第五章 1.
基础达标练
1．天然放射性元素放出的α、β、γ射线中( )
A．三种射线的速度相同
B．α射线的穿透本领最强
C．β射线的本质是高速运动的电子流
D．γ射线在真空中的速度比X射线的大
答案：C
解析：α射线的速度可达0.1c，β射线的速度可达0.99c，γ射线的速度为c，故A错误；三种射线中，α射线的穿透本领最弱，故B错误；β射线的本质是高速运动的电子流，故C正确；γ射线和X射线都是电磁波，它们在真空中的速度相同，故D错误。
2．在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快“消失”的根本原因是( )
A．γ射线的贯穿作用
B．α射线的电离作用
C．β射线的贯穿作用
D．β射线的中和作用
答案：B
解析：因α射线的电离作用使空气电离，从而使带电体所带的电荷很快“消失”。
3．(多选)下列说法正确的是( )
A.X与Y互为同位素
B.X与Y互为同位素
C.X与Y中子数相同
D.U核内有92个质子、235个中子
答案：BC
解析：同位素有相同的质子数，不同的质量数，故A错误，B正确；原子核中质子数加中子数等于质量数，X中子数为n－m，Y中子数为n－m，故C正确；U中质子数为92，中子数为143，故D错误。
4．(多选)下列哪些现象能说明射线来自原子核( )
A．三种射线的能量都很高
B．放射性的强度不受温度、外界压强等条件的影响
C．元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关
D．α射线、β射线都是带电的粒子流
答案：BC
解析：能说明射线来自原子核的证据是元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关，故B、C正确。
5．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法正确的是( )
A．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，揭示了原子核有复杂的结构
C．汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现阴极射线是原子核中的中子变为质子时产生的β射线
D．查德威克用α粒子轰击铍原子核，发现了质子
答案：A
解析：居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素，故A正确；卢瑟福通过α粒子散射实验，证实了原子是由原子核和核外电子组成的，但他没有揭示原子核有复杂的结构，故B错误；汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现阴极射线是带负电的粒子，且质量非常小，并未发现该射线是中子变为质子时产生的β射线，故C错误；查德威克用α粒子轰击铍原子核，发现了中子，故D错误。
6．(多选)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外的匀强磁场，则下列说法中正确的有( )
A．打在图中a、b、c三点的依次是β射线、γ射线和α射线
B．α射线和β射线的轨迹都是抛物线
C．α射线和β射线的轨迹都是圆弧
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
答案：AC
解析：由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向下，β粒子受的洛伦兹力向上，轨迹都是圆弧。由于α粒子速度约是光速的，而β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，故A、C正确。
7．(2024·安徽高三阶段练习)利用带电粒子在电磁场中的运动，制作出的质谱仪可测量粒子的比荷。研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示，图1是三类射线在垂直纸面向外的磁场中的偏转情况的示意图。图2是两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出。下列说法错误的是( )
A．放射源可以打出三类射线，说明同时发生α、β、γ衰变
B．α射线穿透能力最弱，速度也最慢，打到A板的是α射线
C．a为电源正极，到达A板的为β射线，不偏转的是γ射线
D．正负极判断看射线在两板间的轨迹，比荷大的偏向A板
答案：B
解析：从图2可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子的竖直位移小于到达B板粒子的，粒子在竖直方向做匀速直线运动，则据平抛运动公式，知两个粒子初速度v相差约10倍，但两者比荷相差几千倍，两极板电压U相同，比荷小的飞行距离短，所以电子的竖直位移小，故达到A极板距离小，是β射线，A极板带正电，a为电源的正极。本题选错误的，故选B。
8.P的一种同位素P具有放射性，对人体有害。则：
(1)P的原子核中有几个质子？几个中子？
(2)P核所带电荷量是多少？
(3)若P原子呈电中性，它的核外有几个电子？
(4)若让P和P原子核以相同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)15 15 (2)2.40×10－18 C (3)15
(4)
解析：(1)P核中的质子数为15，中子数为：30－15＝15。
(2)P核所带电荷量Q＝15e＝15×1.60×10－19 C＝2.40×10－18 C。
(3)P原子呈电中性，则核外电子数为15。
(4)据qvB＝m知，r＝，因为两种同位素具有相同的电荷数，但质量数不同，而原子核的质量之比与原子核的质量数之比相等，故＝＝。
能力提升练
9.如图所示，在某次实验中把放射性元素放入铅制成的容器中，射线只能从容器的小孔射出。在小孔前Q处放置一张黑纸，在黑纸后P处放置照相机底片，Q、P之间有垂直纸面的匀强磁场(图中未画出)，整个装置放在暗室中。实验中发现，照相机底片的a、b两处感光(b处正对铅盒的小孔)，则下列说法正确的是( )
A．该实验说明原子具有复杂的结构
B．Q、P之间的匀强磁场方向垂直纸面向里
C．通过分析可知，打到a处的射线为β射线
D．此放射性元素放出的射线中只有α射线和β射线
答案：C
解析：该实验说明原子核具有复杂的结构，故A错误；照相机底片的a、b两处感光，说明有β射线与γ射线穿过黑纸，因此打在b处的应是γ射线，打在a处的应是β射线，再依据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向外，故B错误，C正确；此放射性元素放出的射线中可能有α射线，一定有β射线与γ射线，故D错误。
10．α、β和γ射线穿透物质的能力是不同的，为把辐射强度减到一半，所需铝板的厚度分别为0.000 5 cm、0.05 cm和8 cm，而钢板降低辐射强度的能力比铝板强一些。工业部门可以使用射线来测厚度。 如图所示，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，探测器探测到的射线强度与钢板的厚度有关，轧出的钢板越厚，透过的射线越弱。因此，将射线测厚仪接收到的信号输入计算机，就可以对钢板的厚度进行自动控制。如果钢板的厚度需要控制为5 cm，请推测测厚仪使用的射线是( )
A．α射线 B．β射线
C．γ射线 D．可见光
答案：C
解析：根据α、β、γ三种射线的特点可知，γ射线穿透能力最强，电离作用最弱；α射线电离作用最强，穿透能力最弱。为了能够准确控制钢板的厚度，探测射线应该用γ射线，选项C正确。
11．(2024·江西抚州一模)在研究原子核结构的过程中，人们首先发现了质子，之后就认定原子核中一定还存在另外不同种类的粒子(后来把它称为中子)，理由是( )
A．质子不带电，原子核带正电
B．质子带正电，原子核也带正电
C．质子的质量小于原子核的质量
D．质子的电荷量小于原子核的电荷量
答案：C
解析：质子的质量小于原子核的质量，使人们想到原子核中还有另外的组成部分，后来发现是不带电的中子，故选C。
12．如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是( )
A．α和β的混合放射源
B．纯α放射源
C．α和γ的混合放射源
D．纯γ放射源
答案：C
解析：在放射源和计数器之间加上薄铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透能力很弱的粒子，即α粒子；在薄铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过薄铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线。因此放射源可能是α和γ的混合放射源。故选C。
13．(2024·安徽亳州高三期末)如图所示是自然界的一颗“磁星”，“磁星”(Magnetar)是中子星的一种，拥有极强的磁场，通过磁场的衰减，使之能源源不绝地释放出以X射线及γ射线为主的高能量电磁辐射，下列说法正确的是( )
A．X射线是高速电子流
B．X射线的波长小于γ射线的波长
C．X射线可以消毒
D．γ射线可以摧毁病变的细胞
答案：D
解析：β射线是高速电子流，X射线不是高速电子流，故A错误；X射线的频率小于γ射线的频率，X射线的波长大于γ射线的波长，故B错误；紫外线具有波长短、频率高、能量大的特点可以进行消毒，X射线可以用来进行透视以诊断病情，故C错误；γ射线穿透能力较强，可以摧毁病变的细胞，故D正确。
14.质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理图如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场中，经磁场偏转后到达照相底片P上，设离子打在P上的位置到入口处S1的距离为x。
(1)若离子质量为m、电荷量为q、加速电压为 U、磁感应强度大小为 B，求x；
(2)氢的三种同位素氕(H)、氘(H)、氚(H)从离子源S出发，到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xH∶xD∶xT为多少？
答案：(1) (2)1∶∶
解析：(1)离子在电场中被加速的过程，由动能定理可得
qU＝mv2
进入磁场后，洛伦兹力提供向心力，有
qvB＝
又x＝2r
联立解得x＝。
(2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由(1)的结果知，
xH∶xD∶xT＝ ∶ ∶＝1∶ ∶。
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第五章 原子核
1．原子核的组成
目标体系构建
1．知道放射现象和放射性元素。
2．了解三种射线的特性，了解原子核的组成，知道原子核的表示方法。
3．了解同位素的概念。了解威尔逊云室的工作原理。
4．通过对原子核结构的探究，感悟探索微观世界的研究方法，强化证据意识和推理能力。
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。
3．知道原子核的组成，知道原子核的表示方法，理解原子序数、核电荷数、质量数之间的关系。
4．了解同位素的概念。
课前预习反馈
知识点 1
1.放射性
物质__________的性质。
2．放射性元素
具有________的元素。
3．天然放射现象
放射性元素自发地__________的现象。
天然放射现象
发射射线
放射性
放出射线
『判一判』
(1)天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分。( )
(2)原子序数大于83的元素都是放射性元素。( )
√
√
『选一选』
以下事实可作为“原子核可再分”的依据的是( )
A．天然放射现象 B．α粒子散射实验
C．电子的发现 D．康普顿效应
答案：A
解析：贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核也是有着复杂的结构的，揭示了原子核还可再分；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型；J.J.汤姆孙发现了电子，说明原子可再分；康普顿效应说明光子既有能量也有动量，不能说明原子核可再分，故本题应选A。
知识点 2
1.α射线
它是高速______流，速度约为光速的_______，穿透能力______，电离作用比较强。
2．β射线
它是高速______流，速度可达光速的_______，穿透能力______，电离作用______。
3．γ射线
它是能量很高的________，穿透能力很强，电离作用______。
三种射线的本质及特征
氦核
较差
电子
99%
较强
较弱
电磁波
很弱
知识点 3
1.质子的发现
原子核的组成
2．中子的发现
3．原子核的组成
(1)原子核由______和______组成，组成原子核的______和______统称为核子。
(2)质子带一个单位的____电荷，中子不带电，质子和中子质量几乎______，都等于一个质量单位。
(3)核电荷数＝质子数(Z)＝元素的__________＝核外电子数。
4．同位素
质子
中子
质子
中子
正
相等
原子序数
质子数
中子数
同一位置
『判一判』
(3)γ射线是光子流，是能量很高的电磁波。( )
(4)同一元素的两种同位素具有相同的质量数。( )
(5)质子和中子都不带电，是原子核的组成成分，统称为核子。( )
(6)原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数。( )
√
×
×
√
『想一想』
关于原子核内部信息的研究，最早来自矿物的天然放射现象。
那么，人们是怎样从破解天然放射现象入手，一步步揭开了原子核秘密的呢？
提示：首先在1896年，贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核是可以再分的。然后在1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子，说明质子是原子核的组成部分，再后来在1932年，查德威克用α粒子轰击铍原子核，发现了中子，说明中子是原子核的组成部分，由此，一步步揭开了原子核的秘密。
课内互动探究
探究?
天然放射现象
要点提炼
1.天然放射现象
(1)发现者
1896年，法国物理学家贝克勒尔。
(2)放射性
铀和含铀的矿物质都能够放出看不见的射线，这种射线可以使包在黑纸里的照相底片感光。物体放射出射线的性质叫作放射性。
(3)放射性元素
放射性并不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性，这种自发地放出射线的现象叫作天然放射现象，现在用人工的方法也可以制造放射性同位素。
2．三种射线的比较
种类 α射线 β 射线 γ射线
贯穿本领 最弱
用纸能挡住 较强
穿透几毫米的铝板 最强
穿透几厘米的铅板
对空气的电离作用 很强 较弱 很弱
在云室中的径迹 粗、短、直 细、较长、曲折 最长
通过胶片 感光 感光 感光
(1)如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响。也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关。因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着一定结构。
(2)β射线的电子是从原子核中放出来的，并不是从原子核外的电子中放出来的。
典例剖析
1．如图所示，铅盒中的放射性物质从小孔中不断向外辐射含有α、β、γ三种射线的放射线(α射线的速度为0.1c，β射线的速度约为0.99c)，空间未加电场和磁场时，右边荧光屏M上仅在其中心O处有一光斑，若在该空间施加如图所示的互相垂直的匀强电场和匀强磁场后，荧光屏上显示出了两个亮点，关于此时各种射线在荧光屏上的分布情况，以下说法正确的是( )
A．可能是α、γ射线打在O点，β射线打在O点上方的某一点
B．可能是α、γ射线打在O点，β射线打在O点下方的某一点
C．可能是β、γ射线打在O点，α射线打在O点上方的某一点
D．可能是β射线打在O点，α、γ射线打在O点下方的某一点
答案：B
解析：因γ射线不带电，一定打在O点；若α粒子打到O点，则有Eq＝Bvαq，由于vα＝0.1c，vβ＝0.99c，对β粒子，必有EqBvαq，α粒子必定向下偏转，打到O点下方的某一点，故C错误。
如图所示是用来监测在核电站工作的人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到了何种辐射。当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而5 mm铅片下的照相底片未被感光时，工作人员受到辐射的射线可能是( )
对点训练
A．α射线和β射线
B．α射线和γ射线
C．β射线和γ射线
D．α射线、β射线和γ射线
答案：A
解析：α射线的贯穿本领弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住；β射线的贯穿本领较强，能穿透黑纸和几毫米厚的铝板；γ射线的贯穿本领更强，能穿透几厘米厚的铅板。由于本题中射线能穿透1 mm的铝片和3 mm的铝片，但不能穿透铅片，故一定不含γ射线，但一定含有β射线，可能含有α射线，故A正确。
探究?
原子核的组成
要点提炼
2．质子的发现
(1)实验：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粒子轰击氮原子核的示意图。
(2)质子：质子就是氢原子核，用p表示，质子是原子核的组成部分。
(3)质子的质量：mp＝1.672 621 898×10－27 kg≈1.67×10－27 kg。
(4)质子的电荷量：q＝1.6×10－19 C。
3．中子的发现
(1)卢瑟福的预言：卢瑟福发现了质子，预言了中子的存在，1932年卢瑟福的学生查德威克通过实验证实了这个猜想。
(2)查德威克实验：如图为查德威克实验示意图，用天然放射性元素钋(Po)放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B。
①该实验中粒子流A是中子流；
②该实验中粒子流B是质子流。
(3)中子：中子不带电，用n表示，
其质量mn＝1.674 927 471×10－27 kg≈1.67×10－27 kg
说明：中子与质子的质量非常接近，两者都是原子核的组成部分，统称为核子。
4．对核子数、电荷数、质量数的理解
(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，质子数和中子数之和叫核子数。
(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数。
(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫作原子核的质量数。
5．同位素
原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同。把具有相同质子数、不同中子数的原子互称为同位素。
(1)β射线是原子核变化时产生的，电子并不是原子核的组成部分。
(2)同位素的化学性质相同，但物理性质不同。
典例剖析
2．下列关于原子核的相关说法中正确的是( )
A．天然放射现象的发现说明了原子核是可以再分的
B．原子核的电荷数不是它的电荷量，但质量数是它的质量
C．卢瑟福通过实验发现了质子和中子
答案：A
下列说法正确的是( )
对点训练
C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数
D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数
答案：D
解析：钍核的质量数为234，质子数为90，故A错误；铍核的质子数为4，中子数为5，故B错误；同位素的质子数相同而中子数不同，即质量数也不同，故C错误，D正确。
核心素养提升
原子核的“数”与“量”的辨析技巧
(1)核电荷数与原子核的电荷量是不同的，组成原子核的质子的电荷量都是相同的，所以原子核的电荷量一定是质子电荷量的整数倍，我们把核内的质子数叫核电荷数，而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量。
(2)原子核的质量数与质量是不同的，也与元素的原子量不同。原子核内质子和中子的总数叫作核的质量数，原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。
(3)基本关系：核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数。质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数。
在元素周期表中查到铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，下列说法正确的是( )
A．核外有82个电子，核内有207个质子
B．核外有82个电子，核内有82个质子
C．核内有82个质子，207个中子
D．核内有125个核子
答案：B
解析：铅原子的原子序数为82，则一个原子中有82个质子，由于原子是呈电中性的，则核外有82个电子。根据质量数等于质子数与中子数之和可知，铅原子核的中子数为207－82＝125，故B正确。
案例
课堂达标检测
一、天然放射现象
1．(2023·江西抚州高二期末)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法不符合历史事实的是( )
A．玻尔将量子观念引入原子领域并解释了氢原子的光谱特征
B．贝克勒尔通过对天然放射性的研究，揭示了原子核有复杂的结构
C．爱因斯坦为解释光电效应现象而提出了光子说
D．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的“枣糕模型”
答案：D
解析：玻尔将量子观念引入原子领域，成功解释了氢原子光谱的特征，故A正确；天然放射现象首先由贝克勒尔发现，他的发现说明原子核具有复杂结构，故B正确；爱因斯坦提出了光子说，成功解释了光电效应的规律，故C正确；卢瑟福通过α粒子散射实验，根据粒子的偏转情况，提出了原子的核式结构模型，故D错误。
二、三种射线的本质及特征
2．在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对射线的性质进行了深入的研究，发现α、β、γ射线的穿透本领不同。如图为这三种射线穿透能力的比较，图中射线①②③分别是( )
A．γ、β、α B．β、γ、α
C．α、β、γ D．γ、α、β
答案：C
解析：α射线穿透能力最弱，不能穿透黑纸，故①为α射线，γ射线穿透能力最强，能穿透黑纸，铝板和铅板，故③为γ射线，β射线穿透能力较强，能穿透黑纸和铝板，故②是β射线，故C正确。
3．关于α、β、γ三种射线，下列说法正确的是( )
A．γ射线是波长最长的电磁波，它的穿透能力最强
B．γ射线一般伴随着α或β射线产生，它的穿透能力最强
C．α射线是氦核流，它的电离作用最弱
D．β射线是电子流，它是原子核的组成部分
答案：B
解析：γ射线一般伴随着α或β射线产生，其波长很短，频率很高，它的穿透能力最强，故A错误，B正确；α射线是氦核流，它的电离作用最强，故C错误；β射线是电子流，它并不是原子核的组成部分，故D错误。
4．如图所示，某天然放射性元素放出的α、β、γ三种射线同时射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直，进入场区后发现β射线和γ射线都沿直线前进，则α射线( )
A．向右偏 B．向左偏
C．直线前进 D．无法判断
答案：A
5.如图所示，x为未知放射源，它向右方放出射线，p为一张厚度为0.5 mm左右的薄铝箔，铝箔右侧是一真空区域，内有较强磁场，q为荧光屏，h是观察装置。实验时，若将磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，再将铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，则可知放射源x可能为( )
A．α射线和β射线的混合放射源
B．α射线和γ射线的混合放射源
C．β射线和γ射线的混合放射源
D．α射线、β射线和γ射线的混合放射源
答案：B
解析：将强磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，说明磁场对穿过p的射线粒子没有影响，可知射到屏上的是不带电的γ射线；再将厚度为0.5 mm 左右的薄铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，说明荧光屏除接收到γ射线外，又接收到了原来被薄铝箔p挡住的射线，而厚度为0.5 mm 左右的铝箔能挡住的只有α射线，所以此放射源应是α射线和γ射线的混合放射源。故正确选项为B。
三、原子核的组成
答案：C
7．某元素具有多种同位素，反映这些同位素的质量数与中子数关系的是( )
答案：B
解析：同位素的质子数相同，中子数不同，而质量数等于质子数加中子数，设质子数为M，则有A＝N＋M，可知为一不过原点的倾斜直线，选项B正确。
