高中物理 第三章 原子核 第1節(jié) 原子核的組成與核力 第2節(jié) 放射性 衰變課件 教科版選修35.ppt

第1節(jié)原子核的組成與核力第2節(jié)放射性衰變 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第2節(jié) 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 1 知道什么是天然放射現(xiàn)象 2 知道三種射線的本質(zhì)和區(qū)分方法 3 知道原子核的組成 知道什么是同位素 4 知道核力只存在于相鄰核子之間 且核力有別于庫侖力 5 理解半衰期及衰變方程的書寫 課標(biāo)定位 課前自主學(xué)案 一 原子核的組成1 核子 1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 1932年 查德威克發(fā)現(xiàn)了中子 和 統(tǒng)稱為核子 2 中子不帶電 原子核的電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù) 原子核子的質(zhì)量數(shù)a 中子數(shù)n 電荷數(shù)z的關(guān)系為 3 同位素 相同而 不同的原子核互稱為同位素 質(zhì)子 中子 a n z 原子序數(shù) 中子數(shù) 二 核力1 定義 之間的相互作用力 又稱強(qiáng)力 2 核力的特征 1 在核的線度內(nèi) 核力比庫侖力大得多 2 核力是短程力 當(dāng)兩個(gè)核子中心相距大于核子本身線度時(shí) 核力幾乎完全消失 3 核力與電荷 質(zhì)子與質(zhì)子 質(zhì)子與中子以及中子與中子之間的核力是 核子 無關(guān) 相等的 三 核反應(yīng)1 定義 用一定能量的粒子轟擊原子核 改變了核的結(jié)構(gòu) 這樣的過程叫做核反應(yīng) 2 在核反應(yīng)中 和 守恒 質(zhì)量數(shù) 電荷數(shù) 貝克勒爾 居里夫婦 放射 五 衰變1 放射性衰變 放射性元素自發(fā)地蛻變?yōu)榱硪环N元素 同時(shí) 的現(xiàn)象 2 三種射線 1 射線 帶正電的 粒子流 速度只有光速的10 穿透能力弱 容易被物質(zhì)吸收 2 射線 帶負(fù)電的電子流 速度很快 穿透能力強(qiáng) 3 射線 波長(zhǎng)極短的電磁波 穿透能力極強(qiáng) 放出射線 半數(shù) 思考感悟 1 射線一定是伴隨 衰變產(chǎn)生的嗎 2 光子與 射線相同嗎 提示 1 放射性物質(zhì)放出 射線是由 衰變形成的新核處于激發(fā)態(tài) 它通過輻射光子而回到基態(tài) 因此 射線是由于原子核處于激發(fā)狀態(tài)而向低能級(jí)躍遷時(shí)釋放出的能量 也正是如此 有些處于激發(fā)態(tài)的原子核在發(fā)生躍遷時(shí) 也會(huì)放出 射線 并且 射線的頻率也不是一個(gè)定值 是有一定范圍的 因此 射線不一定都是由 衰變而產(chǎn)生的 2 光子和 射線都是由于原子核變化過程中處于激發(fā)狀態(tài)而向低能量狀態(tài)躍遷時(shí)釋放出的 前者說明釋放出一個(gè)個(gè)粒子 即 光子 后者說明釋放出的大量光子形成的 能夠被顯示的射線 由此可知 兩者并不相同 核心要點(diǎn)突破 一 對(duì)原子核組成的理解1 原子核的組成 1 概述原子核是由質(zhì)子 中子構(gòu)成的 質(zhì)子帶正電 中子不帶電 原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的個(gè)數(shù)并不一定相同 2 基本關(guān)系 核電荷數(shù) 質(zhì)子數(shù) z 元素的原子序數(shù) 核外電子數(shù) 質(zhì)量數(shù) a 核子數(shù) 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 2 對(duì)核子數(shù) 電荷數(shù) 質(zhì)量數(shù)的理解 1 核子數(shù) 質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小 二者統(tǒng)稱為核子 所以質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù) 2 電荷數(shù) z 原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍 通常這個(gè)整數(shù)叫做原子核的電荷數(shù) 3 質(zhì)量數(shù) a 原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和 而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相等 所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個(gè)核子質(zhì)量的整數(shù)倍 這個(gè)整數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù) 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 據(jù)最新報(bào)道 放射性同位素鈥ho 可有效治療癌癥 該同位素原子核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差是 a 32b 67c 99d 166 解析 選a 根據(jù)原子核的表示方法得核外電子數(shù) 質(zhì)子數(shù) 67 中子數(shù)為166 67 99 故核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差為99 67 32 故a對(duì) b c d錯(cuò) 二 對(duì)原子核中質(zhì)子與中子的比例的認(rèn)識(shí)1 核子比例關(guān)系自然界中較輕的原子核 質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等 但對(duì)于較重的原子核 中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù) 越重的原子核 兩者相差越多 如圖3 1 1所示 穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的關(guān)系圖3 1 1 2 形成原因 1 這與核力與電磁力的不同特點(diǎn)有關(guān) 原子核大到一定程度時(shí) 相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力非常小 較多的質(zhì)子集聚在一起的核力不足以平衡它們之間的庫侖力 原子核就不穩(wěn)定了 這時(shí) 如果不再成對(duì)地增加質(zhì)子和中子 而只增加中子 中子與其他核子沒有庫侖斥力 但有相互吸引的核力 所以有助于維系原子核的穩(wěn)定 2 核力的飽和性 穩(wěn)定的重原子核里 中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多 由于核力的作用范圍是有限的 以及核力的飽和性 如果我們繼續(xù)增大原子核 一些核子間的距離會(huì)大到其間根本沒有核力的作用 這時(shí)即使再增加中子 形成的核也一定是不穩(wěn)定的 所以原子核大小也受到限制 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說法 正確的是 a 原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等b 穩(wěn)定的重原子核里 質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多c 原子核都是非常穩(wěn)定的d 由于核力的作用范圍是有限的 以及核力的飽和性 不可能無節(jié)制的增大原子核而仍穩(wěn)定存在 解析 選d 由穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的關(guān)系圖像可知 質(zhì)量越大的原子核內(nèi)中子數(shù)越多于質(zhì)子數(shù) a b錯(cuò)誤 放射現(xiàn)象說明原子核也會(huì)發(fā)生變化 c錯(cuò)誤 由核力作用特點(diǎn)可知 核子數(shù)越多的原子核越不穩(wěn)定 d正確 三 對(duì)放射線的認(rèn)識(shí)1 射線性質(zhì) 特征比較 2 在電場(chǎng) 磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)情況的比較 1 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 射線偏離較小 射線偏離較大 射線不偏離 如圖3 1 2 圖3 1 2 2 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 射線偏轉(zhuǎn)半徑較大 射線偏轉(zhuǎn)半徑較小 射線不偏轉(zhuǎn) 如圖3 1 3 圖3 1 3 特別提醒 1 如果一種元素具有放射性 那么不論它是以單質(zhì)的形式存在 還是以某種化合物的形式存在 放射性都不受影響 也就是說 放射性與元素存在的狀態(tài)無關(guān) 放射性僅與原子核有關(guān) 因此 原子核不是組成物質(zhì)的最小微粒 原子核也存在著一定結(jié)構(gòu) 2 射線的電子是從原子核中放出來的 但電子并不是原子核的組成部分 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 3 放射性元素發(fā)射出 三種射線 以下說法中正確的是 a 射線是由不帶電的粒子組成b 射線是由帶正電的粒子組成c 射線的貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)d 射線的電離本領(lǐng)最強(qiáng) 解析 選c 射線是氦核組成的粒子流 所以選項(xiàng)a錯(cuò)誤 射線是高速電子流 所以選項(xiàng)b錯(cuò)誤 射線的貫穿本領(lǐng)最強(qiáng) 電離本領(lǐng)最弱 所以選項(xiàng)c正確 d錯(cuò)誤 2 衰變方程的書寫特點(diǎn) 1 核反應(yīng)過程一般是不可逆的 所以核反應(yīng)只能用箭頭 不能用等號(hào) 2 核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ) 不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒而杜撰出不符合實(shí)際的生成物來書寫核反應(yīng)方程 3 當(dāng)放射性物質(zhì)發(fā)生連續(xù)衰變時(shí) 原子核中有的發(fā)生 衰變 有的發(fā)生 衰變 同時(shí)伴隨著 輻射 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 4 由原子核的衰變規(guī)律可知 a 放射性元素一次衰變可同時(shí)產(chǎn)生 射線和 射線b 放射性元素發(fā)生 衰變時(shí) 新核的化學(xué)性質(zhì)不變c 放射性元素發(fā)生衰變的快慢不可人為控制d 放射性元素發(fā)生正電子衰變時(shí) 新核質(zhì)量數(shù)不變 核電荷數(shù)增加1 解析 選c 一次衰變不可能同時(shí)產(chǎn)生 射線和 射線 只可能同時(shí)產(chǎn)生 射線和 射線或 射線和 射線 原子核發(fā)生衰變后 新核的核電荷數(shù)發(fā)生了變化 故新核 新的物質(zhì) 的化學(xué)性質(zhì)理應(yīng)發(fā)生改變 發(fā)生正電子衰變時(shí) 新核質(zhì)量數(shù)不變 核電荷數(shù)減少1 五 對(duì)核反應(yīng)的認(rèn)識(shí)1 條件 用 粒子 質(zhì)子 中子 甚至用 光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變 2 實(shí)質(zhì) 用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞 將原子核打開 而是粒子打入原子核內(nèi)部使核發(fā)生了轉(zhuǎn)變 特別提醒 天然放射性元素是少數(shù)重核元素 而人工放射性元素是通過人工方法制造出的輕核元素 它們的原子核都具有不穩(wěn)定性 能自發(fā)地放出射線 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 5 關(guān)于原子核的衰變和核反應(yīng) 下列說法正確的是 a 原子核自發(fā)的放出粒子的現(xiàn)象叫衰變b 衰變的實(shí)質(zhì)是粒子對(duì)核撞擊后釋放出 粒子或 粒子c 核反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是粒子對(duì)核撞擊而打出新粒子使核變?yōu)樾潞薲 核反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是粒子打入核內(nèi)使原子核發(fā)生了變化 解析 選ad 由于衰變是指原子核自發(fā)地放出粒子而變?yōu)樾潞?并非靠外界因素 故a正確 b錯(cuò)誤 核反應(yīng)實(shí)質(zhì)是指粒子轟擊原子核 與核發(fā)生反應(yīng) 而非粒子撞擊打出粒子使核發(fā)生變化 c錯(cuò)誤 d正確 2 影響因素 放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部因素決定的 跟原子所處的物理狀態(tài) 如溫度 壓強(qiáng) 或化學(xué)狀態(tài) 如單質(zhì) 化合物 無關(guān) 3 適用條件 半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念 是對(duì)大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié) 對(duì)于一個(gè)特定的原子核 無法確定何時(shí)發(fā)生衰變 但可以確定各個(gè)時(shí)刻發(fā)生衰變的概率 即某時(shí)衰變的可能性 因此 半衰期只適用于大量的原子核 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 6 關(guān)于放射性元素的半衰期 a 是放射樣本質(zhì)量減少一半所需的時(shí)間b 是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間c 與外界壓強(qiáng)和溫度有關(guān) 與原子的化學(xué)狀態(tài)無關(guān)d 可以用于測(cè)定地質(zhì)年代 生物年代等 課堂互動(dòng)講練 已知鐳的原子序數(shù)是88 原子核質(zhì)量數(shù)是226 試問 1 鐳核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)分別是多少 2 鐳核的核電荷數(shù)和所帶電荷量是多少 3 若鐳原子呈中性 它核外有多少電子 思路點(diǎn)撥 通過質(zhì)量數(shù) 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 核電荷數(shù) 電子數(shù)間的關(guān)系確定相應(yīng)數(shù)值 利用洛倫茲力充當(dāng)向心力求出兩種同位素的半徑之比 精講精析 因?yàn)樵有驍?shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù) 核電荷數(shù) 中性原子的核外電子數(shù)都是相等的 原子核的質(zhì)量數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和 由此可得 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 鐳核的核電荷數(shù)和所帶電量分別是z 88 q ze 88 1 6 10 19c 1 41 10 17c 答案 見精講精析 方法總結(jié) 核電荷數(shù)與原子核的電荷量是不同的 組成原子核的質(zhì)子的電荷量都是相同的 所以原子核的電荷量一定是質(zhì)子電荷量的整數(shù)倍 我們把核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)叫核電荷數(shù) 而這些質(zhì)子所帶電荷量的總和才是原子核的電荷量 本題容易把電荷數(shù)誤認(rèn)為是原子核的電荷量而造成錯(cuò)解 將 三種射線分別射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng) 圖3 1 4中表示射線偏轉(zhuǎn)情況中正確的是 圖3 1 4 思路點(diǎn)撥 根據(jù)三種射線的實(shí)質(zhì)分析在電磁場(chǎng)中的受力及運(yùn)動(dòng)規(guī)律 精講精析 已知 粒子帶正電 粒子帶負(fù)電 射線不帶電 根據(jù)正 負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受洛倫茲力方向和正 負(fù)電荷在電場(chǎng)中受電場(chǎng)力方向 可知a b c d四幅圖中 粒子的偏轉(zhuǎn)方向都是正確的 但偏轉(zhuǎn)的程度需進(jìn)一步判斷 答案 ad 方法總結(jié) 1 因?yàn)?粒子帶正電 粒子帶負(fù)電 不帶電 所以 會(huì)在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn) 射線不偏轉(zhuǎn) 2 粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng) 用平拋的規(guī)律研究 在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)利用洛倫茲力提供向心力進(jìn)行研究 變式訓(xùn)練2如圖3 1 5所示 x為未知的放射源 l為薄鋁片 計(jì)數(shù)器對(duì) 粒子 粒子 光子均能計(jì)數(shù) 若在放射源和計(jì)數(shù)器之間加上l后 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率大幅度減小 在l和計(jì)數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率不變 則x可能是 圖3 1 5 a