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1、高三物理一体化教学案 原子结构、天然放射现象及衰变考纲要求: 粒子散射实验原子的核式结构原子核的组成天然放射现象射线、射线、射线衰变，半衰期原子核的人工转变 核反应方程，放射性同位素及其应用放射性污染和防护学习重点: 粒子散射实验, 射线、射线、射线衰变，半衰期, 核反应方程经典回顾: 1.（2005辽宁综合卷）如图2 ，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向度垂直于纸面向外。已知放射源放出的射线有、三种。下列判断正确的是（ B ）A甲是射线，乙是射线，丙是射线B甲是射线，乙是射线，丙是射线C甲是射线，乙是射线，丙是射线D甲是射线，乙是射线，丙是射线2.（2005上海物理卷）卢
2、瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为，下列说法中正确的是（A C）(A)通过此实验发现了质子(B)实验中利用了放射源放出的射线(C)实验中利用了放射源放出的射线(D)原子核在人工转变过程中，电荷数可能不守恒3.（2005江苏物理卷）下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是（AC ）(A) (B)(C) (D)4.（2005江苏物理卷）根据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个粒子的运动轨迹在粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，下列说法中正确的是（C）(A)动能先增大，后减小(B)电势能先减小，后增大(C)电场力
3、先做负功，后做正功，总功等于零(D)加速度先变小，后变大知识精要:一、原子模型1.汤姆生模型（枣糕模型）汤姆生(英1897)研究阴极射线发现了电子，提出“枣糕模型”2.卢瑟福(英1911)的核式结构模型（行星式模型）（1）a粒子散射实验的目的、设计及设计思想。目的：通过a粒子散射的情况获取关于原子结构方面的信息。设计：在真空的环境中，使放射性元素钋放射出的a粒子轰击金箔，然后透过显微镜观察用荧光屏接收到的a粒子，通过轰击前后a粒子运动情况的对比，来了解金原子的结构情况。设计思想：与某一个金原子发生作用前后的a粒子运动情况的差异，必然带有该金原子结构特征的烙印。搞清这一设计思想，就不难理解卢瑟福
4、为什么选择了金箔做靶子（利用金的良好的延展性，使每个a粒子在穿过金箔过程中尽可能只与某一个金原子发生作用）和为什么实验要在真空环境中进行（避免气体分子对a粒子的运动产生影响）。（2）a粒子散射现象绝大多数a粒子几乎不发生偏转；少数a粒子则发生了较大的偏转；极少数a粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90有的甚至几乎达到180）。（3）a粒子散射的简单解释:首先，由于质量的悬殊便可判定，a粒子的偏转不会是因为电子的影响，而只能是因为原子中除电子外的带正电的物质的作用而引起的；其次，原子中除电子外的带正电的物质不应是均匀分布的（否则对所有的a粒子来说散射情况应该是一样的），而“绝大多数”“少数”和“
5、极少数”a粒子的行为的差异，充分地说明这部分带正电的物质只能高度地集中在在一个很小的区域内；再次，从这三部分行为不同的a粒子数量的差别的统计，不难理解卢瑟福为什么能估算出这个区域的直径约10-15m。(2)原子的核式结构原子的中心有一个很小的核；原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在核内；带负电的电子在核外空间绕核旋转。二.原子核的组成:1.原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为核子.2.原子核的核电荷数=质子数=原子序数=核外电荷数3.原子核的质量数=核子数=质子数+中子数 原子核表示:A X4.原子核的质子数决定元素的化学性质,具有相同质子数不同中子数的原子互称为同位素.三、天然放射现象:
6、 1.天然放射现象天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构。2.各种放射线的性质比较种 类本 质质量（u）电荷（e）速度（c）电离性贯穿性射线氦核4+20.1最强最弱，纸能挡住射线电子1/1840-10.99较强较强，穿几mm铝板射线光子001最弱最强，穿几cm铅版 O三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较： 如、图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是比的偏转大，不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。图中肯定打在O点；如果也打在O点，则必打在O点下方；如果也打在O点，则必打在O点下方。3.天然衰变中核的变化规律在核的天然衰变中，核变化的最
7、基本的规律是质量数守恒和电荷数守恒。a衰变：随着a衰变，新核在元素周期表中位置向后移2位，即 衰变：随着衰变，新核在元素周期表中位置向前移1位，即 。射线：伴随a衰变或衰变辐射出来的高能光子,是新核由高能级向低能级跃迁产生的.衰变方程:4.关于半衰期的几个问题（1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间。（2）意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度。（3）特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关。Aabc（4）理解：是大数统计规律 例1. 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
8、下列说法中正确的有 A.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解：由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中粒子受的洛伦兹力向上，粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧。由于粒子速度约是光速的1/10，而粒子速度接近光速，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。）本题选AC。放射源探测接收器MN例2. 如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。假如放射源能放射出、三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm厚的铝板，
9、那么是三种射线中的_射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调_一些。解：射线不能穿过3mm厚的铝板，射线又很容易穿过3mm厚的铝板，基本不受铝板厚度的影响。而射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的射线的强度发生较明显变化。即是射线对控制厚度起主要作用。若超过标准值，说明铝板太薄了，应该将两个轧辊间的距离调节得大些。例3. 近年来科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展。科学家们在观察某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现所生成的超重元素的核X经过6次衰变后成为Fm，由此可以判定该超
10、重元素的原子序数和质量数依次是 A.124，259 B.124，265 C.112，265 D.112，277解：每次衰变质量数减少4，电荷数减少2，因此该超重元素的质量数应是277，电荷数应是112，选D。R L L M N O P . . 例4.如图所示，R为放射源，虚线范围内有垂直于纸面的磁声B，LL为厚纸板，MN为荧光屏，今在屏上P点处发现亮斑，则到达P点处的放射性物质微粒和虚线范围内B的方向分别为（ ）A、a粒子，B垂直于纸面向外B、a粒子，B垂直于纸面向内C、粒子，B垂直于纸面向外D、粒子，B垂直于纸面向内分析：了解天然放射现象中三种射线的基本属性，是分析此例的基础。解答：由于a粒
11、子贯穿本领很弱，只能穿透几厘米空气，因此穿透厚纸板到达屏上P点处不可能是a粒子；由于粒子不带电，穿过B区域不会发生偏转，因此到达P点处的也不可能是粒子；由此可知，到达P点处的必然是粒子。又由于粒子带的是负电，因此用左手定则便可判断B的方向应该是垂直于纸面向内。所以应选D。例5. 一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m。铀发生一系列衰变，最终生成物为铅。已知铀的半衰期为T，那么下列说法中正确的有 A.经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了 B.经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有m/4发生了衰变 C.经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8 D.经过一个半衰期后该矿石的质量剩
12、下M/2解：经过两个半衰期后矿石中剩余的铀应该还有m/4，经过三个半衰期后还剩m/8。因为衰变产物大部分仍然留在该矿石中，所以矿石质量没有太大的改变。本题选C。例6.两种放射性元素的原子和，其半衰期分别为T和。若经过2T后两种元素的核的质量相等，则开始时两种核的个数之比为_；若经过2T后两种核的个数相等，则开始时两种核的质量之比为_。分析：欲求解此例，必须正确理解半衰期的概念。解答：此例考察的是半衰期的概念，可做如下分析：若开始时两种核的个数分别为N1和N2，则经时间2T后剩下的核的个数就分别为和，而此时两种核的质量相等，于是有 由此可得 N1:N2=b:4a。若开始时两种核的质量分别为m1和
13、m2，则经时间2T后剩下的核的质量就分别为和，而此时两种核的个数相等，于是有由此可得 。5.原子核的人工转变用高速运动的粒子去轰击原子核，是揭开原子核内部奥秘的要本方法。轰击结果产生了另一种新核，其核反应方程的一般形式为 其中是靶核的符号，x为入射粒子的符号，是新生核符号，y是放射出粒子的符号。1919年卢瑟福首先做了用a粒子轰击氮核发现质子: ，1930年查德威克用a粒子轰击铍核发现中子: ，居里夫妇用a粒子轰击铝核发现放射性同位素和正电子6.放射性同位素的应用与防护:利用其射线：射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。
14、各种射线均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强度容易控制）。例7.完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程。N+n C+_ N+He O+_ B+n _+He Be+He _+nFe+H Co+_解：根据质量数守恒和电荷数守恒，可以判定：H，H，发现质子的核反应方程 Li，C，发现中
