第1节 原子核的组成（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第五章 原子核 第 1节 原子核的组成 (强基课——逐点理清物理观念) 课标要求 学习目标 1.了解原子核的组成。 2.知道原子核的表示方法，理解原子序数、电荷数、质量数之间的关系。 1.知道天然放射现象及三种射线的本质，了解核子、同位素的基本观念，知道原子核的组成。 2.根据三种射线的本质，能够利用磁场、电场区分它们，理解原子核的构成，并能分析、解决相关问题，提高解题能力。 3.通过利用磁场探究三种射线的本质，以及用α粒子轰击原子核发现核子，体验科学探究的过程，提高观察与实验能力。 1 逐点清(一)　天然放射现象　 射线的本质 2 逐点清(二)　原子核的组成 3 CONTENTS 目录 课时跟踪检测 逐点清(一)　天然放射现象　 射线的本质 1.放射性的发现 (1)1896年，法国物理学家__________发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的_________，它能穿透黑纸使照相底片感光。 (2)波兰裔法国物理学家玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现放射性更强的新元素，分别命名为钋(Po)、_________。 多维度理解 贝克勒尔 射线 镭(Ra) 2.放射性 (1)定义：物质发出射线的性质。 (2)放射性元素：具有________性的元素。原子序数大于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能发出射线。 3.天然放射现象：放射性元素_________发出射线的现象。 放射 自发地 4.射线的本质 (1)三种射线：在射线经过的空间施加磁场，射线分裂成三束，其中两束在磁场中向不同的方向偏转，说明这两束是________粒子流；另一束在磁场中____________，说明它不带电，这三束射线分别叫作α射线、β射线和γ射线。 带电 不偏转 (2)α射线实际上就是氦原子核，速度可达到光速的，其_______作用强，________能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用_______就能把它挡住。 (3)β射线是高速__________，速度可以接近光速。它的穿透能力较强，_______作用较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透____________厚的铝板。 电离 穿透 一张纸 电子流 电离 几毫米 (4)γ射线是能量很高的__________，波长很短，在10-10 m以下。它的电离作用更弱，但_________能力更强，甚至能穿透几厘米厚的______和几十厘米厚的混凝土。 (5)元素的放射性与元素是以单质形式存在，还是以化合物形式存在_______，放射性的强度也不受________、外界压强的影响。 (6)射线来自原子核，说明__________________是有结构的。 电磁波 穿透 铅板 无关 温度 原子核内部 1.三种射线的比较如表所示 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=1.67×10-27 kg 静止质量为零 速度 0.1c 0.9c 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，能穿透几毫米的铝板 最强，能穿透几厘米的铅板 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 2.三种射线在磁场、电场中偏转情况的比较 (1)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图甲所示。 (2)在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图乙所示。 1.判断下列说法是否正确。 (1)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力。( ) (2)β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)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强。( ) 全方位练明 × √ × 2.(2024·北京高二检测)以下实验中，能说明原子核具有复杂结构的是 (　　) A.光电效应实验 B.原子发光产生明线光谱 C.α粒子散射实验 D.天然放射现象 解析：天然放射现象说明原子核有复杂的结构。 √ 3.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 √ 解析：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，说明射线中有穿透力很弱的α射线；在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，说明穿过铝片的射线中无带电粒子，故只有γ射线。因此放射源可能是α和γ的混合放射源，C正确。 4.(多选)将α、β和γ三种射线分别垂直射入匀强磁场和匀强电场，假设α粒子与β粒子速度相同，则下列表示射线偏转情况的图像中正确的是 (　　) √ √ 解析：α射线为高速氦核流，带正电；β射线为高速电子流，带负电；γ射线为能量很高的电磁波，不带电。根据左手定则判断正、负电荷在磁场中受到的洛伦兹力方向，可知A、B两图中α射线和β射线的偏转方向均正确，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其轨迹半径r=，由于两粒子速度相同，氦核的比荷小于电子的比荷，所以氦核运动的轨迹半径大于电子运动的轨迹半径，故A正确，B错误；根据 带电粒子在电场中的受力分析，可知C、D两图中的射线偏转方向均正确，带电粒子垂直射入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向的位移为x，沿电场线方向的位移为y，则有x=v0t，y=·t2，解得y=，在x不变的情况下，β射线沿电场线方向偏转的距离大于α射线偏转的距离，故C错误，D正确。 逐点清(二)　原子核的组成 1.质子的发现：1919年，卢瑟福用镭放射出的________轰击氮原子核，发现质子，它是_________的组成部分。 2.中子的发现：因绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的相应比值，卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着另一种粒子，它的质量与质子相同，但是不带电，称为中子。1932年，卢瑟福的学生查德威克通过实验证实了这个猜想。 多维度理解 α粒子 原子核 3.原子核的组成：原子核由______________组成，质子和中子统称为_________。 4.原子核的符号 质子和中子 核子 5.同位素：核中__________相同而____________不同的原子，在元素周期表中处于_________________，因而互称同位素。例如，氢有三种同位素：H、H、H。 质子数 中子数 同一位置 1.原子核的大小、组成和同位素 2.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作核子数。 (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。 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，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H)，氘H)，氚H)。 [典例]　已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226。试问： (1)镭核中有多少个质子?多少个中子? [答案]　 88　138　 [解析]　镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数Z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)镭核所带的电荷量是多少(元电荷为1.6×10-19 C)? [答案]　1.408×10-17 C　 [解析] 镭核所带电荷量： Q=Ze=88×1.6×10-19 C=1.408×10-17 C。 (3)呈中性的镭原子，核外有多少个电子? [答案]　88 [解析] 核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88。 1.下列表示某种元素的各同位素间的质量数(A)、质子数(Z)和中子数(N)三者关系的图像正确的是 (　　) 全方位练明 √ 解析：各同位素的质子数相同，为一定值，同位素的质量数不同，故B正确，C错误；同位素的质子数相同，中子数不同，质量数等于质子数加中子数，则有A=N+Z，且质子数不可能为零，即Z>0为常数，中子数可能为零，即N≥0，A⁃N和N⁃A图像应该与A轴有截距，故A、D错误。 2.(多选)质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如He是H的镜像核，同样H也是He的镜像核。下列说法正确的是(　　) A.N和 C互为镜像核 B.N和O互为镜像核 C.N和O互为镜像核 D.互为镜像核的两个核质量数相同 √ √ √ 解析：根据镜像核的定义及质量数A等于质子数Z和中子数N之和，可知N和C的质子数与中子数互换了，互为镜像核；N和O的质子数与中子数互换了，互为镜像核，故A、C正确；N的质子数为7、中子数为8，而O的质子数和中子数都为8，没有互换，不是镜像核，故B错误；互为镜像核的两个核质子数与中子数互换，质子数与中子数的和不变，所以互为镜像核的两个核质量数相同，故D正确。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 A级——基础达标 1.原子核符号C中，12表示(　　) A.电子数 B.质子数 C.中子数 D.核子数 解析：在原子核的符号X中，X为元素符号，A表示质量数，Z表示电荷数(即原子序数)，有质量数(A)=核子数=质子数+中子数，因此原子核符号C中，12表示核子数。 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2.(2024·咸阳高二检测)卢瑟福发现质子后，猜想原子核中还有中子的存在，他的主要依据是 (　　) A.原子核外电子数与质子数相等 B.原子核的质量大约是质子质量的整数倍 C.原子核的核电荷数只是质量数的一半或更少一些 D.质子和中子的质量几乎相等 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析：当卢瑟福发现质子后，接着又发现原子核的核电荷数与原子核的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或者更少一些，因此猜想在原子核内还存在有质量且不带电的中性粒子，即中子。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3.关于天然放射性，下列说法正确的是 (　　) A.元素周期表中的所有元素都具有天然放射性 B.γ射线的实质是高速运动的电子流 C.放射性元素形成化合物后，该元素仍具有放射性 D.α、β和γ三种射线中，γ射线的电离能力最强 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析：不是所有元素都具有天然放射性，故A错误；β射线的实质是高速运动的电子流，γ射线是波长极短、频率极高的电磁波，故B错误；放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故C正确；α、β和γ三种射线中，α射线的电离能力最强，而γ射线的穿透能力最强，故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4.(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 2 3 4 √ √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析：氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，故C错误；由中性原子状态可知，质子数和核外电子数均相同，都是1，故A、B正确；中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，它们三个是同位素，同位素化学性质相同，只是物理性质不同，故D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 5.(2024·长春高二阶段练习)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 D.原子核Th的核内有90个中子 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析：天然放射现象说明原子核内部是有结构的，因此说明了原子核可以再分，故A正确；原子核的电荷数不是它的电荷量，质量数也不是它的质量，故B错误；卢瑟福通过实验发现了质子，查德威克通过实验发现了中子，故C错误；原子核Th的质子数为90，中子数为144，故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 6.放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图所示，其中 (　　) A.C为氦核组成的粒子流 B.A的电离能力最强 C.B的穿透能力最弱 D.B为比X射线波长更长的光子流 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析：根据带电粒子在电场中的受力方向和曲线运动的条件可以判断，C带负电，为β射线，是电子流，故A错误；A带正电，为α射线，是氦核组成的粒子流，电离能力最强，故B正确；B不带电，为γ射线，是一种电磁波，穿透能力最强，故C错误；B比X射线的频率高，比X射线的波长短，故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 7.以下说法正确的是 (　　) A.Au为金核，由此可知，金核的质量数为79，金核的质子数为197 BBe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 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析：Au的质量数为197，质子数为79，A错误；Be的质量数为9，质子数为4，中子数为5，B错误；由于同一元素的两种同位素质子数相同而中子数不同，故质量数不同，C错误，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 8.(多选)目前已知的碳元素共有十五种，由碳⁃8至碳⁃22，最常见的同位素有碳⁃12、碳⁃13和碳⁃14。已知在地球的自然界里，碳⁃12在所有碳元素的含量中占98.93%，碳⁃13则占1.07%。医学当中可以应用碳⁃13呼气实验来检测人体胃中的幽门螺杆菌的含量，在考古当中可以用碳⁃14来进行文物断代。下列关于碳的同位素的说法中正确的是 (　　) A.碳⁃13具有放射性 B.碳⁃13是一种稳定的同位素 C.碳⁃14是一种稳定的同位素 D.除碳⁃12、碳⁃13具有稳定性以外，碳的其他同位素均具有放射性 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析：由题意可知，自然界的碳⁃12占到所有碳元素含量的98.93%，而碳⁃13占到所有碳元素含量的1.07%，两者占有稳定比例，故可知碳⁃12和碳⁃13的总量是稳定的，意味着两者具有稳定性，而碳的其他同位素不稳定，具有放射性，则B、D正确，A、C错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 9.“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明中微子的存在的。一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下面说法正确的是 (　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 A.母核的质量数小于子核的质量数 B.子核的动量与中微子的动量大小相同 C.母核的电荷数小于子核的电荷数 D.子核的动能大于中微子的动能 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析：质量数等于质子数和中子数之和，母核的质子数减少1个但中子数增加1个，说明母核质量数等于子核的质量数，故A错误；一个静止的原子核动量为零，发生“轨道电子俘获”，系统动量守恒仍为零，所以子核的动量与中微子的动量大小相同、方向相反，故B正确；母核失去了一个质子变成子核，因此母核的电荷数大于子核的电荷数，故C错误；子核和中微子的动量大小相等，动量和动能关系为Ek=，因子核质量大于中微子质量，所以子核的动能小于中微子的动能，故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 10.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超重元素。该元素有两种同位素，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? 答案：均为117　均为117　 解析：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 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少? 答案：293　294　 解析：原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故中子数为176的同位素的原子核的质量数为117+176=293，中子数为177的同位素的原子核的质量数为117+177=294。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (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：XX 解析：元素符号一般用X表示，其中A表示质量数，Z表示核电荷数，由前两问可得，中子数为176的同位素的原子核的符号为X，中子数为177的同位素的原子核的符号为X。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 B级——综合应用 11.如图所示是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，下列说法正确的是(　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 A.甲为α射线，它的穿透能力和电离能力都很弱 B.乙为β射线，它的穿透能力和电离作用都较强 C.丙为γ射线，它在真空中的传播速度是3.0×108 m/s D.以上说法都不对 解析：α射线穿透能力很弱，电离作用很强，一张纸就能把它挡住；β射线能贯穿几毫米厚的铝板，穿透能力较强，电离作用较弱；γ射线穿透能力最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板；故甲为α射线，乙为β射线，丙为γ射线；γ射线在真空中的传播速度是3.0×108 m/s，C正确，A、B、D错误。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 12.一天然放射性物质发出三种射线，经过方向如图所示的匀强磁场、匀强电场共存的区域后射到足够大的荧光屏上，荧光屏上只有a、b两处出现亮斑，下列判断中正确的是 (　　) A.射到b处的一定是α射线 B.射到b处的一定是β射线 C.射到b处的可能是γ射线 D.射到b处的可能是α射线 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析：α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，γ射线不受电场力和洛伦兹力，故射到b处的一定不是γ射线，故C错误；α射线和β射线在电场、磁场中受到电场力和洛伦兹力，若电场力大于洛伦兹力，则射到b处的是α射线；若洛伦兹力大于电场力，则射到b处的是β射线，故D正确，A、B错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 13.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，粒子源S产生的各种不同的带正电粒子束(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，设粒子在P上的位置到入口处S1的距离为x。 (1)设粒子质量为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 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案：　 解析：粒子在电场中被加速时，由动能定理得qU=mv2， 进入磁场后洛伦兹力提供向心力，有qvB=， 又x=2r，由以上三式得x=。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (2)氢的三种同位素H、H、H从粒子源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∶∶ 解析：氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由x=知，xH∶xD∶xT=∶∶=1∶∶。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 14.在暗室的真空装置中做如下实验：在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中，有一个能产生α、β、γ三种射线的射线 源。从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射入 电场，如图所示。在与射线源距离为H高处，水平放 置两张叠放着的、涂药面朝下的印相纸(比一般纸厚 且涂有感光药的纸)，经射线照射一段时间后两张印 相纸显影。(已知：mα=4 u，mβ= u，vα=，vβ=c) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (1)上面的印相纸有几个暗斑?各是什么射线的痕迹? 答案：两个暗斑　β射线、γ射线　 解析：因α射线贯穿本领弱，穿过下层纸的只有β射线、γ射线，β射线、γ射线在上面的印相纸上留下两个暗斑。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (2)下面的印相纸显出三个暗斑，试估算中间暗斑到两边暗斑的距离之比。 答案：5∶184　 解析：下面印相纸从左向右依次是β射线、γ射线、α射线留下的暗斑。设α射线、β射线暗斑到中央γ射线暗斑的距离分别为sα、sβ， 则sα=aα·，sβ=aβ·， aα=，aβ=，由以上四式得=。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (3)若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场，一次使α射线不偏转，一次使β射线不偏转，则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少。 答案：10∶1 解析：若使α射线不偏转，则应有qαE=qαvα·Bα， 所以Bα=，同理若使β射线不偏转，应加磁场Bβ=， 故==。 2 3 4 $$