高中物理19.1原子核的组成(探究导学课型)课件新人教版选修3-5

1、第十九章原子核1原子核的组成1.1.知道什么是放射性及放射性元素。知道什么是放射性及放射性元素。2.2.知道三种射线的特性知道三种射线的特性, ,知道原子核的组成知道原子核的组成, ,会正确书写原子核会正确书写原子核符号。符号。3.3.通过核结构模型的探究通过核结构模型的探究, ,经历分析和解决问题的过程经历分析和解决问题的过程, ,体会物体会物理的研究方法。理的研究方法。一、天然放射现象一、天然放射现象1.1.天然放射现象天然放射现象: :(1)(1)天然放射现象的发现天然放射现象的发现:1896:1896年年, ,法国物理学家法国物理学家_发发现现, ,铀和含铀的矿物能发出看不见的射线铀和

2、含铀的矿物能发出看不见的射线, ,这种射线可使被黑这种射线可使被黑纸包裹的照相底版纸包裹的照相底版_。贝可勒尔贝可勒尔感光感光(2)(2)放射性和放射性元素放射性和放射性元素: :放射性放射性: :物质物质_的性质。的性质。放射性元素放射性元素: :具有具有_的元素。的元素。原子序数大于或等于原子序数大于或等于8383的元素的元素, ,都是都是_元素元素, ,原子序数原子序数小于小于8383的元素有的也具有放射性。的元素有的也具有放射性。(3)(3)天然放射性元素天然放射性元素: :能能_发出射线的放射性元素。发出射线的放射性元素。发射射线发射射线放射性放射性放射性放射性自发地自发地2.2.三

3、种射线三种射线: :(1)(1)射线实际上就是射线实际上就是_,_,速度可达光速的速度可达光速的 , ,其其_能力强能力强,_,_能力较差能力较差, ,在空气中只能前进几厘米在空气中只能前进几厘米, ,用用_就能把它挡住。就能把它挡住。(2)(2)射线是高速射线是高速_,_,它速度很大它速度很大, ,可达光速的可达光速的99%,99%,它的它的_能力较弱能力较弱, ,穿透能力较强穿透能力较强, ,很容易穿透黑纸很容易穿透黑纸, ,也能穿透几也能穿透几毫米厚的毫米厚的_。110氦原子核氦原子核电离电离穿透穿透一张纸一张纸电子流电子流电离电离铝板铝板(3)(3)射线呈电中性射线呈电中性, ,是能量

4、很高的是能量很高的_,_,它的它的_作用更作用更小小, ,但穿透能力更强但穿透能力更强, ,甚至能穿透几厘米厚的甚至能穿透几厘米厚的_和几十厘米和几十厘米厚的混凝土。厚的混凝土。电磁波电磁波电离电离铅板铅板二、原子核的组成二、原子核的组成1.1.质子质子: :质子是质子是_用用粒子轰击氮核时发现的一种新的带粒子轰击氮核时发现的一种新的带正电的粒子。正电的粒子。2.2.中子中子: :原子核内存在着一种原子核内存在着一种_与质子非常接近与质子非常接近, ,但是不带但是不带_的粒子的粒子, ,这种粒子叫做中子。中子是由这种粒子叫做中子。中子是由_发现的。发现的。3.3.核子核子: :质子和中子除了是

5、否带电的差异以及质量上的微小差质子和中子除了是否带电的差异以及质量上的微小差别外别外, ,其余性质十分相似其余性质十分相似, ,而且都是而且都是_的组成成分的组成成分, ,统称为统称为核子。核子。卢瑟福卢瑟福质量质量电电查德威克查德威克原子核原子核4.4.原子核的符号原子核的符号: :质子数质子数 质子数质子数 5.5.同位素同位素: :(1)(1)定义定义: :具有相同具有相同_而而_不同的原子不同的原子, ,在元素周期在元素周期表中处于表中处于_位置位置, ,因而互称同位素。因而互称同位素。例如例如, ,氢有三种同位素氢有三种同位素:_(:_(通常所说的氢通常所说的氢),),氘氘( (也叫

6、重氢也叫重氢),),氚氚( (也叫超重氢也叫超重氢),),符号分别是符号分别是_。碳有两种同位素碳有两种同位素, ,符号分别是符号分别是_。质子数质子数中子数中子数同一同一氕氕123111H H H、 、121466CC、(2)(2)性质性质: :原子核的原子核的_数决定了核外数决定了核外 _,_,也决定了电子也决定了电子在核外的分布情况在核外的分布情况, ,从而决定了这种元素的化学性质从而决定了这种元素的化学性质, ,因而同种因而同种元素的同位素具有相同的元素的同位素具有相同的_性质。性质。质子质子电子数电子数化学化学1.1.判一判判一判: :(1)(1)天然放射现象是通过实验发现的。天然放

7、射现象是通过实验发现的。( () )(2)(2)任何物质都有放射性。任何物质都有放射性。( () )(3)(3)天然放射现象说明了原子核有复杂的结构。天然放射现象说明了原子核有复杂的结构。( () )(4)(4)质量数就是原子核的质量。质量数就是原子核的质量。( () )(5)(5)在元素周期表中处在同一个位置上在元素周期表中处在同一个位置上, ,而质量数不同的元素叫而质量数不同的元素叫同位素。同位素。( () )提示提示: :(1)(1)。天然放射性是法国物理学家贝可勒尔将用黑纸包。天然放射性是法国物理学家贝可勒尔将用黑纸包好的照相底版和铀放在一起好的照相底版和铀放在一起, ,底版感光时偶然

8、发现的。底版感光时偶然发现的。(2)(2)。原子序数大于。原子序数大于8383的元素和个别的原子序数小于的元素和个别的原子序数小于8383的元的元素有放射性。素有放射性。(3)(3)。因为放射性的射线来自原子核。因为放射性的射线来自原子核, ,所以原子核有复杂的结所以原子核有复杂的结构。构。(4)(4)。质量数是中子和质子的总个数。质量数是中子和质子的总个数, ,不是指原子核的质量。不是指原子核的质量。(5)(5)。质子数相同而中子数不同的原子。质子数相同而中子数不同的原子, ,在元素周期表中处于在元素周期表中处于同一个位置同一个位置, ,这样的元素互称同位素。这样的元素互称同位素。2.2.想

9、一想想一想: :(1)(1)所有的放射现象都是天然放射现象吗所有的放射现象都是天然放射现象吗? ?为什么为什么? ?提示提示: :不都是。放射性元素自发地放出射线的现象才是天然放不都是。放射性元素自发地放出射线的现象才是天然放射现象射现象, ,若放出射线不是自发进行的若放出射线不是自发进行的, ,就不是天然放射现象。就不是天然放射现象。(2)(2)若在含有若在含有、三种射线经过的空间施加电场三种射线经过的空间施加电场( (方向与方向与射线出射方向垂直射线出射方向垂直),),射线能分成三束吗射线能分成三束吗? ?提示提示: :能分成三束。三种射线的带电情况各不相同能分成三束。三种射线的带电情况各

10、不相同, ,它们在电场它们在电场中的受力情况不同中的受力情况不同, ,故可分成三束。故可分成三束。主题一主题一 射线的本质和特性的确定射线的本质和特性的确定 【问题探究】【问题探究】1.1.射线的电性是如何确定的射线的电性是如何确定的? ?提示提示: :根据电场或磁场对射线的作用根据电场或磁场对射线的作用, ,即根据射线在电磁场中的即根据射线在电磁场中的偏转情况来确定它们的电性。偏转情况来确定它们的电性。2.2.怎样用磁场和电场对电荷作用力的方向来确定射线的电性怎样用磁场和电场对电荷作用力的方向来确定射线的电性? ?提示提示: :把放射源放入由铅做成的容器中把放射源放入由铅做成的容器中, ,射

11、线只能从容器的小孔射线只能从容器的小孔射出射出, ,成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场, ,发现射线发现射线如图甲所示如图甲所示: :射线分成三束射线分成三束, ,射线在磁场中发生偏转射线在磁场中发生偏转, ,受到力的作用受到力的作用, ,这个这个力是洛伦兹力力是洛伦兹力, ,说明其中的两束射线是带电粒子。说明其中的两束射线是带电粒子。根据感光的位置和左手定则可以知道根据感光的位置和左手定则可以知道, ,带正电的射线向左偏带正电的射线向左偏转转, ,这种射线叫这种射线叫射线射线; ;带负电的射线向右偏转带负电的射线向右偏转, ,这种射线叫这种射线叫

12、射线射线; ;不偏转的叫不偏转的叫射线。射线。带电粒子在电场中要受电场力的作用带电粒子在电场中要受电场力的作用, ,可以加一偏转电场来判断三种射线的带可以加一偏转电场来判断三种射线的带电性质电性质, ,如图乙所示。如图乙所示。3.3.结合下表探究三种射线的组成和特性。结合下表探究三种射线的组成和特性。射线种类射线种类组成组成速度速度贯穿本领贯穿本领电离作用电离作用射线射线粒子是粒子是_约约 c c很小很小, ,一张一张_就能挡住就能挡住_射线射线粒子是高粒子是高速速_接近接近c c很大很大, ,能穿过几能穿过几毫米厚的毫米厚的_射线射线波长很短的波长很短的_等于等于c c最大最大, ,能穿过几

13、能穿过几厘米厚的厘米厚的_氦原子核氦原子核42He电子流电子流01e110薄纸薄纸很强很强铝板铝板较弱较弱电磁波电磁波铅板铅板很小很小4.4.天然放射现象使人们认识到原子核是有结构的天然放射现象使人们认识到原子核是有结构的, ,为什么说射为什么说射线来自原子核的内部线来自原子核的内部? ?为什么说原子核是可分的为什么说原子核是可分的, ,是有结构的是有结构的? ?提示提示: :因为实验发现因为实验发现, ,任何一种具有放射性的元素任何一种具有放射性的元素, ,无论它是以无论它是以单质形式存在还是以化合物形式存在单质形式存在还是以化合物形式存在, ,都具有放射性都具有放射性, ,而且放射而且放射

14、性的强度也不受温度、外界压强的影响。由于元素的化学性质性的强度也不受温度、外界压强的影响。由于元素的化学性质取决于原子的核外电子取决于原子的核外电子, ,这说明射线与核外电子无关这说明射线与核外电子无关, ,也就是说也就是说射线来自原子核的内部射线来自原子核的内部, ,从而说明原子核是可分的从而说明原子核是可分的, ,是有结构的。是有结构的。5.5.每一种放射性元素一定是同时放出三种射线吗每一种放射性元素一定是同时放出三种射线吗? ?提示提示: :一般情况下放射性元素同时放出两种射线一般情况下放射性元素同时放出两种射线, ,即即射线和射线和射线或射线或射线和射线和射线。射线。6.6.当温度降到

15、很低时当温度降到很低时, ,放射现象是否就停止了放射现象是否就停止了? ?提示提示: :元素具有放射性是由原子核本身的性质决定的元素具有放射性是由原子核本身的性质决定的, ,跟原子所跟原子所处的物理或化学状态无关处的物理或化学状态无关, ,不管该元素是以单质形式存在不管该元素是以单质形式存在, ,还是还是和其他元素形成化合物和其他元素形成化合物, ,或者对它施加压力或者对它施加压力, ,或者降低它的温度或者降低它的温度, ,它都具有放射性。它都具有放射性。【探究总结】【探究总结】三种射线在电场或磁场中的运动特点三种射线在电场或磁场中的运动特点(1)(1)射线不论在电场还是磁场中射线不论在电场还

16、是磁场中, ,总是做匀速直线运动总是做匀速直线运动, ,不发不发生偏转。生偏转。(2)(2)射线和射线和射线在磁场中的偏转特点射线在磁场中的偏转特点: :在匀强磁场中在匀强磁场中,和和粒子沿相反方向做匀速圆周运动粒子沿相反方向做匀速圆周运动, ,且同样条件下且同样条件下,粒子的轨粒子的轨道半径小道半径小, ,偏转大。偏转大。(3)(3)射线和射线和射线在电场中的偏转特点射线在电场中的偏转特点: :在匀强电场中在匀强电场中,和和粒子沿相反方向做类平抛运动粒子沿相反方向做类平抛运动, ,且在同样的条件下且在同样的条件下,粒子的粒子的偏移量大。偏移量大。如果电场和磁场方向未知如果电场和磁场方向未知,

17、 ,也可以由偏转的大小情况区分射线也可以由偏转的大小情况区分射线的种类。的种类。【即时训练】【即时训练】1.(1.(多选多选) )将将、三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场, ,图中表示射线偏转情况中正确的是图中表示射线偏转情况中正确的是( () )【解题探究】【解题探究】(1)(1)因为因为粒子带正电粒子带正电,粒子带负电粒子带负电, ,射线不射线不带电带电, ,所以所以、射线会在电场或磁场中射线会在电场或磁场中_,_,射线射线_。(2)(2)、粒子在电场中做粒子在电场中做_,_,用平抛的规律研究用平抛的规律研究, ,在在磁场中做圆周运动磁场中做圆周运动, ,

18、利用利用_提供向心力进行研究。提供向心力进行研究。偏转偏转不偏转不偏转类平抛运动类平抛运动洛伦兹力洛伦兹力【解析】【解析】选选A A、D D。已知。已知粒子带正电粒子带正电,粒子带负电粒子带负电,射线不射线不带电带电, ,根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负根据正、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电荷在电场中受电场力方向, ,可知可知A A、B B、C C、D D四幅图中四幅图中、射线的偏转方向都是正确的射线的偏转方向都是正确的, ,但偏转的程度需进一步判断。但偏转的程度需进一步判断。带电粒子在磁场中做匀速圆周运动带电粒子在磁场中做匀速圆周运动, ,

19、其半径其半径 将其数据将其数据代入代入, ,则则粒子与粒子与粒子的半径之比为粒子的半径之比为: : 选项选项A A正确正确, ,选项选项B B错误错误; ;对某一确定的对某一确定的x x值值,、粒子沿电场线偏转距离之比为粒子沿电场线偏转距离之比为 由此可见由此可见,C,C项错误项错误,D,D项正确。项正确。mvrBq，qrmv41rmvq1 8360.1 c13710.99 c2，221mvyq21 836yqmv14220.99 c1370.1 c，2.2.有三种射线有三种射线, ,射线射线a a很容易穿透黑纸很容易穿透黑纸, ,速度接近光速速度接近光速; ;射线射线b b可可穿透几十厘米厚

20、的混凝土穿透几十厘米厚的混凝土, ,能量很高能量很高; ;用射线用射线c c照射带电的导体照射带电的导体, ,可使电荷很快消失。则下列判断中正确的是可使电荷很快消失。则下列判断中正确的是( () )A.aA.a是是射线射线,b,b是是射线射线,c,c是是射线射线B.aB.a是是射线射线,b,b是是射线射线,c,c是是射线射线C.aC.a是是射线射线,b,b是是射线射线,c,c是是射线射线D.aD.a是是射线射线,b,b是是射线射线,c,c是是射线射线【解析】【解析】选选B B。由题意知。由题意知, ,射线射线a a贯穿能力较强贯穿能力较强, ,速度接近光速速度接近光速, ,故是故是射线射线;

21、;射线射线b b贯穿能力很强且能量高贯穿能力很强且能量高, ,是是射线射线; ;射线射线c c很很容易使空气电离成为导体容易使空气电离成为导体, ,从而将电荷导入大地从而将电荷导入大地, ,是是射线。射线。主题二主题二 原子核的组成原子核的组成 【问题探究】【问题探究】1.1.结合我们已经学过的汤姆孙发现电子的过程以及人们通过天结合我们已经学过的汤姆孙发现电子的过程以及人们通过天然放射性认识原子核是可分的然放射性认识原子核是可分的, ,谈一谈探索原子微观世界的过谈一谈探索原子微观世界的过程。程。提示提示: :汤姆孙通过确定阴极射线的电性和电量汤姆孙通过确定阴极射线的电性和电量, ,猜测电子来源

22、于猜测电子来源于原子原子, ,通过换用不同的材料作阴极得到相同的阴极射线通过换用不同的材料作阴极得到相同的阴极射线, ,证明了证明了电子是原子的组成部分电子是原子的组成部分; ;天然放射线是从原子核中射出的天然放射线是从原子核中射出的, ,使人使人们认识到原子核可分们认识到原子核可分, ,进而才有质子、中子的发现。人们探索进而才有质子、中子的发现。人们探索原子微观世界经历了原子微观世界经历了“实验事实实验事实”“猜想猜想( (预言预言)”“)”“实验实验验证验证”的过程。的过程。2.2.卢瑟福对原子核组成的认识和贡献是什么卢瑟福对原子核组成的认识和贡献是什么? ?提示提示: :(1)(1)卢瑟

23、福通过卢瑟福通过粒子轰击氮原子核得到质子粒子轰击氮原子核得到质子, ,并确定了并确定了质子的电性和电量质子的电性和电量, ,猜测质子来源于原子核猜测质子来源于原子核, ,通过用通过用粒子轰击粒子轰击不同原子的原子核都得到相同的质子不同原子的原子核都得到相同的质子, ,证明了质子是原子核的证明了质子是原子核的组成部分。质子带正电荷组成部分。质子带正电荷, ,电荷量与一个电子所带的电荷量相电荷量与一个电子所带的电荷量相等等, ,质量质量m mp p=1.672 623 1=1.672 623 11010-27-27kgkg。(2)(2)卢瑟福发现质子是原子核的组成部分后卢瑟福发现质子是原子核的组成

24、部分后, ,发现原子核的质量发现原子核的质量与电荷量之比大于质子的质量与电荷量之比与电荷量之比大于质子的质量与电荷量之比, ,所以卢瑟福猜想所以卢瑟福猜想原子核内存在质量与质子相同原子核内存在质量与质子相同, ,但不带电的粒子即中子。但不带电的粒子即中子。3.3.中子是由谁发现的中子是由谁发现的? ?它有什么特性它有什么特性? ?质量有多大呢质量有多大呢? ?提示提示: :(1)1932(1)1932年年, ,查德威克通过实验证实了中子的存在。查德威克通过实验证实了中子的存在。(2)(2)中子不带电。中子不带电。(3)(3)质量质量m mn n=1.674 928 6=1.674 928 61

25、010-27-27kgkg。4.4.人们通过实验得到了质子和中子人们通过实验得到了质子和中子, ,它们都是来源于原子核它们都是来源于原子核, ,所所以原子核的组成和人们假设的相同以原子核的组成和人们假设的相同, ,那么原子核的组成是怎样那么原子核的组成是怎样的的? ?提示提示: :原子核是由质子和中子构成的原子核是由质子和中子构成的, ,质子带正电质子带正电, ,中子不带电。中子不带电。质子和中子统称为核子质子和中子统称为核子, ,质子数和中子数之和叫核子数。质子数和中子数之和叫核子数。5.5.组成原子核的粒子之间有什么联系组成原子核的粒子之间有什么联系? ?提示提示: :原子核中的两个等式原

26、子核中的两个等式: :(1)(1)原子核的电荷数原子核的电荷数= =质子数质子数= =核外电子数核外电子数= =原子序数。原子序数。(2)(2)原子核的质量数原子核的质量数= =核子数核子数= =质子数质子数+ +中子数。中子数。【探究总结】【探究总结】原子核组成的三个概念原子核组成的三个概念(1)(1)电荷数电荷数: :原子核所带的电荷量总是质子电荷量的整数倍原子核所带的电荷量总是质子电荷量的整数倍, ,这这个倍数就叫做原子核的电荷数。个倍数就叫做原子核的电荷数。(2)(2)质量数质量数: :原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍, ,这这个倍数叫做

27、原子核的质量数。个倍数叫做原子核的质量数。(3)(3)同位素同位素: :具有相同的质子数具有相同的质子数, ,不同的中子数。不同的中子数。具有相同的化学性质。具有相同的化学性质。【即时训练】【即时训练】1.(20141.(2014泰安高二检测泰安高二检测) ) 可以作为核聚变材料。下列关于可以作为核聚变材料。下列关于 的叙述正确的是的叙述正确的是( () )A. A. 和和 互为同位素互为同位素B. B. 原子核内的中子数为原子核内的中子数为2 2C. C. 原子核外的电子数为原子核外的电子数为2 2D. D. 代表原子核内有代表原子核内有2 2个质子和个质子和3 3个中子的氦原子个中子的氦原

28、子32He32He32He32He32He32He31H【解析】【解析】选选C C。 的电荷数不同的电荷数不同,A,A错误错误; ; 内质子数为内质子数为2,2,中子数为中子数为1,1,中性原子的核外电子数为中性原子的核外电子数为2,2,故故C C正确正确,B,B、D D错误。错误。3321HeH和32He2.2.据报道据报道, ,放射性同位素钬放射性同位素钬 可以有效治疗癌症可以有效治疗癌症, ,该同位素该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是原子核内中子数与核外电子数之差是( () )A.32A.32B.67B.67C.99C.99D.166D.166【解析】【解析】选选A A。根据原子核的表示方法得核外电子数。根据原子核的表示方法得核外电子数= =质子数质子数=67,=67,中子数为中子数为166-67=99,166-67=99,故核内中子数与核外电子数之差为故核内中子数与核外电子数之差为99-67=32,99-67=32,故故A A对对,B,B、