光速的110，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，本题应选A、C.二、非选择题10．有关168O、178 O、188O三种同位素的比较，试回答下列问题：(1)三种同位素中哪一种粒子数是不相同的？______.A．质子B．中子C．电子(2)三种同位素中，哪一个质量最大？__________.(3)三种同位素的化学性质是否相同？__________.答案(1)B(2) 188O(3)相同解析(1)同位素质子数相同，中子数不同，核外电子数与质子数相同，故不相同的是中子．(2) 168O、178 O、188O的质量数分别是16、17、18、，故188O质量最大．(3)三种同位素质子数相同，故化学性质相同．11．在暗室的真空装置中做如下实验：在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中，有一个能产生α、β、γ三种射线的放射源．从放射源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图3所示，在与放射源距离为H高处，水平放置两张叠放着的、涂药品面朝下的印像纸(比一般纸厚且涂有感光药品的纸)，经射线照射一段时间后两张印像纸显影．(已知mα＝4 u，mβ＝11 840u，vα＝c10，vβ＝c)图3(1)上面的印像纸有几个暗斑？各是什么射线的痕迹？(2)下面的印像纸显出一串三个暗斑，试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比？(3)若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场，一次使α射线不偏转，一次使β射线不偏转，则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少？答案(1)两个暗斑β射线和γ射线(2)5∶184(3)10∶1解析 (1)因α粒子穿透本领弱，穿过下层纸的只有β射线和γ射线，β射线、γ射线在上面的印像纸上留下两个暗斑．(2)下面印像纸上从左向右依次是β射线、γ射线、α射线留下的暗斑．设α射线、β射线留下的暗斑到中央γ射线留下暗斑的距离分别为x α、x β.则对α粒子，有x α＝12a αt 2＝12a α·⎝⎛⎭⎫H v α2，a α＝q α·E m α对β粒子，有x β＝a βt 22＝12a β·⎝⎛⎭⎫H v β2，a β＝q β·E m β联立解得x αx β＝5184. (3)若使α射线不偏转，则q αE ＝q αv αB α，所以B α＝E v α， 同理，若使β射线不偏转，则B β＝E v β.故B αB β＝v βv α＝101.。
高中物理选修3-5导学案第十九章 2
2放射性元素的衰变[学科素养与目标要求]物理观念：1.了解衰变的概念，知道放射现象的实质就是原子核的衰变.2.了解半衰期的概念，知道半衰期的统计意义．科学思维：1.能利用半衰期进行简单的计算.2.知道两种衰变的实质，会利用衰变规律写出衰变方程．一、原子核的衰变1．定义：原子核放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核，我们把这种变化称为原子核的衰变．原子核衰变时电荷数和质量数都守恒．2．衰变类型(1)α衰变：原子核放出α粒子的衰变．进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2，238 92U的α衰变方程：238 92U→234 90Th＋42He.(2)β衰变：原子核放出β粒子的衰变．进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加1，234 90Th的β衰变方程：234 90Th→234 91Pa＋0－1e.3．衰变规律：电荷数守恒，质量数守恒．二、半衰期1．定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．2．特点(1)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大．(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．3．适用条件：半衰期描述的是统计规律，不适用于少数原子核的衰变．4．半衰期公式：N余＝12tNτ⎛⎫⎪⎝⎭原，m余＝12tmτ⎛⎫⎪⎝⎭原，其中τ为半衰期．1．判断下列说法的正误．(1)原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变．(×)(2)β衰变是原子核外电子的电离．(×)(3)同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长．(×)(4)把放射性元素放在低温处，可以减缓放射性元素的衰变．(×)(5)放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用．(√)(6)氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天后只剩下一个氡原子核．(×) 2．碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有____________________________________．答案m 16解析根据半衰期公式m余＝12tmτ⎛⎫⎪⎝⎭原，将题目中的数据代入可知m余＝32812m⎛⎫⎪⎝⎭＝m16.一、原子核的衰变规律与衰变方程如图为α衰变、β衰变示意图．(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？(2)当发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？答案(1)α衰变时，质子数减少2，中子数减少2.(2)β衰变时，新核的核电荷数增加1.新核在元素周期表中的位置向后移动一位．1．衰变类型、实质与方程(1)α衰变：A Z X→A－4Y＋42HeZ－2实质：原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中被释放出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．如：238 92U→234 90Th＋42He.(2)β衰变：A Z X→A Z+1Y＋0-1e.实质：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使电荷数增加1，β衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为：10n→11H＋0-1e.如：234 90Th→234 91Pa＋0－1e.(3)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变产生的．实质：发生α衰变或β衰变后的原子核处于激发态，在向低能级跃迁时以γ光子的形式向外辐射能量．2．衰变规律衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．例1原子核238 92U经放射性衰变①变为原子核234 90 Th，继而经放射性衰变②变为原子核234 91Pa，再经放射性衰变③变为原子核234 92U.放射性衰变①、②和③依次为()A．α衰变、β衰变和β衰变B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变D．α衰变、β衰变和α衰变答案 AU核与234 90Th核比较可知，衰变解析根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，23892①的另一产物为42He，所以衰变①为α衰变，选项B、C错误；234 91Pa核与234 92U核比较可知，衰变③的另一产物为0－1e，所以衰变③为β衰变，选项A正确，D错误．例2238 92U核经一系列的衰变后变为206 82Pb核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)206 82Pb与238 92U相比，质子数和中子数各少了多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程．答案(1)86(2)1022(3)238 92U―→206 82Pb＋842He＋60－1eU衰变为206 82Pb经过x次α衰变和y次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得解析(1)设23892238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②联立①②解得x＝8，y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变，而质子数增加1，故206 82Pb较238 92U质子数少10，中子数少22.(3)衰变方程为238 92U―→206 82Pb＋842He＋60－1e.1．衰变方程的书写：衰变方程用“→”，而不用“＝”表示，因为衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化．2．衰变次数的判断技巧(1)方法：设放射性元素A Z X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素A′Z′Y，则衰变方程为：AX→A′Z′Y＋n42He＋m0－1eZ根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．针对训练在横线上填上粒子符号和衰变类型．(1)238 92U→234 90Th＋________，属于________衰变(2)234 90Th→234 91Pa＋________，属于________衰变(3)210 84Po→210 85At＋________，属于________衰变(4)6629Cu→6227Co＋________，属于________衰变答案(1)42Heα(2)0－1eβ(3)0－1eβ(4)42Heα解析根据质量数和电荷数守恒可以判断：(1)中生成的粒子为42He，属于α衰变．(2)中生成的粒子为0－1e，属于β衰变．(3)中生成的粒子为0－1e，属于β衰变．(4)中生成的粒子为42He，属于α衰变．二、半衰期的理解和有关计算1．什么是半衰期？对于某个或选定的几个原子核能根据该种元素的半衰期预测它的衰变时间吗？答案半衰期是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间．半衰期是统计规律，故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间．2．某放射性元素的半衰期为4天，若有10个这样的原子核，经过4天后还剩5个，这种说法对吗？答案半衰期是大量放射性元素的原子核衰变时所遵循的统计规律，不能用于少量的原子核发生衰变的情况，因此，经过4天后，10个原子核有多少发生衰变是不能确定的，所以这种说法不对．1．对半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量．不同的放射性元素，半衰期不同，有的差别很大．2．半衰期公式N余＝12tNτ⎛⎫⎪⎝⎭原，m余＝12tmτ⎛⎫⎪⎝⎭原式中N原、m原分别表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N余、m余分别表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．3．适用条件半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，因此，半衰期只适用于大量的原子核的衰变．4．影响因素半衰期是放射性元素的一种性质，只与原子核本身的性质有关，其衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，与其所处的化学状态和外部条件无关，即一种放射性元素，不管它以单质存在还是以化合物的形式存在，或者对它加压，或者提高它的温度，都不能改变其半衰期．5．应用：利用半衰期非常稳定的特点，可以测算其衰变过程，推算时间等．例3(多选)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()A．原子核全部衰变所需要的时间的一半B．原子核有半数发生衰变所需要的时间C．相对原子质量减少一半所需要的时间D．该元素原子核的总质量减半所需要的时间答案BD解析放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫做这种元素的半衰期，它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同．放射性元素发生衰变后成为一种新的原子核，原来的放射性元素原子核的个数不断减少，当原子核的个数减半时，该放射性元素的原子核的总质量也减半，故选项B、D正确．例4(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是()A．该古木的年代距今约5 700年B．12C、13C、14C具有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变答案AC解析因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5 700年，选项A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项B错误；根据核反应方程可知，14C衰变为14N 的过程中放出电子，即放出β射线，选项C正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项D错误.1．(衰变方程)下列表示放射性元素碘131(131 53 I)β衰变的方程是()A.131 53I→127 51Sb＋42HeB.131 53I→131 54Xe＋0－1eC.131 53I→130 53I＋10nD.131 53I→130 52Te＋11H答案 B解析β衰变是原子核自发地释放一个β粒子(即电子)产生新核的过程，原子核衰变时质量数与电荷数都守恒，结合选项分析可知，选项B正确．2．(衰变次数的计算)重水堆核电站在发电的同时还可以产生可供研制核武器的钚239(239 94Pu)，U)经过n次β衰变而产生，则n为()钚239可由铀239(23992A．2 B．239 C．145 D．92答案 A解析β衰变规律是质量数不变，质子数增加1.239Pu比239 92U质子数多2，所以发生2次β衰94变，A对．3．(半衰期的理解)下列有关半衰期的说法正确的是()A．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快B．放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度D．降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度答案 A解析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，它反映了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关，故A正确，B、C、D错误．4．(半衰期的相关计算)一个氡核222 86Rn衰变成钋核218 84Po，并放出一个α粒子，其半衰期T＝3.8天．(1)写出该核反应方程；(2)求32 g氡经过多少天衰变还剩余1 g氡．答案(1)222 86Rn→218 84Po＋42He(2)19解析(1)根据衰变过程中质量数和电荷数守恒可知：该核反应的方程是222 86Rn→218 84Po＋42He.(2)根据半衰期公式可知，m余＝12tTm⎛⎫⎪⎝⎭，解得t＝3.8天×5＝19天．一、选择题考点一原子核的衰变1．(多选)由原子核的衰变规律可知()A．放射性元素一次衰变就同时产生α射线和β射线B．放射性元素发生β衰变，产生的新核的化学性质与原来的原子核的化学性质相同C．放射性元素衰变的快慢跟它所处的物理、化学状态无关D．放射性元素发生正电子衰变时，产生的新核质量数不变，电荷数减少1答案CD2．(多选)(2018·广东省汕头市第二次模拟)如图1，静止的238 92U核发生α衰变后生成反冲Th 核，两个产物都在垂直于它们速度方向的匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法正确的是()图1A ．衰变方程可表示为238 92U →234 90Th ＋42HeB ．Th 核和α粒子的圆周轨道半径之比为1∶45C ．Th 核和α粒子的动能之比为1∶45D ．Th 核和α粒子在匀强磁场中旋转的方向相反 答案 AB解析 已知α粒子为42He ，则由电荷数守恒及质量数守恒可知，衰变方程为：238 92U →234 90Th ＋42He ，故A 正确；Th 核和α粒子都带正电荷，则在题图匀强磁场中都是逆时针旋转，故D 错误；由动量守恒可得衰变后v Th v α＝m αm Th ＝4234，则Th 核和α粒子的动能之比12m Th v Th 212m αv α2＝2344×⎝⎛⎭⎫42342＝4234＝2117，故C 错误；粒子在匀强磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，所以有B v q ＝m v 2R ，则R ＝m v Bq ，所以Th 核和α粒子的圆周轨道半径之比R Th R α＝m Th v Th Bq Th ∶m αv αBq α＝2344×4234×290＝145，故B 正确．3．某原子核的衰变过程如下：X ――→β衰变Y ――→α衰变P ，则( ) A ．X 的中子数比P 的中子数少2 B ．X 的质量数比P 的质量数多3 C ．X 的质子数比P 的质子数少1 D ．X 的质子数比P 的质子数多1 答案 D解析设X的质量数为m，质子数为n，P的质量数为x，电荷数为y，则有m＝x＋4，n＝－1＋2＋y，所以有X的质量数比P的质量数多4，X的质子数比P的质子数多1，故B、C 错误，D正确；根据质子数和中子数之和为质量数，以及X的质量数比P的质量数多4，X 的质子数比P的质子数多1，可知X的中子数比P的中子数多3，故A错误．4．(多选)(2018·衡水中学期中)下列说法正确的是()A.226 88Ra衰变为222 86Rn要经过1次α衰变和1次β衰变B.238 92U衰变为234 91Pa要经过1次α衰变和1次β衰变C.232 90Th衰变为208 82Pb要经过6次α衰变和4次β衰变D.238 92U衰变为222 86Rn要经过4次α衰变和4次β衰变答案BC解析原子核经1次α衰变和1次β衰变后质量数减4，核电荷数减1(先减2再加1)，故A 错误；发生α衰变时放出42He，发生β衰变时放出电子0－1e，设238 92U衰变为234 91Pa发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x－y＋91＝92,4x＋234＝238，解得x ＝1，y＝1，故衰变过程为1次α衰变和1次β衰变，故B正确；设232 90Th衰变为208 82Pb发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x－y＋82＝90,4x＋208＝232，解得x＝6，y＝4，故衰变过程要经过6次α衰变和4次β衰变，故C正确；设238 92U衰变为222 86Rn 发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x－y＋86＝92,4x＋222＝238，解得x＝4，y＝2，故衰变过程要经过4次α衰变和2次β衰变，故D错误．考点二半衰期5．(多选)日本福岛核电站泄露事故中释放出大量的碘131，碘131是放射性同位素，衰变时会放出β射线与γ射线，碘131被人摄入后，会危害身体健康，由此引起了全世界的关注．下面关于核辐射的相关知识，说法正确的是()A．人类无法通过改变外部环境来改变碘131衰变的快慢B．碘131的半衰期为8.3天，则4个碘原子核经16.6天后就一定剩下一个原子核C．β射线与γ射线都是电磁波，但γ射线穿透本领比β射线强D．碘131发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的答案AD解析放射性元素衰变的快慢由元素本身决定，与外部环境无关，A正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数几个原子核无意义，B错误；β射线是高速电子流，γ射线是电磁波，故C 错误；β衰变的实质是10n →11H ＋ 0－1e ，D 正确．6．有甲、乙两种放射性元素，它们的半衰期分别是τ甲＝15天，τ乙＝30天，它们的质量分别为M 甲、M 乙，经过60天后这两种元素的质量相等，则它们原来的质量之比M 甲∶M 乙是( ) A ．1∶4 B ．4∶1 C ．2∶1 D ．1∶2答案 B 解析 由12t M τ⎛⎫⎪⎝⎭甲甲 ＝12tM τ⎛⎫ ⎪⎝⎭乙乙可得：601512M ⎛⎫ ⎪⎝⎭甲＝603012M ⎛⎫⎪⎝⎭乙，解得M 甲∶M 乙＝4∶1，B 正确．考点三 衰变和半衰期的综合应用7．(多选)钍234 90Th 具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤234 91Pa ，同时伴随有γ射线产生，其方程为234 90Th →234 91Pa ＋X ，钍的半衰期为24天．则下列说法中正确的是( ) A ．X 为质子B ．X 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C ．γ射线是镤原子核放出的D ．1 g 钍234 90Th 经过120天后还剩0.312 5 g 答案 BC解析 根据电荷数和质量数守恒知，钍核衰变过程中放出了一个电子，即X 为电子，故A 错误；发生β衰变时释放的电子由核内一个中子转化成一个质子时产生的，故B 正确；γ射线是镤原子核放出的，故C 正确；钍的半衰期为24天，1 g 钍234 90Th 经过120天即经过5个半衰期，故经过120天后还剩0.031 25 g ，故D 错误．8．(多选)238 92U 是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射性衰变，如图2所示，可以判断下列说法正确的是( )238 92U ―→210 83Bi ,X 210 a Po Y ↓ ↓Zb 81Tl 206 82Pb 图2A ．图中a 是84，b 是206B ．Y 是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的C ．Y 和Z 是同一种衰变D．从X衰变中放出的射线电离能力最强答案AC解析210 83Bi衰变成210a Po，质量数不变，可知发生的是β衰变，则电荷数多1，可知a＝84，210 83 Bi衰变成b81Tl，知电荷数少2，发生的是α衰变，质量数少4，则b＝206，故A正确，B错误．Z衰变，质量数少4，电荷数少2，发生的是α衰变，Y和Z是同一种衰变，故C正确．从X衰变中放出的射线是β射线，电离能力不是最强，故D错误．9．(多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，放出的一个α粒子和反冲核轨道半径之比R∶r＝30∶1，如图3所示，则()图3A．衰变后瞬间α粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B．反冲核的原子序数为62C．原来放射性元素的原子序数为62D．反冲核与α粒子的速度之比为1∶62答案AC解析由动量守恒得M v′＋m v＝0，其中M v′为反冲核动量，m v为α粒子的动量，则α粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反．设Q为原来放射性元素的原子核的电荷数，α粒，α粒子的轨道半子电荷数为2，则反冲核的电荷数为Q－2.反冲核的轨道半径r＝M v′B(Q－2)e径R＝m v；又R∶r＝30∶1，联立可得Q＝62，故A、C正确．B·2e二、非选择题10．放射性元素3015P 衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.3215P 是3015P 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1 mg 3215P 随时间衰变的关系如图4所示，请估算4 mg 的3215P经过________天的衰变后还剩0.25 mg.图4答案 正电子 56解析 核反应方程式为：3015P →3014Si ＋X ，由质量数守恒知X 的质量数为0，由电荷数守恒知X的电荷数为1，所以X 为正电子；由题图知半衰期大约为14天，由公式0.25 mg ＝4 mg ×1412t ⎛⎫⎪⎝⎭，知t ＝56天． 11.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图5所示)，今测得两个相切圆半径之比r 1∶r 2＝1∶44.求：图5(1)这个原子核原来所含的质子数是多少？ (2)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由) 答案 (1)90 (2)见解析解析 (1)设衰变后新生核的电荷量为q 1，α粒子的电荷量为q 2＝2e ，它们的质量分别为m 1和m 2，衰变后的速度分别为v 1和v 2， 所以原来原子核的电荷量q ＝q 1＋q 2. 根据轨道半径公式有r 1r 2＝m 1v 1Bq 1m 2v 2Bq 2＝m 1v 1q 2m 2v 2q 1，又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则m 1v 1＝m 2v 2， 以上三式联立解得q ＝90e .即这个原子核原来所含的质子数为90.(2)因为动量大小相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比，所以圆轨道2是α粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹．12．天然放射性铀(238 92U)发生衰变后产生钍(234 90Th)和另一个原子核． (1)请写出衰变方程；(2)若衰变前铀(238 92U)核的速度为v ，衰变产生的钍(234 90Th)核的速度为v 2，且与铀核速度方向相同，试估算产生的另一种新核的速度．答案 (1)238 92U →234 90Th ＋42He (2)1214v ，方向与铀核速度方向相同 解析 (1)由原子核衰变时电荷数和质量数都守恒，有238 92U →234 90Th ＋42He. (2)由(1)知新核为氦核，设氦核的速度为v ′，一个核子的质量为m ，则氦核的质量为4m 、铀核的质量为238m 、钍核的质量为234m ， 由动量守恒定律，得238m v ＝234m ·v2＋4m v ′，解得v ′＝1214v ，方向与铀核速度方向相同．。
人教版高中物理选修3-5课件第十九章学案1-学案2
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学案1～学案2 本 学 案 栏 目 开 关
学案1～学案2
学案 1 原子核的组成 学案 2 放射性元素的衰变
本 学
[学习目标定位]
案 栏
1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象.
目
开 关
2.知道三种射线的特性，知道原子核的组成，会正确书写原子
核符号.
3.知道衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程.
本
解析 每经 1 个半衰期放射性物质的质量都减半，则经过 n
学 案 栏 目 开
个半衰期剩余的质量为 m＝m0(12)n. 设 6 小时经过的半衰期个数为 n，则(12)n＝18，所以 n＝3.
关
则2114Na 的半衰期为 T＝nt ＝2 h．
答案 2 h
目
开 关
(3)放射性元素自发地发出射线的现象叫做 天然放射现象 ,
原子序数大于或等于 83 的元素，都能自发地发出射线．
5．三种射线：在射线经过的空间施加磁场,射线分裂成三束,其中
两束在磁场中向不同的方向偏转,说明这两束是 带电粒子流 ,
另一束不偏转的不带电.
知识·储备区
学案1～学案2
6．原子核的组成
示,X 为未知放射源,它向右方发射放射线.
放射线首先通过一块薄铝箔 P(厚度约为
1 mm),并经过一个强磁场区域后到达计数
本 学
器，计数器上单位时间内记录到的射线粒
案 栏
子是一定的，现将强磁场移开，计数器单
图5
目 位时间内所记录的射线粒子基本保持不变,
开
关 然后将薄铝箔 P 移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子
所以剩下的质量之比为 1∶2.
人教课标版高中物理选修3-5：《原子核的组成》导学案-新版
原子核的组成一、学习目标：1．知道什么是放射性及放射性元素；2．知道三种射线的特性；3．知道原子核的组成，会正确书写原子核的符号；4．通过核结构模型的探究，经历分析和解决问题的过程，体会物理学的研究方法。
二、学习重点：天然放射现象及其规律，原子核的组成。
三、学习难点：知道三种射线的性质和原子核的组成。
四、课堂学习研讨：【问题1】：看书第65页，“天然放射现象”一部分，并完成讲学稿。
（一）、天然放射现象1．放射性：物质发射____________的性质称为放射性。
2．放射性元素：具有____________的元素，称为放射性元素。
3．放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于或等于________的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。
4．天然放射现象：放射性元素自发地____________的现象，叫做天然放射现象。
____________发现了天然放射现象。
天然放射现象说明了原子核具有复杂结构，原子核还可再分。
例1：天然放射现象说明：（）A．原子不是单一的基本粒子B．原子核不是单一的基本粒子C．原子内部大部分是空的D．原子是由带正电和带负电的基本粒子组成的【问题2】通过课件分析：1．在磁场中：观察到的现象是什么？分析三种射线的电性。
2．在电场中：观察到的现象是什么？分析三种射线的电性。
【问题3】看书第65页，“射线到底是什么”一部分，分组讨论进行总结，填入表格。
（二）、三种射线例2：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中的作用下分为a、b、c三束，以下判断正确的是（）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射线例3：一放射源放出某种或多种射线，当用一张薄纸放在放射源前面时，射线的强度减为原来的1/3，而当用1cm厚的铝板放在放射源前面时，射线的强度减小到几乎为零。
由此可知，该放射源所放射出的（）A．仅是α射线B．仅是β射线C．是α射线和β射线D．是α射线和γ射线【问题4】看书第66页，“原子核的组成”一部分，分组讨论填写讲学稿。
人教版高中物理选修35 第十九章原子和原子核复习导学案
人教版高中物理选修3-5原子和原子核复习导学案散射实验.（1）实验装置如图所示：如图所示，用α粒子轰击金箔，由于金原子中的带电微粒对α粒子有库仓力作用，一些α粒子穿过金箔后改变了运动方向，这种现象叫做α粒子散射.荧光屏可以沿着图中虚线转动，用来统计向不同方向散射的粒子数目.全部设备装在真空中.（2）实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转.（3）现象解释：认为原子中的全部正电荷和几乎所有质量都集中到一个很小的核上，由于核很小，大部分α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的库仑力很小，它们的运动几乎不受影响.只有少数α粒子从原子核附近飞过，明显受到原子核的库仑力而发生大角度偏转.2.原子的核式结构模型内容：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间运动.[说明] 核式结构模型的实验基础是α粒子散射实验，从α粒子散射的实验数据，估计原子核半径的数量级为10-14m～10-15m，而原子半径的数量级是10-10m.3.玻尔的原子模型内容：玻尔认为，围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫轨道量子化；不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的.理解要点：玻尔的原子模型是以假说的形式提出来的，包括以下三方面的内容：○1轨道假设：即轨道是量子化的，只能是某些分立的值.状态，这些状态中原子是稳定的，不向外辐射能量.○3跃迁假设：原子在不同的状态具有不同的能量，从一个定态向另一个定态跃迁时要辐射或吸收一定频率的光子，该光子的能量，等于这两个状态的能级差.4.三种射线的比较○1α射线：是氦核（42He）流，速度约为光速的十分之一，在空气中射程几厘米，贯穿本领小，电离作用强.○2β射线：是高速的电子流，穿透本领较大，能穿透几毫米的铝板，电离作用较弱.○3γ射线：是高能光子流，贯穿本领强，能穿透几厘米铅板，电离作用小.[说明] 放射性元素有的原子核放出α射线，有的放出β射线，多余的能量以γ光子的形式射出.5.衰变定义：放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变.衰变规律：电荷数和质量数都守恒.○1α衰变：M Z X→42--M Z Y+42He，α衰变的实质是某元素的原子核放出由两个质子和两个中子组成的粒子（即氦核）.○2β衰变：M Z X→M Z1+Y+01-e，β衰变的实质是某元素的原子核内的一个中子变为一个质子时放射出一个电子.○3γ衰变：γ衰变是伴随α衰变或β衰变同时发生的.γ衰变不改变原子核的电荷数和质量数.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子.[例3] 23892U衰变后22286Rn共发生了次α衰变和次β衰变.[解析] 根据衰变规律，Rn的质量数比U的质量数减少了238-222＝16，而天然放射只有α衰变才能使质量数减少，且每次α衰变减少质量数为4，故发生了16÷4＝4次α衰变.因每次α衰变核的电荷数减少2，故由于α衰变核的电荷数应减少4×2＝8.而Rn核的电荷数仅比U核少了92-86＝6，故说明发生了2次β衰变（即92-8+2＝86）.[答案] 发生了4次α衰变，2次β衰变.[评价] 在分析有关α、β衰变的问题时，应抓住每次α衰变质量数减4，电荷数减2和每次β衰变时质量数不变，电荷数加1这一衰变规律进行分析.6.半衰期定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，叫这种元素的半衰期.[说明] （1）半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定的，跟原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关.（2）半衰期只对大量原子核衰变才有意义，因为放射性元素的衰变规律是统计规律，对少数原子核衰变不再起作用.（3）确定衰变次数的方法：设放射性元素AZX经过n次α衰变m次β衰变后，变成稳定的新元素AZ ''Y，则表示核反应的方程为：AZX→A Z ''Y+n42He +m01-e.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程两式联立得：由此可见确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组.7.放射性同位素的应用（1）利用它的射线如利用钴60放出的很强的γ射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹，这叫γ射线探伤，利用放射线的贯穿本领了解物体的厚度和密度的关系，可以用放射性同位素来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度，从而自动控制生产过程，再如利用α射线的电离作用，可以消除机器在运转中因摩擦而产生的有害静电，利用射线杀死体内的癌细胞等.（2）做示踪原子如在生物科学研究方面，同位素示踪技术起着十分重要的作用，在人工方法合成牛胰岛素的研制、验证方向、示踪原子起着重要的作用.在输油管线漏的检查和对植物生长的检测方面，示踪原子都起着重要作用.[例4] 如图所示是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图.（1）请你简述自动控制的原理；（2）如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在α、β和γ三种射线中，你认为哪一种射线在铝板的厚度控制中起主要作用，为什么？[解析] （1）放射线具有穿透本领，如果向前运动的铝板的厚度有变化，则探测器接收到的放射线的强度就会随之变化，这种变化被转变为电信号输入到相应的装置，进而自动控制如上图中右侧的两个轮间的距离，使铝板的厚度恢复正常.（2）β射线起主要作用，因为α射线的贯穿本领很小，一张薄纸就能把它挡住，更穿不过1毫米的铝板；γ射线的贯穿本领非常强，能穿过几厘米的铅板，1毫米左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化不大；β射线的贯穿本领较强，能穿过几毫米的铝板，当铝板的厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化较大，探测器可明显地反应出这种变化，使自动化系统做出相应的反应.8.核能的计算（1）质能方程：爱因斯担的相对论指出，物体的质量和能量存在着密切联系，即E=mc2.这就是爱因斯坦的质能方程.[说明] 质能方程告诉我们质量和能量之间存在着简单的正比关系.物体的能量增大了，质量也增大了；能量减小了，质量也减小.且核反应中释放的能量与质量亏损成正比：（2）核能：核反应中放出的能量称为核能.（3）核能的计算根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损（m ∆）的千克数乘以真空中光速的平方.即根据1原子质量单位（u ）相当于931.5MeV 能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV.即5.931⨯∆=∆m E MeV[例5] 已知氮核质量m N =14.00753u ，氧核质量m 0=17.00454u ，氦核质量m He =4.00387u ，质子质量00815.1=H m u ，试判断核反应：141N+42He →178O+11H是吸能反应，还是放能反应，能量变化多少？[解析] 先计算出质量亏损m ∆，然后由1u 相当于931.5MeV 能量代入计算即可.反应前总质量01140.18=+He N m m u 反应后总质量01269.180=+H m m u因为反应中质量增加，所以此反应为吸能反应，所吸收能量为： =(18.01269-18.01140)×931.5 MeV =1.2 MeV[例6] 一个静止的23292U （原子质量为232.0372u ），放出一个α粒子（原子质量为4.00260u ）后，衰变成22890Th （原子质量为228.0287u ）.假设放出的结合能完全变成Th 核和α粒子的动能，试计算α粒子的动能.[剖析] 由质能方程可计算释放的核能，然后结合动量守恒和能量关系可求解.[解析] 反应中产生的质量亏损0059.0)(=+-=∆αm m m m Th U u反应中释放的核能：5.931⨯∆=∆m E MeV=5.5MeV 在U 核衰变过程中的动量守恒、能量守恒，则 解以上两式得： 则α粒子的动能221αααv m E =E m m m Th Th ∆+=α5.54228228⨯+=MeV=5.41MeV 9.原子核的人工转变及其三大发现原子核的人工转变：用人工方法使一种原子核变成另一种原子核的变化.原子核人工转变的三大发现： ○11919年卢瑟夫发现质子的核反应： 141N+42He →178O+11H○21932年查德威克发现中子的核反应： 一般说来，“教师”概念之形成经历了十分漫长的历史。
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第十九章原子核19．1 原子核的组成★学习目标（一）知识与技能1．了解天然放射现象及其规律。
2．知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。
3．知道原子核的组成，知道核子和同位素的概念。
（二）过程与方法1．通过观察，思考，讨论，初步学会探究的方法。
2．通过对知识的理解，培养自学和归纳能力。
（三）情感、态度与价值观1．树立正确的，严谨的科学研究态度。
2．树立辨证唯物主义的科学观和世界观。
★学习重点：天然放射现象及其规律，原子核的组成。
★学习难点：知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。
★课时安排：1 课时★课前导学：1、原子的组成：2、电子是如何发现的3、α粒子散射实验的现象是α粒子散射实验得到的结论是4、玻尔理论的基本假设是玻尔理论的基本假设揭示氢原子核外的电子是如何运动的★学习过程1．原子核内部是什么结构原子核是否可以再分它是由什么微粒组成用什么方法来研究原子核呢2．人类认识原子核的复杂结构和它的变化规律，是从开始的。
①②3．天然放射现象（1）放射性(radioactivity)天然放射现象放射性元素．（2）放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，4．射线到底是什么把放射源放入由铅做成的容器中，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磁场，发现射线如图所示：思考与讨论：①你观察到了什么现象为什么会有这样的现象②如果α射线，β射线都是带电粒子流的话，根据图判断，他们分别带什么电荷。
③如果不用磁场判断，还可以用什么方法判断三种射线的带电性质学生分组讨论请同学们阅读课文后填写表格：射线种类组成速度贯穿本领电离作用α射线β射线γ射线结论：①实验发现：②三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到5．原子核的组成①质子：由谁发现的怎样发现的②中子：发现的原因是什么是由谁发现的结论：①质子(proton)带中子(nucleon)③原子核的组成核子③原子核的电荷数是不是电荷量原子核的电荷数④原子核的质量数是不是质量原子核的质量数⑤原子核的电荷数=原子核的质量数=⑥原子核符号表示练习：一种铀原子核的质量数是235，问：它的核子数，质子数和中子数分别是多少6．同位素(isotope)（1）定义：（2）性质：。
提问：列举一些元素的同位素巩固练习例：下列说法正确的是（ ） A ．β射线粒子和电子是两种不同的粒子 B ．红外线的波长比X 射线的波长长 C ．α粒子不同于氦原子核 D ．γ射线的贯穿本领比α粒子强 1．天然放射现象显示出（ ）A ．原子不是单一的基本粒子B ．原子核不是单一的基本粒子C ．原子内部大部分是空的D ．原子有一定的能级 2．β衰变中所放出的电子，来自（ ）A ．原子核外内层电子B ．原子核内中子衰变为质子放出的电子C ．原子核内所含电子D ．原子核内质子衰变为中子放出的电子 3．α射线的本质是（ ） A ．电子流 B ．高速电子流C ．光子流D ．高速氦核流4．关于β粒子的下面说法中正确的是（ ）A ．它是从原子核放射出来的B ．它和电子有相同的性质C ．当它通过空气时电离作用很强D ．它能贯穿厚纸板 5．关于γ射线的说法中，错误的是（ ）A ．γ射线是处于激发状态的原子核放射的B ．γ射线是从原子内层电子放射出来的C ．γ射线是一种不带电的中子流D ．γ射线是一种不带电的光子流6．A 、B 两种放射性元素，原来都静止在同一匀强磁场，磁场方向如图所示，其中一个放出α粒子，另一个放出β粒子，α与β粒子的运动方向跟磁场方向垂直，图中a 、b 、c 、d 分别表示α粒子，β粒子以及两个剩余核的运动轨迹 （ ）A ．a 为α粒子轨迹，c 为β粒子轨迹B ．b 为α粒子轨迹，d 为β粒子轨迹C ．b 为α粒子轨迹，c 为β粒子轨迹D ．a 为α粒子轨迹，d 为β粒子轨迹 7．Pb 20982核的质子数为 ，中子数为 ，质量数为_______，电荷数为______。
19．2 放射性元素的衰变★学习目标（一）知识与技能1．知道放射现象的实质是原子核的衰变2．知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律3．理解半衰期的概念（二）过程与方法1．能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式2．能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）（三）情感、态度与价值观通过传说的引入，对学生进行科学精神与唯物史观的教育，不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求，从而引领学生进入一个美妙的微观世界。
★学习重点：原子核的衰变规律及半衰期★学习难点：半衰期描述的对象★课时安排：1 课时★课前导学：1.什么是化学反应方程式2.什么是离子反应方程式3.原子核的结构★学习过程1．原子核的衰变原子核的衰变：。
α衰变：。
β衰变：。
2．衰变方程式①衰变方程式：②衰变方程式和化学反应方程式、离子反应方程式有何联系与区别③衰变方程式遵守的规律：特别注意：3. 衰变的实质γ射线:4．半衰期(自主学习)放射性元素的衰变的快慢有什么规律用什么物理量描述这种描述的对象是谁m/m0＝(1/2)半衰期表示。
元素的半衰期：；注意：半衰期描述的对象是。
元素的半衰期反映的是。
★巩固练习例1：配平下列衰变方程234U→23090Th+( )23490U→92234Pa+()91例2：钍232（23290Th）经过________次α衰变和________次β衰变，最后成为铅208（20882Pb）某原子核的中子数为138，经过5次α衰变和4次β衰变后，中子数变为_________。
1．下列关于放射性元素衰变的描述，哪些是错误的（）A．原子核放出电子后，它的质量数不变而电荷数却减少1。
B．核衰变时放出的射线都是由带电粒子所组成的C．半衰期表示放射性元素衰变的快慢，它和外界的温度、压强无关。
D．γ衰变不改变元素在周期表上的位置2．A、B两种放射性元素，它们的半衰期分别为t A=10天，t B＝30天，经60天后，测得两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比为（）A．3∶1 B．48∶63 C．1∶16 D．16∶13．关于放射性元素原子核的衰变，下列叙述中哪些是正确的（）A．γ射线是伴随α射线或β射线而发射出来的B．半衰期的大小不随化学状态、温度等变化而变。
C．某核放出一个β粒子或α粒子后，都变成一种新元素的原子核。
D．若原来有某种放射性元素的原子核10个，则经一个半衰期后，一定有5个原子核发生了衰变。
19．3 探测射线的方法★学习目标（一）知识与技能1．知道放射线的粒子与其他物质作用时产生的一些现象.2．知道用肉眼不能直接看到的放射线可以用适当的仪器探测到．3．了解云室、气泡室和计数器的简单构造和基本原理．（二）过程与方法1．能分析探测射线过程中的现象.2．培养学生运用已知结论正确类比推理的能力（三）情感、态度与价值观1．培养学生认真严谨的科学分析问题的品质.2．从知识是相互关联、相互补充的思想中，培养学生建立事物是相互联系的唯物主义观点3．培养学生应用物理知识解决实际问题的能力★学习重点：根据探测器探测到的现象分析、探知各种运动粒子。
★学习难点：1．探测器的结构与基本原理。
2．如何观察实验现象,并根据实验现象，分析粒子的带电、动量、能量等特性，从而判断是何种射线，区分射线的本质是何种粒子。
★课时安排：1 课时★课前导学：1.α、β、γ射线的本质是什么各有那些特征2. 放射线是看不见的，我们可以如何探知放射线的存在的呢★学习过程1．威耳逊云室（自主学习+分小组讨论）提问：（1）构造是什么（2）基本原理是什么（3）怎样才能观察到射线的径迹强调：观察α、β射线在云室中的径迹，比较两种径迹的特点，并分析其原因．学生分析并回答：2．气泡室提问：比较气泡室的原理同云室的原理。
学生讨论并回答：根据云室照片上记录的情况，可以分析出．3．盖革—弥勒计数器（1）盖革—弥勒计数管的构造如何（2）盖革—弥勒计数管的基本原理是什么（3）G—M计数器的特点是什么还有如闪烁计数器、乳胶照相、火花室和半导体探测器等探测器装置，利用这些装置能更精确地测定粒子的各种性质，感兴趣的同学可以查找这方面的资料阅读．随着科学技术的发展，探测射线的手段不断改进，近年来，由于探测仪器大都和电子计算机直接连接，实现了对实验全过程电子计算机控制、计算、数据处理，已经使实验方法高度自动化．学生课后查阅有关资料，了解更精确的探测放射线的方法。
19．4 放射性的应用与防护★学习目标（一）知识与技能（1）知道什么是核反应，会写出人工转变方程。
（2）知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不同点。
（3）了解放射性在生产和科学领域的应用。
（4）知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识。
（二）过程与方法：渗透和安全地开发利用自然资源的教育。
（三）情感、态度与价值观：培养学生收集信息、应用已有知识、处理加工信息、探求新知识的能力。
★学习重点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律。
★学习难点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律★课时安排：1 课时★课前导学：1.什么是衰变衰变的形式有哪些2.衰变方程怎么书写3.衰变过程中遵循的规律。
4.三种衰变产生的射线的性质。
★学习过程1．核反应：。
在核反应中遵循。
人工转变核反应方程：→+He N 42147 →+He Be 4294例：写出下列原子核人工转变的核反应方程。
（1）1123Na 俘获1个α粒子后放出1个质子（2）1327Al 俘获1个α粒子后放出1个中子（3）816O 俘获1个中子后放出1个质子（4）1430Si 俘获1个质子后放出1个中子学生：理解并记住核反应方程，通过方程理解核反应中遵循的规律。
2．人工放射性同位素（1）放射性同位素： 。
放射性同位素有 两种，它们的 。
（2）人工放射性同位素（3）人工放射性同位素的优点：。
（4）凡是用到射线时，都用人造放射性同位素3．放射性同位素的应用：（1）利用射线：（2）作为示踪原子如何将放射性物质作为示踪原子的原理。
4．辐射与安全★课堂小结★巩固练习1．1965年，我国科学家首次用人工方法合成的结晶牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一种物质，所使用的鉴别技术是( )A．学分析B．同位素示踪原子C．光谱分析D．测定介电常数2．联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹．贫铀是从金属中提炼铀235以后的剖产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物可长期危害环境．下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是( )①由于爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害②爆炸后的弹片不会对人体产生危害③铀238的衰变速率很快④铀的半衰期很长A．①②B．③C．①④D．②④3．美国前总统老布什曾让医生们虚惊了一场．那是在访日宴会上突然昏厥，美国政府急忙将他送回国，医生用123I进行诊断，通过体外跟踪，迅速查出了病因．这是利用123I所放出的( )A．热量B．α射线C．β射线D．γ射线4．美国医生用123I对老布什总统诊断，使其很快恢复健康，123I的特性是( ) A．半衰期长，并迅速从体内清除B．半衰期长，并缓慢从体内清除C．半衰期短，并迅速从体内清除D．半衰期短，并缓慢从体内消除5．医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是( )A．示踪原子B．电离作用C．催化作用D．贯穿作用6．下列哪一种医学治疗、检查手段运用了放射性同位素放出的射线( ) A．B超B．化疗医治肿瘤C．X光透视D．CT断层扫描7．一小瓶含有某种放射性同位素的溶液，每分钟衰变6000次，将它注射到某人的血液中，经过15h后从此人身上取出10mL的血液，测得每分钟有2次衰变，已知这种同位素的半衰期为5h，试计算这个人血液的总体积为多少核力与结合能★学习目标（一）知识与技能（1）知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；（2）知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小；（3）理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；（4）知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。