第五章

原子核第一節(jié)

原子核的組成

通過上一章《原子結(jié)構(gòu)》的學習，我們知道人們對原子組成的認識過程：從湯姆孫的棗糕模型到盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型，再到玻爾的原子模型。

最后的結(jié)論是：原子由居于原子中心的帶正電的原子核和核外帶負電的電子組成，電子繞原子核運動，并沒有確定的軌道。棗糕模型分立軌道電子云模型核式結(jié)構(gòu)模型+r近代原子模型

原子核內(nèi)部又有什么結(jié)構(gòu)呢？

原子核是否可以再分呢？

它是由什么微粒組成？

該如何研究原子核的組成呢？問題引入德國倫琴1845-19231895年末，德國物理學家倫琴發(fā)現(xiàn)了一種新的射線——X射線，即倫琴射線。X射線是電磁波，不能被電磁場偏轉(zhuǎn)。X射線具有透射現(xiàn)象法國貝克勒爾鈣鈾云母礦

1896年，法國物理學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見的射線。這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光

。一、天然放射現(xiàn)象法國貝克勒爾該射線可以使底片感光可以在電場或者磁場中偏轉(zhuǎn)該射線的產(chǎn)生無需任何外界誘因有能量有電荷自發(fā)性1898年，在貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾的放射性后，瑪麗·居里和她的丈夫皮埃爾·居里對鈾和含鈾的各種礦石進行了研究，并且發(fā)現(xiàn)了兩種放射性更強的新元素釙(Po）和鐳(Ra)。

居里認為，放射性并不是鈾元素所特有的性質(zhì)，放射性具有普遍性。法國M.居里1867—1934法國P.居里1859—1906居里夫婦最早提出了放射性的概念一、天然放射現(xiàn)象1.天然放射現(xiàn)象：物質(zhì)自發(fā)放出射線的現(xiàn)象。2.放射性：物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)。3.放射性元素：如果元素具有放射性，則稱為放射性元素。原子序數(shù)大于83的所有天然存在的元素都具有放射性原子序數(shù)小于83的元素中，有的也有放射性。一、天然放射現(xiàn)象×

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方法一：利用磁場α射線β射線γ射線方法二：利用電場α射線β射線γ射線正電負電盧瑟福等人先后從含鈾物質(zhì)的射線中發(fā)現(xiàn)了三種穿透能力不同的成分，盧瑟福將這三種射線分別命名為α射線、β射線和

γ射線。新西蘭盧瑟福1871-1937思考：放射性元素放出的射線到底是什么?有什么特點？

研究方法：把放射源鈾、釙或鐳放入用鉛做成的容器中，射線只能從容器的小孔射出，

成為細細的一束。新西蘭盧瑟福1871-1937盧瑟福等人先后從含鈾物質(zhì)的射線中發(fā)現(xiàn)了三種穿透能力不同的成分，盧瑟福將這三種射線分別命名為α射線、β射線和

γ射線。α射線是帶正電的α粒子流，α粒子就是氦原子核；β射線是帶負電的β粒子流，β粒子就是電子；γ射線是中性γ粒子流，γ粒子就是光子。三種射線穿透能力的比較二、射線的本質(zhì)α射線β射線γ射線本質(zhì)速度特性氦核α粒子流電子流光子流光速的十分之一光速的99%電離作用強，貫穿本領(lǐng)小，一張薄紙就能擋住電離作用較弱，貫穿本領(lǐng)大，能穿透幾毫米的鋁板電離作用最弱，貫穿本領(lǐng)最強，能穿透幾厘米的鉛板光速c

γ電離作用：射線飛行途中遇到原子并將其部分能量轉(zhuǎn)移給原子中的電子，使這個電子脫離核的束縛成為自由電子，這樣的過程叫作電離。射線的上述作用叫作電離作用。二、射線的本質(zhì)αβγ放射性樣品鉛+++???

由于α粒子的電荷量大小是電子電荷量大小的2倍，所以α粒子受到的電場力是電子的2倍。但是圖中α射線的偏轉(zhuǎn)程度明顯弱于β射線。請對此進行分析并給出解釋。雖然α粒子受到的電場力是電子所受電場力的2倍但α粒子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的7300多倍，所以電子在電場中的加速度遠大于α粒子的加速度，因此電子的偏轉(zhuǎn)更大。比荷相差3674倍三種射線在電場中的偏轉(zhuǎn)二、射線的本質(zhì)元素的放射性是原子的性質(zhì)還是原子核的性質(zhì)？放射性的發(fā)現(xiàn)有何重要意義?實驗發(fā)現(xiàn)，如果一種元素具有放射性，無論它是以單質(zhì)存在的，還是以化合物形式存在的，都具有放射性。（即放射性與元素所處的化學狀態(tài)無關(guān)）放射性的強度也不受溫度、外界壓強的影響（即放射性與元素存在的物理狀態(tài)無關(guān)）。這就說明射線與這些核外電子無關(guān)，也就是說，射線來自原子核。這說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。思考與討論——1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。質(zhì)子：P電量：e=1.602×10-19C質(zhì)量：mp=1.672×10-27kg后來，人們用同樣的方法，從氟、鈉、鋁的原子核中打出了質(zhì)子，由此斷定質(zhì)子是原子核的組成部分。1.發(fā)現(xiàn)質(zhì)子三、原子核的組成思考與討論：原子核是只由質(zhì)子組成的嗎？如果原子核中只有質(zhì)子，那么，任何一種原子核的質(zhì)量與電荷量之比，都應(yīng)該等于質(zhì)子的質(zhì)量與電荷量之比。但事實是這樣的嗎？如果原子核中內(nèi)只有質(zhì)子，則：實際上：說明原子核還有其他組成部分

1920年，盧瑟福猜想，原子核內(nèi)可能還存在著另一種粒子，它的質(zhì)量與質(zhì)子相同，但是不帶電，他把這種粒子叫作中子(neutron)。1932年，盧瑟福的學生查德威克用實驗證實。三、原子核的組成質(zhì)量：查德威克mn=1.674927471×10-27kg2.發(fā)現(xiàn)中子1932年，英國物理學家查德威克發(fā)現(xiàn)了中子，用符號n表示。研究證明中子的質(zhì)量和質(zhì)子的質(zhì)量非常接近，但是不帶電，是中性粒子。中子：n三、原子核的組成核子

mn=1.674927471×10-27kgmp=1.672621898×10-27kg質(zhì)子P：（電量：e=1.602×10-19C）中子n：3.原子核的組成4.原子核的表示方法——元素符號核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=原子序數(shù)質(zhì)量數(shù)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)電荷數(shù)Z≠電荷量q質(zhì)量數(shù)A≠質(zhì)量m（不帶電）

三、原子核的組成5.

同位素

具有相同質(zhì)子、不同中子數(shù)的原子核互稱同位素。在元素周期表中處于同一位置，具有相同的化學性質(zhì)。氕氘氚三、原子核的組成課堂小結(jié)倫琴發(fā)現(xiàn)X射線，即倫琴射線。X射線是電磁波。貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射性，揭示了原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。皮埃爾-居里夫婦發(fā)現(xiàn)了放射性的普遍性，并發(fā)現(xiàn)了鐳和釙。盧瑟福發(fā)現(xiàn)了三種射線分別命名為α射線、β射線和γ射線。盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，預(yù)言了中子查德威克發(fā)現(xiàn)了中子例1鐳的原子序數(shù)是88，原子核質(zhì)量數(shù)是226。試問：(1)鐳核中有幾個質(zhì)子？幾個中子？(2)鐳核所帶電荷量是多少？(3)若鐳原子呈中性，它核外有幾個電子？(4)是鐳的一種同位素，讓和以相同速度垂直射入磁感應(yīng)強度為B

的勻強磁場中，它們運動的軌道半徑之比是多少？典例探究解（1）鐳核中的質(zhì)子數(shù)等于其原子序數(shù)，故質(zhì)子數(shù)為88，中子數(shù)N

等于原子核的質(zhì)量數(shù)

A與質(zhì)子數(shù)Z

之差，即N＝A－Z＝226－88＝138。（2）

鐳核所帶電荷量Q

＝Ze

＝88×1.6×10－19C＝1.41×10－17C。（3）核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88。（4）帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力，根據(jù)牛頓第二定律有：qvB＝mv2/r

r

＝mv/qB

兩種同位素具有相同的核電荷數(shù)，但質(zhì)量數(shù)不同，解得：例2

(多選)如圖所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質(zhì)，放射線從其右端小孔中水平向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向里的勻強磁場，則下列說法中正確的有(

)A．打在圖中a、b、c三點的依次是α射線、γ射線和β射線B．α射線和β射線的軌跡是拋物線C．α射線和β射線的軌跡是圓弧D．如果在鉛盒和熒光屏間再加一豎直向下的勻強電場，則屏上的亮斑可能只剩下bAC當堂練習1.(對射線本質(zhì)的理解)(多選)下列哪些現(xiàn)象能說明射線來自原子核(

)A.三種射線的能量都很高B.射線的強度不受溫度、外界壓強等物理條件的影響C.元素的放射性與所處的化學狀態(tài)(單質(zhì)、化合態(tài))無關(guān)D.α射線、β射線都是帶電的粒子流BC2.(對天然放射現(xiàn)象的理解)下面與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的現(xiàn)象是(

)A.天然放射現(xiàn)象B.光電效應(yīng)現(xiàn)象C.