2020-2021学年高二下学期物理鲁科版（2019)选择性必修第三册课件：5.1 认识原子核（66张PPT）

第5章　原子核与核能
第1节　认识原子核
一、天然放射现象
【思考】所有的放射现象都是天然放射现象吗?为什么?
提示:不都是。放射性元素自发地放出射线的现象才是天然放射现象,若放出射线不是自发进行的,就不是天然放射现象。
1.1896年,法国物理学家_________发现某些物质具有放射性。
2.物质放出_____的性质称为放射性,具有放射性的元素称为___________,放射
性元素自发地放出射线的现象叫作_____________。
3.玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素,命名为
_______________。
贝可勒尔
射线
放射性元素
天然放射现象
钋(Po)和镭(Ra)
二、认识三种放射线
要判断三种射线是否带电以及带正电荷还是负电荷,可以用什么方法?
提示:方法一:让射线垂直磁场方向射入强磁场,发生偏转的带电,不偏转的不带电。对于发生偏转的射线,根据偏转方向与磁场方向和速度方向的关系,依据左手定则可以判断带正电荷还是带负电荷。
方法二:让射线垂直电场方向射入电场,发生偏转的带电,不偏转的不带电。对于发生偏转的射线,根据偏转方向与电场方向的关系,依据电荷受力方向与电场强度方向的关系,可以判断带正电荷还是带负电荷。
1.如图所示,让放射线通过强磁场,在磁场的作用下,放射线能分成3束,这表明
有3种射线,且它们电性不同。带_____的射线向左偏转,为α射线;带_____的射
线向右偏转,为β射线;不发生偏转的射线不带电,为γ射线。
正电
负电
2.α射线是高速运动的_______核粒子流,有很强的电离作用,但是穿透能力很
弱。一张铝箔或一张薄纸就能将它挡住。
3.β射线是高速运动的_______,穿透能力较强,但电离作用较弱。能穿透几毫
米厚的铝板。
4.γ射线是波长很短的_______,穿透能力很强,但电离作用很弱。能穿透几厘
米的铅板。
氦原子
电子流
电磁波
三、质子和中子的发现
1.质子的发现:
(1)实验:
为探测原子核的结构,1919年_______用α粒子轰击氮原子核发现了质子。
(2)结论:
质子是_______的组成部分。
卢瑟福
原子核
2.中子的发现:
(1)猜想:
卢瑟福猜想原子核内存在着质量与质子相近的__(A.中性　B.带电)粒子——中
子。
(2)实验:
_________利用云室进行实验证实了中子的存在。
(3)结论:中子是_______的组成部分。
A
查德威克
原子核
四、原子核的组成
【思考】同一种元素的几种同位素,它们的化学性质相同吗?为什么?
提示:相同。因为同位素具有相同的质子数,所以具有相同的核外电子数,元素的化学性质取决于核外电子,所以同位素的化学性质相同。
1.组成:原子核由质子和中子组成,并将质子和中子统称为_____。
2.原子核的符号 ,其中X为_________;A表示原子核的_______,Z表示_______
___。
3.两个基本关系:
(1)核电荷数=质子数=_________。
(2)质量数=质子数+中子数=_______。
核子
元素符号
质量数
核电荷
数
原子序数
核子数
4.同位素:具有相同_______、不同中子数的原子互称同位素。
5.核反应与核反应方程:
(1)核反应:在核物理学中,原子核在其他粒子的轰击下产生新_______的过程。
(2)核反应方程:用_______符号描述核反应过程的式子。
(3)核反应中,_______和_________守恒。
质子数
原子核
原子核
质量数
核电荷数
一　对三种射线的研究
三种射线特征比较:
种　类
α射线
β射线
γ射线
组　成
高速氦核流
高速电子流
光子流
(高频电磁波)
带电荷量
2e
-e
0
质　量
4mp
mp=1.67×10-27kg

静止质量为零
速　度
0.1c
0.99c
c
种　类
α射线
β射线
γ射线
在电场或
磁场中
偏转
与α射线
反向偏转
不偏转
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
在空气中
的径迹
粗、短、直
细、较长、曲折
最长
通过胶片
感光
感光
感光
【思考?讨论】
让放射源放出的射线垂直于电场方向向上进入水平向右的匀强电场,将会分为几部分?
提示:射线会分为三部分,其中向左偏转的一束为β射线,向右偏转的一束为α射线,向上不发生偏转的一束为γ射线。
【典例示范】
如图所示,铅盒R中是一种放射性物质,虚线框内是匀强磁场,LL'是厚纸板,MN是荧光屏,实验时,发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑,由此可知磁场的方向、到达O点的射线种类、到达P点的射线种类应属于表中的 (　　)
选项
磁场方向
到达O点的射线
到达P点的射线
A
竖直向上
β
α
B
竖直向下
α
β
C
垂直纸面向里
γ
β
D
垂直纸面向外
γ
α
【解题探究】
(1)荧光屏为什么只有两处亮斑?
提示:能够穿过厚纸板的只有β和γ射线,α射线无法穿过。
(2)如何判断O、P两点处亮斑分别是哪一种射线?
提示:γ射线不偏转,β射线在磁场中的偏转情况符合左手定则。
【解析】选C。R放射出来的射线共有α、β、γ三种,其中α、β射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用,γ射线不偏转,故打在O点的应为γ射线;由于α射线贯穿本领弱,不能射穿厚纸板,故到达P点的应是β射线;依据β射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里。
【规律方法】三种射线的比较方法:
(1)知道三种射线带电的性质,α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电。α、β是实物粒子,而γ射线是光子流,属于电磁波的一种。
(2)在电场或磁场中,通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断α和β射线,由于γ射线不带电,故运动轨迹仍为直线。
(3)α射线穿透能力较弱,β射线穿透能力较强,γ射线穿透能力最强。
【素养训练】
1.如图,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.①表示γ射线,③表示α射线
B.②表示β射线,③表示α射线
C.④表示α射线,⑤表示γ射线
D.⑤表示β射线,⑥表示α射线
【解析】选C。由放射现象中α射线带正电,β射线带负电,γ射线不带电,结合在电场与磁场中的偏转可知②⑤是γ射线,③④是α射线,①⑥是β射线,故选C。
2.某一放射性元素放出的射线通过电场后分成三束,如图
所示,下列说法正确的是 (　　)
A.射线1的电离作用在三种射线中最强
B.射线2贯穿本领最弱,用一张白纸就可以将它挡住
C.放出一个射线1的粒子后,形成的新核比原来的电荷数少1个
D.一个原子核放出一个射线3的粒子后,质子数和中子数都比原来少2个
【解析】选D。射线3在电场中向负极板偏转,射线3为α粒子,电离作用在三种射线中最强,故A错误;射线2在电场中不偏转,射线2为γ射线,其贯穿本领最强,故B错误;射线1在电场中向正极板偏转,射线1是β粒子,放出一个射线1的粒子后,形成的新核比原来的电荷数多1个,故C错误;射线3为α粒子,一个原子核放出一个射线3的粒子后,质子数和中子数都比原来少2个,故D正确。
【补偿训练】
(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
里的匀强磁场,则下列说法中正确的有 (　　)
A.打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线
B.α射线和β射线的轨迹是抛物线
C.α射线和β射线的轨迹是圆弧
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
【解析】选A、C。由左手定则可知粒子向右射出后,在匀强磁场中α射线受的
洛伦兹力向上,β射线受的洛伦兹力向下,轨迹都是圆弧。由于α射线速度约是
光速的 ,而β射线速度接近光速,所以在同样的混合场中不可能都做直线运
动(如果一个打在b,则另一个必然打在b点下方)。故A、C正确。
二　质子和中子的发现
1.质子的发现:
(1)实验背景:电子的发现使人们认识到,原子不再是构成物质的基本单位。进一步研究发现,原子的中心有一个原子核,原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量。原子核的结构如何?1919年,卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验。
(2)实验装置(如图):
T进气孔、A放射源、F铝箔、S荧光屏、M显微镜、C真空容器。
(3)实验过程:容器C里放有放射性物质A,从A放射出的α粒子射到铝箔F上,适当选取铝箔的厚度,使α粒子恰好被它完全吸收,而不能透过。在F的后面放一荧光屏S,M是显微镜,通过M可以观察到S是否有闪光。
(4)实验现象:开始,S上无闪光(因为α粒子没有穿过铝箔)。打开进气孔T的阀门,通入氮气,可以观察到S上有闪光。
(5)实验分析:容器C中通入氮气后,用显微镜观察到荧光屏上有闪光,闪光一定
是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的。
(6)新粒子性质研究:
①把这种粒子引进电磁场中,根据它在电磁场中的偏转,测出了它的质量和电量,
进而确定它就是氢原子核,又叫质子。用符号表示为
②1925年 ,英国物理学家布拉凯特通过云室照片分析表明,α粒子击中氮原子核后形成一个复核,而这个复核不稳定,生成后随即发生变化,放出一个质子。
③人们用同样的办法从其他元素的原子核中也轰击出了质子。
(7)实验结论:质子是原子核的组成部分。
2.中子的发现:
(1)发现背景:有人猜想原子核是由质子组成的,但人们发现除氢元素外,所有元素的原子核的质量大体上是质子质量的整数倍,但原子核的电荷数仅仅是质量数的一半或者更少一些。
(2)猜想:原子核不仅仅是由质子组成的,卢瑟福预想原子核内存在着质量跟质子相近的不带电的中性粒子,他将其称为中子。
(3)研究过程。
①科学家在1930年利用Po放出的α射线轰击铍原子核时,产生了一种看不见的贯穿能力很强、不受电场和磁场影响的射线。
②1932年,约里奥·居里夫妇发现如果用来自铍的射线去轰击石蜡,能从石蜡中打出质子,如图所示。
③1932年,查德威克进一步研究这种射线时发现,这种射线是一种不带电的、质量接近质子的粒子流,即是卢瑟福猜想的中子。
④结论:中子是原子核的组成部分。
【思考?讨论】

质子的发现,说明原子核的结构有什么特点?
提示:质子是原子核的组成部分,证明了原子核可以再分。
【典例示范】
如图所示为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图,由天然放射性元素钋(Po)放出α射线轰击铍时会产生粒子流a,用粒子流a轰击石蜡后会打出粒子流b,下列说法正确的是(　　)
A.a为质子,b为中子　　　　
B.a为γ射线,b为中子
C.a为中子,b为γ射线
D.a为中子,b为质子
【解析】选D。不可见的粒子轰击石蜡时打出的应是质子,因为质子就是氢核,而石蜡中含有大量氢原子,轰击石蜡的不可见粒子应该是中子,故D正确。
【素养训练】
1.最早提出原子核是由质子和中子组成的科学家是 (　　)
A.贝可勒尔　　　　　　 B.居里夫人
C.卢瑟福　　　 D.查德威克
【解析】选C。由于卢瑟福通过α粒子轰击氮原子核发现了质子,并从其他原子核中都打出了质子,卢瑟福认为质子是原子核的组成部分,并依据质子数与质量数不相等的情况预言了中子的存在,提出了原子核是由质子和中子组成的理论,故C正确。
2.由天然放射性元素钋(Po)放出的α射线轰击铍(Be)时会产生A粒子流,用粒子
流A轰击石蜡时,会打出粒子流B。下列叙述正确的是 (　　)
A.该实验核反应方程是
B.该实验是查德威克发现质子的实验
C.粒子A为质子,粒子B为中子
D.粒子A为中子,粒子B为质子
【解析】选D。该实验核反应方程是 选项A错误;该实验是查德
威克发现中子的实验,选项B错误;图中粒子A为中子,粒子B为质子,选项D正确,C
错误。
【补偿训练】
1.(2018·北京高考)在核反应方程 中,X表示的是 (　　)
A.质子　　 B.中子　 　C.电子 　　D.α粒子
【解析】选A。设X为 根据核反应的质量数守恒:4+14=17+Z,则Z=1。电荷数
守恒:2+7=8+A,则A=1,即X为 为质子,故选项A正确,B、C、D错误。
2.如图为卢瑟福发现质子的实验装置,M是显微镜,S是荧光
屏,窗口F处装铝箔,氮气从阀门T充入,A是放射源。在观察
由质子引起的闪烁之前需进行的必要调整是 (　　)
A.充入氮气后,调整铝箔厚度,使S上有α粒子引起的闪烁
B.充入氮气后,调整铝箔厚度,使S上见不到质子引起的闪烁
C.充入氮气前,调整铝箔厚度,使S上能见到质子引起的闪烁
D.充入氮气前,调整铝箔厚度,使S上见不到α粒子引起的闪烁
【解析】选D。实验目的是观察α粒子轰击氮核产生新核并放出质子,所以实验前应调整铝箔的厚度,恰使α粒子不能透过,但质子仍能透过,故选D。
三　原子核的组成与数量关系
1.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,所以质子数和中子数之和叫核子数。
(2)电荷数(Z):原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍,通常用这个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,这个倍数叫作原子核的质量数。
2.原子核的符号和数量关系:
(1)符号
(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: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、不同中子数的原子核互称为同位素。
【思考?讨论】
原子核的质量数与质量是一回事吗?
提示: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。
【典例示范】
具有极强放射性的117号元素Ts,是在实验室人工创造的超重元素。Ts元素有两种同位素,其中一种有176个中子,而另一种有177个中子,则:
(1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少?原子的核外电子数各为多少?
(2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少?
(3)该元素的两种同位素用原子核符号如何表示?
【解析】(1)元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数,等于核内质子数,故117号元素的核电荷数和核内质子数均为117,原子呈中性,故核外电子数等于核内质子数,也为117。
(2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和,故该元素中子数为176的原子核
的质量数为117+176=293,中子数为177的原子核的质量数为117+177=294。
(3)元素符号一般用 表示,其中A表示质量数,Z表示核电荷数,由前两问可得
该元素的两种同位素的原子核符号,中子数为176的原子核的符号为 中子
数为177的原子核的符号为
答案:(1)均为117　均为117　(2)293　294
（3）
【素养训练】
1.(2018·全国卷Ⅲ) 1934年,约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核 产生了
第一个人工放射性核素X: X的原子序数和质量数分别为(　　)
A.15和28 B.15和30 C.16和30 D.17和31
【解析】选B。因为α粒子是 所以根据反应方程式前后质量数、
质子数相等得出 故选B。
2.(多选)下列说法正确的是 (　　)
A. 互为同位素
B. 互为同位素
C. 中子数相同
D. 核内有92个质子,235个中子
【解析】选B、C。X核与Y核的质子数不同,不能互为同位素,A错误;
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,B正确； 核内
中子数为n-m, 核内中子数为(n-2)-(m-2)=n-m,所以中子数相同,C正确;
核内有143个中子,而不是235个中子,D错误。
3.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) +　　　?
(2) +　　　?
(3) 　　　?
(4) 　　　?
(5) +　　　?
【解析】

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
【补偿训练】
1.(多选)一个原子核为 关于这个原子核,下列说法中正确的是 (　　)
A.核外有83个电子,核内有127个质子
B.核外有83个电子,核内有83个质子
C.核内有83个质子,127个中子
D.核内有210个核子
【解析】选C、D。根据原子核的表示方法得质子数为83,质量数为210,故中子数为210-83=127个,而质子和中子统称为核子,故核子数为210个,因此C、D正确;由于不知道原子的电性,就不能判断核外电子数,故A、B不正确。
2.1993年,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
制取过程如下:
(1)用质子轰击铍靶 产生快中子。
(2)用快中子轰击汞 反应过程可能有两种:
①生成 放出氦原子核。
②生成 同时放出质子、中子。
(3)生成的 发生两次衰变,变成稳定的原子核汞 写出上述核反应方程。
【解析】根据质量数守恒、电荷数守恒,确定新生核的电荷数和质量数,然后写
出核反应方程。如下:




答案:见解析
【课堂回眸】
1.(多选)关于原子核结构,下列说法正确的是 (　　)
A.原子是构成物质的基本单位
B.原子核集中了原子的全部正电荷
C.所有原子核中都有质子和中子
D.处于电中性的原子,原子核的电荷数就等于原子核外的电子数
【解析】选B、D。原子不是构成物质的基本单位,原子还可以再分为电子和原子核,A项错误;原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量,处于电中性的原子,原子核的电荷数就等于原子核外的电子数,故B、D项正确;氢原子核中只有质子,故C项错误。
2.人类探测月球时发现,在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦,它可作
为未来核聚变的重要原料之一,氦的该种同位素应表示为 (　　)

【解析】选B。氦的同位素质子数一定相同,故质子数应为2,质量数为3,故应表
示为 ,因此B正确。
3.下列说法正确的是 (　　)
A.用α粒子轰击铍核 铍核变为碳核 同时放出β射线
B.β射线是由原子核外电子受到激发而产生的
C.γ射线是波长很短的电磁波,它的贯穿能力很强
D.利用γ射线的电离作用,可检查金属内部有无砂眼和裂纹
【解析】选C。α粒子轰击 核,核反应方程是 放出的是中
子,A错误。β射线是核衰变而产生的,B错误。γ射线是光子流,波长很短,具有
很强的贯穿能力,但电离作用差,C正确,D错误。
4.一质子束入射到靶核 上,产生核反应 X代表核反应产生的
新核。由反应式可知,新核X的质子数为　　　　,中子数为　　　　。?
【解析】根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒,新核X的质子数为1+13-
0=14,质量数为1+27-1=27,所以中子数=27-14=13。
答案:14　13
【新思维·新考向】
情境:如图所示是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。假如放射源能放射出α、β、γ三种射线,而根据设计,该生产线压制的是3 mm厚的铝板。

问题:那么是三种射线中的哪种射线对控制厚度起主要作用?当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时,将如何通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离进行调节?
【解析】因β射线能穿过几毫米厚的铝板,故β射线对厚度起主要作用。通过铝板的粒子数超标是指通过铝板的粒子个数太多,铝板的厚度偏薄,应加大铝板的厚度,即将M、N两轧辊间距离调大一些。
答案:见解析