5.1原子核的组成 学案（含答案）－2021年高中物理人教版（新教材）选择性必修第三册

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1、第第 1 节节 原子核的组成原子核的组成 核心 素养 物理观念 科学思维 1.了解天然放射现象和天然放射现象发现的意义。 2.知道三种射线的本质和特征。 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。 4.了解发现天然放射现象的相关史实。 通过对原子核结 构模型的探究，体 会物理学的研究 方法。 知识点一 天然放射现象 观图助学 如右图为居里夫妇，他们在沥青中发现 3 种放射性元素，天然放射现象让人们认 识到小小的原子核也具有复杂的结构，那么什么是天然放射现象呢？ 居里夫妇 1.1896 年， 法国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， 这种射线可以穿透黑

2、纸使照相底片感光。 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.原子序数大于或等于 83 的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于 83 的元 素，有的也能放出射线。 4.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 钋(Po)和镭(Ra)。 思考判断 (1)1896 年，法国的玛丽 居里首先发现了天然放射线。() (2)原子序数大于 83 的元素都是放射性元素。() (3)原子序数小于 83 的元素都不能放出射线。() 知识点二 射线的本质 1. 射线：实际上就是氦原子核，速度可达到光速的 1

3、 10，其电离能力强，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. 射线：是电子流，速度可以接近光速，它的穿透能力较强，电离能力较弱， 很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。 3. 射线：是一种电磁波，波长很短，在 10 10 m 以下，它的电离作用更弱，穿透 能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板或几十厘米厚的混凝土。 4.射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的。 思考判断 (1) 射线实际上就是氦原子核， 射线具有较强的穿透能力。() (2) 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。() (3) 射线是能量很高的电磁波，电离作用很强。() 知识点三

4、 原子核的组成 1.质子的发现：1919 年，卢瑟福用 粒子轰击氮原子核发现了质子，质子是原子 核的组成部分。 2.中子的发现：卢瑟福猜想原子核内存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒 子，称为中子。查德威克通过实验验证了这个猜想。 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：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，因而互称同位素。例如，氢有三种同位素氕，氘、氚，符号是11H、 2 1H、 3 1H。 思考判断 (1)质子和中子都不带电，是原子核的组成成分，统称为核子。() (2)原子核的电荷数就是核内的质子数，也

5、就是这种元素的原子序数。() (3)同位素具有不同的化学性质。() 天然放射现象的发现 1896 年法国贝克勒尔 铀发出 看不见 的射线 居里夫妇 沥青中的 含铀物 实际测 得射线 强 两种放射性元素：钋(Po)和镭(Ra) 元素的放射性是由原子核决定的，与核外电子(决定化学性质)无关，因此元素的 放射性与它存在的形式(单质或化合物)无关，而且它不受温度、压强、物理变化 和化学变化的影响。 在电场或磁场中探究射线 无论在电场中还是在磁场中： (1) 射线均不发生偏转； (2) 射线距离 射线较远； (3)射线距离射线较近。 阴极射线和 射线都是电子流，但它们的来源不同，阴极射线来自于阴极原子的

6、 外层电子， 射线是原子核内中子衰变为质子和电子时，电子被放出形成的。 关于电离 射线使原子中的电子脱离核的束缚成为自由电子，这样的过程叫作电离。射线的 上述作用叫作电离作用。 1.质子的发现 2.中子的发现 3.原子组成图 原子 原子核 质子 中子 核子 核外电子 原子核的质子数决定了原子的核外电子数目，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， 故同位素具有相同的化学性质。 但中子数不同， 物理性质不同。 核心要点 天然放射现象和三种射线的本质 观察探究 如图是放射性物质放出的射线垂直经过磁场的情形，射线为什么会分成三束？ 答案 三种射线的带电情况各不相同，它们在磁场中

7、所受洛伦兹力情况不同，故 可分成三束。 探究归纳 1.、 三种射线的性质、特征比较 种 类 射线 射线 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(mp1.6710 27 kg) mp 1 836 静止质量为零 速 率 0.1c 0.99c c 贯穿本领 最弱，用一张纸就能挡住 较强， 能穿透几毫 米的铝板 最强，能穿透几厘米 的铅板 电离作用 很强 较弱 很弱 2.在电场、磁场中偏转情况的比较 (1)在匀强电场中，射线偏转较小，射线偏转较大，射线不偏转，如图甲所 示。 (2)在匀强磁场中， 射线偏转半径较大， 射线偏转半径较小， 射线不

8、偏转，如 图乙所示。 试题案例 例 1 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.来自原子核外的电子 B.的电离作用最强，是一种电磁波 C.的电离作用较强，是一种电磁波 D.的电离作用最弱，是一种电磁波 解析 射线能被一张纸挡住，说明它的穿透能力较差，射线是 射线， 射 线是高速运动的氦核流，它的穿透能力差，电离作用最强，选项 B 错误；射线 的穿透能力较强，说明它是 射线， 射线是高速电子流， 射线来自原子核， 不是来自原子核外的电子，选项 A 错误；射线的穿透能力最强，能够穿透几厘 米厚的铅板，射线是射线，射线的电离作用最弱，穿透能力最强，它是能 量很

9、高的电磁波，故选项 C 错误，D 正确。 答案 D 方法凝炼 三种射线的比较方法 (1)知道三种射线带电的性质， 射线带正电、 射线带负电、 射线不带电。、 射线是实物粒子，而 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 和 射线，由于 射线不带电，故运动轨迹仍为直线。 (3) 射线穿透能力较弱， 射线穿透能力较强， 射线穿透能力最强。 针对训练 1 (多选)天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是 ( ) A.一张厚的黑纸能挡住 射线，但不能挡住 射线和 射线 B.某原子核在放出 射线后会变成另一种元素的原子核 C.三种射线中对气

10、体电离作用最强的是射线 D. 粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子 解析 由三种射线的本质和特点可知， 射线贯穿本领最弱， 一张黑纸都能挡住， 而挡不住 射线和 射线，故 A 正确； 射线是伴随 、 衰变而产生的一种电磁 波，不会使原核变成新核，故 B 错误；三种射线中 射线电离作用最强，故 C 正 确； 粒子是电子，来源于原子核，故 D 正确。 答案 ACD 核心要点 原子核的组成 问题探究 一个铅原子的质量数为 207，原子序数为 82，其核外电子有多少个？中子数又是 多少？ 答案 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， 质子与电子电性相反、电荷

11、量相同，故核外电子数与核内质子数相同，为 82 个， 根据质量数等于质子数与中子数之和的关系知，铅原子核的中子数为 20782 125(个)。 探究归纳 1.原子核(符号A ZX) 原子核 大小：很小，半径为10 151014 m 组成 质子：电荷量e1.610 19 C 质量mp1.672 621 910 27 kg 中子：电荷量为0 质量mn1.674 927 510 27 kg 同位素：质子数相同、中子数不同的原子核 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)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

12、，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。 (2)氢的同位素：氕(11H)，氘(21H)，氚(31H)。 试题案例 例 2 已知镭的原子序数是 88，原子核质量数是 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电荷量是多少？ (3)若镭原子呈电中性，它核外有多少电子？ 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)镭核的核电荷数和所带电荷量分别是 Z88，QZe881.610 19 C1.411017 C。 (3)核外电子数等于

13、核电荷数，故核外电子数为 88。 答案 (1)88 138 (2)88 1.4110 17 C (3)88 方法凝炼 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 2 以下说法正确的是( ) A.234 90Th 为钍核，由此可知，钍核的质量数为 90，钍核的质子

14、数为 234 B.94Be 为铍核，由此可知，铍核的质量数为 9，铍核的中子数为 4 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 解析 钍核的质量数为 234，质子数为 90，所以 A 错误；铍核的质量数为 9，中 子数为 5，所以 B 错误；同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同， C 错误，D 正确。 答案 D 1.(天然放射现象的认识)(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.射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响 C.元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合物)无关 D. 射线、 射线都是带电的粒

15、子流 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，B、C 正确。 答案 BC 2.(三种射线的特性)(多选)如图中 P 为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射 线在电场的作用下分成 a、b、c 三束，以下判断正确的是( ) A.a 为 射线、b 为 射线 B.a 为 射线、b 为 射线 C.b 为 射线、c 为 射线 D.b 为 射线、c 为 射线 解析 由题图可知电场线方向向右， 射线带正电，所受电场力方向与电场线方 向一致，故 射线向右偏转，即 c 为 射线； 射线带负电，所受电场力方向与 电场线方向相反，故 射线向左偏转，即 a 为 射线； 射线不

16、带电，不发生偏 转，即 b 为 射线。故选项 B、C 正确。 答案 BC 3.(原子核的组成)若用 x 代表一个中性原子中核外的电子数，y 代表此原子的原子 核内的质子数，z 代表此原子的原子核内的中子数，则对234 90Th 的原子来说( ) A.x90 y90 z234 B.x90 y90 z144 C.x144 y144 z90 D.x234 y234 z324 解析 质量数质子数中子数，中性原子中：质子数核外电子数，所以选项 B 正确。 答案 B 4.(同位素)下列说法正确的是( ) A.nmX 与 n m1Y 互为同位素 B.nmX 与n 1 mY 互为同位素 C.nmX 与n 2

17、m2Y 中子数相差 2 D.235 92U 核内有 92 个质子，235 个中子 解析 A 选项中，X 核与 Y 核的质子数不同，不是同位素；B 选项中， n mX 核与n 1 m Y 核质子数都为 m，而质量数不同，所以互为同位素；C 选项中，nmX 核内中子数 为 nm，n 2 m2Y 核内中子数为(n2)(m2)nm，所以中子数相同；D 选项 中，235 92U 核内有 143 个中子。选项 B 正确。 答案 B 5.(原子核的组成)最早提出原子核是由质子和中子组成的科学家是( ) A.贝克勒尔 B.居里夫人 C.卢瑟福 D.查德威克 解析 由于卢瑟福通过 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。 答案 C