高中物理 第三章 原子核 第1节 原子核的组成与核力 第2节 放射性 衰变课件 教科版选修35.ppt

第1节原子核的组成与核力第2节放射性衰变 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第2节 课前自主学案 课标定位 1 知道什么是天然放射现象 2 知道三种射线的本质和区分方法 3 知道原子核的组成 知道什么是同位素 4 知道核力只存在于相邻核子之间 且核力有别于库仑力 5 理解半衰期及衰变方程的书写 课标定位 课前自主学案 一 原子核的组成1 核子 1919年卢瑟福发现了质子 1932年 查德威克发现了中子 和 统称为核子 2 中子不带电 原子核的电荷数等于质子数 原子核子的质量数a 中子数n 电荷数z的关系为 3 同位素 相同而 不同的原子核互称为同位素 质子 中子 a n z 原子序数 中子数 二 核力1 定义 之间的相互作用力 又称强力 2 核力的特征 1 在核的线度内 核力比库仑力大得多 2 核力是短程力 当两个核子中心相距大于核子本身线度时 核力几乎完全消失 3 核力与电荷 质子与质子 质子与中子以及中子与中子之间的核力是 核子 无关 相等的 三 核反应1 定义 用一定能量的粒子轰击原子核 改变了核的结构 这样的过程叫做核反应 2 在核反应中 和 守恒 质量数 电荷数 贝克勒尔 居里夫妇 放射 五 衰变1 放射性衰变 放射性元素自发地蜕变为另一种元素 同时 的现象 2 三种射线 1 射线 带正电的 粒子流 速度只有光速的10 穿透能力弱 容易被物质吸收 2 射线 带负电的电子流 速度很快 穿透能力强 3 射线 波长极短的电磁波 穿透能力极强 放出射线 半数 思考感悟 1 射线一定是伴随 衰变产生的吗 2 光子与 射线相同吗 提示 1 放射性物质放出 射线是由 衰变形成的新核处于激发态 它通过辐射光子而回到基态 因此 射线是由于原子核处于激发状态而向低能级跃迁时释放出的能量 也正是如此 有些处于激发态的原子核在发生跃迁时 也会放出 射线 并且 射线的频率也不是一个定值 是有一定范围的 因此 射线不一定都是由 衰变而产生的 2 光子和 射线都是由于原子核变化过程中处于激发状态而向低能量状态跃迁时释放出的 前者说明释放出一个个粒子 即 光子 后者说明释放出的大量光子形成的 能够被显示的射线 由此可知 两者并不相同 核心要点突破 一 对原子核组成的理解1 原子核的组成 1 概述原子核是由质子 中子构成的 质子带正电 中子不带电 原子核内质子和中子的个数并不一定相同 2 基本关系 核电荷数 质子数 z 元素的原子序数 核外电子数 质量数 a 核子数 质子数 中子数 2 对核子数 电荷数 质量数的理解 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 通常这个整数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 这个整数叫做原子核的质量数 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 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 32b 67c 99d 166 解析 选a 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 b c d错 二 对原子核中质子与中子的比例的认识1 核子比例关系自然界中较轻的原子核 质子数与中子数大致相等 但对于较重的原子核 中子数大于质子数 越重的原子核 两者相差越多 如图3 1 1所示 稳定核的质子数与中子数的关系图3 1 1 2 形成原因 1 这与核力与电磁力的不同特点有关 原子核大到一定程度时 相距较远的质子间的核力非常小 较多的质子集聚在一起的核力不足以平衡它们之间的库仑力 原子核就不稳定了 这时 如果不再成对地增加质子和中子 而只增加中子 中子与其他核子没有库仑斥力 但有相互吸引的核力 所以有助于维系原子核的稳定 2 核力的饱和性 稳定的重原子核里 中子数要比质子数多 由于核力的作用范围是有限的 以及核力的饱和性 如果我们继续增大原子核 一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用 这时即使再增加中子 形成的核也一定是不稳定的 所以原子核大小也受到限制 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 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 不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在 解析 选d 由稳定核的质子数与中子数的关系图像可知 质量越大的原子核内中子数越多于质子数 a b错误 放射现象说明原子核也会发生变化 c错误 由核力作用特点可知 核子数越多的原子核越不稳定 d正确 三 对放射线的认识1 射线性质 特征比较 2 在电场 磁场中偏转情况的比较 1 在匀强电场中 射线偏离较小 射线偏离较大 射线不偏离 如图3 1 2 图3 1 2 2 在匀强磁场中 射线偏转半径较大 射线偏转半径较小 射线不偏转 如图3 1 3 图3 1 3 特别提醒 1 如果一种元素具有放射性 那么不论它是以单质的形式存在 还是以某种化合物的形式存在 放射性都不受影响 也就是说 放射性与元素存在的状态无关 放射性仅与原子核有关 因此 原子核不是组成物质的最小微粒 原子核也存在着一定结构 2 射线的电子是从原子核中放出来的 但电子并不是原子核的组成部分 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 放射性元素发射出 三种射线 以下说法中正确的是 a 射线是由不带电的粒子组成b 射线是由带正电的粒子组成c 射线的贯穿本领最强d 射线的电离本领最强 解析 选c 射线是氦核组成的粒子流 所以选项a错误 射线是高速电子流 所以选项b错误 射线的贯穿本领最强 电离本领最弱 所以选项c正确 d错误 2 衰变方程的书写特点 1 核反应过程一般是不可逆的 所以核反应只能用箭头 不能用等号 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而杜撰出不符合实际的生成物来书写核反应方程 3 当放射性物质发生连续衰变时 原子核中有的发生 衰变 有的发生 衰变 同时伴随着 辐射 即时应用 即时突破 小试牛刀 4 由原子核的衰变规律可知 a 放射性元素一次衰变可同时产生 射线和 射线b 放射性元素发生 衰变时 新核的化学性质不变c 放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制d 放射性元素发生正电子衰变时 新核质量数不变 核电荷数增加1 解析 选c 一次衰变不可能同时产生 射线和 射线 只可能同时产生 射线和 射线或 射线和 射线 原子核发生衰变后 新核的核电荷数发生了变化 故新核 新的物质 的化学性质理应发生改变 发生正电子衰变时 新核质量数不变 核电荷数减少1 五 对核反应的认识1 条件 用 粒子 质子 中子 甚至用 光子轰击原子核使原子核发生转变 2 实质 用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞 将原子核打开 而是粒子打入原子核内部使核发生了转变 特别提醒 天然放射性元素是少数重核元素 而人工放射性元素是通过人工方法制造出的轻核元素 它们的原子核都具有不稳定性 能自发地放出射线 即时应用 即时突破 小试牛刀 5 关于原子核的衰变和核反应 下列说法正确的是 a 原子核自发的放出粒子的现象叫衰变b 衰变的实质是粒子对核撞击后释放出 粒子或 粒子c 核反应的实质是粒子对核撞击而打出新粒子使核变为新核d 核反应的实质是粒子打入核内使原子核发生了变化 解析 选ad 由于衰变是指原子核自发地放出粒子而变为新核 并非靠外界因素 故a正确 b错误 核反应实质是指粒子轰击原子核 与核发生反应 而非粒子撞击打出粒子使核发生变化 c错误 d正确 2 影响因素 放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的 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 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 但可以确定各个时刻发生衰变的概率 即某时衰变的可能性 因此 半衰期只适用于大量的原子核 即时应用 即时突破 小试牛刀 6 关于放射性元素的半衰期 a 是放射样本质量减少一半所需的时间b 是原子核有半数发生衰变所需的时间c 与外界压强和温度有关 与原子的化学状态无关d 可以用于测定地质年代 生物年代等 课堂互动讲练 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 若镭原子呈中性 它核外有多少电子 思路点拨 通过质量数 质子数 中子数 核电荷数 电子数间的关系确定相应数值 利用洛伦兹力充当向心力求出两种同位素的半径之比 精讲精析 因为原子序数与核内质子数 核电荷数 中性原子的核外电子数都是相等的 原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和 由此可得 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 镭核的核电荷数和所带电量分别是z 88 q ze 88 1 6 10 19c 1 41 10 17c 答案 见精讲精析 方法总结 核电荷数与原子核的电荷量是不同的 组成原子核的质子的电荷量都是相同的 所以原子核的电荷量一定是质子电荷量的整数倍 我们把核内的质子数叫核电荷数 而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量 本题容易把电荷数误认为是原子核的电荷量而造成错解 将 三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场 图3 1 4中表示射线偏转情况中正确的是 图3 1 4 思路点拨 根据三种射线的实质分析在电磁场中的受力及运动规律 精讲精析 已知 粒子带正电 粒子带负电 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a b c d四幅图中 粒子的偏转方向都是正确的 但偏转的程度需进一步判断 答案 ad 方法总结 1 因为 粒子带正电 粒子带负电 不带电 所以 会在电场或磁场中偏转 射线不偏转 2 粒子在电场中做类平抛运动 用平抛的规律研究 在磁场中做圆周运动利用洛伦兹力提供向心力进行研究 变式训练2如图3 1 5所示 x为未知的放射源 l为薄铝片 计数器对 粒子 粒子 光子均能计数 若在放射源和计数器之间加上l后 计数器的计数率大幅度减小 在l和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场 计数器的计数率不变 则x可能是 图3 1 5 a