第五章　原子核

第1节　原子核的组成

知识点归纳

知识点一、天然放射现象及三种射线

1．1896年，法国物理学家贝克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作天然放射现象．

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的元素，有的也能放出射线．

4．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋Po和镭Pa．

5．对放射性的研究．

研究方法：让放射线通过电场或磁场来研究其性质．

把样品放在铅块的窄孔底上，在孔的对面放着照相底片，在没有磁场时，发现在底片上正对孔的位置感光了．若在铅块和底片之间放一对磁极，使磁场方向跟射线方向垂直，结果在底片上有三个地方感光了，说明在磁场作用下，射线分为三束，而且这些射线中有的带电(正电和负电)、有的不带电，如图所示，由三种粒子组成．从感光位置知道，带正电的射线偏转较小，这种射线叫α射线；带负电的射线偏转较大，这种射线叫β射线；不偏转的射线叫γ射线．

6．三种射线：

(1)α射线：实际上就是氦原子核，速度可达到光速的，其电离能力强，穿透能力较差，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住．

(2)β射线：是高速电子流，它速度很大，可达光速的99%，它的穿透能力较强，电离能量较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板．

(3)γ射线：呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在10^－10 m以下，它的电离作用更小，但穿透能力很强，甚至能穿透几厘米厚的铅板或几十厘米厚的混凝土．

(4)放射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的．

7．三种射线的比较．

8.三种射线在电场和磁场中的偏转．

(1)在匀强电场中，γ射线不发生偏转，做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，β粒子的偏移大，如图所示．

位移x可表示为：x＝at²＝·∝.

所以，在同样条件下β粒子与α粒子偏移之比为＝××＝37.

(2)在匀强磁场中：γ射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反

方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径小，如图所示．

根据qvB＝，得R＝∝.

所以，在同样条件下β粒子与α粒子的轨道半径之比为：＝××＝.

知识点二、原子核的组成

1．原子核的组成.

(1)核子：质子和中子统称为核子.

(2)原子核的组成：由核子组成，即由质子和中子组成.

(3)电荷数：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数，用Z表示.

(4)质量数：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，这个倍数叫作原子核的质量数，用A表示.

(5)原子核的符号：X.

X为元素符号，A表示质量数，Z表示电荷数(即原子序数).

(6)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．同位素.

原子核内的质子数决定了元素的化学性质，同种元素的原子质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同.

定义：具有相同质子数、不同中子数的原子互称同位素.

例如氢的三种同位素：氕(H)、氘(H)、氚(H).

典例分析

一、三种射线

例1 放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图所示，其中(　　)

A．C为氦核组成的粒子流

B．B为比X射线波长更长的光子流

C．B为比X射线波长更短的光子流

D．A为高速电子组成的电子流

解析 根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，A射线向电场线方向偏转应为带正电的粒子组成的射线，所以是α射线；β射线在电场中不偏转，所以是γ射线；C射线在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是β射线。

答案 C

二、三种射线的偏转问题

例2   如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是(　　)

A．①表示γ射线，③表示α射线

B．②表示β射线，③表示α射线

C．④表示α射线，⑤表示γ射线

D．⑤表示β射线，⑥表示α射线

解析　根据三种射线的偏转轨迹可知①⑥表示β射线，②⑤表示γ射线，③④表示α射线．选项C正确．

答案　C

自我检测

1．最早发现天然放射现象的科学家为(　　)

A．卢瑟福                                B．贝可勒尔

C．爱因斯坦                             D．查德威克

解析　卢瑟福发现质子，查德威克发现中子，爱因斯坦发现了光电效应，贝可勒尔发现天然放射现象，故B正确，A、C、D错误．

答案　B

2．下列关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的是(　　)

A．α粒子就是氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强

B．β射线是电子流，其速度接近光速

C．γ射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿过几厘米厚的铅板

D．以上三种说法均正确

解析　α粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A项错误；β射线是电子流，其速度接近光速，B项正确；γ射线的穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C项正确．

答案　BC

3．氢有三种同位素，分别是氕(H)、氘(H)、氚(H)，则(　　)

A．它们的质子数相等

B．它们的核外电子数相等

C．它们的核子数相等

D．它们的中子数相等

解析　氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都为1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，所以A、B选项正确．

答案　AB

4．以下说法正确的是(　　)

A.Rn为氡核，由此可知，氡核的质量数为86，氡核的质子数为222

B.Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4

C．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

解析　A项氡核的质量数为222，质子数为86，所以A错误；B项铍核的质量数为9，中子数为5，所以B错误；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C错误，D正确．

答案　D

5．与原子核内部变化有关的现象是(　　)

A．天然放射现象　     B．光电效应现象

C．电离现象                     D．α粒子散射现象

解析 天然放射现象是原子核内部自发的放射出α粒子或电子的现象，反应的过程中核内核子数、质子数、中子数发生变化，涉及原子核内部的变化，故A正确．光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及原子核的变化，故B错误．电离现象是电子脱离原子核的束缚，不涉及原子核内部变化，故C错误．α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及核内部的变化，故D错误．故选A.

答案 A

6．在α粒子轰击金箔的散射实验中，α粒子可以表示为He，He中的(　　)

A．4为核子数，2为中子数

B．4为质子数和中子数之和，2为质子数

C．4为核外电子数，2为中子数

D．4为中子数，2为质子数

解析 根据He所表示的物理意义，原子核的质子数决定核外电子数，原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和，即为核内的核子数.He符号的左下角表示的是质子数或核外电子数，即为2，He符号左上角表示的是核子数，即为4，故选项B正确．

答案 B

7.如图所示，P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是(　　)

A．a为α射线，b为β射线

B．a为β射线，b为γ射线

C．b为γ射线，c为α射线

D．b为α射线，c为γ射线

解析 γ射线不带电，在电场中不会偏转；α粒子带正电，向负极板偏转，质量远大于β粒子的质量，电荷量是β粒子的2倍，因此α粒子的加速度远小于β粒子的加速度，β粒子的径迹比α粒子径迹弯曲得多．综上所述，选项B、C正确．

答案 BC

8．原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，以下说法中正确的是(　　)

A．原子核中，有质子、中子，还有α粒子

B．原子核中，有质子、中子，还有β粒子

C．原子核中，有质子、中子，还有γ粒子

D．原子核中，只有质子和中子

解析 在放射性元素的原子核中2个质子和2个中子结合得较紧密，有时作为一个整体放出，这就是α的来源．说到底它仍是由质子和中子组成的，不能据此认为它是原子核的组成部分．原子核里是没有电子的，但中子可以转化为质子，并向核外释放一个电子，这就是β粒子．原子核发生衰变后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ粒子的形式辐射出来，形成γ射线．故原子核里也没有γ粒子．

答案 D

9．如图甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了哪种射线(　　)

A．α射线　　　　                          B．β射线

C．γ射线                                      D．三种射线都可以

解析 α、β、γ三种射线中α射线电离能力最强，γ射线穿透能力最强，因此用γ射线来检查金属内部的伤痕，故选：C.

答案 C

10．如图所示为查德威克实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放出的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B.经研究知道(　　)

A．A为中子，B为质子　　　B．A为质子，B为中子

C．A为γ射线，B为中子  D．A为中子，B为γ射线

解析 用射线A轰击石蜡时打出的应该是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的射线应该是中子．

答案 A

11.如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有(　　)

A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线

B．α射线和β射线的轨迹是抛物线

C．α射线和β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

解析 由于γ射线不带电，故不偏转，打在b点．由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧，A、C正确，B错误；由于α粒子速度约是光速的，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动(如果一个打在b，则另一个必然打在b点下方)，D错误．

答案 AC