1．原子核的组成与核力
[学习目标] 1.掌握原子核的组成，知道核子和同位素的概念．(重点)2.知道核力的概念及特征．(重点)3.知道核反应的定义，会正确书写核反应方程．
一、原子核的组成
1．质子的发现(如图所示)
2．中子的发现(如图所示)
3．原子核的组成
由质子和中子组成，它们统称为核子．
4．原子核的符号
．同位素
具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称同位素．例如，氢有三种同位素：H、H、H.
二、核力
1．核力
原子核内核子之间的相互作用力．
2．核力的特征
(1)核力是强力，在原子核内，核力比库仑力大得多．
(2)核力是短程力，当两核子中心相距大于核子本身线度时，核力几乎完全消失．
(3)核力与电荷无关，质子与质子，质子与中子，以及中子与中子之间的核力是相等的．
3．原子核的稳定性
质子数越多的原子核，就需要有更多的中子来维持核的稳定，在大而稳定的原子核中，中子的数量多于质子．
三、核反应
1．核反应
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．
2．核反应方程
用原子核符号描述核反应过程的式子．
3．核反应规律
在核反应中，质量数和电荷数守恒．
1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)原子核的核子数等于质子数． (×)
(2)在元素周期表中处在同一位置上，而质量数不同的元素叫同位素． (√)
(3)原子核内的质子间均存在核力和库仑力． (×)
(4)稳定原子核的质子数总是与中子数相等． (×)
(5)对质子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳定的作用． (√)
(6)卢瑟福发现质子的过程就是原子核的人工转变过程． (√)
(7)核反应方程只要满足质量数、电荷数守恒可以随便写． (×)
2．(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
BC [A选项中，X核与Y核的质子数不同，不是互为同位素；B选项中X核与Y核质子数都为m，而质量数不同，则中子数不同，所以互为同位素；C选项中X核内中子数为n－m，Y核内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同；U核内有143个中子，而不是235个中子．]
3．(多选)以下是物理学史上3个著名的核反应方程
x＋Li→2y y＋N→x＋O y＋Be→z＋C
x、y和z是3种不同的粒子，下列说法正确的是( )
A．x为α粒子 B．x为质子
C．y为α粒子 D．z为电子
BC [根据质量数守恒和电荷数守恒可以确定x为质子H，y为He即α粒子，z为中子n.]
原子核的组成与数量关系
1．原子核的组成
原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电．不同的原子核内质子和中子的个数并不相同．
2．原子核的符号和数量关系
(1)符号：X.
(2)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．
3．同位素
(1)质子数相同，化学性质相同．
(2)中子数不同，质量数不同．
【例1】 已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226.试问：
(1)镭核中有几个质子？几个中子？
(2)镭核所带电荷量是多少？
(3)若镭原子呈电中性，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，它们运动的轨迹半径之比是多少？
[思路点拨] (1)原子核的核电荷数、质子数、核外电子数具有相等的关系．
(2)原子核的质量数等于核子数．
(3)带电粒子垂直进入匀强磁场，洛仑兹力提供向心力．
[解析] 因为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．由此可得：
(1)镭核中的质子数等于其原子序数，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)镭核所带电荷量
Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C≈1.41×10－17 C.
(3)镭原子呈电中性，则核外电子数等于质子数，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的向心力为洛伦兹力，故有Bqv＝m，r＝.两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故＝＝.
[答案] (1)88 138 (2)1.41×10－17 C (3)88
(4)113∶114
原子核的“数”与“量”辨析
(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．
1．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
B [在元素周期表中查到铅的原子序数为82，即一个铅原子中有82个质子，由于原子是电中性的，则核外电子有82个．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.只有选项B正确．]
对核力的理解
1．原子核中核子比例关系：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等；对于较重的原子核，中子数大于质子数．越重的原子核，两者相差越多．
2．形成原因及原子核的稳定性
(1)原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小，较多的质子聚集在一起的核力不足以平衡它们之间的库仑力，原子核就不稳定了．这时，不再成对地增加质子和中子，而只增加中子，中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定性．
(2)核力的饱和性：稳定的重原子核里，中子数要比质子数多．由于核力的作用范围是有限的，核力具有饱和性，如果我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的．所以，原子核的大小也受到限制．
【例2】 (多选)核子结合成原子核的下列说法中，正确的是( )
A．原子核内的核子间均存在核力
B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力
C．当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间势能一定减小
D．质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用
CD [由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，与核子是否带电无关，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.8×10－15 m时，核力表现为引力，在此过程中核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.8×10－15 m，故C正确；质子数较多的原子核由于只有相邻的核子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确．]
(1)核力是强力，只存在于相邻核子之间．
(2)核力的存在与核子是否带电及电性无关．
(3)原子核的稳定性与核力和库仑力的大小关系有关．
2．(多选)关于核力，下列说法中正确的是( )
A．原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用
B．核力既可能是引力，又可能是斥力
C．核力对核子做正功，原子核要释放核能
D．原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用
AC [核力有时表现为引力，有时表现为斥力，但不是说核力既可能是引力，又可能是斥力，故B错误；核力是短程力，只有在2.0×10－15 m左右的范围内起作用，故A正确，D错误；核子结合成原子核时，核力对核子做正功，原子核释放一定的能量，故C正确．]
对核反应的理解
1．核反应的条件
用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变．
2．核反应的实质
用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变．
3．原子核人工转变的三大发现
(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：
N＋He→O＋H
(2)1932年查德威克发现中子的核反应：
Be＋He→C＋n
(3)1934年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：Al＋He→P＋n；P→Si＋e.
【例3】 中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素Pt，制取过程如下：
(1)用质子轰击铍靶Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞Hg，反应过程可能有两种：①生成Pt，放出氦原子核；②生成Pt，同时放出质子、中子．写出上述核反应方程．
[解析] (1)Be＋H→B＋n
(2)①Hg＋n→Pt＋He
②Hg＋n→Pt＋2H＋n
[答案] 见解析
书写核反应方程的四条重要原则
(1)质量数守恒和电荷数守恒；
(2)中间用箭头，不能写成等号；
(3)能量守恒(中学阶段不作要求)；
(4)核反应必须是实验中能够发生的．
3．完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的．
(1)B＋He→N＋( ) (2)Be＋( )→C＋n
(3)Al＋( )→Mg＋H (4)N＋He→O＋( )
(5)Na＋( )→Na＋H
(6)Al＋He→n＋( )；P→Si＋( )
[解析] (1)B＋He→N＋n
(2)Be＋He→C＋n
此核反应使查德威克首次发现了中子．
(3)Al＋n→Mg＋H
(4)N＋He→O＋H
此核反应使卢瑟福首次发现了质子．
(5)Na＋H→Na＋H
(6)Al＋He→n＋P；
P→Si＋e(正电子)
此核反应使约里奥·居里夫妇首次发现了正电子．
[答案] 见解析
课 堂 小 结
知 识 网 络
1.原子核的组成——质子和中子．
2．同位素的概念．
3．核力的定义．
4．原子核的人工转变.
1．某种元素的原子核用X表示，下列说法中正确的是( )
A．原子核的质子数为Z，中子数为A
B．原子核的质子数为Z，中子数为A－Z
C．原子核的质子数为A，中子数为Z
D．原子核的质子数为A－Z，中子数为Z
B [根据原子核的符号的含义：A表示质量数，Z表示质子数，则中子数为A—Z，所以B正确．]
2．对原子核的组成，下列说法正确的是( )
A．核力可使一些中子组成原子核
B．核力可使非常多的质子组成原子核
C．自然界中不存在只有质子的原子核
D．质量较大的原子核内一定有中子
D [由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A、B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如H，C错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳定，故D正确. ]
3．下列关于原子核中质子和中子的说法，正确的是( )
A．原子核中质子数和中子数一定相等
B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多
C．原子核都是非常稳定的
D．对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的
D [自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多．]
4．完成下列核反应方程，并指出其中________是发现质子的核反应方程，________是发现中子的核反应方程．
(1)N＋n→C＋________
(2)N＋He→O＋________
(3)B＋n→________＋He
(4)Be＋He→________＋n
(5)Fe＋H→Co＋________
[解析] (1)N＋n→C＋H
(2)N＋He→O＋H
(3)B＋n→Li＋He
(4)Be＋He→C＋n
(5)Fe＋H→Co＋n
其中发现质子的核反应方程是(2)
发现中子的核反应方程是(4)．
[答案] 见解析
课件53张PPT。第三章 原子核1．原子核的组成与核力234质子质子5中子中子原子核6质子 中子 核子 质子数质子数7质子数 中子数 原子核 同一位置 8核子 库仑力 本身线度 无关 相等 9中子 多于 10新原子核 原子核 质量 电荷 11×√×12
×√√×1314151617原子核的组成与数量关系1819202122232425262728对核力的理解 2930313233343536对核反应的理解 37383940414243444546474849505152点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(八) 原子核的组成与核力
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)
1．(多选)关于质子与中子，下列说法正确的是( )
A．原子核(除氢核外)由质子和中子构成
B．质子和中子统称为核子
C．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在
D．卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在
ABC [原子核(除氢核外)由质子和中子构成，质子和中子统称为核子，卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在，查德威克用α粒子轰击铍(Be)发现了中子，故A、B、C正确，D错误．]
2．用高能Kr(氪)离子轰击Pb(铅)，释放出一个中子后，生成了一个新核，关于新核的推断正确的是( )
A．其质子数为118 B．其质量数为294
C．其原子序数为293 D．其中子数为90
A [核反应方程为Pb＋Kr―→n＋X，新核质量数为293，质子数为118，中子数为293－118＝175.故正确选项为A.]
3．(多选)某种元素的原子核用X表示，下列说法中正确的是( )
A．原子核的质子数为Z
B．原子核的中子数为A－Z
C．原子核的质子数为A
D．原子核的质子数为A－Z
AB [根据原子核的符号的含义：A表示质量数，Z表示质子数，则中子数为A－Z，所以A、B正确．]
4．(多选)由原子核符号U，可知( )
A. U原子核中有质子92个
B. U原子核中有电子92个
C. U原子核中有中子235个
D. U原子核中有中子143个
AD [原子核符号为X，A为核子数，Z为质子数，可见U原子核中核子数是235个，质子数是92个，中子数为235－92＝143个，故B、C错误，A、D正确．]
5．(多选)以下说法中正确的是( )
A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电
B．原子核中的中子数一定跟核外电子数相等
C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分
D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子
CD [原子中除了有带负电的电子外，还有带正电的原子核，故A错误；原子核中的中子数不一定跟核外电子数相等，故B错误；正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C正确；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，才确定原子核内还有别的中性粒子，故D正确．]
6．(多选)已知Ra是Ra的一种同位素，则下列说法正确的是( )
A．它们具有相同的质子数和不同的质量数
B．它们具有相同的中子数和不同的原子序数
C．它们具有相同的核电荷数和不同的中子数
D．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质
AC [原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核内的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和．由此知这两种镭的同位素核内的质子数均为88，核子数分别为228和226，中子数分别为140和138；原子的化学性质由核外电子数决定，因为它们的核外电子数相同，所以它们的化学性质也相同．故正确答案为A、C.]
二、非选择题(14分)
7．1919年卢瑟福通过如图所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现了质子．图中A为放射源发出的________粒子，B为_____气．写出该实验的核反应方程：__________________.
[解析] 题图为α粒子轰击氮原子核生成质子的实验装置，放射源A发出的是α粒子，B为氮气，其核反应方程为：He＋N→O＋H.
[答案] α 氮 He＋N→O＋H
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)
1．某种元素具有多种同位素，正确反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是图( )
A B C D
B [质量数等于质子数与中子数之和，因此当中子数N增多时，质量数A也会增大，因此A、D错误；因为氢原子中只有一个质子，无中子，也就是中子数N为零时，质量数A不为零，因此B正确，C错误．]
2．(多选)在下列判断中，正确的是( )
A．组成U核的核子中只有相邻核子之间才存在不可忽略的核力作用
B．组成U核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略的核力作用
C．组成U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的库仑斥力作用
D．组成U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的核力作用
AC [核力属于短程力，由于组成U核的核子较多，两核子之间的距离可能超过核力的作用范围，所以某些核子之间的作用力可能比较小，所以选项A正确，B、D错误，但两质子之间都存在库仑斥力的作用，所以选项C正确．]
3．如图所示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，经研究知道( )
A．A为中子，B为质子
B．A为质子，B为中子
C．A为γ射线，B为中子
D．A为中子，B为γ射线
A [不可见射线A，轰击石蜡时打出的应该是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见射线应该是中子．]
4．一个质子以1.0×107 m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核．已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列说法正确的是( )
A．核反应方程为Al＋H→Si
B．核反应方程为Al＋n→Si
C．质子撞铝原子核的过程动量不守恒
D．硅原子核速度的数量级为107 m/s，方向跟质子的初速度方向一致
A [由核反应中电荷数和质量数守恒可知A选项正确，B选项错误；由动量守恒的适用范围知C项错误；由动量守恒定律求得硅原子速度的数量级为105 m/s，即D选项错误．]
二、非选择题(本大题共2小题，共26分)
5．(12分)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，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x.
(1)设离子质量为m，电荷量为q，加速电压为U，磁感应强度大小为B，求x的大小；
(2)氢的三种同位素H、H、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？
[解析] (1)离子在电场中被加速时，由动能定理
qU＝mv2，
进入磁场时洛伦兹力提供向心力，qvB＝，又x＝2r，
由以上三式得x＝.
(2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由(1)结果知，
xH∶xD∶xT＝∶∶＝1∶∶.
[答案] (1) (2)1∶∶
6．(14分)1930年发现，在真空条件下用α粒子(He)轰击铍(Be)时，会产生一种看不见的、贯穿能力极强且不带电的粒子，查德威克认定这种粒子就是中子．
(1)写出α粒子轰击铍核的核反应方程；
(2)若一个中子与一个静止的碳核发生正碰，已知中子的质量为mn、初速度为v0，与碳核碰后的速率为v1，运动方向与原来运动方向相反，碳核质量视为12mn，求碳核与中子碰撞后的速率；
(3)若与中子碰撞后的碳核垂直于磁场方向射入匀强磁场，测得碳核做圆周运动的半径为R，已知元电荷的电荷量为e，求该磁场的磁感应强度大小．
[解析] (1)Be＋He―→n＋C.
(2)根据动量守恒定律有
mnv0＝－mnv1＋12mnv2
解得：v2＝.
(3)根据牛顿第二定律和洛伦兹力公式有
6eBv2＝
解得B＝.
[答案] (1)Be＋He―→n＋C
(2) (3)
