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2018-2019版物理新导学笔记选修3-5讲义江苏专用版:第十九章 原子核 12 Word版含答案.doc

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资源描述

1、1 原子核的组成2 放射性元素的衰变学习目标 1.了解什么是放射性、天然放射现象、衰变.2.知道原子核的组成及三种射线的特征.3.理解 衰变和 衰变的规律及实质,并能熟练书写衰变方程 .4.理解半衰期的概念,学会利用半衰期解决相关问题一、天然放射现象和三种射线导学探究11896 年法国物理学家贝可勒尔发现了放射性元素自发地发出射线的现象,即天然放射现象是否所有的元素都具有放射性?放射性物质发出的射线有哪些种类?答案 原子序数大于或等于 83 的元素,都能自发地发出射线,原子序数小于 83 的元素,有的也能放出射线放射性物质发出的射线有三种: 射线、 射线、 射线2怎样用电场或磁场判断三种射线粒

2、子的带电性质?答案 让三种射线垂直电场线方向射入匀强电场,则 射线不偏转,说明 射线不带电 射线偏转方向和电场方向相同,说明 射线带正电, 射线偏转方向和电场方向相反,说明 射线带负电或者让三种射线垂直磁场方向射入匀强磁场,则 射线不偏转,说明 射线不带电, 射线和 射线可根据偏转方向和左手定则确定带电性质知识梳理1对天然放射现象的认识(1)1896 年,法国物理学家贝可勒尔发现某些物质具有放射性(2)物质发射射线的性质称为放射性,具有放射性的元素称为放射性元素,放射性元素自发地发出射线的现象叫做天然放射现象(3)原子序数大于或等于 83 的元素,都能自发地发出射线,原子序数 小于 83 的元

3、素,有的也能放出射线2对三种射线的认识种类 射线 射线 射线组成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波)带电荷量2e e 0速率 0.1c 0.99c c穿透能力最弱,用一张纸就能挡住较强,很容易穿透黑纸,能穿透几毫米厚的铝板最强,能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土电离作用很强 较强 很弱二、原子核的组成知识梳理1质子的发现1919 年,卢瑟福用镭放射出的 粒子轰击氮原子核,从氮核中打出了一种新的粒子,测出了它的电荷和质量,原来它就是氢原子核,叫做质子,用 p 或 H 表示,其质量为1mp1.671027 kg.2中子的发现(1)卢瑟福的猜想:原子核内可能还有一种不带电的粒子,叫做

4、中子(2)查德威克的发现:用实验证明了中子的存在,用 n 表示,中子的质量非常接近质子的质量3原子核的组成(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,通常用这个整数表示原子核的电荷量,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,而质子与中子的质量几乎相等,所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍,这个倍数叫做原子核的质量数(4)三、原子核的衰变导学探究 如图 1 为 衰变、 衰变示意图图 1(1)当原子核发生 衰变时,原子核的质子数和中子数如何变化

5、?(2)当发生 衰变时,新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少?新核在元素周期表中的位置怎样变化?答案 (1)发生 衰变时,质子数减少 2,中子数减少 2.(2)发生 衰变时,核电荷数增加 1.新核在元素周期表中的位置向后移动一位知识梳理 原子核的衰变1定义:原子核放出 粒子或 粒子变成另一种原子核的过程,由于核电荷数变了,它在周期表中的位置就变了2衰变类型(1) 衰变:放射性元素放出 粒子的衰变过程放出一个 粒子后,核的质量数减少 4,电荷数减少 2,成为新核(2) 衰变:放射性元素放出 粒子的衰变过程放出一个 粒子后,核的质量数不变,电荷数增加 1.3衰变规律:原子核衰变时电荷数和质量数

6、都守恒4衰变的实质(1) 衰变的实质:2 个中子和 2 个质子结合在一起形成 粒子(2) 衰变的实质:核内的中子 转化成了一个电子和一个质子 (3) 射线经常是伴随 衰变和 衰变产生的四、半衰期导学探究1什么是半衰期?对于某个或选定的几个原子核能根据该种元素的半衰期预测它的衰变时间吗?答案 半衰期是一个时间,是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间的统计规律,故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间2某放射性元素的半衰期为 4 天,若有 10 个这样的原子核,经过 4 天后还剩 5 个,这种说法对吗?答案 半衰期是大量放射性元素的原子核衰变时所遵循的统计规律,不能用于少量的原

7、子核发生衰变的情况,因此,经过 4 天后,10 个原子核有多少发生衰变是不能确定的,所以这种说法不对知识梳理 半衰期1定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间2特点(1)不同的放射性元素,半衰期不同,甚至差别非常大(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件无关3适用条件:半衰期描述的是统计规律,不适用于少数原子核的衰变4半衰期公式:N 余 ,m 余 ,其中 为半衰期12原 tN12原 t5半衰期的应用:利用半衰期非常稳定这一特点,可以通过测量其衰变程度来推断时间.一、天然放射现象和三种射线1三种射线的实质 射线:高速氦核流,带 2e 的正电荷;

8、射线:高速电子流,带 e 的负电荷; 射线:光子流(高频电磁波),不带电2三种射线在电场中和磁场中的偏转(1)在匀强电场中, 射线不发生偏转,做匀速直线运动, 粒子和 粒子沿相反方向做类平抛运动,在同样的条件下, 粒子的偏移大,如图 2 所示图 2(2)在匀强磁场中, 射线不发生偏转,仍做匀速直线运动, 粒子和 粒子沿相反方向做匀速圆周运动,且在同样条件下, 粒子的轨道半径小,如图 3 所示图 33元素的放射性(1)一种元素的放射性与是单质还是化合物无关,这就说明射线跟原子核外电子无关(2)射线来自于原子核说明原子核内部是有结构的例 1 如图 4 所示,R 是一种放射性物质,虚线框内是匀强磁场

9、,LL是厚纸板,MM是荧光屏,实验时,发现在荧光屏的 O、P 两点处有亮斑,由此可知磁场的方向、到达 O点的射线种类、到达 P 点的射线种类应属于下表中的( )图 4选项 磁场方向到达 O 点的射线到达 P 点的射线A 竖直向上 B 竖直向下 C 垂直纸面向里 D 垂直纸面向外 答案 C解析 R 放射出来的射线共有 、 、 三种,其中 、 射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用而偏转, 射线不偏转,故打在 O 点的应为 射线;由于 射线贯穿本领弱,不能射穿厚纸板,故到达 P 点的应是 射线;依据 射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里三种射线的鉴别1 射线带正电、 射线带

10、负电、 射线不带电 射线、 射线是实物粒子,而 射线是光子流,属于电磁波的一种2 射线、 射线都可以在电场或磁场中偏转,但偏转方向不同, 射线不发生偏转3 射线穿透能力弱, 射线穿透能力较强, 射线穿透能力最强,而电离本领相反二、原子核的组成1原子核(符号 X)AZ原子核Error!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例 2 已知镭的原子序数是 88,原子核的质量数是 226.试问:(1)镭核中有几个质子?几个中子?(2)镭核所带电荷量是多少?( 保留三位有效数字)(3)呈电中性的镭原子,核外有几个电子?答案 (1)88 138 (2)1.

11、41 1017 C (3)88解析 (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 NAZ22688138.(2)镭核所带电荷量QZe881.610 19 C1.4110 17 C.(3)核外电子数等于核电荷数,故核外电子数为 88.三、原子核的衰变规律和衰变方程1衰变种类、实质与方程(1) 衰变: X Y HeAZ A 4Z 2 42实质:原子核中,2 个中子和 2 个质子结合得比较牢固,在一定条件下会作为一个整体从较大的原子核中被释放出来,这就是放射性元素发生的 衰变现象如: U Th He.23892 23490 42(2

12、) 衰变: X Y e.AZ AZ 1 0-1实质:原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即 粒子,使电荷数增加 1, 衰变不改变原子核的质量数,其转化方程为: n H e.10 1 0-1如: Th Pa e.23490 23491 0 12确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)方法:设放射性元素 X 经过 n 次 衰变和 m 次 衰变后,变成稳定的新元素 Y,AZ AZ则衰变方程为:X Yn Hem eAZ AZ 42 0 1根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程:AA4n,ZZ 2nm.以上两式联立解得:n ,m ZZ .A A4 A A2由此可见,确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组

13、(2)技巧:为了确定衰变次数,一般先由质量数的改变确定 衰变的次数(这是因为 衰变的次数多少对质量数没有影响),然后根据衰变规律确定 衰变的次数例 3 U 核经一系列的衰变后变为 Pb 核,问:23892 20682(1)一共经过几次 衰变和几次 衰变?(2) Pb 与 U 相比,质子数和中子数各少了多少?20682 23892(3)综合写出这一衰变过程的方程答案 (1)8 6 (2)10 22(3) U Pb8 He6 e23892 20682 42 0 1解析 (1)设 U 衰变为 Pb 经过 x 次 衰变和 y 次 衰变,由质量数守恒和电荷数守23892 20682恒可得2382064x

14、92822xy联立解得 x8,y 6.即一共经过 8 次 衰变和 6 次 衰变(2)由于每发生一次 衰变质子数和中子数均减少 2,每发生一次 衰变中子数减少 1,而质子数增加 1,故 Pb 较 U 质子数少 10,中子数少 22.20682 23892(3)衰变方程为 U Pb8 He6 e.23892 20682 42 0 1衰变方程的书写:衰变方程用“” ,而不用“”表示,因为衰变方程表示的是原子核的变化,而不是原子的变化四、对半衰期的理解及有关计算例 4 2014 年 5 月 7 日南京发生放射源铱192 丢失事件,铱192 化学符号是 Ir,原子序数是 77,半衰期为 74 天铱192

15、 通过 衰变放出 射线, 射线可以穿透 10100mm厚的钢板设衰变产生的新核用 X 表示,写出铱192 的衰变方程;若现有 1g 铱192,经过 148 天有 g 铱192 发生衰变答案 Ir X e 0.7519277 19278 0-1解析 根据衰变过程电荷数守恒与质量数守恒可得衰变方程: Ir X e;每经 119277 19278 0-1个半衰期,有半数原子核发生衰变,经 2 个半衰期将剩余原质量的 ,即有 0.75g 铱192 发生衰变141半衰期由核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件都无关2半衰期是一个统计规律,适用于大量原子核衰变的计算,对于个别少数原子核不适用

16、1(对射线的理解)(2017宿迁期末)如图 5 所示,两块平行放置的金属板 A、B 分别与电源的两极连接,放射源发出的射线从其上方小孔向外射出,下列说法正确的是( )图 5Aa 粒子电离能力最强Bb 粒子来自原子核内中子的衰变Cc 粒子穿透能力最强Dc 粒子的速度最小答案 C解析 在同一电场中, 射线不偏转, 粒子偏转方向和电场方向相同, 粒子偏转方向和电场方向相反,可判断 a 粒子为 射线,b 粒子是 射线, c 粒子为 射线在 、 、 三种射线中, 射线的穿透能力最强,电离能力最弱,速度最大, 射线穿透能力最弱,电离能力最强,速度最小,A、D 错误,C 正确;b 粒子即 粒子是原子核内 2

17、 个中子和 2 个质子结合在一起形成的,B 错误2(原子核的组成)以下说法正确的是( )A. Th 为钍核,由此可知,钍核的质量数为 90,钍核的质子数为 23423490B. Be 为铍核,由此可知,铍核的质量数为 9,铍核的中子数为 494C同一元素的两种同位素具有相同的质量数D同一元素的两种同位素具有不同的中子数答案 D解析 钍核的质量数为 234,质子数为 90,所以 A 错;铍核的质量数为 9,中子数为 5,所以 B 错;同一元素的两种同位素质子数相同而中子数不同,即质量数不同,C 错,D对3(对衰变的理解)( 多选)天然放射性元素 Th(钍)经过一系列 衰变和 衰变之后,变成232

18、90Pb(铅)下列论断中正确的是 ( )20882A铅核比钍核少 24 个中子B铅核比钍核少 8 个质子C衰变过程中共有 4 次 衰变和 8 次 衰变D衰变过程中共有 6 次 衰变和 4 次 衰变答案 BD解析 铅核核子数比钍核核子数少 24 个,而不是中子数少 24 个,A 项错;铅核质子数为82,钍核质子数为 90,故铅核比钍核少 8 个质子,B 项对;钍核的衰变方程为Th Pbx Hey e,式中 x、y 分别为 和 的衰变次数,由质量数守恒和电荷23290 20882 42 0 1数守恒有 4x208232,2x y 8290,解得 x6,y4.即衰变过程中共有 6 次 衰变和4 次

19、衰变,C 项错,D 项对4(半衰期)(2018江苏单科12C(1)已知 A 和 B 两种放射性元素的半衰期分别为 T 和 2T,则相同质量的 A 和 B 经过 2T 后,剩有的 A 和 B 质量之比为( )A14B12C21D41答案 B解析 根据衰变规律,经过 2T 后剩有的 A 的质量 m0 m0,剩有的 B 的质量21TA14m0 m0,所以 ,故选项 B 正确21TB12 mAmB 12考点一 对三种射线的理解1(多选)(2017启东期末)关于天然放射现象,下列说法正确的有( )A天然放射现象的发现揭示了原子有复杂的结构B放射性元素衰变的快慢与原子所处的化学状态无关C发生一次 衰变,该

20、原子外层就失去一个电子D 射线其实是波长很短的光子答案 BD解析 天然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂的结构,A 错误;放射性元素的半衰期由原子核内部自身因素决定,与原子所处的化学状态无关,B 正确;发生一次 衰变,原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子,这个电子被释放出来,所以原子外层不会失去电子,C 错误; 射线是一种不带电的电磁波,其实是波长很短的光子,D 正确2下列说法正确的是( )A 射线是由高速运动的氦核组成的,其运行速度接近光速B 射线能穿透几毫米厚的铅板C 射线的穿透能力最强,电离能力最弱D 射线的粒子和电子是两种不同的粒子答案 C3如图 1 所示,铅盒 A 中装有天然放

21、射性物质,放射线从其右端小孔水平向右射出,在小孔和荧光屏之间有垂直纸面向里的匀强磁场,则下列说法中正确的是( )图 1A打在图中 a、b、c 三点的依次是 射线、 射线和 射线B 射线和 射线的轨迹是抛物线C 射线和 射线的轨迹是圆弧D如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场,则屏上的亮斑可能只剩下 b答案 C解析 由左手定则可知粒子向右射出后,在匀强磁场中 粒子所受的洛伦兹力方向向上, 粒子所受的洛伦兹力方向向下,轨迹都是圆弧,所以 A、B 错误,C 正确由于 粒子速度约是光速的 ,而 粒子速度接近光速,所以在同样的叠加场中不可能都做直线运动,110D 错误考点二 原子核的组成4下列说法

22、正确的是( )A. X 与 Y 互为同位素 B. X 与 Y 互为同位素nm nm 1 nm n 1mC. X 与 Y 中子数相差 2 D. U 核内有 92 个质子,235 个中子nm n 2m 23592答案 B解析 A 选项中, X 核与 Y 核的质子数不同,不是同位素 B 选项中 X 核与nm nm 1 nmY 核质子数都为 m,而质量数不同,所以互为同位素; C 选项中 X 核内中子数为n 1m nmnm, Y 核内中子数为( n2)( m2) nm ,所以中子数相同;D 选项中 U 核n 2m 23592内有 143 个中子,而不是 235 个中子5(多选) 以下说法中正确的是(

23、)A原子中含有带负电的电子,所以原子带负电B原子核中的中子数一定跟核外电子数相等C用 粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子,因此人们断定质子是原子核的组成部分D绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比,因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子答案 CD解析 原子中除了有带负电的电子外,还有带正电的质子,故 A 错误;原子核中的中子数不一定跟核外电子数相等,故 B 错误;正是用 粒子轰击原子核的实验才发现了质子,故C 正确;因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比,才确定原子核内还有别的中性粒子,故 D 正确考点三

24、对衰变和半衰期的理解与计算6(多选) 对天然放射现象,下列说法中正确的是( )A 粒子带正电,所以 射线一定是从原子核中射出的B 粒子带负电,所以 射线有可能是核外电子C 粒子是光子,所以 射线有可能是由原子发光产生的D 射线、 射线、 射线都是从原子核内部释放出来的答案 AD解析 衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出的, 衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子,然后释放出电子, 射线是伴随着 衰变和 衰变而产生的所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的7下列说法正确的是( )A根据天然放射现象,卢瑟福提出了原子的核式结构模型B放射性元素的半衰期会随着压力、温度、化合

25、物种类的变化而变化C铀( U)经过多次 、 衰变形成稳定的铅( Pb)的过程中,有 6 个中子转变成质子23892 20682D一个氡核 Rn 衰变成钋核 Po 并放出一个粒子,其半衰期为 3.8 天,则 2 g 氡经过22286 218847.6 天,剩余氡的质量是 1g答案 C解析 由 粒子散射实验的实验现象卢瑟福提出了原子核式结构模型,故选项 A 错误;放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件都无关,故选项 B 错误;衰变方程U23892Pb8 He6 e,故有 6 个中子转变为质子,选项 C 正确;半衰期是指放射性元素的20682 42 0 1原子核有半数发生衰变所需的时间,故

26、剩余的质量为 2g( )20.5g,故选项 D 错误128钍 Th 具有放射性,它能放出一个新的粒子而变为镤 Pa,同时伴随有 射线产生,23490 23491其方程为 Th Pax,钍的半衰期为 24 天,则下列说法中正确的是( )23490 23491Ax 为质子Bx 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C 射线是镤原子核外电子跃迁放出的D1g 钍 Th 经过 120 天后还剩余 0.2g23490答案 B解析 根据电荷数和质量数守恒知钍核衰变过程中放出了一个电子,即 x 为电子,故 A 错误: 衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子的同时产生的,故 B 正确;射线是镤原子核放

27、出的,故 C 错误;钍的半衰期为 24 天,1g 钍 Th 经过 120 天后,即23490经过了 5 个半衰期,故 1g 钍经过 120 天后还剩 0.03125g,故 D 错误9(2017盐城三模)氡 222 经过 衰变变成钋 218,t0 时氡的质量为 m0,任意时刻氡的质量为 m,下列四幅图中正确的是 ( )答案 B解析 每经过一个半衰期有一半质量发生衰变,则剩余质量 mm 0( ) ,解得 ( ) ,12tmm0 12t 为半衰期,结合数学知识,可知 B 正确10(多选) 在匀强磁场中,一个原来静止的原子核发生了衰变,得到两条如图 2 所示的径迹,图中箭头表示衰变后粒子的运动方向不计

28、放出的光子的能量,则下列说法正确的是( )图 2A发生的是 衰变,b 为 粒子的径迹B发生的是 衰变,b 为 粒子的径迹C磁场方向垂直于纸面向外D磁场方向垂直于纸面向内答案 AD11氡的放射性同位素有 27 种,其中最常用的是 Rn. Rn 经过 m 次 衰变和 n 次 22286 22286衰变后变成稳定的 Pb.20682(1)求 m、n 的值;(2)一个静止的氡核( Rn)放出一个 粒子后变成钋核( Po)已知钋核的速率22286 21884v110 6m/s,求 粒子的速率答案 (1)4 4 (2)5.45 107m/s解析 (1)4m 222206,m486822mn,n4(2)由动

29、量守恒定律得 mvm Pov0解得 v5.4510 7 m/s.12室内装修造成污染的四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡氡存在于建筑水泥、矿渣砖、装饰石材及土壤中氡看不到,嗅不到,但它进入人的呼吸系统能诱发肺癌,是除吸烟外导致肺癌的最大因素静止的氡核 Rn 放出一个粒子 x 后变成钋核 Po,钋22286 21884核的动能为 0.33MeV,若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子 x 的动能则:(1)写出上述衰变的核反应方程;(2)求粒子 x 的动能(保留两位有效数字 )答案 见解析解析 (1) Rn Po He22286 21884 42(2)设钋核的质量为 m1、速度为 v1,粒子 x 的质量为 m2、速度为 v2,根据动量守恒定律有0m 1v1m 2v2粒子 x 的动能 Ek 18 MeV.m2v222m2 m1v122 m1m2

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