第五章　1　原子核的组成 学案（学生版+教师版）—2024年春高中物理人教版选择性必修三

第五章　原子核
1　原子核的组成
[学习目标]　
1.知道什么是放射性、放射性元素及天然放射现象。
2.了解三种射线的本质，知道其特点(重难点)。
3.知道原子核的组成和同位素的概念，会正确书写原子核符号(重点)。
一、天然放射现象
1．1896年，物理学家____________发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线。
2．物质发出________的性质称为放射性，具有________的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出________的现象，叫作天然放射现象。
3．原子序数________83的元素，都能自发地发出射线，原子序数____________83的元素，有的也能发出射线。
例1　下列现象中，说明原子核具有复杂结构的是(　　)
A．光电效应 B．α粒子的散射
C．天然放射现象 D．康普顿效应
二、射线的本质
α射线、β射线、γ射线在磁场中运动径迹如图，三种射线的带电情况如何？
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1．α射线：
(1)是高速________，其组成与______原子核相同，符号为He，带电荷量为______，质量是氢原子的4倍。
(2)速度可以达到光速的________。
(3)电离作用______，穿透能力______，在空气中只能前进________，用一张纸就能把它挡住。
2．β射线：
(1)是高速________，符号为e，带电荷量为______。
(2)它的速度可接近光速。
(3)电离作用________，穿透能力________，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的______________。
3．γ射线：
(1)是能量很高的________，波长很短，波长在10－10 m以下。
(2)不带电，静止质量为0。
(3)电离作用________，穿透能力________，甚至能穿透几厘米厚的________和几十厘米厚的混凝土。
(1)放射性元素发出的射线可以直接观察到。(　　)
(2)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。(　　)
(3)放射性元素的放射性都是自发的现象。(　　)
(4)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力。(　　)
(5)β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。(　　)
(6)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强。(　　)
例2　(2022·常州市高二期中)天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知(　　)
A．②来自于原子核外的电子
B．①的电离作用最强，是一种电磁波
C．③的电离作用较强，是一种电磁波
D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子
例3　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．②⑤表示γ射线，①④表示α射线
B．②⑤表示γ射线，③⑥表示α射线
C．③④表示α射线，①⑥表示β射线
D．①④表示β射线，③⑥表示α射线
三种射线在磁场中偏转情况的分析
1．γ射线不论在电场还是磁场中，总是做匀速直线运动，不发生偏转。
2．α射线和β射线在电场中偏转的特点：在匀强电场中，α和β粒子沿相反方向做类平抛运动，且在同样的条件下，β粒子的偏移量大。根据粒子在沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动，偏移量x可表示为：
x＝at2＝·2∝
所以，在同样条件下β与α粒子偏移量之比为＝××≈37＞1。
3．α射线和β射线在磁场中偏转的特点：在匀强磁场中，α和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨迹半径小，偏移量大。根据qvB＝得R＝∝。
所以，在同样条件下β与α粒子的轨迹半径之比为＝××≈＜1。
三、原子核的组成
1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图。
(1)人们用α粒子轰击多种原子核，都打出了质子，说明了什么问题？
(2)绝大多数原子核的质量数都大于其质子数，说明了什么问题？
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1．质子p：
(1)1919年，卢瑟福用________轰击氮原子核发现了质子。
(2)质子带________电，电荷量与一个_____电荷量相等，质子的质量为mp＝1.672 621 898×
10－27 kg。
2．中子n：
(1)卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子，查德威克通过实验证实了中子的存在，中子是原子核的组成部分。
(2)中子的质量为mn＝1.674 927 471×10－27 kg。
3．原子核的组成：原子核由______和________组成，质子和中子统称为________。
4．原子核的符号
5．同位素：核中________相同而________不同的原子，在元素周期表中处于__________，它们互称为同位素。例如，氢有三种同位素氕、氘、氚，符号分别是H、H、H。
例4　已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226，试问：
(1)镭核中质子数和中子数分别是多少？
(2)镭核的核电荷数和所带的电荷量分别是多少？(e＝1.6×10－19 C)
(3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？
(4)Ra是镭的一种同位素，让Ra和Ra以相同的速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？
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1．原子核(符号X)
原子核
2．基本关系
(1)核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数；
(2)质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数。
例5　氢的三种同位素，分别是氕(H)、氘(H)和氚(H)，下列说法正确的是(　　)
A．它们的质子数和核外电子数都相等
B．它们的质子数和中子数都相等
C．它们的核子数和中子数都相等
D．它们的中子数和核外电子数都相等
同位素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但中子数不同，所以物理性质不同。
1　原子核的组成
[学习目标]　1.知道什么是放射性、放射性元素及天然放射现象。2.了解三种射线的本质，知道其特点(重难点)。3.知道原子核的组成和同位素的概念，会正确书写原子核符号(重点)。
一、天然放射现象
1．1896年，物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线。
2．物质发出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83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能发出射线。
例1　下列现象中，说明原子核具有复杂结构的是(　　)
A．光电效应 B．α粒子的散射
C．天然放射现象 D．康普顿效应
答案　C
解析　光电效应表明了光具有粒子性，故A错误；α粒子的散射实验表明原子具有核式结构，故B错误；天然放射现象反映了原子核具有复杂的结构，故C正确；康普顿效应说明光具有粒子性，光子和实物粒子一样，具有能量和动量，故D错误。
二、射线的本质
α射线、β射线、γ射线在磁场中运动径迹如图，三种射线的带电情况如何？
答案　α射线：在磁场中向左偏转，由左手定则可判断α粒子带正电。
β射线：在磁场中向右偏转，由左手定则可判断β粒子带负电。
γ射线：不偏转，说明γ射线不带电。
1．α射线：
(1)是高速α粒子流，其组成与氦原子核相同，符号为He，带电荷量为2e，质量是氢原子的4倍。
(2)速度可以达到光速的。
(3)电离作用强，穿透能力较弱，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：
(1)是高速电子流，符号为e，带电荷量为－e。
(2)它的速度可接近光速。
(3)电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。
3．γ射线：
(1)是能量很高的电磁波，波长很短，波长在10－10 m以下。
(2)不带电，静止质量为0。
(3)电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。
(1)放射性元素发出的射线可以直接观察到。(　×　)
(2)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。(　×　)
(3)放射性元素的放射性都是自发的现象。(　√　)
(4)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力。(　×　)
(5)β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。(　√　)
(6)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强。(　×　)
例2　(2022·常州市高二期中)天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知(　　)
A．②来自于原子核外的电子
B．①的电离作用最强，是一种电磁波
C．③的电离作用较强，是一种电磁波
D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子
答案　D
解析　因为γ射线的穿透本领最强，α射线的穿透本领最弱，由题图可知①为α射线，②为β射线，③为γ射线；β射线的电子来自原子核内，选项A错误；α射线电离作用最强，但它不是电磁波，选项B错误；γ射线的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子，是一种电磁波，选项C错误，D正确。
例3　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．②⑤表示γ射线，①④表示α射线
B．②⑤表示γ射线，③⑥表示α射线
C．③④表示α射线，①⑥表示β射线
D．①④表示β射线，③⑥表示α射线
答案　C
解析　因α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，则由电场中的偏转情况可知，③表示α射线，①表示β射线，②表示γ射线；根据左手定则，结合在磁场中的偏转情况可知，④表示α射线，⑥表示β射线，⑤表示γ射线。故选C。
三种射线在磁场中偏转情况的分析
1．γ射线不论在电场还是磁场中，总是做匀速直线运动，不发生偏转。
2．α射线和β射线在电场中偏转的特点：在匀强电场中，α和β粒子沿相反方向做类平抛运动，且在同样的条件下，β粒子的偏移量大。根据粒子在沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动，偏移量x可表示为：
x＝at2＝·2∝
所以，在同样条件下β与α粒子偏移量之比为
＝××≈37＞1。
3．α射线和β射线在磁场中偏转的特点：在匀强磁场中，α和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨迹半径小，偏移量大。根据qvB＝得R＝∝。
所以，在同样条件下β与α粒子的轨迹半径之比为＝××≈＜1。
三、原子核的组成
1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图。
(1)人们用α粒子轰击多种原子核，都打出了质子，说明了什么问题？
(2)绝大多数原子核的质量数都大于其质子数，说明了什么问题？
答案　(1)说明质子是原子核的组成部分。
(2)说明原子核中除了质子外还有其他粒子。
1．质子p：
(1)1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子。
(2)质子带正电，电荷量与一个电子电荷量相等，质子的质量为mp＝1.672 621 898×10－27 kg。
2．中子n：
(1)卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子，查德威克通过实验证实了中子的存在，中子是原子核的组成部分。
(2)中子的质量为mn＝1.674 927 471×10－27 kg。
3．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。
4．原子核的符号
5．同位素：核中质子数相同而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素。例如，氢有三种同位素氕、氘、氚，符号分别是H、H、H。
例4　已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226，试问：
(1)镭核中质子数和中子数分别是多少？
(2)镭核的核电荷数和所带的电荷量分别是多少？(e＝1.6×10－19 C)
(3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？
(4)Ra是镭的一种同位素，让Ra和Ra以相同的速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？
答案　(1)88　138　(2)88　1.408×10－17 C　(3)88　(4)
解析　(1)原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的。原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和，镭核中的质子数等于原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即：
N＝A－Z＝226－88＝138。
(2)镭核的核电荷数和所带的电荷量分别是：Z＝88，
Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C＝1.408×10－17 C。
(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88。
(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，故有qvB＝m
解得r＝
二者的速度相同，又由于同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故＝＝＝。
1．原子核(符号X)
原子核
2．基本关系
(1)核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数；
(2)质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数。
例5　氢的三种同位素，分别是氕(H)、氘(H)和氚(H)，下列说法正确的是(　　)
A．它们的质子数和核外电子数都相等
B．它们的质子数和中子数都相等
C．它们的核子数和中子数都相等
D．它们的中子数和核外电子数都相等
答案　A
解析　具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同原子互为同位素。核外电子数和质子数相等，所以它们的质子数和核外电子数都相等，但是中子数不同，质子和中子统称为核子，由于中子数不同，所以它们的核子数不相等，故选A。
同位素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但中子数不同，所以物理性质不同。