3.1原子核的组成与核力 学案（2020年教科版高中物理选修3-5）

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1、1原子核的组成与核力学科素养与目标要求物理观念：1.了解质子、中子的发现.2.知道原子核的组成，理解核子、同位素的概念.3.知道核力的性质.科学思维：1.能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因.2.了解核反应的概念，会书写核反应方程.一、质子、中子的发现1.质子的发现1919年，卢瑟福用粒子轰击氮原子核，从氮原子核中打出了氢原子核即质子，并且证实质子是原子核的组成部分，质子符号为p或H.2.中子的发现(1)卢瑟福的预言：1920年，卢瑟福提出原子核内可能还存在一种电中性的粒子，即中子.(2)查德威克的发现：用实验证实了中子的存在，中子符号用n表示，中子的质量非常接近质子的质量.

2、二、原子核的组成1.原子核的组成：由质子和中子组成，因此它们统称为核子.2.原子核的电荷数：等于原子核的质子数即原子的原子序数.3.原子核的质量数：等于质子数和中子数的总和.4.原子核的符号：X，其中X为该核所属的化学元素符号，A为原子核的质量数，Z为原子核的电荷数.5.同位素：具有相同的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，因而互称为同位素，例如氢的同位素H、H、H.三、核力1.核力(1)核力：核子之间的相互作用力，称为核力，也称强力.(2)核力的特征在核的线度内，核力比库仑力大得多；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；核力与电荷无关，质子与

3、质子、质子与中子以及中子与中子之间的核力是相等的.2.原子核中质子和中子的比例由于核力是短程力，自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多.四、核反应方程1.核反应方程的定义：在核反应中，参与反应的原子核内的核子(质子和中子)将重新排列或发生转化.用原子核的符号来表示核反应过程的式子称为核反应方程.2.核反应遵从的规律：核反应遵从质量数守恒和电荷数守恒，即核反应方程两边的质量数和质子数均是守恒的.如卢瑟福发现质子的人工核反应方程可表示为：HeNOH.1.判断下列说法的正误.(1)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

4、序数.()(2)同位素具有不同的化学性质.()(3)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的.()(4)在原子核的线度内，核力比库仑力大得多.()(5)在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒.()(6)核反应过程是不可逆的，核反应方程中只能用单向箭头表示反应方向.()2.有关O、O、O三种同位素的比较，试回答下列问题：(1)三种同位素中哪一种粒子数是不相同的？_.A.质子 B.中子 C.核外电子(2)三种同位素中，哪一个质量最大？_.(3)三种同位素的化学性质是否相同？_.答案(1)B(2)O(3)相同解析(1)同位素质子数相同、中子数不同，核外电子数与质子数相同，故粒子数不相同的是中子.(2)

5、O、O、O的质量数分别是16、17、18，故O质量最大.(3)三种同位素质子数相同，故化学性质相同.一、原子核的组成1.原子核(符号X)原子核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)定义：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.(2)化学性质的决定因素：原子核内的质子数决定了核外电子的数目，也决定了电子在核外分布的情况，进而决定了这种元素的化学性质.(3)氢的同位素：氕(H)、氘(H)、氚(H).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

6、量是多少？(结果保留三位有效数字)(3)呈电中性的镭原子，核外有几个电子？答案(1)88138(2)1.411017 C(3)88解析(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NAZ22688138.(2)镭核所带电荷量QZe881.61019 C1.411017 C.(3)核外电子数等于核电荷数，即等于质子数，故核外电子数为88.例2据报道，俄科学家成功合成了具有极强放射性的117号新元素，该元素是在实验室人工创造的最新的超重元素.新元素有两种同位素，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

7、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)若用X表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？答案(1)均为117均为117(2)293294(3)XX解析(1)元素的原子序数等于该元素的原子核的核电荷数，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，原子呈电中性，故核外电子数等于核内质子数，也有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117176293，中子数为177的原子核的质量数为117177294.(3)元素符号一般用X表示，其中A表示质量数

8、，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X，中子数为177的原子核的符号为X.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，原子核内质子和中子的总数叫做核的质量数，原子核的质量等于质子和中子的质量的总和.针对训练1在粒子轰击金箔的散射实验中，粒子可以表示为He，He中的4和2分别表示()A.4为核子数，2为中子数B.4为质子数和中子数之和

9、，2为质子数C.4为核外电子数，2为中子数D.4为中子数，2为质子数答案B解析根据X所表示的物理意义，原子核的质子数决定核外电子数，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.原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和，即为核内的核子数.He符号的左下角“2”表示的是质子数或核外电子数，He符号的左上角“4”表示的是核子数，故选项B正确.二、核力及原子核中质子与中子的比例如图为H和He的原子核结构示意图.(1)质子都带正电，质子与质子之间存在着库仑斥力，为什么He还能稳定地存在？(2)自然界中存在的元素是有限的，为什么质子与中子不能随意地组合从而形成无数不同的原子核？答案(1)核子

10、之间还存在着核力作用.(2)当核子增多时，原子核增大，核子间的距离也增大，当距离较大时，一些核子间可能就没有核力的作用了，这样形成的核不稳定，最终会瓦解.因此质子与中子不能随意地组合形成无数不同的原子核.1.核力的性质(1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现.(2)核力是短程力.约在1015 m数量级时起作用，距离大于0.81015 m时为引力，距离小于0.81015 m时为斥力.距离为1.51015 m时核力几乎消失.(3)核力具有饱和性.核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用.(4)核力具有电荷无关性.核力与核子电荷无关.2.原子核中质子与中子的

11、比例关系(1)较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，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：若把质子与中子成对地放在一起，人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和库仑力都会减小，但核力减小得更快.所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了.若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多.由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时

12、候即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的.例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.由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，不可能无节制地增大原子核而仍稳定存在答案D解析原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数较大的原子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和原子序数小的都没有中等质量的原子核稳定，故A、B、C错误.又由于核力是短程力及其饱和性的特点，原子核不可能无节制地增大，故D正确.针对训练2(多选)关于核力，下列说法中正确的是()A.核力是一种特殊的万有引力B.原

13、子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用C.核力是原子核稳定存在的原因D.核力是一种短程强力作用答案CD解析核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内，原子核的半径数量级在1015 m之内，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，故选C、D.三、核反应及核反应方程1.核反应的实质是什么？它遵从哪些规律？答案核反应的实质就是将一种原子核在粒子的轰击之下转变成另一种新的原子核，并产生新的粒子.在转变过程中遵从质量数守恒和电荷数守恒规律.2.如何实现原子核的人工转变？常见的人工转变的核反应有哪些？答案人

14、为地用一定能量的粒子去轰击一些原子核，可以实现原子核的转变.常见的人工转变的核反应有：卢瑟福发现质子：NHeOH查德威克发现中子：BeHeCn约里奥居里夫妇人工制造同位素：HeAlnPP具有放射性：PSie.1.核反应的条件用一定能量的粒子轰击原子核使原子核发生转变.2.核反应的规律质量数守恒，电荷数守恒.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方程：NHeOH(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：BeHeCn(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方程：AlHePn；PSie.例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，

15、_是发现中子的核反应方程(均填序号).(1)NnC_(2)NHeO_(3)Bn_He(4)BeHe_n(5)FeHCo_答案见解析解析(1)NnCH(2)NHeOH(3)BnLiHe(4)BeHeCn(5)FeHCon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).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.1.(原子核的组成及同位素)下列说法正确的是()A.同位素具有相同的质子数，不同的质量数B.质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中子的质量总和C.同一种元

16、素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同D.中子不带电，所以原子核的总电荷量等于质子和电子的总电荷量之和答案A解析同位素具有相同的质子数，不同的质量数，A对；质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子数和中子数的总和，B错；同一种元素的原子核有相同的质子数，但中子数可以不同，C错；中子不带电，所以原子核的总电荷量等于质子总电荷量之和，D错.2.(原子核的组成及同位素)(多选)氢有三种同位素，分别是氕(H)、氘(H)、氚(H)，则()A.它们的质子数相等B.若为中性原子它们的核外电子数相等C.它们的核子数相等D.它们的化学性质相同答案ABD解析氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和原子

17、核外电子数均相同，都是1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，选项A、B正确，C错误；同位素化学性质相同，只是物理性质不同，选项D正确.3.(原子核中质子与中子的比例的理解)在自然界中，对于较重的原子核的中子数和质子数的比例关系，下列说法正确的是()A.中子数等于质子数 B.中子数小于质子数C.中子数大于质子数 D.无法确定答案C解析原子核越重，原子间库仑斥力就越大，而中子数多于质子数，因中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以才有助于维系原子核的稳定，故稳定的重原子核里，中子数要比质子数多.故正确答案为C.4.(核反应方程的书写)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：生成Pt，放出氦原子核；生成Pt，同时放出质子、中子.写出制取过程中涉及到的核反应方程.答案见解析解析根据电荷数守恒、质量数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程，如下：(1)BeHBn(2)HgnPtHeHgnPt2Hn