验证卢瑟福发现质子的人工核反应

第一节原子核的结构 一 原子核的人工转变 质子的发现 1919年卢瑟福完成了用 粒子轰击氮原子核的人工核实验 实验装置示意如图 放射性物质 容器 阀门 铝箔 荧光屏 显微镜 实验步骤及结果 适当选择铝箔的厚度 使荧光屏恰好不出现闪光2 然后充入氮气3 充入氮气后 荧光屏出现了闪光 从实验结果可知 充入氮气后产生了穿透能力比 粒子更强的新的粒子 这种粒子可以穿透铝箔 打在荧光屏上 出现了闪光 后来 将这种粒子引入电场 磁场测定它的电量和质量 确定了它就是氢原子核 又称为质子 物理学中用符号或表示质子 上述实验中的质子从何而来 卢瑟福设想实验中出现的质子是 粒子击中氮原子核 发生核反应产生的 布拉凯特实验证实发生了核反应 在云室中可以观察粒子的径迹 英国的物理学家布拉凯特在云室中做了 粒子轰击氮核的实验 拍摄了两万多张云室照片 终于从 万条 粒子径迹的照片中 发现有八条产生了分叉 分析径迹的情况可以确定 分叉后的细长径迹是质子的径迹 短而粗的径迹是产生的新核的径迹 碰撞后 粒子的径迹不再出现 上述实验以及后来用 粒子轰击氟 钠 铝等元素的原子核都发生了类似的反应 并且都产生了质子 这些实验表明 由于从不同元素的原子核中都能打出质子来 因此质子应该是原子核的组成部分 原子核只由质子组成吗 质量数电荷数 钙 汞 想一想由于原子核的质量大体上是质子质量的整数倍 如果原子核只由质子组成 则原子核的质量数应该与质子数相等 因而也与原子核的核电荷数相等 但任意考察两种元素 下表 就知它们的核质量数与核电荷数不等 原子核只由质子组成的设想能够成立吗 原子核示意图 在上一世纪的二十年代 卢瑟福依据原子核的电荷数与质量数的差别 预见到原子核中应该存在质量与质子相等的 不带电的粒子 卢瑟福称其为中子 直到上一世纪的三十年代 另一个人工核反应 即用放射性元素钋发出的 射线轰击铍 证实了中子的存在 1930年 德国科学家玻特和贝克用 粒子轰击轻元素铍核 发现并未发射出质子 而放出了一种新的射线 这种射线几乎不能使气体电离 在电场和磁场中也不发生偏转 是不带电的 射线的贯穿能力强 他们认为这是 射线 经检测 射线的能量在10 eV左右 远大于天然放射物质衰变时发出的 射线的能量 1931年 约里奥夫妇重复了玻特和贝克的实验 并用这种未知射线去轰击石蜡 结果竟从中打出能量约5 7MeV的质子 这是异常惊人的新发现 因为其行为完全不同于 射线 射线只能打出电子而打不出质子 光子的质量近乎 电子也很轻 光子撞击电子 使它动起来是合乎常理的 但质子质量是电子的1800倍 一颗子弹怎么能撞动一辆汽车呢 如果认为轰击石蜡的射线是 射线 那么光子的能量应达55MeV 这与实际测得的射线能量10MeV相去甚远 这射线在向约里奥夫妇招手呼喊 我不是 射线 可惜的是 他们擦肩而过 无缘相识 面对55eV与10eV的矛盾 他们还是十分牵强地解释为其它的原因 并于1932年 月11日向巴黎科学院提交了实验情况和对未知射线判定为 射线的结论 1932年 月底 查得威克得到这一论文 约里奥夫妇的实验使他心跳 他认为约里奥夫妇的结论肯定有误 违反能量守恒啊 他敏感到这很可能是导师卢瑟福预言 自己苦苦寻找了12年的中子 他决定用云室的方法探测射线的速度和质量 他先测出射线的速度不到光速的十分之一 排除了是 射线的可能 又用弹性碰撞动量守恒的方法测出不带电粒子的质量与质子质量差不多 他还根据自旋确定不带电的粒子不可能是由质子和电子组合而成 只能是另一种新的独立粒子 他称之为中子 就这样 仅用了十天时间 成功地证实了这种中性射线就是中子流 他当之无愧地成为 中子之父 并因此获1935年诺贝尔物理奖 机遇只偏爱有准备的头脑 中子的发现 有重大的意义 中子不带电 用它去轰击原子核 不受库仑力的影响 是研究原子核的强有力的 炮弹 在此以前 可供研究用的 炮弹 只有天然放射元素发出的 三种射线 中子流则是穿透本领更大 轰击原子核更有效的 炮弹 人们用它轰击各种原子核 获得许许多多人工放射性同位素 用它轰开铀核 实现了原子能的利用 二 中子的发现 粒子 粒子轰击铍产生的不可见粒子是什么 查德威克对实验结果的分析 原子核的表示 X表示元素符号 Z表示质子数 A表示质量数 如质子数相同 中子数不同 质量数当然不同 则互为同位素 原子核的组成 中子 质子 统称核子 U He H 11 42 23592 X AZ 核 电荷数 质量数 10 15m 元素符号 质子 中子 核子 质子数 核外电荷数 原子序数 质量数 核子数 中子 质子 同位素 1 2 原子核的组成 氢原子核 H 最简单 它就是一个质子 核外有一个电子绕着它转 氦原子核 He 是由2个质子和2个中子组成的 核外有2个电子绕着它转 锂原子核 Li 是由3个质子和4个中子组成的 核外有3个电子分两层绕着它转 铍原子核 Be 由4个质子和5个中子组成 核外有4个电子分两层绕着它转 原子核的组成 各种原子核内质子的个数 核的电荷数 和核外电子的个数都相同 它也等于该种元素在元素周期表中的原子序数 原子核内质子和中子的总数叫做核的质量数 它等于该元素原子量的整数部分 在某种核反应中 一个中子变成一个电子和一个质子 这就是原子核内没有电子 又会放出电子 产生 射线的原因 氘和氚是氢的同位素 关于氢 氘 氚的原子 下列说法哪个正确 1 具有相同的质子数 相同的中子数 相同的电子数 2 具有不同的质子数 相同的中子数 相同的电子数 3 具有相同的质子数 不同的中子数 相同的电子数 4 具有相同的质子数 相同的中子数 不同的电子数 原子核的组成 质子和中子统称为 原子核 核子 原子核的电荷数 质子数 原子核的质量数