5.1 原子核的组成 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第五章 原子核 第1节 原子核的组成 核能是蕴藏在原子核内部的能量。核能的发现是人们探索微观物质结构的一个重大成果。人类通过许多方式利用核能，主要的途径是发电。如今，全世界大约有 16% 的电能是由核反应堆生产的。核能的利用可以有效缓解常规能源的短缺。 本章导引： 随着核能的出现，我们这一代人为世界带来了人类发现火以来最革命性的力量。 ——爱因斯坦 02 主题二、射线的本质 01 主题一、天然放射现象 目录 CONTENTS 03 主题三、原子核的组成 第1节 原子核的组成 04 主题四、探测射线的方法 新课引入：原子有结构，原子核内部也有结构吗？ 1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。 贝克勒尔（1852-1908）法国物理学家 钡铀云母 翠砷铜铀矿 斜水钼铀矿 铀钙石矿 天然发出射线 受到贝克勒尔的发现的鼓舞，波兰裔法国物理学家玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里对铀和含铀的各种矿石进行了深入研究。 发现这种沥青中还存在着两种能够发出更强射线的新元素，居里夫人把其中一种元素命名为钋（Po），另一种元素命名为镭（Ra）。 居里夫妇 新课引入：原子有结构，原子核内部也有结构吗？ 天然放射性现象研究的重大进展是由居里夫妇做出的，1897年，居里夫人在其博士论文中证实了铀盐放出射线的强度只与化合物中铀元素的含量成正比，与化合物的种类无关，也不受光照、加热、通电等因素的影响，由此她确认这一现象起源于原子内部，并提出了“放射性”这个词.居里夫妇和贝可勒尔共同获得1903年诺贝尔物理学奖。 新课引入：原子有结构，原子核内部也有结构吗？ 卢瑟福也研究了居里夫妇的发现，并结合自己的研究认为射线来源于原子核的内部。并研究了放射线元素的衰变周期。他荣获1908年诺贝尔化学奖。 第一部分 天然放射现象 钡铀云母 自发的放出射线的现象 一、天然放射现象 原子序数大于83的元素，都能自发地放出射线，原子序数小于或等于83的元素有的也能放出射线。 2.特点: 1.定义: 思考：这些射线到底是什么呢？带不带电呢？如何验证呢？ 具有放射性的元素称为放射性元素 钡铀云母 物质自发发出射线的性质叫放射性。 第二部分 射线的本质 二、射线的本质 带负电 二、射线的本质 带正电 不带电 思考1：这三种射线分别带什么电？ 电场E 思考2：如果用电场判断它们带电的性质，则电场方向应如何才能使粒子大致沿图示的方向偏转？ 二、射线的本质 注意：这三种射线不一定同时发出 1.α射线：实际上就是__________，速度可达到光速的十分之一，其_____能力强，_____能力较差，在空气中只能前进几厘米，用________就能把它挡住。 2.β射线：是____________，它速度很大，可达光速的_____，它的穿透能力较强，_____能力较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的_______。 3.γ射线：呈电中性，是能量很高的_______，波长很短，在10－10 m以下，它的_____作用更小，但_________更强，甚至能穿透几厘米厚的_______或几十厘米厚的混凝土。 氦原子核 电离 穿透 一张纸 高速电子流 电离 铝板 电磁波 电离 穿透能力 铅板 99% 二、射线的本质 成分 速度 电离能力 穿透能力 α 射线 β 射线 γ 射线 氦原子核 1/10光速 很强 较弱 电子流 接近光速 较弱 较强 电磁波 光速 更弱 很强 厚纸 厚铝板 厚铅板 α 射线 β 射线 γ 射线 思考:α粒子的完全半径为什么比β粒子的半径大？ r= 二、射线的本质 实验发现，如果一种元素具有放射性，那么，无论它是以单质存在的，还是以化合物形式存在的，都具有放射性。放射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决定于原子核外的电子，这就说明射线与这些电子无关，也就是说，射线来自原子核。这说明原子核内部是有结构的。 厚纸 厚铝板 厚铅板 α 射线 β 射线 γ 射线 第三部分 原子核的组成 1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，得到了一种新粒子。经过研究证明，这种粒子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的1836倍。进一步研究表明，其性质和氢原子核的性质完全相同，其本质就是氢原子核 , 卢瑟福命名为质子。 同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子，说明质子是原子核的组成部分。原子核是否只是由质子组成呢？ 三、原子核的组成 卢瑟福(1871-1937)新西兰著名物理学家，著名的原子核物理学之父。学术界公认他为继法拉第之后最伟大的实验物理学家. 同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子，说明质子是原子核的组成部分。原子核是否只是由质子组成呢？ 三、原子核的组成 卢瑟福(1871-1937)新西兰著名物理学家，著名的原子核物理学之父。学术界公认他为继法拉第之后最伟大的实验物理学家. 卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认。由此卢瑟福获得1908年诺贝尔化学奖。他的学生和助手也有多人获得了诺奖。 质子电量 质子质量 核的电量 核的质量 > 1921年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖； 　　 1922年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖； 1922年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖； 　　 1927年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖； 　　 1935年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖； 　　 1948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖； 　　 1951年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，获得诺贝尔物理奖； 　　 1978年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。 　　 有人说，如果世界上设立培养人才的诺贝尔奖金的话，那么卢瑟福是第一号候选人。 三、原子核的组成 三、原子核的组成 1.质子的发现： 1919年卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮原子核中打出了质子。 卢瑟福由原子核的大于质子的比，猜想：原子核内可能还存在着另一种粒子，它的质量与质子相同，但是不带电，他把这种粒子叫作中子（neutron）。 mp=1.672621898×10-27kg 三、原子核的组成 1.质子的发现： 1919年卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮原子核中打出了质子。 2.中子的发现： 1932年卢瑟福的学生查德威克通过实验证实了这个猜想。中子不带电，用n表示。 查德威克 mn＝1.674927471×10-27kg mp=1.672621898×10-27kg 只比质子质量约大千分之一 3.原子核的组成: 质子和中子，统称为核子 三、原子核的组成 3.原子核的组成: 质子和中子，统称为核子 原子具有结构 原子内部存在电子 阴极射线实验 原子具有核式结构 α粒子散射实验 原子=原子核+核外电子 原子核具有结构 天然放射性现象 原子核=质子+中子 中子 质子 统称核子 X A Z 原 子 核 的 组 成 质量数 核电荷数 10－15m 元素符号 三、原子核的组成 质子数 质子数+中子数 思考：怎么样能较好的表 示出原子核的内部信息？ 三、原子核的组成 3.原子核的组成: 质子和中子，统称为核子 注意： ①电荷数≠电荷量、 质量数≠质量 =核外电子数 X A Z 元素符号 质量数 =质子数+中子数 =核子数 质子数 =核电荷数 =原子序数 ②质子数相同，中子数可以不同。 在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素(isotope) 同位素之间化学性质相同。 思考:射线看不见摸不着，我们能使它显示出来研究它? 第四部分 探测射线的方法 (1)原理：当酒精蒸汽达到过饱和状态，粒子在云室内气体中飞过，使沿途的 电离，过饱和酒精蒸汽就会以这些离子为核心 ，于是显示出射线的径迹。 四、探测射线的方法 1.探测方法： (1)组成射线的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心， 会产生雾滴， 会产生气泡。 (2)射线能使照相乳胶 。 (3)射线能使 产生荧光。 过饱和的蒸汽 过热液体 感光 荧光物质 气体分子 凝结成雾滴 威耳逊云室 2.探测仪器: (2)结构:一个圆筒状容器，低部可以上下移动，上盖是透明的，内有干净空气。 四、探测射线的方法 粒子 粒子 粒子 粒子 ①ɑ粒子径迹直而清晰 四、探测射线的方法 威耳逊云室 2.探测仪器: (3)现象: ②高速粒子比较细直，低速短粗而且常常弯曲。 粒子质量大，不易改变方向 电离本领大，沿途产生的离子多 低速粒子质量小，碰撞时易改变方向。 高速粒子电离本领小，沿途产生的离子少。 原因: 原因: ɑ、有显现，γ 无 ③γ粒子电离本领很小，一般无踪迹。 气泡室里装的是液体，如液态氢。粒子通过过热液体时，在它的周围产生气泡而形成粒子的径迹。 四、探测射线的方法 3.其它探测仪器: (1)气泡室: ①优点：直观﹑作用顶点可见﹑有很好的多重效率﹑有效空间大和测量精度高等等。 ②缺点：收集和分析数据较慢，扫描﹑测量照片太费时间﹐体积不容易做得很大。 ②缺点：只能用来计数，不能区分射射线的种类。 四、探测射线的方法 3.其它探测仪器: (1)气泡室: (3)盖革—米勒计数器 ①优点：G－M计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便。 课堂小结 放射性 非4 人 射线的本质 非4 人 探测射线的方法 原子核的组成 α 射线：氦原子核 γ 射线：电磁波 β 射线：电子流 天然放射现象:放射性的元素自发地发出射线的现象 原子序数Z=核电荷数=核外电子数=质子数 质量数A=质子数+中子数 威耳逊云室 气泡室 盖格-米勒计数器 【练习1】判断下列说法是否正确。 (1)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力。( ) (2)β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。( ) (3)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强。( ) × √ × 课堂练习 【练习2】以下实验中，能说明原子核具有复杂结构的是 (　　) A.光电效应实验 B.原子发光产生明线光谱 C.α粒子散射实验 D.天然放射现象 D 课堂练习 【练习3】如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片。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 (　　) A.α和β的混合放射源 B.纯α放射源 C.α和γ的混合放射源 D.纯γ放射源 C 课堂练习 【练习4】(多选)将α、β和γ三种射线分别垂直射入匀强磁场和匀强电场，假设α粒子与β粒子速度相同，则下列表示射线偏转情况的图像中正确的是 (　　) AD 课堂练习 【练习5】下列表示某种元素的各同位素间的质量数(A)、质子数(Z)和中子数(N)三者关系的图像正确的是 (　　) B 课堂练习 【练习6】(多选)质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如He是H的镜像核，同样H也是He的镜像核。下列说法正确的是(　 　) A.N和 C互为镜像核 B.N和O互为镜像核 C.N和O互为镜像核 D.互为镜像核的两个核质量数相同 ACD 课堂练习 END JIESU $$