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1、第十二章第十二章C C节节 原子核结构的探索（二）原子核结构的探索（二）原子核的人工转变原子核的人工转变一、原子核的人工转变：一、原子核的人工转变：用高速运动的粒子轰用高速运动的粒子轰击原子核，用击原子核，用人工方法人工方法使使一种原子核一种原子核变成变成另一另一种原子核种原子核的的方法。的的方法。引言：引言：天然放射现象的发现，使人们认识到原子核天然放射现象的发现，使人们认识到原子核内部有复杂的结构，而且原子核可以发生变化，成内部有复杂的结构，而且原子核可以发生变化，成为另一种原子核。于是，科学家们对原子核的组成为另一种原子核。于是，科学家们对原子核的组成的研究进入了更深的层次。但是单靠天然
2、放射性元的研究进入了更深的层次。但是单靠天然放射性元素的衰变是不够的，所以，有必要素的衰变是不够的，所以，有必要用人工方法把原用人工方法把原子核子核“轰开轰开”，从而去探索原子核的结构，这种方，从而去探索原子核的结构，这种方法称为法称为原子核的人工转变原子核的人工转变。 实验装置：实验装置：容器容器C里有放射性物质里有放射性物质A，从，从A射出的射出的粒子射到一片粒子射到一片铝箔铝箔F上，上，适当选取铝箔的厚度适当选取铝箔的厚度，使使粒子恰好被它完全吸收，而粒子恰好被它完全吸收，而不能透过不能透过。在。在F的后面放一荧光屏的后面放一荧光屏S，用显微镜，用显微镜M来观察荧光屏上来观察荧光屏上是否
3、出现闪光，通过阀门是否出现闪光，通过阀门T可往容器可往容器C里通入气体。里通入气体。卢瑟福：卢瑟福：用用粒子轰击氮原子核的人工核实验粒子轰击氮原子核的人工核实验：放射性物质：容器：阀门：放射性物质：容器：阀门：铝箔：荧光屏：显微镜：铝箔：荧光屏：显微镜实验结果：实验结果：通过阀门通过阀门T往容器往容器C里通入氮气后，卢瑟福从荧光屏里通入氮气后，卢瑟福从荧光屏S上上观察到了闪光。这个实验观察到了闪光。这个实验表明，闪光一定是表明，闪光一定是粒子击中氮核后产生粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的的新粒子透过铝箔引起的。后来，将这种粒子引入电场、磁场测定后来，将这种粒子引入电场、磁场测定它的电量
4、和质量，确定了它就是它的电量和质量，确定了它就是氢原子核氢原子核，又称为，又称为质子质子。氢原子核，又称为质子氢原子核，又称为质子2、发现质子的核反应方程：、发现质子的核反应方程：二、质子二、质子(proton)的发现：的发现：1919年，卢瑟福年，卢瑟福用用粒子粒子轰击轰击氮核氮核，第一，第一次用实验证实了原子核中有质子，即次用实验证实了原子核中有质子，即质子是原质子是原子核的组成部分。子核的组成部分。 1、符号：、符号：卢瑟福的预言卢瑟福的预言质子发现后，有人提出原子核可能是由带正电的质子组质子发现后，有人提出原子核可能是由带正电的质子组成的。但这设想在解释除氢原子核外的其他原子核时遇到了
5、困成的。但这设想在解释除氢原子核外的其他原子核时遇到了困难，大多数原子核的电荷数与质量数不相等，如铀难，大多数原子核的电荷数与质量数不相等，如铀238的电荷的电荷数为数为92，若都由质子组成，其质量数也应是，若都由质子组成，其质量数也应是92，而除质子外，而除质子外剩下剩下146的质量数是什么呢？的质量数是什么呢？1920年，根据以上分析，卢瑟福曾预言：可能有一种年，根据以上分析，卢瑟福曾预言：可能有一种质量与质子相近的质量与质子相近的不带电的中性粒子不带电的中性粒子存在，并把它叫做存在，并把它叫做中子中子。钋钋o铍铍石蜡石蜡不可见粒子不可见粒子不可见粒子不可见粒子不可见粒子不可见粒子质子质子
6、质子质子质子质子射线射线粒子轰击铍产生的不可见粒子是什么？粒子轰击铍产生的不可见粒子是什么？用用粒子轰击铍原子核的人工核实验粒子轰击铍原子核的人工核实验钋铍Be石蜡不可见粒子质子质子质子射线对实验结果的对实验结果的猜想和思考猜想和思考、射线轰击铍产生的不可见射线轰击铍产生的不可见粒子有很强的穿透能力，可贯穿粒子有很强的穿透能力，可贯穿的铅板，人们认的铅板，人们认为它是高能的为它是高能的射线。射线。、计算表明，不可见粒子从石、计算表明，不可见粒子从石蜡中打出质子，需要提供蜡中打出质子，需要提供5.7 Mev的能量，这要求的能量，这要求射线的能量达到射线的能量达到55 Mev。但是，钋发出的但是，
7、钋发出的射线射线轰击铍只能产生轰击铍只能产生7 Mev的的射线。射线。因此，不可见粒子能从石蜡中打因此，不可见粒子能从石蜡中打出质子，它一定不是铍被轰击后出质子，它一定不是铍被轰击后发出的发出的射线。射线。后来，查德威克发现的这种与质子质量差不多的粒子，后来，查德威克发现的这种与质子质量差不多的粒子，由于不带电，所以叫作由于不带电，所以叫作中子中子。三、中子三、中子(neutron)的发现的发现查德威克查德威克通过实验和分析通过实验和分析发现了中子发现了中子，证，证实了实了中子也是原子核的组成部分中子也是原子核的组成部分。 2、发现中子的核反应方程式：、发现中子的核反应方程式：1、符号：、符号
8、：由于中子不带电，跟其他粒子不会发生静由于中子不带电，跟其他粒子不会发生静电作用，可以比电作用，可以比粒子容易打进原子核里，为用粒子容易打进原子核里，为用人工方法轰击原子核实现核的转变找到了一种理人工方法轰击原子核实现核的转变找到了一种理想的想的“炮弹炮弹”，不少科学家，不少科学家用中子轰击原子核，用中子轰击原子核，进一步揭示了物质的微观结构进一步揭示了物质的微观结构，对近代物理学的，对近代物理学的发展起了很大的推进作用。发展起了很大的推进作用。查德威克发现中子，使他荣获了查德威克发现中子，使他荣获了1935年度年度诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。历史回眸：历史回眸：中子发现的意义中子发现的意
9、义四、原子核的组成四、原子核的组成质子数质子数 核电荷数核电荷数=原子序数原子序数质量数质量数=质子数质子数+中子数中子数=N核子数核子数2、原子核的表示：、原子核的表示：原子核常用符号原子核常用符号 来表示，来表示，X是元素是元素符号，符号，Z为原子核的原子序数，也叫电荷数，为原子核的原子序数，也叫电荷数，A为原子核为原子核的质量数。的质量数。1、海森堡、海森堡和前苏联物理学家和前苏联物理学家伊凡连科伊凡连科提出了原子核组提出了原子核组成的假说：成的假说：原子核原子核是是由质子和中子组成由质子和中子组成的，的，质子和中子质子和中子统称为核子统称为核子(nucleon)。质子和中子统称为质子和
10、中子统称为原子核原子核质子质子中子中子示例：示例：一个钠原子核的质量数是一个钠原子核的质量数是23，原子序数是，原子序数是11，它的核子数、质子数和中子数分别是多少，它的核子数、质子数和中子数分别是多少?解答：解答：如图所示。如图所示。点击点击1、衰变衰变时，时，从放射性元素的原子核中释放出来的从放射性元素的原子核中释放出来的粒粒子就是子就是两个质子两个质子和和两个中子两个中子结合在一起放出的结合在一起放出的.P392、衰变时，衰变时，释放的释放的粒子粒子是核内的一个中子转化成是核内的一个中子转化成质子和电子时，从核里发射出来。质子和电子时，从核里发射出来。 3、辐射辐射是因为原子核放出是因为
11、原子核放出粒子或粒子或粒子后，处在粒子后，处在一种一种“激发激发”状态时释放出频率很高的电磁波，常称状态时释放出频率很高的电磁波，常称为为光子。光子。 拓展联想：拓展联想：核子以什么力结合核子以什么力结合成原子核？成原子核？中子质子1、定义、定义: 使核子结合成原子核的吸引力。使核子结合成原子核的吸引力。2、特点、特点:a.是一种是一种很强的吸引力很强的吸引力；b.是一种是一种短程力短程力，核力的作用范围极小，核力的作用范围极小,仅当核子间距仅当核子间距210-15m时，才明显发生作用；几乎可以说，核子只时，才明显发生作用；几乎可以说，核子只跟它相邻的核子才有核力作用。跟它相邻的核子才有核力作
12、用。c.电荷的无关性电荷的无关性,即核中的核子，不论是质子与质子，即核中的核子，不论是质子与质子，中子与中子，质子与中子，它们之间的核力是一样的中子与中子，质子与中子，它们之间的核力是一样的.五、核力五、核力3、核力的本质仍在研究中。、核力的本质仍在研究中。小结小结、原子核由质子和中子原子核由质子和中子（统称为核子）组成（统称为核子）组成、使核子结合在一起的力使核子结合在一起的力是短程强相互作用力，也是短程强相互作用力，也称为核力。称为核力。、原子核的人工转变原子核的人工转变（用人工的办法使原子核（用人工的办法使原子核发生转变）发生转变）、 粒子轰击氮的粒子轰击氮的核实验（发现质子的核实验（发
13、现质子的核反应）核反应）、粒子轰击铍的核实验粒子轰击铍的核实验（发现中子的核反应）（发现中子的核反应）六、同位素六、同位素1）同位素：）同位素：具有相同的质子数和不同的中子数具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素。的原子互称同位素。2）放射性同位素：）放射性同位素：具有放射性的同位素。具有放射性的同位素。天然的放射性同位素有天然的放射性同位素有40多种，而人工制造多种，而人工制造的同位素已达的同位素已达1000多种。多种。例如：碳例如：碳-12与碳与碳-14。“基本粒子基本粒子”不基本不基本! ! 随着人类对粒随着人类对粒子世界研究的不断子世界研究的不断深入，终将会有新深入，终将会有新的突破：的突破：“基本粒基本粒子子”不基本不基本!目前的观点看，目前的观点看，夸克、媒介子和轻子夸克、媒介子和轻子这三类粒子是没有内这三类粒子是没有内部结构的部结构的“点状点状”粒粒子，可认为是今日的子，可认为是今日的“基本粒子基本粒子”。
