1．原子核的組成與核力學習目標知識脈絡1.掌握原子核的組成，知道核子和同位素的概念．(重點)2．知道核力的概念及特征．(重點)3．知道核反應的定義，會正確書寫核反應方程.原子核的組成eq\o([先填空])1．質子的發現(如圖3-1-1所示)圖3-1-12．中子的發現(如圖3-1-2所示)圖3-1-23．原子核的組成由質子和中子組成，它們統稱為核子．4．原子核的符號5．同位素具有相同質子數而中子數不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱同位素．例如，氫有三種同位素，eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H.eq\o([再判斷])1．原子核的核子數等于質子數．(×)2．質量數就是原子核的質量．(×)3．在元素周期表中處在同一位置上，而質量數不同的元素叫同位素．(√)eq\o([后思考])同一種元素的幾種同位素，它們的化學性質相同嗎？為什么？【提示】相同．因為同位素具有相同的質子數，所以具有相同的核外電子數，元素的化學性質取決于核外電子，所以同位素的化學性質相同．1．原子核的組成原子核是由質子、中子構成的，質子帶正電，中子不帶電．不同的原子核內質子和中子的個數并不相同．2．原子核的符號和數量關系(1)符號：eq\o\al(A,Z)X.(2)基本關系：核電荷數＝質子數(Z)＝元素的原子序數＝核外電子數．質量數(A)＝核子數＝質子數＋中子數．3．同位素原子核內的質子數決定了核外電子的數目，進而也決定了元素的化學性質，同種元素的質子數相同，核外電子數也相同，所以有相同的化學性質，但它們的中子數可以不同，所以它們的物理性質不同．把具有相同質子數、不同中子數的原子核互稱為同位素．1．α粒子可以表示為eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(4,2)He中的4為__________，2為________．【解析】根據eq\o\al(4,2)He所表示的物理意義，原子核的質子數決定核外電子數，原子核的電荷數就是核內的質子數，也就是這種元素的原子序數．原子核的質量數就是核內質子數和中子數之和，即為核內的核子數.eq\o\al(4,2)He符號的左下角表示的是質子數或核外電子數，即為2，eq\o\al(4,2)He符號左上角表示的是核子數，即為4.【答案】質子數與中子數之和(或質量數)質子數2．下列說法正確的是()【導學號：11010033】\o\al(n,m)X與eq\o\al(n,m-1)Y互為同位素\o\al(n,m)X與eq\o\al(n-1,m)Y互為同位素\o\al(n,m)X與eq\o\al(n-2,m-2)Y中子數相同\o\al(235,92)U核內有92個質子，235個中子\o\al(235,92)U核內有92個質子，143個中子【解析】A選項中，X核與Y核的質子數不同，不能互為同位素；B選項中eq\o\al(n,m)X核與eq\o\al(n-1,m)Y核質子數都為m，而質量數不同，則中子數不同，所以互為同位素；C選項中eq\o\al(n,m)X核內中子數為n－m，eq\o\al(n-2,m-2)Y核內中子數為(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子數相同；eq\o\al(235,92)U核內有143個中子，而不是235個中子．【答案】BCE3．已知鐳的原子序數是88，原子核的質量數是226.試問：(1)鐳核中有幾個質子？幾個中子？(2)鐳核所帶電荷量是多少？(3)若鐳原子呈電中性，它核外有幾個電子？(4)eq\o\al(228,88)Ra是鐳的一種同位素，讓eq\o\al(226,88)Ra和eq\o\al(228,88)Ra以相同速度垂直射入磁感應強度為B的勻強磁場中，它們運動的軌跡半徑之比是多少？【解析】因為原子序數與核內質子數、核電荷數、中性原子的核外電子數都是相等的，原子核的質量數等于核內質子數與中子數之和．由此可得：(1)鐳核中的質子數等于其原子序數，故質子數為88，中子數N等于原子核的質量數A與質子數Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138.(2)鐳核所帶電荷量Q＝Ze＝88××10－19C≈×10－17C.(3)鐳原子呈電中性，則核外電子數等于質子數，故核外電子數為88.(4)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力，故有Bqv＝meq\f(v2,r)，r＝eq\f(mv,qB).兩種同位素具有相同的核電荷數，但質量數不同，故eq\f(r226,r228)＝eq\f(226,228)＝eq\f(113,114).【答案】(1)88138(2)×10－17C(3)88(4)113∶114原子核的“數”與“量”辨析1．核電荷數與原子核的電荷量是不同的，組成原子核的質子的電荷量都是相同的，所以原子核的電荷量一定是質子電荷量的整數倍，我們把核內的質子數叫核電荷數，而這些質子所帶電荷量的總和才是原子核的電荷量．2．原子核的質量數與質量是不同的，也與元素的原子量不同．原子核內質子和中子的總數叫作核的質量數，原子核的質量等于質子和中子的質量的總和．核力eq\o([先填空])1．核力原子核內核子之間的相互作用力．2．核力的特征(1)核力是強力，在原子核內，核力比庫侖力大得多．(2)核力是短程力，當兩核子中心相距大于核子本身線度時，核力幾乎完全消失．(3)核力與電荷無關，質子與質子，質子與中子，以及中子與中子之間的核力是相等的．3．原子核的穩定性質子數越多的原子核，就需要有更多的中子來維持核的穩定，在大而穩定的原子核中，中子的數量多于質子．eq\o([再判斷])1．原子核內的質子間均存在核力和庫侖力．(×)2．穩定原子核的質子數總是與中子數相等．(×)3．對質子數較多的原子核，其中的中子數起到增加核力、維系原子核穩定的作用．(√)eq\o([后思考])原子核是由中子和質子組成的，在原子核狹小的空間里，帶正電的質子為什么能擠在一起而不飛散？【提示】組成原子核的相鄰的核子間存在核力．1．原子核中核子比例關系：自然界中較輕的原子核，質子數與中子數大致相等；對于較重的原子核，中子數大于質子數．越重的原子核，兩者相差越多．2．形成原因及原子核的穩定性(1)原子核大到一定程度時，相距較遠的質子間的核力非常小，較多的質子聚集在一起的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，原子核就不穩定了．這時，不再成對地增加質子和中子，而只增加中子，中子與其他核子間沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，有助于維系原子核的穩定性．(2)核力的飽和性：穩定的重原子核里，中子數要比質子數多．由于核力的作用范圍是有限的，核力具有飽和性，如果我們繼續增大原子核，一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用，這時即使再增加中子，形成的核也一定是不穩定的．所以，原子核的大小也受到限制．4．關于核力，下列說法中正確的是()【導學號：11010034】A．原子核內每個核子只跟與它們相鄰的核子間才有核力作用B．核力既可能是引力，又可能是斥力C．核力對核子做正功，原子核要釋放核能D．原子核內的某一核子與其他核子間都有核力作用E．原子核內相距較遠的兩個核子間沒有核力作用，不一定有庫侖力作用【解析】核力有時表現為引力，有時表現為斥力，但不是說核力既可能是引力，又可能是斥力，故B錯誤；核力是短程力，只有在×10－15m左右的范圍內起作用，故A正確，D錯誤；核子結合成原子核時，核力對核子做正功，原子核釋放一定的能量，故C正確；原子核內兩核子相距較遠時沒有核力作用，核內質子與中子間不會有庫侖力作用，E正確．【答案】ACE5．核子結合成原子核的下列說法中，正確的是()A．原子核內的核子間均存在核力B．原子核內的質子間均存在核力和庫侖力C．當n個核子靠近到核力作用的范圍而結合為原子核時，其間勢能一定減小D．質子數較多的原子核，其中的中子起到增加核力、維系原子核穩定的作用E．原子核內的相鄰核子間的核力與核子是否帶電無關【解析】由于核力為短程力，只會發生在相鄰核子之間，與核子是否帶電無關，由此知A、B錯誤，E正確；當n個核子靠近到核力作用范圍內，而距離大于×10－15m時，核力表現為引力，在此過程中核力必做正功，其間勢能必定減小，形成原子核后距離一般不小于×10－15m，故C正確；質子數較多的原子核由于只有相鄰的核子間才有核力，但各個質子間均有很強的庫侖斥力，隨著質子數的增加，其庫侖力增加，對于穩定的原子核，必須存在較多的中子才能維系二者的平衡，故D正確．【答案】CDE1核力是強力，只存在于相鄰核子之間.2核力的存在與核子是否帶電及電性無關.3原子核的穩定性與核力和庫侖力的大小關系有關.核反應eq\o([先填空])1．核反應原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程．2．核反應方程用原子核符號描述核反應過程的式子．3．核反應規律在核反應中，質量數和電荷數守恒．eq\o([再判斷])1．盧瑟福發現質子的過程就是原子核的人工轉變過程．(√)2．核反應方程只要滿足質量數、電荷數守恒可以隨便寫．(×)eq\o([后思考])書寫核反應方程時為什么不能用等號連接？【提示】核反應過程一般都是不可逆的，核反應方程不能用等號連接，只能用單箭頭表示反應方向．1．核反應的條件用α粒子、質子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發生轉變．2．核反應的實質用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開，而是粒子打入原子核內部使核發生了轉變．3．原子核人工轉變的三大發現(1)1919年盧瑟福發現質子的核反應：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(2)1932年查德威克發現中子的核反應：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)1934年約里奧—居里夫婦發現放射性同位素和正電子的核反應：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e.4．人工轉變核反應與衰變的比較(1)不同點：原子核的人工轉變是一種核反應，是其他粒子與原子核相碰撞的結果，需要一定的裝置和條件才能發生，而衰變是原子核的自發變化，它不受物理和化學條件的影響．(2)相同點：人工轉變與衰變過程一樣，在發生過程中質量數與電荷數都守恒，反應前后粒子總動量守恒．6．以下是物理學史上3個著名的核反應方程x＋eq\o\al(7,3)Li→2yy＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,8)Oy＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,6)Cx、y和z是3種不同的粒子，下列說法正確的是()A．x為α粒子B．x為質子C．y為α粒子D．y為電子E．z為中子【解析】根據質量數守恒和電荷數守恒可以確定x為質子eq\o\al(1,1)H，y為eq\o\al(4,2)He即α粒子，z為中子eq\o\al(1,0)n.【答案】BCE7．完成下列各核反應方程，并指出哪個核反應是首次發現質子、中子和正電子的．(1)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(13,7)N＋()(2)eq\o\al(9,4)Be＋()→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)eq\o\al(27,13)Al＋()→eq\o\al(27,12)Mg＋eq\o\al(1,1)H(4)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋()(5)eq\o\al(23,11)Na＋()→eq\o\al(24,11)Na＋eq\o\al(1,1)H(6)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(1,0)n＋()；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋()【解析】(1)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(13,7)N＋eq\o\al(1,0)n(2)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n由此核反應使查德威克首次發現了中子．(3)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(27,12)Mg＋eq\o\al(1,1)H(4)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H此核反應使盧瑟福首次發現了質子．(5)eq\o\al(23,11)