-
第二十二章
原子核
一、原子的核式结构
原子核
教学目的：
1
、使学生掌握
α
粒子散射实验的结果和由此而提出的原子的<
/p>
核式结构学说。
2
、根据
α
粒子散射实验，否定了汤姆生的原子模型，确立了
原子的核式结构学说，
使学生更好地理解实验和理论的关系，<
/p>
了解原子物理的研究方法是在实验的基础上进行科学分析。
3
、培养学生由现象的分析而归纳结论的逻辑推理能力，提高
学生的阅读能力和表达能力。
4
、
通过对原子结构的认识过程的学习，
使学生认识
到人类对
微观世界的认识是不断定扩大和加深的，从而进行辩证唯物
主义教育。
引入新课
个绍本章的中心内容和学习方法
这章
是高二物理的最后一章，
包括原子结构、
原子核的
组成和原子能等内容。
原子是微小的，
无法直接观察
它的内部
结构，实验中研究原子的有效办法是利用高能粒子去碰撞原
子，
引起某些可能观察到的现象，
从分析这些现象的过程中
逐
步探索认识原子的内部结构和规律。
在这一章中重点讲述了人
类是在哪些实验基础上认识原子结构和原子核组成的。
怎样在<
/p>
实验与理论的相互推动下，使认识不断发展不断深入的。
这一章的特点是内容较抽象，
缺少实验演示，
定性说明
多。
同学们学习本章时要发挥想象力，
要重视概念和理论的实
验基础，
以及理论的产生过程。
要掌握有关的计算问题，
学习
科学家的
思维过程。
讲授新课
1
、
19
世纪末以前，人们
认为原子是不可再分的。
公元前
5<
/p>
世纪，
希腊哲学家提出物质是由不可分的微粒
（原子）
组成的。
不过没有实验根据。
一百多前，
人们从化学实验中知
道，
物质由分子组成，
分子由原子组成。
因在化学反应中原子
的种类和数目不变，使人们认为原子是组成物质的最小微粒，
是不能
再分的。
2
、电子的发现。
< br>（
1
）介绍阴极射线：在封闭的玻璃管内有两个电极，抽
出管
内的空气（压强在
10
-2
mmHg
以下）
。当两极间加高压时，从
阴极发出一种射线叫阴极射线，
它能使对着阴极的玻璃管壁发
1
出荧光。在
1
9
世纪
70
年代已有人提出它是带负电
的粒子流，
但实验证据不足。
（
2
）
1897
年英
国科学家汤姆生利用阴极射线在电场中和磁场
中的偏转的实验证明了阴极射线是带负的的
粒子流。
（
3
）
1897
年汤姆生进一步测定了阴极射线粒子的荷质比
e/m
，
发现不同物质组成的阴极发出的射
线都有相同的
e/m
值。
表明
这种带电粒子是一切不同元素的原子的共同组成部分，
称它为
电子。
汤姆生测得电子的荷质比
e/m
约是氢离子荷质比的二
千倍，
< br>又测得二者电量基本相同，
由此可知电子的质量约是氢
离
子质量的二千分之一，电子比原子的质量小得多。
电子的发现证明了原子是可分的
后来发现光电效应等都从物质原子中击出了电子。
3
、汤姆生原子模型。
原子内有带负电的电子，
但原子是中性的，
所以原子
里必定还
有带正电的部分，并且正电荷的总量和电子的总电量必定相
等，那么它们是怎样组成的原子的呢？
20
世纪初科学家们提出了很多种原
子模型。其中最有影响
的是汤姆生模型。
但后来被一个新的实验
事实否定了，
而卢瑟
福却根据这一实验事实提出了原子的核式结
构学说。
{
让学生阅读课本第九章第
一节，汤姆生模型和
α
粒子散射实
验装
置和实验结果
}
提问学生：
汤姆生模
型是什么样的？让学生在黑板上画出示意
图
4
、
α
粒子的散射实验。
（
1
）
1909-1911
年英国物理学家卢瑟福和他的助手盖革，
学生
马斯登等做了用
α
粒子轰击薄金箔的实验。
α
粒子：
带正电，
电量是电子电量的
2
倍，
质
量约是氢原子的
4
倍，约是电子质量的
7000
倍。从放射性元素中放射出来的
α
粒子动能很大，
射出速度达
10
7
米
/
秒，
α<
/p>
粒子打到荧光屏上
能产生一个闪烁的亮点，可用显微镜观察。
2
（<
/p>
2
）介绍
α
粒子
散射实验装置各部分的名称和作用。
放射源：钋放在带小孔的
铅盒中，能放射
α
粒子。
金
箔：<
/p>
厚度极小，
可至
1
微米
（虽然很薄但仍有几千层原子）
。
显微镜：能够围绕金箔在水平面内转动。
荧光屏：玻璃片上涂有荧光物质硫化锌，装在显微镜上。
（
3
）介绍实验过程：
①、
钋放出的
α
粒子从铅盒小孔射出，
形成很细的束射线，
射
到荧光屏上产生闪光，通过显微镜观察。
②、
放上金箔
F
，观察
α
< br>粒子穿过金箔打到荧光屏上发出的闪
光。
③、
转动显微镜和荧光屏，
在不同偏转角
θ
处观察，
可看到
α
粒子的散射现象。
（
4
）介绍实验结果（可由学生回答）
①、
绝大数
α
粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有
少数
α
粒子发生了较大的偏转。
②、
散射的
α
粒子的数目随着
θ角的增大而很快地减少。
< br>0
有极少数
α
粒子的偏转角θ超
过了
90
，有的甚至几乎达
到
180
0
，象是被金箔弹回来。
（
5
）汤姆生原子模型
不能解释
α
粒子的散射实验结果中的大
角度散射现象，因而被否定。
（
6
）
为了解释
α
粒子的散射实验结果，
卢瑟福在
1911
年提出
了原子的核式结构学说：
在原子的中心有一个很的核，
叫做原子核，
原子
的全部正电荷
和几乎全部质量都集中在原子核里，
带负电的电子
在核外空间
里绕着核旋转。
思考：<
/p>
①用原子的核式结构学说解释：
α
粒子的
散射实验中为
什么绝大多数
α
粒子仍沿
原方向前进，
只有极少数发生
大角度偏转？
②为什么卢瑟福认为电子一定要绕核旋转？
作业：
P
260
（
1
）
（
2
）
3
二、天然放射现象
衰变
教学目标
1.
了解“天然放射现象”
，知道放射现象的实质是原子核的衰
变
；
2.
知道三种天然放射线的基本性质；
3.
掌握原子核衰变规律，理解半衰期概念
.
4.
能够熟练运用核衰变的规律写出核衰变的核反应方
程；
5
能够利用电场或磁场分离和鉴
别三种天然放射线
.
6
、
通过介绍天然放射性的发现过程，
以及有关科学家的业绩，
对学生进行科学精神与唯物史观的教育
.
教学重点：三种射线的性质及原子核的衰变规律
.
教学难点：
半衰期的概念
.
教学方法
本节采用学生自学与教师点
拨相结合的教学方法，
以培养学生
的阅读理解、归纳总结能力，
进而提高学生的自学能力
.
教学用具：投影仪及投影片
.
教学过程
引入新课
既然原子是可分的，是由原
子核和核外电子组成
.
那么原子核
呢？
它能否再分呢？人们是如何认识它的？
这就是本节课要研究的问题——天然放射现象原子核的衰变
新课教学
（一）天然放射现象
阅读本节教材，回答下列问题：
.
1
、什么是天然放射现象？天然放射线有哪几种？其性质如
何？<
/p>
天然放射现象：某些物质自发地放射出看不见的射线的现
象
.
说明：
（
1
）物质自发放射射线的性质，叫放射性
. <
/p>
（
2
）放射性是某些物质的天然存在的客
观属性，与任何外界
因素无关
.
（<
/p>
3
）具有放射性的元素叫放射性元素
.
（
4
）放射线是直接用肉眼看不见的，
必须借助于专门的仪器
来观察（第三节专门学习）
.
2
、利用什么方法可以将天然放射
线分离开来，并加以鉴别？
4
你还能想出与课本上不同的方法吗？
天然放射线的分离及其鉴别
方法一：
利用磁场（图
22
—
5
）
方法二：利用电场（图
2
2
—
6
）
3
、试列
表比较各种放射线的质量、电荷、贯穿本领和电离本
领
.
天然放射线的性质及其比较
.
（投影）
说明电离本领和贯穿本领之间的关系：
α
粒子是氦原子核，
所以有很强的夺取其他原子的核外电子的
能力，
但以损失动能为代价换得原子电离，
所以电离能力最强
的
α
粒子，
贯穿本领最弱；
而
γ
光子不带电，只有激发核外电
子跃迁时才会将原子电离，所以电离能力最弱而贯穿本领
最
强
.
介
绍或让学生上网查阅法国物理学家贝克勒耳发现天然放射
现象的经历，
< br>以及贝克勒耳为了试验放射线的性质，
用试管装
入含铀矿
物插在上衣口袋中被射线灼伤，
早期核物理学家多死
于白血病<
/p>
(
放射病
)
的故
事
.
从而学习科学家为科学而献身的精
神
.
4
、元素的放射性是原子的性质
还是原子核的性质？放射性的
发现有何重要意义
?
放射性的特点、本质及其意义
特点：与元素所处的化学状态无关
本质：是原子核的性质，而不是原子的性质
意义：表明原子核是可以变化的，原子核也有其内部结构
（二）原子核的衰变
思考：
1
、
放射性元素的原子核在放出
α
或
β
射线后，其自身发生什
么样的变化？举例说明
.
原子核的衰变：
某种元素原子核自发地放出射线粒子后，
转变
成新的元素原子核的现象
.
5
例：
α
衰变：
238
92
U
→
234
90
Th+
4
2
< br>He
β
衰变：
234
90
Th
→
234
91
Pa+
0
-1
e
2
、什么叫原子核的衰变？原子核
的衰变有哪几种情况？原子
核衰变过程遵循什么规律？
衰变规律：电荷数、质量数、能量和动量都守恒
α
衰变规律：
M
M-4
4
（衰变产生的新核质量数
减
4
，
电荷数减
2
）
Z
X
→
Z-2
Y+
2
He
说明：
在放射性元素的原子核中
，
由于两个中子和两个质子结
合的比较紧密，
< br>往往会作为一个整体从较大的原子核中被放射
出来而形成
α
衰变
.
β
衰变规律：
M
Z
X
→
M
Z+1
Y+
0
-1
e
（衰变产生的新核质量数不变，电荷数加
1
）
说明：原子核
内虽然没有电子，但核
内的的质子和中子是可以相互转化的
.
当核内的中子转化为质子
时同时要产生一个电子（
1
0
n
→
1
1
H
＋
0
，这个电子从核内释放出来，就形成了
β
衰变
.
-1
e
）
3
、原子核在
放出
γ
射线的过程中是否会发生衰变？为什么？
γ
辐射不引起原子核衰变
说明：
γ
射
线是由于原子核在发生
α
衰变和
β
衰变时原子核受
激发而产生的光
（能量）<
/p>
辐射，
通常是伴随
α
射线和
β
射线而
产生
.
（三）半衰期
思考：
放射性元素的衰变的快慢有什么规律？用什么物理量描
述？
由大量原子构成的放射性物质，
其原子核
的衰变应遵从一定的
统计规律
.
实验表
明放射性元素衰变的速率（即单位时间发生
衰变的核数目）与其核的总数目成正比
.
随着放射性元素的衰
变，
< br>其衰变速率越来越慢，
但对某一种放射性元素来说，
从某
一时刻开始其原子核衰变掉一半所用的时间是一定的，
物理学<
/p>
上把这个时间叫放射性元素的“半衰期”
，用它来表示放射性
元素衰变的快慢
.
1.
< br>定义：放射性元素的原子核衰变掉一半所用时间，叫放射性
元素的半衰期
.
2.
衰变规律：
m
＝
(1/2)
n
m
0
或
m
/m
0
＝
(1/2)
< br>n
m0
－放射性元素的原有质
量；
m
－经过
n
个半衰期的时间后剩
余的放射性元素的质量
6
如：氡
222
（
α
衰变）→钋
218
的半衰期为
3.8
天，
即大约每
过
3.8
天就有一半的氡发生
了衰变，经过第一个半衰期（
3.8
天）剩有一半的氡，经过第
二个半衰期（
3.8
天）
，剩有
1/4
的
氡，再经过第三个半衰期（
3.8
天）剩有
1/8
的氡……如图
22
—
7
所示
3.
决定半衰期的因素
：由原子核内部的因素决定，只与元素的
种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关<
/p>
.
如：
镭<
/p>
226
→氡
222
的半衰期为
1620
年
铀
238
→钍
234
的半衰期为
4.5
亿年
(
四
)
课堂巩固训练
［例
1
］平衡下列衰变方程：
2
34
230
92
U
→
90
Th+(
) <
/p>
234
234
90
U
→
91
Pa+(
)
答案：
4
2
He,
0
-1
e
［例
2
］钍
232
（
234
90
Th
）经过
________
次
α
衰变和
________
次
β
衰变，最后成为铅
208
（
208
82
Pb
）
.
答案：
6
，
4
小结
本节研究了天然放射现象及其本
质，
放射性是物质的一种天然
属性，其实质是原子核发生衰变<
/p>
.
天然放射线有三种：
α
射线、
β
射线和
γ
射线
.
其性质分别是高速运动的氦核流、电子流和
光子流
.
原子核衰变的快慢用半衰期表
示，它是放射性元素的
原子核有半数发生衰变所用的时间，
完全
由原子核自身的性质
决定
.
布置作业
练习二
3
，
5
7
四
放射线的应用与防护
教学目标
1
、放射性同位素有哪些应用
2
、简单的放射性防护措施
教材重点及难点：
放射性同位素有哪些应用
简单的放射性防护措施
教法方法：
学生自学：
学生阅读课本，
并总结出放射线的各种应用和防护
措
施．
扩
展
资
料
居里夫妇与放射医学
放射治疗始于<
/p>
19
世纪末。
1895
< br>年
11
月
8
日，德国物理学
家伦琴在他的实验室里偶然发现了
X
射线，
这种射线能穿透可
见光不能穿透的物质
，并能使照相底片感光，使荷电体放电。
X
射线的发现揭开了人
类向原子世界进军的序幕。
1896
年法国
物理学家贝克勒尔在研究荧光物质时，
发现了从铀盐中发射出
的射线，
这种射线与伦琴射线具有相似的性质，
从而证实了铀
本身亦有放射性。
1898
年，法国科
学家皮埃尔·居里和夫人
玛丽·居里共同发现了外和镭。居里夫人于
1910
年分离出金
属元素镭。此后各种放射性物质被不断
发现。
由于放射线具有极强的穿透力，
人们马上想到它的医学作
用，并
做了大量的实验性研究。
20
世纪前夕，已用放射治疗
治愈了浅层癌和各种皮肤病
，但由于不了解射
线的危险且几
乎是迷信于射线的“刺激”性质，
因而导致了多年
在诊断，
治
疗和整容方面不加选择地过量照射。
早期的
X
射线发生装置是简单而粗糙的。
用感应线圈来给
X
射线管提供能源，后者常常是无防护的，向所有的方向发射
线。美国的丹尼斯医生于
1896
年
4
月报道了他的一位同事在
照射后发生了脱发。
正是由于这一报道，
维也纳的费莱温德医
生才首次合理地应用
X
射线，
于
1897
年治疗了一例良性发痣。
首次应用
放射治疗癌症早在
1896
年
1
月，当时芝加哥一位物
理学家声称他治疗了一例乳腺癌。
1920
年
200
千伏的<
/p>
X
射线
装置已供使用，开始了深层
X
射线治疗的时代。
20
世纪
初已见到镭用于宫颈癌的治疗，以及放在管中植
入恶性肿瘤中用于治疗。
同时将由镭释放出的放射性气体氡收
8
集于黄铜管中用于治疗。
1924
年由费勒介绍的
将含有氡的金
粒永久植入的方法，很久以后才被固体放射性金粒所取代。
1934
年，皮埃尔·居里的女儿伊莲娜·约里奥·
居里和她的
丈夫弗雷德里克·约里奥一起发现了人工放射性，
放
射性疗法
才成为放射诊断学的一个独立分科。
消除肿瘤需要足够强的放射线，
制造射线发射装置是关键。
第
一台发射放射线的装置，用了
25
万伏的高压电。
1936
年，一
台<
/p>
100
万伏特的放射线发射装置在英国投入使用，
它是只有一
只
X
射线管，重达
12
吨的庞然大物。后来用直线加速器代替
了这个笨重的装置。
现在所使用的同步加速器和磁电感应加速
器比直线加速器的加速能力大了
15
倍。
随着放射装置的改进，
运用
X
射线
的透视范围也由原来的骨科检查推广到了呼吸，
消
化，
循环，
神经等人体系统，
并形成了以
X
射线透视方法为主
要内容的放射学。
随着放射物理学，
工程学和技术方面的进展，
放射
性疗法的应用也在不断地扩大和深入，
同时由于放射病理
学研究
的发展，
使这种疗法逐渐变得安全可靠了。
现在，
放射
性疗法已成为治疗恶性肿瘤的主要手段之一。
主
要是
X
射线治
疗和镭治疗，
亦有用放射性同位素进行腔内或组织间治疗，
还
有
用高速发射的电子，
中子和质子等作为放射源的。
由于放射
线对人体有或多或少的损害，使用时须慎重。
人工放射性同位素的发现
1934
年，约里奥·居里和伊丽芙
·居里在用
粒子轰击
铝箔时，
除探测到预料中的中子外，
还探测到了正电子
(
)
，
正电
子的质量跟电子相同，
所带电荷与电子相反，
为一个单位
的正电荷，更意外的是，拿走
放射源后，铝
箔虽不再发射
中子，
但仍继续发射正电子，
而且这种放射性也有一定的半衰
期．原来，铝核被
粒子击中后发生了下面的反应
Al
He
P
反应生成物
P
是磷的一种同位素，
也有放射性，
像天然放射
性元素一样发生衰变，衰变时放出正电子，核衰变方程如下：
P
Si
用人工
方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发
现．后来人们用质子、氘核、中子和
光子轰击原子核，也得
到了放射性同位素．
天然放射性同位素只有
40
几种，而今人
9
工制造的放射性同位素已达
1
000
多种．最近，我们科学家用
人工方法获得四种超重质量的
放射性同值素：
铂
202
，
汞
208
，
铪
185
和可裂变的材料钍
237
< br>．
放射性同位素在工业、
农业、
医疗卫生和科学研究的许多
方面都得到了广泛的应用．
探
究
活
动
题目：怎样利用放射性同位素
组织：个人
方案：科技小论文
评价：论文的科普性
典
型
例
题
——关于放射线的说法
例题：下列关于放射线的说法中不正确的是
A
、放射线可以用来进行工业探伤
B
、放射线可以使细胞发生变异
C
、放射同位素可以用来做示踪原子
D
、放射线对人体无害
答案：
D
10
-
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