2019-2020学年鲁科版物理选修3-5新素养同步讲义：第3章 第1节 原子核结构 Word版含答案
第1节原子核结构1.了解质子和中子的发现过程．(重点＋难点)2.知道原子核的组成，理解核子、同位素的概念．3．了解核反应的概念，会书写核反应方程．(重点)一、质子和中子的发现1.质子的发现(1)实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子．(2)结论：质子是原子核的组成部分．2.中子的发现卢瑟福依据什么猜想原子核中存在着中子？提示：元素的原子核的质量大体上是质子质量的整数倍，但原子核的电荷数仅仅是质量数的一半或更少一些．二、原子核的组成1.原子核组成由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电，质子、中子统称为核子，原子核常用符号A Z X表示．X表示元素符号，A表示质量数，Z表示核电荷数．基本关系：核电荷数＝质子数＝原子序数．质量数＝质子数＋中子数＝核子数．2.同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，如氢的三种同位素11H、21H、31H.3.核反应方程(1)核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子．(2)意义：能够用人工方法改变原子核．(3)书写核反应方程遵循的原则：核反应满足反应前、后核电荷数和质量数都守恒．(4)卢瑟福发现质子的核反应方程：4He＋147N→178O＋11H．2查德威克证实中子存在的核反应方程：9Be＋42He→126C＋10n．4(1)质子和中子都不带电，是原子核的组成成分，统称为核子．()(2)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．()(3)同位素具有不同的化学性质．()提示：(1)×(2)√(3)×质子和中子的发现1.质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，结果从氮核中打出了一种粒子，并测定了它的电荷与质量，知道它是氢原子核，把它叫做质子，后来人们又从其他原子核中打出了质子，故确定质子是原子核的组成部分．2.中子的发现(1)1920年卢瑟福预言：原子核内可能还存在质量跟质子相近的不带电的中性粒子，并将其称为中子．(2)1930年德国物理学家博特和他的学生贝克利用α粒子轰击铍时发现了一种穿透力极强的射线，1932年约里奥·居里夫妇对这种射线进行了研究，并发现如果用这种射线轰击石碏，能从石蜡中打出质子．由于旧观念的影响，他们都把这种射线认为是γ射线，而实际上是中子流．(3)查德威克的发现：1932年，查德威克对这种射线进行了研究，发现这种射线是一种不带电、质量接近质子的粒子流，这种粒子正是卢瑟福猜想的中子，从而确定中子也是原子核的组成部分．如图为卢瑟福发现质子的实验装置，M是显微镜，S是荧光屏，窗口F处装铝箔，氮气从阀门T充入，A是放射源，在观察由质子引起的闪烁之前需进行必要调整的是()A．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上能见到α粒子引起的闪烁B．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上见不到质子引起的闪烁C．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上能见到质子引起的闪烁D．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上见不到α粒子引起的闪烁[思路点拨] 从实验目的出发，结合选项，看是否能达到实验目的．[解析] 实验目的是观察α粒子轰击氮核产生新核并放出质子，所以实验前应调整铝箔的厚度，恰使α粒子不能透过，但质子仍能透过，故选D.[答案] D如图为查德威克实验示意图．由天然放射性元素Po 放出的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 ，经研究知道()A ．A 为中子，B 为质子B ．A 为质子，B 为中子C ．A 为γ 射线，B 为中子D ．A 为中子，B 为γ 射线解析：选A.不可见射线(即粒子流)A 轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见射线应该是中子，故A 正确．原子核的组成及核反应方程1.原子核(符号A Z X)原子核⎩⎪⎨⎪⎧大小：很小，半径为10－15～10－14 m 组成⎩⎪⎨⎪⎧质子：电量e ＝＋1.6×10－19 C 质量m p ＝1.6726231×10－27 kg 中子：电量e ＝0 质量m n ＝1.6749286×10－27kg 同位素：质子数相同，中子数不同的原子 2.基本关系核电荷数＝质子数＝原子序数质量数＝质子数＋中子数＝核子数3.核反应、核反应方程(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单箭头方向表示反应方向，不能用等号连接．(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据核电荷数守恒和质量数守恒凭空杜撰生成物．(3)书写核反应方程时，应先将已知的原子核和未知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置，然后再根据质量数守恒和核电荷数守恒确定未知的原子核或未知粒子的质量数和核电荷数，最后根据其核电荷数确定是哪种元素或粒子，在适当位置填上它们的符号．本题中用大写字母代表原子核．E 经α衰变成为F ，再经β衰变成为G ，再经α衰变成为H.上述系列衰变可记为下式：E ――→αF ――→βG ――→αH ；另一系列衰变如下：P ――→βQ ――→βR ――→αS.已知P 是F 的同位素，则( )A ．Q 是G 的同位素，R 是H 的同位素B ．R 是E 的同位素，S 是F 的同位素C ．R 是G 的同位素，S 是H 的同位素D ．Q 是E 的同位素，R 是F 的同位素[解析] y x E →y －4x －2F ＋42He ，y －4x －2F →y －4x －1G ＋ 0－1e ，y －4x －1G →y －8x －3H ＋42He ； z x －2P → z x －1Q ＋ 0－1e ， z x －1Q →z x R ＋ 0－1e ，z x R →z －4x －2S ＋42He.同位素具有相同的质子数和不同的中子数，由核衰变方程式中各原子核的上下标可得到R 是E 的同位素，S 是F 和P 的同位素，Q 是G 的同位素，所以B 选项正确．[答案] B解决此类题一般从核衰变方程入手，正确地写出核衰变方程是解决此类题的关键．[随堂检测]1.卢瑟福预想到原子核内除质子外，还有中子的事实依据是( )A ．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更少一些D ．质子和中子的质量几乎相等解析：选C.卢瑟福预言中子的存在的依据是原子核的质量大约是质子质量的整数倍，而核电荷数却是原子核质量数的一半或更少一些，C 正确．2.关于以下各个核反应方程，说法正确的是( )A.14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H 是卢瑟福发现质子的核反应方程B.2311Na ＋21H ―→2411Na ＋11H 是卢瑟福发现质子的核反应方程C.94Be ＋42He ―→12 6C ＋10n 是卢瑟福预言存在中子的核反应方程 D.10 5B ＋42He ―→13 7N ＋10n 是查德威克发现中子的核反应方程 解析：选A.卢瑟福发现质子的核反应方程为14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H ，查德威克发现中子的核反应方程为94Be ＋42He ―→12 6C ＋10n.所以A 正确，B 、C 、D 错误． 3.(多选)32He 可以作为核聚变材料．下列关于32He 的叙述正确的是( )A.32He 和31H 互为同位素B.32He 原子核内中子数为1C.32He 原子核外电子数为2D.32He 代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子解析：选BC.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不正确；32He核内中子数为1，B正确；32He原子核外电子数为2，C正确；32He代表原子核内有2个质子和1个中子的氦原子核，D不正确．4.两个同位素原子核的符号分别是M A X和N B Y，那么()A．M＝N B．A＝BC．M－A＝N－B D．M＋N＝A＋B解析：选B.具有相同质子数不同中子数的同一元素互称同位素，所以A＝B.5.1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素202 78Pt.制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞204 80Hg，反应过程可能有两种：①生成202 78Pt，放出氦原子核；②生成202 78Pt，放出质子、中子．写出上述核反应方程式．解析：根据质量数守恒和核电荷数守恒，算出新核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程．(1)94Be＋11H―→95B＋10n.(2)204 80Hg＋10n―→202 78Pt＋32He204Hg＋10n―→202 78Pt＋211H＋10n.80答案：见解析[课时作业]一、单项选择题1.关于质子与中子，下列说法中错误的是()A．原子核由质子和中子组成B．质子和中子统称核子C．卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在D．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在解析：选C.原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，卢瑟福发现了质子并预言了中子的存在，故A、B、D项叙述正确，C项错误．所以选C.2.最近国外科技杂志报道，将6228Ni和20882Pb经核聚变并释放出一个中子后，生成第110号元素的一种同位素，该同位素的中子数是()A．157 B．159C．161 D．163解析：选B.根据质量数与电荷数守恒，写出核反应方程：6228Ni＋20882Pb―→269110Y＋10n，则Y的中子数为269－110＝159.3.下列说法正确的是()A.234 90Th为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234B.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解析：选D.A 项钍核的质量数为234，质子数为90，所以A 错；B 项铍核的质子数为4，中子数为5，所以B 错；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，D 对．4.α粒子击中氮14核后放出一个质子，转变为氧17核(17 8O)．在这个氧原子核中有( )A ．9个质子B ．17个电子C ．8个中子D ．8个质子解析：选D.根据原子核的构成，核电荷数为8，即质子数为8，质量数为17，所以中子数为17－8＝9，正确选项为D.5.下面列出的是一些核反应方程：3015P ―→3014Si ＋X ，94Be ＋21H ―→10 5B ＋Y ，42He ＋42He ―→73Li ＋Z ，其中( )A ．X 是质子，Y 是中子，Z 是正电子B ．X 是正电子，Y 是质子，Z 是中子C ．X 是中子，Y 是正电子，Z 是质子D ．X 是正电子，Y 是中子，Z 是质子解析：选D.由电荷数守恒和质量数守恒可知，核反应方程为：3015P ―→3014Si ＋01e ，94Be ＋21H→10 5B ＋10n ，42He ＋42He ―→73Li ＋11H.故选项D 正确．6.一种元素的两种同位素的原子核A 和B ，以相同的动能垂直于磁场的方向进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动．则A 、B 的轨道半径应( )A ．与核子数成正比B ．与核子数的平方根成正比C ．与质子数成正比D ．与质子数的平方根成正比解析：选B.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，半径R ＝m v qB ＝2mE k qB.同位素A 、B 的原子核的带电荷量相同， 质量m 与核子数成正比，故半径与核子数的平方根成正比．二、多项选择题7．下列说法中正确的是( )A ．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B ．原子核中的质子数，一定跟核外电子数相等C ．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分D ．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷跟质子电荷之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子解析：选CD.原子中除了带负电的电子外，还有带正电的质子，故A错误；对于中性原子来说原子核中的质子数才跟核外电子数相等，故B错误；正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C正确；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷跟质子电荷之比，才确定原子核内必定还有别的中性粒子，故D正确．8．氢有三种同位素，分别是氕(11H)、氘(21H)、氚(31H)，则下列说法中正确的是() 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．它们的化学性质相同解析：选ABD.氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都是1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，A、B选项正确，C选项错误；同位素化学性质相同，只是物理性质不同，D选项正确．9.用α粒子照射充氮的云室，摄得如图所示的照片，下列说法中不正确的是()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是新核的径迹解析：选ABC.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．产生的新核质量大而电离作用强，所以径迹粗而短，故A是新核的径迹．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，所以正确选项为A、B、C.10.三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核(42He)．则下面说法正确的是()A．X核比Z核多两个质子B．X核比Z核少一个中子C．X核的质量数比Z核的质量数大4D．X核与Z核的总电荷数是Y核电荷数的2倍解析：选AD.设X原子核的质量数为A，核电荷数为B.由质量数守恒和电荷数守恒可得A B X―→01e＋A B－1Y，A B－1Y＋11H―→42He＋A－3B－2Z.可见A B X比A－3B－2Z的质子数多2个，A对；A B X比A －3B －2Z 的中子数多一个，B 错；A B X 比A －3B －2Z 的质量数大3，C 错；A B X 与A －3B －2Z 的总核电荷数为(2B －2)，显然是A B －1Y 的核电荷数(B －1)的2倍，D 对．故正确答案为A 、D. 三、非选择题11.现在，科学家正在设法探寻“反物质”．所谓的“反物质”是由“反粒子”组成的，“反粒子”与对应的正粒子具有相同的质量和电荷量，但电荷量的符号相反，据此，反α粒子的质量数为__________，电荷数为________．解析：α粒子是氦核，它由两个质子和两个中子构成，故质量数为4，电荷数为2.而它的“反粒子”质量数也是“4”，但电荷数为“－2”．答案：4 －212.一个中子以1.9×107 m/s 的速度射中一个静止的氮核14 7N ，并发生核反应，生成甲、乙两种新核，它们的运动方向与中子原来的运动方向相同，测得甲核质量是中子质量的11倍，速度是1×106 m/s ，乙核垂直进入B ＝2 T 的匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R ＝0.02 m ，已知中子质量m ＝1.67×10－27 kg ，e ＝1.6×10－19 C ，求乙核是何种原子核？并写出核反应方程．解析：设乙核质量为m 乙，甲核质量为m 甲＝11m ，氮核质量为14m ，则由核反应过程中质量数守恒知，乙核质量数为14＋1－11＝4，即m 乙＝4m ，由动量守恒定律有m v 0＝m 甲v 甲＋m 乙v 乙，解得v 乙＝m v 0－m 甲v 甲m 乙＝m ×1.9×107－11m ×1×1064m m/s ＝2×106 m/s.设乙核的电量为q ，则由R ＝m v qB 得，q ＝m 乙v 乙BR ＝4×1.67×10－27×2×1062×0.02C ＝3.34×10－19 C ＝2e ，即乙核的电荷数为2，则乙核为氦核42He ，甲核为硼核11 5B ，核反应方程为10n ＋14 7N ―→ 11 5B ＋42He. 答案：42He 10n ＋14 7N ―→11 5B ＋42He。
2019-2020学年鲁科版物理选修3-5新素养同步讲义：第3章 第2节 原子核衰变及半衰期 Word版含答案
第2节原子核衰变及半衰期1.了解天然放射现象及其规律．(重点)2.知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们．(重点)3．知道放射现象的实质是原子核的衰变． 4.知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律．(重点)5．理解半衰期的概念．(重点＋难点)一、天然放射现象1.定义：物质能自发地放出射线的现象．2.物质放出射线的性质，叫做放射性．3.具有放射性的元素，叫做放射性元素．4.天然放射现象最先是由贝克勒尔于1896年发现的．人类对原子核变化规律的认识，是从天然放射现象的发现开始的．天然放射性现象的发现有何意义？提示：天然放射现象使人们认识到原子核具有复杂的内部结构．二、放射线的本质1.α射线是高速运动的氦原子核粒子流．速度约为光速的0.1倍，电离作用很强，穿透能力很弱．2.β射线是高速运动的电子流，速度约为光速的0.9倍，电离作用较弱，穿透本领较强．3.γ射线是波长很短的电磁波，它的电离作用很弱，穿透能力很强．1．(1)α射线实际上就是氦原子核，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．()提示：(1)×(2)√(3)×三、原子核的衰变种类方程规律原子核的衰变α衰变：放出α粒子的衰变23892U→23490Th＋42He质量数、核电荷数守恒β衰变：放出β粒子的衰变23490Th →23491Pa ＋－1eγ 衰变2．(1)原子核发生衰变，变成了一种新的原子核．( ) (2)原子核衰变时质量是守恒的．( ) (3)β衰变时放出的电子就是核外电子．( )提示：(1)√ (2)× (3)× 四、半衰期1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．2.公式：m ＝M ⎝⎛⎭⎫12t /τ．m 为该元素剩余的质量，M 为该元素原来的质量，t 为经过的时间，τ为半衰期． 3.影响因素：元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．4.适用条件：半衰期描述的是大量原子核的统计行为，说明在大量原子核群体中，经过一定时间将有一定比例的原子核发生衰变．3．(1)半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢．( ) (2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律．( ) (3)对放射性元素加热时，其半衰期缩短．( ) 提示：(1)√ (2)√ (3)×对三种射线的认识1. 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)带电荷量 2e－e0 质量 4m p m p ＝1.67×10－27kgm p1 840 静止质 量为零 速度 0.1c 0.9cc 在电场或磁场中 偏转 与α射线反向偏转 不偏转 贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光三种射线产生的机理α射线核内两个中子和两个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来．原子核发生一次α衰变，质子数和中子数分别减少2β射线核中的中子可以转化为一个质子和一个电子，产生的电子从核中发射出来，这就是β射线，由于该电子来源于原子核，它的速度远大于阴极射线中的电子和核外绕核旋转的电子γ射线原子核的能量也是不连续的，同样存在着能级，能级越低越稳定．放射性原子核在发生α衰变、β衰变后产生的新核往往处于高能级，当它向低能级跃迁时，辐射γ光子．由于原子核中的能级跃迁辐射出的光子能量非常大，故γ光子的频率很大将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，如图表示射线偏转情况中正确的是()A．①③B．①④C．②③D．②④[思路点拨] 求解本题应把握以下两点：(1)α粒子、β粒子在磁场中偏转，求半径再比较．(2)α粒子、β粒子在电场中做平抛运动，求偏向位移再比较．[解析]已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向，可知①、②、③、④四幅图中，α、β粒子的偏转方向都是正确的，偏转的程度如下：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r＝m vBq，将其数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比为：rαrβ＝mαmβ·vαvβ·qβqα＝411 840×0.1c0.99c×12≈3711.由此可见①正确，②错误．带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场方向位移为y，则有：x＝v0t，y＝qE2m t2，消去t可得：y＝qEx22m v20.对某一确定的x值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比为yαyβ＝qαqβ·mβmα·v2βv2α＝2 1×11 840 4×（0.99c）2（0.1c）2≈138.由此可见③错误，④正确．[答案] B求解此类题目要熟知以下两点(1)三种射线的带电性质．(2)正、负电荷在电场或磁场中的运动规律及解题方法．1.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：选C.γ射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A、B、D项错；α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C项对．正确理解原子核的衰变天然放射现象说明原子核具有复杂的结构．原子核放出α粒子或β粒子(并不表明原子核内有α粒子或β粒子，原子核内不可能有α粒子或电子)后变成新的原子核，这种变化称为原子核的衰变．1.衰变规律：原子核衰变前后的核电荷数和质量数都守恒．2.衰变方程(1)原子核放出一个α粒子就说明它发生了一次α衰变，新核的质量数比原来的核减少了4，而核电荷数减少2，用通式表示为：α衰变：A Z X―→A－4Z－2Y＋42He.(2)原子核放出一个β粒子就说明它发生了一次β衰变，新核的质量数不变，而核电荷数增加了1，用通式表示为：β衰变：A Z X―→AZ＋1Y＋0－1e.(3)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变而产生，往往是衰变后的新核向低能级跃迁时辐射出来的一份能量，原子核放出一个γ光子不会改变它的质量数和核电荷数．3.两个重要的衰变238 92U―→23490Th＋42He，23490Th―→23491Pa＋0－1e.4.对核反应过程的说明(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒求出生成物来写核反应方程．(3)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化．(4)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射，这时可连续放出三种射线．23892U放射性衰变有多种可能途径，其中一途径是先变成21083Bi，而21083Bi可以经一次衰变变成210a X(X代表某一种元素)，也可以经一次衰变变成b81Ti，210a X和b81Ti最后都变成20682Pb，衰变路径如图所示，则图中()A．a＝82，b＝211B．①是β衰变，②是α衰变C．①是α衰变，②是β衰变D.b81Ti经过一次α衰变变成20682Pb[思路点拨] 求解本题应注意以下两点：(1)发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2，根据质量数变化求α衰变的次数．(2)发生一次β衰变，质量数不变，核电荷数增加1，再根据电荷数变化确定β衰变的次数．[解析]21083Bi经一次衰变变成210a X，由于质量数不变，所以只发生了一次β衰变，核电荷数增加1即a＝83＋1＝84，①是β衰变.21083Bi经一次衰变变成b81Ti，由于核电荷数减少2，所以只发生了一次α衰变，质量数减少4，即b＝210－4＝206，②是α衰变，故A、C项均错误，B 项正确；206 81Ti 变成20682Pb ，质量数不变，核电荷数增加1，所以只能经过一次β衰变，故D 项错误．[答案] B有关连续衰变确定衰变次数的问题应注意的两点(1)由于β衰变不改变质量数，可先根据质量数守恒，确定α衰变次数． (2)再根据总核电荷数守恒，确定β衰变次数．2.原子核238 92U 经放射性衰变①变为原子核234 90Th ，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衰变解析：选A.238 92U ――→①23490Th ，质量数少4，电荷数少2，说明 ①为α衰变.234 90Th ――→②234 91Pa ，质子数加1，质量数不变，说明②为β衰变，中子转化成质子.234 91Pa ――→③23492U ，质子数加1，质量数不变，说明③为β衰变，中子转化成质子．故选A.对半衰期的理解1.常用公式：N 余＝N 原⎝⎛⎭⎫12tτ，m ＝M ⎝⎛⎭⎫12tτ.式中N 原、M 表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．2.规律的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，是由元素的原子核内部因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关．3.规律的用途：利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代．半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核有意义，对少数原子核是没有意义的．某一个原子核何时发生衰变，是不可知的，当原子核数目特别少时，公式不再成立，如10个原子核经过半衰期剩几个？这样的问题无法处理．放射性同位素14C 被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成不稳定的14 6C ，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年，试写出14C 的衰变方程．(2)若测得一古生物遗骸中的14 6C 含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？ [思路点拨] (1)根据质量数守恒和电荷数守恒写出衰变方程．(2)由古生物14C 的含量与活体14C 的含量对比可确定其半衰期数，即可计算出古生物的年代．[解析] (1)14 6C 的β衰变方程为：14 6C ―→0－1e ＋147N. (2)14 6C 的半衰期τ＝5 730年．生物死亡后，遗骸中的14 6C 按其半衰期变化，设活体中14 6C 的含量为N 0，遗骸中的14 6C 含量为N ，则N ＝⎝⎛⎭⎫12tτN 0≠N 0，即0.25N 0＝⎝⎛⎭⎫12t5 730N 0，故t 5 730＝2，t ＝11 460年． [答案] (1)14 6C ―→0－1e ＋147N (2)11 460年 3.放射性元素的原子核在α衰变或β衰变生成新原子核时，往往会同时伴随________辐射．已知A 、B 两种放射性元素的半衰期分别为T 1和T 2，经过t ＝T 1·T 2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比m A ∶m B ＝________．解析：由半衰期公式m ＝m 0⎝⎛⎭⎫12tT结合题意可得 m A ·⎝⎛⎭⎫12T 1T 2T1＝m B ·⎝⎛⎭⎫12T 1T 2T 2，所以m A m B ＝2T 22T 1. 答案：γ 2T 2∶2T 1α衰变、β衰变在磁场中的轨迹分析设有一个质量为M 0的原子核，原来处于静止状态．当发生一次α(或β)衰变后，释放的粒子的质量为m ，速度为v ，产生的反冲核的质量为M ，速度为v ′.1．动量守恒关系：0＝m v ＋M v ′或m v ＝－M v ′.2．在磁场中径迹的特点：当粒子和反冲核垂直进入磁感应强度为B 的匀强磁场时，将在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，且轨迹如图所示．(1)轨道半径的大小：因为粒子与反冲核的动量大小相等，所以轨道半径与电荷量成反比，即R ＝m v Bq ∝1q .当发生α衰变时：R αR M ＝Z －22.当发生β衰变时：R βR M ＝Z ＋11.如果测出轨道的半径比，可以求出Z ，从而判定是什么原子核发生了衰变．(2)运行周期的长短：在同样的条件下，运行周期与粒子和反冲核的比荷成反比，即T ＝2πm Bq ∝m q. (3)径迹的特点：粒子的轨道半径大，反冲核的轨道半径小．α粒子与反冲核带同种电荷，两轨道外切；β粒子与反冲核带异种电荷，两轨道内切；γ射线的径迹为与反冲核的径迹相切的直线．静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1，如图所示，则下列说法错误的是( )A ．α粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B ．原来放射性元素的原子核电荷数为90C ．反冲核的电荷数为88D ．α粒子和反冲粒子的速度之比为1∶88[解析] 微粒之间相互作用的过程中遵循动量守恒，由于初始总动量为0，则末动量也为0，即α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反．由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动，由Bq v ＝m v 2R 得：R ＝m vqB.若原来放射性元素的核电荷数为Q ，则对α粒子： R 1＝p 1B ·2e对反冲核：R 2＝p 2B （Q －2）e.由于p 1＝p 2，R 1∶R 2＝44∶1，得Q ＝90它们的速度大小与质量成反比，故选项D 错误． [答案] D[随堂检测]1.天然放射现象的发现揭示了( ) A ．原子不可再分 B ．原子的核式结构C ．原子核还可以再分D ．原子核由质子和中子组成解析：选C.汤姆孙发现了电子说明原子也可再分；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构；贝可勒尔发现了天然放射现象，说明了原子核也是有着复杂的结构的．天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分．卢瑟福用α粒子轰击氮核，发现了质子，查德威克用α粒子轰击铍核打出了中子，使人们认识到原子核是由质子和中子组成的．所以选项C 正确．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解析：选BC.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)关于原子核的衰变和半衰期，下列说法正确的是( ) A ．半衰期是指原子核的质量减少一半所需要的时间 B ．半衰期是指原子核有半数发生衰变所需要的时间C ．发生α衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动2位D ．发生β衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动1位解析：选BD.由半衰期的定义可知，A 错，B 对．由α衰变和β衰变的实质可知，C 错，D 对．4.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( )A.m 4 B ．m 8C.m 16D ．m 32解析：选C.经过32天即4个半衰期，碘131的含量变为m ′＝m 24＝m16，C 项正确．[课时作业]一、单项选择题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射线的中和作用解析：选B.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.关于放射性元素的α衰变和β衰变，下列说法中正确的是( ) A ．原子核每放出一个α粒子，原子序数减少4 B ．原子核每放出一个α粒子，原子序数增加4 C ．原子核每放出一个β粒子，原子序数减少1 D ．原子核每放出一个β粒子，原子序数增加1解析：选D.发生一次α衰变，核电荷数减少2，质量数减少4，原子序数减少2；发生一次β衰变，核电荷数增加1，原子序数增加1.3.实验观察到，静止在匀强磁场中A 点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图，则( )A ．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B ．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外C ．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D ．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里解析：选D.根据动量守恒定律，原子核发生β衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为p .根据q v B ＝m v 2r ，得轨道半径r ＝m v qB ＝pqB ，故电子的轨迹半径较大，即轨迹1是电子的， 轨迹2是新核的．根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向里．选项D 正确．4.最近几年，原子核科学家在超重元素的探测方面取得重大进展，1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核A Z X 经过6次α衰变后的产物是253100Fm.由此，可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是( ) A ．124、259 B ．124、265 C ．112、265 D ．112、277解析：选D.由电荷数守恒得Z ＝100＋12＝112，由质量数守恒得A ＝253＋24＝277，故选D.5.如图中曲线a 、b 、c 、d 为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是( )A．a、b为β粒子的径迹B．a、b为γ粒子的径迹C．c、d为α粒子的径迹D．c、d为β粒子的径迹解析：选D.由于α粒子带正电，β粒子带负电，γ粒子不带电，据左手定则可判断a、b 可能为α粒子的径迹，c、d可能为β粒子的径迹，选项D正确．6.铀239(239 92U)经过衰变可产生钚239(239 94Pu)．关于铀239的衰变，下列说法正确的是()A.239 94Pu与239 92U的核内具有相同的中子数和不同的核子数B．放射性物质239 92U发生β衰变时所释放的电子来源于核外电子C.239 92U经过2次β衰变产生239 94PuD．温度升高，239 92U的半衰期减小解析：选C.239U的质量数A′＝239，核电荷数Z′＝92，则中子数n′＝239－92＝147，239 94 92Pu的质量数A＝239，核电荷数Z＝94，则中子数n＝A－Z＝239－94＝145，故核子数相同，但中子数不同，故A错误．β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时释放出来的，故B错误.239 92U―→20e＋239 94Pu，显然－1反应物的质量数为239，而生成物的质量数为239，故质量数守恒；而反应物的核电荷数为92，故核电荷数守恒，反应能够发生，故C正确．半衰期与物体的温度、状态均无关，而是由核内部自身因素决定的，故D错误．二、多项选择题7.如图所示，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，则以下说法中正确的是()A．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解析：选AC.由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧．由于α粒子速度约是光速的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.8.关于天然放射性，下列说法正确的是()A．所有元素都有可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线解析：选BC.自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B、C正确；原子核发生衰变时，不能同时发生α和β衰变，γ射线伴随这两种衰变产生，故选项D错误．9.14C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的衰变解析：选AC.古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5 700年，选项A正确；同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项B错误；14C的衰变方程为14 6C→14 7N＋0－1e，所以此衰变过程放出β射线，选项C正确；放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D错误．10.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生了衰变，得到两条如图所示的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向．不计放出光子的能量，则下列说法正确的是()A．发生的是β衰变，b为β粒子的径迹B．发生的是α衰变，b为α粒子的径迹C．磁场方向垂直于纸面向外D．磁场方向垂直于纸面向里解析：选AD.放射性元素放出β粒子时，β粒子与反冲核的速度相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆，故放出的是β粒子，放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒，由半径公式可得轨迹半径与动量成正比，与电荷量成反比，而β粒子的电荷量比反冲核的电荷量小，则β粒子的半径比反冲核的半径大，故b 为β粒子的运动轨迹，故选项A 正确，由左手定则知磁场方向垂直纸面向里，选项D 正确．三、非选择题11.恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K 时，可以发生“氦燃烧”．(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：42He ＋________→84Be ＋γ.(2)84Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s ．一定质量的84Be ，经7.8×10－16 s 后所剩84Be 占开始时的多少？解析：(1)根据核反应方程的电荷数守恒，质量数守恒可知核反应方程应为42He ＋42He ―→84Be ＋γ.(2)m m 0＝⎝⎛⎭⎫12t τ＝⎝⎛⎭⎫123＝18. 答案：(1)42He (2)18(或12.5%) 12.(1)原子核232 90Th 具有天然放射性，它经过若干次α衰变和β衰变后会变成新的原子核．下列原子核中，有三种是232 90Th 衰变过程中可以产生的，它们是________．A.208 82Pb B ．211 82PbC.216 84PoD.228 88RaE.226 88Ra(2)一静止的238 92U 核经α衰变成为234 90Th 核，释放出的总动能为4.27 MeV .问此衰变后234 90Th核的动能为多少MeV(保留1位有效数字)?解析：(1)选ACD.发生1次α衰变时核子的质量数减4，电荷数减2；发生1次β衰变时，质量数不变，电荷数加1.先从质量数的变化分析，易得A 、C 、D 正确．(2)据题意知，此α衰变的衰变方程为：238 92U ―→234 90Th ＋42He ，根据动量守恒定律得m αv α＝m Th v Th ①式中，m α和m Th 分别为α粒子和Th 核的质量，v α和v Th 分别为α粒子和Th 核的速度，由题设条件知：12m αv 2α＋12m Th v 2Th ＝E k ② m αm Th ＝4234③ 式中E k ＝4.27 MeV ，是α粒子与Th 核的总动能．由①②③式得12m Th v 2Th ＝m αm α＋m ThE k 代入数据得，衰变后234 90Th 核的动能 12m Th v 2Th≈0.07 MeV . 答案：(1)ACD (2)0.07 MeV。
2019-2020学年鲁科版物理选修3-5新素养同步讲义：第3章 原子核与放射性 章末过关检测(三) Word版含答案
章末过关检测(三)(时间：60分钟，满分：100分)一、单项选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)1.在人类认识原子与原子核结构的过程中，符合物理学史的是( )A ．查德威克通过研究阴极射线发现了电子B ．汤姆孙首先提出了原子的核式结构学说C ．居里夫人首先发现了天然放射现象D ．卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子解析：选D.汤姆孙研究阴极射线发现了电子，A 错；卢瑟福首先提出了原子的核式结构学说，B 错；贝克勒尔首先发现了天然放射现象，C 错．2.下列核反应方程中，属于α衰变的是( )A.14 7N ＋42He →17 8O ＋11HB.238 92U →234 90Th ＋42He C.21H ＋31H →42He ＋10nD.234 90Th →234 91Pa ＋0－1e 解析：选B.α衰变是放射性元素的原子核放出α粒子(42He)的核反应，选项B 正确．3．下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是( )A ．γ射线是高速运动的电子流B ．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C ．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.210 83Bi 的半衰期是5天，100克210 83Bi 经过10天后还剩下50克 解析：选B.β射线是高速电子流，而γ射线是一种电磁波，选项A 错误；氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B 正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C 错误；10天为两个半衰期，剩余的210 83Bi 为100×⎝⎛⎭⎫12t τg ＝100×⎝⎛⎭⎫122 g ＝25 g ，选项D 错误．4.下列说法正确的是( )A ．α射线与γ射线都是电磁波B ．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流C ．用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期D ．原子核经过衰变生成新核，则新核的质量数总等于原核的质量数解析：选C.α射线为粒子流，γ射线为电磁波，故A 错误；β射线来自原子核内部，不是核外电子电离产生的，故B 错误；据放射性元素的衰变规律可知C 项正确；由衰变的规律可知D 项错误．5.日本福岛核电站泄漏事故中释放出大量的碘131，碘131是放射性同位素，衰变时会发出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．人类可以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解析：选D.半衰期是原子核固有的，人类无法通过改变外部环境来改变碘131衰变的快慢，选项A错误；半衰期是大量原子核统计得出的，对少量原子核不适用，选项B错误；β射线是高速电子流，γ射线是电磁波，γ射线穿透本领比β射线强，选项C错误；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，选项D正确．6.静止21884Po核发生α衰变，放射出的α粒子的动能为E k1，衰变后产生的新核的动能为E k2，则E k1∶E k2的值为()A．107∶2 B．2∶107C．1∶82 D．41∶2解析：选A.衰变过程质量数守恒，动量也守恒，则α粒子的质量与新核质量之比m1∶m2＝2∶107.由p＝m v及E k＝12m v2得，E k＝p22m，则E k1∶E k2＝107∶2，A正确．二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分)7.在匀强磁场里有一个原来静止的放射性碳14，它所放射的粒子与反冲核的轨迹是两个相切的圆，圆的半径比为5∶1，如图所示，那么碳的衰变方程是()A.14 6C―→42He＋10 4BeB.14 6C―→01e＋14 5BC.14 6C ―→0－1e ＋14 7ND.14 6C ―→21H ＋12 5B解析：选BD.由于两个轨迹为外切圆，所以放出的粒子和反冲核速度方向相反，由左手定则可知它们均带正电荷．而衰变过程中两核的动量守恒，即两核的动量大小相等，方向相反，即m 1v 1＝m 2v 2，由于q v B ＝m v 2R 则q ＝m v BR，知半径之比R 1∶R 2＝5∶1，则它们的电荷量之比为q 1∶q 2＝R 2∶R 1＝1∶5，B 、D 项正确．8.地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算．测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化规律如图所示，图中N 为铀238的原子数，N 0为铀和铅的总原子数．由此可以判断出( )A ．铀238的半衰期为90亿年B ．地球的年龄大致为45亿年C ．被测定的岩石样品在90亿年时铀、铅原子数之比约为1∶3D ．被测定的岩石样品在90亿年时铀、铅原子数之比约为1∶2解析：选BC.据题意岩石中铀含量是形成初期的12，即有半数发生衰变，由图象N N 0＝12时时间为45亿年，即是半衰期也是地球的大致年龄，故B 正确，A 错误；90亿年时有34的铀衰变为铅，故铀、铅原子数之比为1∶3，所以C 正确，D 错误．9.重元素的放射性衰变共有四个系列，分别是U238系列(从238 92U 开始到稳定的208 82Pb 为止)、Th232系列、U235系列及Np237系列(从237 93Np 开始到稳定的209 83Bi 为止)，其中，前三个系列都已在自然界找到，而第四个系列在自然界一直没有被发现，只是在人工制造出237 93Np 后才发现的，下面的说法正确的是( )A ．Np237系列中所有放射性元素的质量数都等于4n ＋1(n 等于正整数)B ．从237 93Np 到209 83Bi ，共发生7次α衰变和4次β衰变C ．可能Np237系列中的所有放射性元素的半衰期对于地球年龄都比较短D ．天然的Np237系列中的放射性元素在地球上从来就没有出现过解析：选ABC.从23793Np 开始到209 83Bi ，质量数减少28，所以发生7次α衰变，电荷数减少10，所以还发生4次β衰变，并且所有放射性元素的质量数都等于4n ＋1(n 等于正整数)．对于C 、D 选项我们要注意关键词“可能”与“从来”就很容易判断了．10．关于核反应方程234 90Th ―→234 91Pa ＋X ＋ΔE (ΔE 为释放出的核能，X 为新生成粒子)，已知234 90Th 的半衰期为T ，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2T 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解析：选BC.原子序数大于或等于83的元素都有放射性，A 错误；X 粒子是电子，它是由中子衰变成一个质子而放出的，所以此核反应为β衰变，B 正确；有半数原子核发生衰变的时间为半衰期，N 0个234 90Th 经2T 时间发生两次衰变，C 正确；ΔE 不是234 90Th 原子核分解成自由核子的结合能，故D 错误．三、非选择题(本题共3小题，共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)11.(10分)一个原子核A 经过5次α衰变，成为B ，再经过4次β衰变成为C ，则核A 的质子数比核C 的质子数多几个？核A 的中子数比核C 的中子数多几个？解析：A 到C 的核反应方程为：y x A ――→5αy －20x －10B ――→4β y －20x －10＋4C 因此A 的质子数比C 多6个，A 的中子数比C 多14个．答案：6个 14个12．(14分)已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问：(1)镭核中质子数和中子数分别是多少？(2)镭核的核电荷数和所带电荷量是多少？(3)228 88Ra 是镭的一种同位素，让226 88Ra 和228 88Ra 以相同速度垂直射入磁感应强度为B 的匀强磁场中，它们的运动轨道半径之比是多少？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 和质子数Z 之差，即N ＝A －Z ＝226－88＝138.(2)镭核的核电荷数Z ＝88，镭核所带电核量为Q ＝Ze ＝88×1.6×10－19 C ＝1.408×10－17 C.(3)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，故有q v B ＝m v 2r， 解得r ＝m v qB. 两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故r 226r 228＝226228＝113114. 答案：(1)88 138 (2)88 1.408×10－17 C (3)11311413.(16分)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(如图所示)，今测得两个相切圆半径之比44∶1，求：(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)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，又由衰变过程中遵循动量守恒定律，则m1v1＝m2v2，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)由于动量相等，因此轨道半径与粒子的电荷量成反比，所以圆轨道a是α粒子的径迹，圆轨道b是新生核的径迹，两者电性相同，运动方向相反．答案：(1)90(2)见解析。
2019-2020学年鲁科版物理选修3-5新素养同步讲义：第2章 第1节 电子的发现与汤姆孙模型 Word版含答案
第1节电子的发现与汤姆孙模型1．了解物质结构早期研究的基本历程．2．知道阴极射线的产生及其本质，理解汤姆孙对阴极射线研究的方法及电子发现的意义．(重点)3．了解汤姆孙原子模型．一、物质结构的早期探究1．1661年，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论．2．19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单元．3．1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成．1．请你简述我国古代对物质的结构有哪些探究？提示：老子讲“道生一，一生二，二生三，三生万物”．墨子认为物体是由不可分割的最小单元“端”构成的．二、电子的发现1．阴极射线：科学家研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，这种射线称为阴极射线．2．汤姆孙对阴极射线本质的探究(1)通过实验巧妙利用静电偏转力和磁场偏转力相抵消等方法，确定了阴极射线粒子的速度，并测量出了粒子的比荷，qm＝ERB．(2)换用不同材料的阴极和不同的气体，所得粒子的比荷相同．这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分．3．结论(1)阴极射线是带电粒子流．(2)不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分，其质量是氢离子的质量的11 800，汤姆孙将这种带电粒子称为电子．(3)电子的发现说明原子具有一定的结构，即原子是由电子和其他物质组成的．4．电子发现的意义：电子的发现揭开了认识原子结构的序幕．5．微观世界的三大发现：19世纪末微观世界有三大发现．(1)1895年伦琴发现了X射线．(2)1896年法国科学家贝克勒尔发现了放射性．(3)1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子．(1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射．()(2)组成阴极射线的粒子是电子．()(3)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值．()提示：(1)×(2)√(3)×三、汤姆孙原子模型汤姆孙认为，原子带正电的部分应充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的葡萄干面包模型．2．汤姆孙的原子模型成功解决了哪些问题？提示：(1)原子呈电中性：电子带的负电被原子带的正电抵消．(2)原子的平衡状态：电子一方面要受正电荷的吸引，另一方面又要相互排斥，因此必然有一个平衡状态．(3)原子的电离：原子失去电子或得到电子，就会变成离子．(4)发射和吸收特定频率的电磁波：电子在它们的平衡位置附近做简谐振动，可以发射或吸收特定频率的电磁波．阴极射线与电子的发现1．阴极射线气体的电离和导电：通常情况下，气体是不导电的；但在强电场中，气体能够被电离而导电．在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体．稀薄气体导电时可以看到辉光放电现象．2．确定阴极射线粒子带电性质的方法(1)粒子在电场中运动如图所示．带电粒子在电场中运动，受电场力作用运动方向发生改变(粒子质量忽略不计)．带电粒子在不受其他力作用时，若沿电场线方向偏转，则粒子带正电；若逆着电场方向偏转，则粒子带负电．(2)粒子在磁场中运动，如图所示．粒子将受到洛伦兹力作用F ＝q v B ，速度方向始终与洛伦兹力方向垂直，利用左手定则即可判断粒子的电性．不考虑其他力的作用，如果粒子按图示方向进入磁场，且做顺时针的圆周运动，则粒子带正电；若做逆时针的圆周运动，则粒子带负电．通过上述方法可判定阴极射线是带有负电的粒子． 3．比荷的测定方法(1)让粒子通过正交的电磁场，让其做直线运动，根据二力平衡，即q v B ＝qE 得到粒子的运动速度v ＝EB．①(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，保留磁场让粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即q v B ＝m v 2r．②(3)由①②确定比荷的表达式：q m ＝EB 2r ．4．电子的发现(1)汤姆孙测得阴极射线粒子的比荷约为1011 C/kg ，电荷量与氢离子基本相同，质量为氢离子的11 800．(2)最后经定量计算，汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子．1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一．在汤姆孙测电子比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏中心F 出现荧光斑．若在D、G间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的、磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，电子向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：(1)说明图中磁场沿什么方向；(2)根据L、E、B和θ，求出电子的比荷．[思路点拨] 两板间只加电场时电子在电场力作用下做类平抛运动，同时加上电场和磁场后电场力和洛伦兹力大小相等，做匀速直线运动，只加磁场时做匀速圆周运动．[解析] (1)两板D 、G 间只加磁场时，电子向下偏转，说明电子所受洛伦兹力的方向向下，由左手定则可判定磁场方向垂直纸面向里．(2)电子在两板间做匀速直线运动，qE ＝Bq v ，电子在磁场中偏转时如图所示， Bq v ＝m v 2r由图可知：L ＝r ·sin θ 由以上各式得q m ＝E sin θB 2L．[答案] (1)垂直纸面向里 (2)E sin θB 2L(1)电子在复合场中做匀速直线运动的条件是粒子受到的洛伦兹力和电场力大小相等方向相反即eE＝e v B．(2)电子在磁场中偏转要确定运动轨迹，圆心角和偏向角相等．1．如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将()A．向纸内偏转B．向纸外偏转C．向下偏转D．向上偏转解析：选D．通电直导线的电流方向向左，由安培定则可判断导线下方的磁场垂直于纸面向外，组成阴极射线的粒子是电子，电子向右运动，由左手定则可知电子向上偏转．测定带电粒子比荷的两种方法1．利用磁偏转测比荷，由q v B ＝m v 2R 得q m ＝vBR ，只需知道磁感应强度B 、带电粒子的初速度v 和偏转半径R 即可．2．利用电偏转测比荷，偏转量y ＝12at 2＝12qU md ·⎝⎛⎭⎫L v 2，故q m ＝2yd v 2UL 2．所以在偏转电场U 、d 、L 已知时，只需测量v 和y 即可．如图所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置．当极板P 和P ′间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O 点处，形成一个亮点；加上偏转电压U 后，亮点偏离到O ′点，O ′点到O 点的竖直距离为d ，水平距离可忽略不计；此时在P 与P ′之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B 时，亮点重新回到O 点．已知极板水平方向长度为L 1，极板间距为b ，极板右端到荧光屏的距离为L 2．(1)求打在荧光屏O 点的电子速度的大小； (2)推导出电子比荷的表达式．[解析] (1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心O 点，设电子的速度为v ，则e v B ＝eE ，得v ＝E B ，即v ＝UBb．(2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v 进入后，竖直方向做匀加速运动，加速度为a ＝eU mb ．电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为t 1＝L 1v ．这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为d 1＝12at 21＝eL 21U2m v 2b ．离开电场时竖直向上的分速度为v ⊥＝at 1＝eL 1U m v b．电子离开电场做匀速直线运动，经t 2时间到达荧光屏，t 2＝L 2v ．t 2时间内向上运动的距离为d 2＝v ⊥t 2＝eUL 1L 2m v 2b ．这样，电子向上的总偏转距离为d ＝d 2＋d 1＝eU m v 2b L 1·⎝⎛⎭⎫L 2＋L 12，可解得e m ＝UdB 2bL 1⎝⎛⎭⎫L 2＋L 12．[答案] (1)U Bb (2)UdB 2bL 1⎝⎛⎭⎫L 2＋L 122．如图所示，让一束均匀的阴极射线从两极板正中间垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感应强度B 和两极之间的电压U ，带电粒子不发生偏转，然后撤去电压，粒子做匀速圆周运动，并垂直打到极板上，两极板之间的距离为d ，求阴极射线中带电粒子的比荷．解析：设阴极射线粒子的电荷量为q ，质量为m ，则在电磁场中由平衡条件得，q Ud ＝q v B撤去电场后，由牛顿第二定律得，q v B ＝m v 2R又R ＝d 2解得q m ＝2U B 2d 2．答案：2UB 2d 2[随堂检测]1．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是()A．阴极射线本质是氢原子B．阴极射线本质是电磁波C．阴极射线本质是电子D．阴极射线本质是X射线解析：选C．阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的．2．(多选)下列说法中正确的是()A．汤姆孙精确地测出了电子电荷量e＝1．602 177 33(49)×10－19 CB．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的C．汤姆孙油滴实验更重要的发现是：电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e的整数倍D．通过实验测得电子的比荷及电子电荷量e的值，就可以确定电子的质量解析：选BD．电子的电荷量是密立根通过“油滴实验”测出的，A、C错误，B正确．测和电子电荷量e的值，可以确定电子的质量，故D正确．出比荷的值em3．对于电子的发现，以下说法中正确的是()A．汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了电子B．汤姆孙通过实验测定了阴极射线的电荷量C．密立根通过油滴实验测定了阴极射线的比荷值D．原子的葡萄干面包模型是道尔顿提出的解析：选A．1897年汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了电子，并测出了电子的比荷，提出了葡萄干面包模型．故选A．4．阴极射线管中的高电压的作用是()A．使管内气体电离B．使管内产生阴极射线C．使管内障碍物的电势升高D．使电子加速解析：选D．在阴极射线管中，阴极射线是由于阴极处于炽热状态而发射出的电子流，通过高电压使电子加速获得能量，与玻璃发生撞击而产生荧光．故选项D正确．5．汤姆孙1897年用阴极射线管测量了电子的比荷(电子电荷量与质量之比)，其实验原理如图所示．电子流平行于极板射入，极板P、P′间同时存在匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场B时，电子流不会发生偏转；极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B时，电子流穿出平行板电容器时的偏转角θ＝115rad．已知极板长L＝3．0×10－2m，电场强度大小为E＝1．5×104 V/m，磁感应强度大小为B＝5．0×10－4 T．求电子比荷．解析：无偏转时，洛伦兹力和电场力平衡，则eE＝e v B只存在磁场时，有e v B＝m v2r，由几何关系r＝Lsin θ偏转角很小时，r≈Lθ联立上述各式并代入数据得电子的比荷 e m ＝EθB 2L＝1．3×1011 C/kg ． 答案：1．3×1011 C/kg[课时作业]一、单项选择题1．下列说法正确的是( )A ．汤姆孙发现了电子并测出电子的电荷量B ．稀薄气体导电可以看到辉光现象C ．阴极射线是一种电磁波D ．以上说法都不对解析：选B ．汤姆孙发现了电子，但电子的电荷量是由密立根油滴实验测出的，A 错．稀薄气体被电离可以导电，产生辉光现象，B 对．阴极射线是带负电的粒子流，即电子，C 错．2．下列说法中错误的是( )A ．原子是可以再分的，是由更小的微粒组成的B ．通常情况下，气体是导电的C ．在强电场中气体能够被电离而导电D ．平时我们在空气中看到的放电火花，就是气体电离导电的结果解析：选B ．电子的发现说明原子是可以再分的，A 对；通常情况下，气体不导电，但在强电场中被电离后可导电，B 错，C 、D 对．3．下列关于电子的说法正确的是( ) A ．只有少数物质中有电子 B ．不同的物质中具有不同的电子 C ．电子质量是质子质量的1 836倍D ．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元解析：选D ．汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，均为同一种粒子，即电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子质量．由此可知D 正确，B 、C 错误．4．英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现( ) A ．阴极射线在电场中偏向正极板一侧B ．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C ．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D ．汤姆孙已准确得出阴极射线粒子的电荷量解析：选A．汤姆孙利用其设计的阴极射线管，将不同的气体充入管内，用多种不同的金属分别制成阴极，结果证明比荷大体相同，C错．汤姆孙和他的学生通过测量得知阴极射线粒子的电荷量与氢离子的电荷量大小基本相同，D错；阴极射线带负电，A对，B错．5．阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示，若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为()A．平行于纸面向左B．平行于纸面向上C．垂直于纸面向外D．垂直于纸面向里解析：选C．阴极射线是高速电子流，由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外．6．如图所示为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空，A为发射热电子的阴极，K 为接在高电势点的加速阳极，A 、K 间电压为U ，电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K 的小孔中射出的速度大小为v ，下面的说法中正确的是( )A ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为2vB ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为v2C ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为v2D ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为22v 解析：选D ．对电子从A 到K 的过程应用动能定理：Ue ＝12m v 2－0，所以电子离开K时的速度取决于A 、K 之间电压的大小，A 错，B 错；如果电压减半，则v 应变为原来的22，C 错，D 对．二、多项选择题7．关于阴极射线的性质，下列说法正确的是( ) A ．阴极射线带负电 B ．阴极射线带正电C ．阴极射线的比荷比质子的比荷大D ．阴极射线的比荷比质子的比荷小解析：选AC ．通过对阴极射线在电场、磁场中偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢离子的比荷大得多，故A 、C 正确．8．如图是密立根油滴实验的示意图．油滴从喷雾器嘴喷出，落到图中的匀强电场中，调节两板间的电压，通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中，下列说法正确的是( )A ．油滴带负电B ．油滴质量可通过天平来测量C ．只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量D ．该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍解析：选AD ．由图知，电容器板间电场方向向下，油滴所受的电场力向上，则知油滴带负电，故A 正确．油滴的质量很小，不能通过天平测量，故B 错误．根据油滴受力平衡得：mg ＝qE ＝q U d ，得q ＝mgdU ，所以要测出两板间的距离、电压和油滴的质量才能求出油滴的电量，故C 错误．根据密立根油滴实验研究知：该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍，故D 正确．9．关于电子的发现，下列叙述中正确的是( ) A ．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的 B ．电子的发现，说明原子具有一定的结构 C ．电子是第一种被人类发现的微观粒子D ．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象解析：选BCD ．发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B 正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，C 正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D 正确．10.如图所示是电子射线管的示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x 轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(沿z 轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是( )A ．加一磁场，磁场方向沿z 轴负方向B ．加一磁场，磁场方向沿y 轴正方向C ．加一电场，电场方向沿z 轴正方向D ．加一电场，电场方向沿y 轴正方向解析：选BC ．由于电子沿x 轴正方向运动，若所受洛伦兹力向下，使电子射线向下偏转，由左手定则可知磁场方向应沿y 轴正方向；若加电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向应沿z 轴正方向，由此可知B 、C 正确．三、非选择题11.为测定带电粒子的比荷qm ，让这个带电粒子垂直飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E ，在通过长为L 的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d ，如果在两板间加垂直电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直粒子的入射方向，磁感应强度为B ，则离子恰好不偏离原来方向，求比荷qm的值为多少？解析：只加电场时，在垂直电场方向 d ＝12⎝⎛⎭⎫Eq m ⎝⎛⎭⎫L v 02 加磁场后，粒子做直线运动，则q v 0B ＝Eq ，即v 0＝E B ．联立解得：q m ＝2dEB 2L 2．答案：2dEB 2L 212.如图所示，有一电子束穿过具有匀强电场和匀强磁场的空间区域，该区域的电场强度和磁感应强度分别为E 和B ．(1)如果电子束的速度为v 0，要使电子束穿过上述空间区域不发生偏转，电场和磁场应满足什么条件？(2)如果撤去磁场，电场区域的长度为l ，电场强度的方向和电子束初速度方向垂直，电场区域边缘离屏之间的距离为d ，要使电子束在屏上偏移距离为y ，所需加速电压为多大？解析：(1)要使电子不发生偏转则：eE ＝e v 0B ，E ＝v 0B ． (2)电子在电场中向上偏转量s ＝12·eE m t 2，且tan θ＝v y v 0，其中v y ＝eEm t ． 在加速电场中eU ＝12m v 20，v 0＝l t ． 偏移距离y ＝s ＋d tan θ，由以上各式可得U ＝El （l ＋2d ）4y ．答案：(1)E ＝v 0B (2)El （l ＋2d ）4y。
新鲁科版物理选修3-5同步讲义：动量守恒定律
廉！書尸y动量守恒研究D IYIZHAMG动量守恒定律仃.动量守恒的条件是系统不受外力或者所受合外力'为零。
2. 动量守恒定律的表达式是m i v i + m2v 2= m i v i'+ m2v 2 。
谍前门社学习「基隐才能楼3. 反冲运动即一个静止的物体在内力的作用下分裂成两部分，分别向相反的方向运动，是动量守I恒的典型问题。
丿1. 动量守恒定律⑴内容：如果一个系统不受外力或者所受合外力为零，这个系统的总动量保持不变。
⑵表达式：m i v 1+ m2v2= m i v i'+ m?v2,相互作用的两个物体组成的系统，作用前的动量和等于作用后的动量和。
2. 反冲运动(1) 根据动量守恒定律，一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某一个方向运动，另一部分向相反方向运动的现象。
(2) 灌溉喷水器、反击式水轮机、喷气式飞机、火箭等都是利用了反冲运动。
⑶消防高压水枪、射击步枪等的反冲作用都必须采取措施加以防止。
3. 火箭(1) 原理：火箭的飞行应用了反冲的原理，靠喷出气流的反作用来获得巨大速度。
(2) 影响火箭获得速度大小的因素：一是喷气速度，喷气速度越大，火箭能达到的速度越大：二是燃料质量越大，负荷越小，火箭能达到的速度也越大。
1 •自主思考 一一判一判(1) 一个系统初、末状态动量大小相等，即动量守恒。
(X )(2) 两个做匀速直线运动的物体发生碰撞，两个物体组成的系统动量守恒。
(V )(3) 系统动量守恒也就是系统的动量变化量为零。
(V )(4) 反冲运动可以用动量守恒定律来解释。
(V )(5) 一切反冲现象都是有益的。
(X )⑹章鱼、乌贼的运动利用了反冲的原理。
(V )2 •合作探究一一议一议(1) 动量守恒定律可由牛顿运动定律和运动学公式 用范围是否一样？提示：牛顿运动定律适用于宏观物体、低速运动 于任何物体，任何运动。
(2) 假如在月球上建一飞机场，应配置喷气式飞机还是螺旋桨飞机呢？提示：应配置喷气式飞机。
高中物理第3章原子核与放射性第1节原子核结构质子的发现素材鲁科版选修3-5(new)
质子的发现1919年，卢瑟福做了用粒子轰击氮原子核的实验，实验装置如图所示，容器C里放有放射性物质A,从A射出的粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使容器C抽成真空后，粒子恰好被F吸收而不能透过，在F后面放一荧光屏S，用显微镜册来观察荧光屏上是否出现闪光．通过阀门T往C里通进氮气后，卢瑟福从荧光屏S上观察到了闪光,把氮气换成氧气或二氧化碳,又观察不到闪光，这表明闪光一定是粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的．卢瑟福把这种粒子引进电场和磁场中，根据它在电场和磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，确定它就是氢原子核,又叫做质子，通常用符号表示．这个质子是粒子直接从氮核中打出的，还是粒子打进复核后形成的复核发生衰变时放出的呢?为了弄清这个问题,英国物理学家布拉凯特又在充氮的云室里做了这个实验．如果质子是粒子直接从氮核中打出的，那么在云室里就会看到四条径迹：放射粒子的径迹、碰撞后散射的．粒子的径迹、质子的径迹及抛出质子后的核的反冲径迹．如果粒子打进氮核后形成一个复核，这复核立即发生衰变放出一个质子，那么在云室里就能看到三条径迹：入射粒子的径迹、质子的径迹及反冲核的径迹(见左上图）．布拉凯特拍摄了两万多张云室照片，终于从四十多万条“粒子径迹的照片中,发现有八条产生了分叉（见下图）．分叉的情况表明,这第二种设想是正确的．从质量数守恒和电荷数守恒可以知道产生的新核是氧17，核反应方程如下：在云室的照片中,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．后来，人们用同样的方法使氟、钠、铝等核发生了类似的转变,并且都产生了质子．由于各种核里都能轰击出质子，可见质子是原子核的组成部分．尊敬的读者：本文由我和我的同事在百忙中收集整编出来，本文档在发布之前我们对内容进行仔细校对，但是难免会有不尽如人意之处，如有疏漏之处请指正，希望本文能为您解开疑惑,引发思考。
文中部分文字受到网友的关怀和支持，在此表示感谢！在往后的日子希望与大家共同进步，成长。
鲁科版高中物理选修3-5课件第3章第1节
一、质子的发现 1．实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用α粒子 轰击氮原子核发现了________ 质子． 原子核 的组成部分． 2．结论：质子是_________ 二、中子的发现
思考感悟 1．卢瑟福依据什么猜想原子核中存在着中子 ？ 提示：元素的原子核的质量大体上是质子质 量的整数倍，但原子核的电荷数仅仅是质量数
即时应用(即时突破，小试牛刀) 1．(2011年秦皇岛高二检测)如图3－1－1为卢瑟 福发现质子的实验装置，M是显微镜，S是荧光屏 ，窗口F处装铝箔，氮气从阀门T充入，A是放射源 ，在观察由质子引起的闪烁之前需进行必要调整 的是( )
图 3－ 1 － 1
A．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上有α粒子 引起的闪烁 B．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上见不到 质子引起的闪烁 C．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上能见到 质子引起的闪烁 D．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上见不到α 粒子引起的闪烁
2．同位素：具有相同质子数、不同中子数的原 子互称同位素．它们的核外电子数相同，因而有 相同的化学性质． 3．核反应、核反应方程 (1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方 程只能用单箭头方向表示反应方向，不能用等号 连接． (2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只 依据电荷数守恒和质量数守恒凭空杜撰生成物．
的一半或更少一些．
三、原子核的组成 质子 和_______ 中子 组成， 1．组成：原子核由_______ 核子． 质子和中子统称为 ______ 2．原子核的符号：X，其中X表示元素，A表示 质量数，Z表示核电荷数． 原子序数 3．基本关系：核电荷数＝质子数＝__________ 核子数 质量数＝质子数＋中子数＝_________ 4．同位素：具有相同质子数、不同中子数的原 子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称 同位素． __________
(2020新教材)新鲁科版高中物理必修第一册讲义：第3章第1节重力与重心
学习目标核心素养形成脉络1.知道力是物体间的相互作用，会用力的图示和示意图来描述力.2 .知道重力的大小、方向和测量方法. fj辛帥陈T鷲器〕助林岂3.理解重心的概念及知道物体重心的位置的影响 --------- J因素•基础梳理、力的描述1.力的定义：物体与物体之间的相互作用.2 .力的作用效果：使物体的形状或运动状态发生变化.3. 力的单位：力的单位是牛顿，简称牛，符号N.4. 力的矢量性：力是矢量，既有大小又有方 _5. 力的图示：可以用一条带箭头的线段表示力.线段的长短表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，箭头(或箭尾)所在的位置表示力的作用点，线段所在的直线叫做力的作用线.二、重力及其测量1 .重力：由于地球吸引而使物体受到的力.2 .测量：重力的大小可以用弹簧测力计测岀，测量时物体必须保持静止，这样物体对测力计的拉力才等于物体受到的重力，体检时常用磅秤来测量体重.3. 大小：可用公式G = mg计算得出，式中g是比例系数，g= 9.8_N/kg .4. 方向：总是竖直向下.三、物体的重心1.重心：物体的各部分都受重力作用，从效果上看可认为各部分所受到的重力作用集中于一点，这一点称为物体的重心.2 .决定物体重心位置的因素(1) 物体的形状；(2) 物体的质量分布.3.物体重心与稳定的关系：重心越高，物体的稳定性越差；重心越低，物体的稳定性越好.A思维辨析(1) 只有接触的物体间才会有力的作用. ()(2) 只要两个力的大小、方向相同，这两个力的作用效果就相同. ()(3) 要想描述清楚一个力需要指明力的大小、方向和作用点. ()(4) 重力是由于地球的吸引而产生的，但它的方向不一定指向地心. ()⑸质量大的物体受到的重力一定比质量小的物体受到的重力大. ()提示：⑴X (2) X (3) V (4) V (5) XB基础理解(1) 观察下列图片，分析力的作用产生什么效果？①图中撑杆跳运动员的作用力使撑杆弯曲.②图中运动员踢球的力使足球改变了运动方向.(2) 图甲所示，苹果落向地面；图乙所示，建筑上应用重垂线检测墙壁是否竖直.①为什么树上的苹果总要落向地面？②为什么使用重垂线能检测墙壁是否竖直?提示：(1)①力可以使物体发生形变.②力可以使物体的运动状态发生改变.(2)①苹果受重力作用.②因重力的方向是竖直向下的.探究1 力和力的图示［学生用书P47］图中的甲、乙描述的是某小朋友拉车的情景.(1)哪幅图对力的表示更准确？ ⑵两幅图表示力的方法有何不同?［要点提示］(1)甲图性质 理解物质性力是物体对物体的作用，脱离物体而独立存在的力是不存在的，一个力 一定同时具有受力物体和施力物体 相互性物体之间力的作用是相互的，只要一个物体对另一个物体施加了力的作 用，另一个物体也一定会对这个物体施加力的作用 矢量性力是矢量，不仅有大小，而且有方向 2•力的作用效果(1)力的作用效果”蠶物怵的运动卜丽的槪变化］ 阿种作L，用菠桑厂 L ［便物休发生形变H 改变物休的形狀或摊积「⑵影响力的作用效果的三要素：力的大小、方向和作用点.3.力的图示与力的示意图的比较作图步骤力的图示 力的示意图 选标度选定标度(用某一长度的线段表示一定大小的力） —―一 (2)甲图是力的图示，用一条带箭头的线段表示力，用线段的长度描述力的大小，箭头表 示力的方向，箭尾所在位置表示力的作用点；乙图是力的示意图 ，它只描述力的方向和作用点，不能描述力的大小. 1.力的三个性质【核心深化】画线段从作用点开始沿力的方向画一线段，根据选定的标度和力的大小按比例确定线段长度从作用点开始沿力的方向画一适当长度的线段标方向在线段的末端标出前头，表示力的方向在线段的末端标出前头，表示力的方向U-'Is,1 - 以后除有特别说明外一般画力的示意图而不画力的图示.□关键能力1对力的理解込」（多选）（2019枣庄高一月考）2018年8月24 日,邹市明获得殊荣一一“最多奥林匹克运动会男子拳击次特轻量级金牌获得者”吉尼斯世界纪录称号（邹市明曾获得2届奥运会拳击冠军、3届拳击世锦赛冠军、WBO蝇量级拳王），下列说法中正确的是（）A •邹市明在拳击比赛时，给对手一记重拳KO”获胜，说明邹市明对对手施加了力，而对手未对邹市明施加力B •邹市明对对手施加了力，施力物体是邹市明C.邹市明一记重拳，对手感觉到痛而邹市明未感觉到痛，说明力的作用不是相互的D •邹市明给对手一记重拳，对手是受力物体，同时也是施力物体［解析］邹市明一记重拳KO”对手，邹市明对对手施力的同时，对手对邹市明也施加了力，选项A错误，B、D正确；邹市明打对手一拳，对手感觉到痛而邹市明未感觉到痛，说明身体不同部位耐受能力不同，而不能说明力的作用不是相互的，选项C错误.［答案］BD口关键能力2力的描述区° 在图甲中木箱P点，用与水平方向成30°角斜向右上方的150 N的力拉木箱；在图乙中木块的Q点，用与竖直方向成60。
2019-2020学年鲁科版物理选修3-5新素养同步讲义：第4章 第1节 核力与核能 Word版含
姓名，年级：时间：第1节核力与核能1。
知道核力的概念及特点．(重点) 2。
能解释轻核和重核内中子数、质子数具有不同比例的原因．3．理解原子核的结合能、平均结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行计算．(重点＋难点)一、核力与核的稳定性错误!核力(1)定义：把原子核中的核子维系在一起的力．(2）核力的特点①核力是短程力，作用范围在2__fm（1 fm＝10－15 m）左右,它不能延伸到3__fm以外．②当两核子间距离减小时，核力也迅速减小，至一定值时，核力表现为斥力．③核力是一种强相互作用，若两质子之间的距离为1 fm，库仑力是200__N左右，核力必须非常强才能抵消所有质子库仑力的作用．错误!核的稳定性（1)核素：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子．(2)核素图：用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种核素用一小方块表示，所得到的图象．(3)核的稳定性①核素的稳定区：稳定核素几乎全落在一条曲线上,或紧靠曲线的两侧，这个区域称为核素的稳定区．②稳定核素的中子数与质子数的关系:随着核电荷数的增加，稳定核素的中子数越来越大于质子数．1．（1）核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大．（)（2）原子核内的质子是靠万有引力来抗衡库仑斥力的．（）(3）弱相互作用是引起β衰变的原因．( ）提示:(1)×(2)×(3）√二、结合能与平均结合能错误!原子核的结合能：核子结合成原子核所释放的能量．2。
平均结合能：对某种原子核,平均每个核子的结合能．平均结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量，也是原子核分解成自由核子时每个核子平均吸收的能量．错误!质量亏损（1)质量亏损：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，它们的差值称为质量亏损．（2)爱因斯坦质能方程：E＝mc2.错误!结合能的计算公式：ΔE＝Δmc2．2．（1)组成原子核的核子越多，它的结合能就越大．( )（2）结合能越大，核子结合得越牢固,原子越稳定．( )(3）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．（）提示：(1）√（2）×(3)×核力及原子核的稳定性错误!核力有着完全不同于万有引力和静电力的一些性质(1)核力是强相互作用(强力）的一种表现,在它的作用范围内，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，且随距离增大而减小,超过1。