第5章 1.原子核的组成-【名师导航】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步讲义(人教版)

1．原子核的组成 1．了解放射性现象和放射性元素。 2．知道三种射线的特性，了解原子核的组成，会正确书写原子核符号。 3．通过对原子核结构的探究，感悟探索微观世界的研究方法，强化证据意识和推理能力。 　天然放射现象　射线的本质 1．天然放射现象 (1)1896年，法国物理学家贝克勒尔发现某些物质具有放射性。 (2)①放射性：物质发出射线的性质。 ②放射性元素：具有放射性的元素。 ③天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象。 (3)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。 (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)。 2．射线的本质 (1)α射线：实际上就是氦原子核，速度可达到光速的，其电离能力强，穿透能力较差，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 (2)β射线：高速电子流，它速度很大，可达光速的99%，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)γ射线：呈电中性，是能量很高的电磁波，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和几十厘米厚的混凝土。 提醒：三种射线的穿透能力示意图 如图所示为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图。 【问题】 (1)α射线向左偏转，β射线向右偏转，γ射线不偏转，说明了什么？ (2)α粒子的速度约为β粒子的速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径说明了什么？ 提示：(1)说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电。 (2)α粒子的速度小于β粒子的速度，根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r＝可知，α粒子的比荷比β粒子的比荷小。 1．三种射线的性质、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× 10-27 kg) 静止质 量为零 速度 0.1c 0.99c c 在电磁场中 偏转 与α射线 偏转反向 不偏转 贯穿本领 最弱，用纸 能挡住 较强，穿透 几毫米厚 的铝板 最强，穿透 几厘米厚 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 2．三种射线在电场和磁场中的偏转 (1)在匀强电场中，γ射线不发生偏转，做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，β粒子的偏移大，如图所示。 位移x可表示为x＝at2＝·)2∝， 所以，在同样条件下β粒子与α粒子偏移之比为＝≈37。 (2)在匀强磁场中，γ射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径小，如图所示。 根据qvB＝得R＝∝， 所以，在同样条件下β粒子与α粒子的轨道半径之比为＝≈。 3．元素的放射性 如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响。也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关。因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着一定结构。 【典例1】　(多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，如图所示表示射线偏转情况正确的是(　　) A　　　　　B　　　　C　　　　D AD　[已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动所受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中所受电场力方向，可知A、B、C、D四幅图中，α、β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断。带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r＝，将其数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比为＝··＝≈370.9，由此可见，A项正确，B项错误；带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有x＝v0t，y＝·t2，消去t可得y＝，对某一确定的x值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比为＝＝≈0.027，由此可见，C项错误，D项正确。] [跟进训练] 1．(2022·陕西西安高二下期末)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 D　[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，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，D正确，A、B错误。] 　原子核的组成 1．质子的发现：1919年，卢瑟福用α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：核中质子数相同而中子数不同的原子，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、、。 1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，如图所示为α粒子轰击氮原子核的示意图。 【问题】 (1)人们用α粒子轰击多种原子核，都打出了质子，说明了什么问题？ (2)绝大多数原子核的质量数都大于其质子数，说明了什么问题？ 提示：(1)说明质子是原子核的组成部分。 (2)说明原子核中除了质子外还有其他粒子。 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：。 (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、不同中子数的原子互称为同位素。 【典例2】　(多选)是的一种同位素，对于这两种镭的原子而言，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 思路点拨：理解原子核的书写格式，明确核子数、质子数、电荷数、核外电子数以及中子数之间的关系，是分析判断此类问题的关键。 AC　[原子核的原子序数与核内质子数、电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和。由此可知这两种镭的原子，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，因它们的核外电子数相同，故它们的化学性质也相同。正确选项为A、C。] [跟进训练] 2．2018年3月30日，在清华大学礼堂将分量最重的“影响世界华人大奖”终身成就奖颁发给隐姓埋名40年的百岁老人“中国核司令”——程开甲。原子核所含的核子数、中子数、质量数分别为(　　) A．222　136　86　 B．222　136　222 C．136　86　222 D．136　86　136 B　[原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子。的原子序数为86，即质子数为86；222为质量数，也是核子数；中子数等于质量数减去质子数，即222－86＝136。故B正确。] 1．(2022·湖南邵阳期末)下列事实中，能说明原子核具有复杂结构的是(　　) A．α粒子散射实验 B．天然放射现象 C．光电效应现象 D．原子发光现象 B　[卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，A错误；贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有着复杂的结构，揭示了原子核还可再分，B正确；光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及原子核的变化，C错误；原子发光是原子跃迁形成的，没有涉及原子核的变化，D错误。] 2．(2022·山东济南莱芜一中月考)以下来自原子核内的不带电的射线是(　　) A．β射线 B．α射线 C．γ射线 D．X射线 C　[β射线本质是来自原子核内的高速电子流，带负电，故A错误；α射线本质是来自原子核内的高速氦核流，带正电，故B错误；γ射线本质是来自原子核内的高速光子流，不带电，故C正确；X射线不是来自原子核内的射线，故D错误。] 3．(多选)氢有三种同位素，分别是氕()、氘()、氚()，则下列说法正确的是(　　) A．它们的质子数相等 B．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 ABD　[氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都是1，A、B正确，C错误；同位素化学性质相同，只是物理性质不同，D正确。] 4．研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示。两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出，放射源到A、B两金属板的距离相同。则(　　) A．a为电源正极，到达A板的为α射线 B．a为电源正极，到达A板的为β射线 C．a为电源负极，到达A板的为α射线 D．a为电源负极，到达A板的为β射线 B　[从题图中可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A板的粒子的竖直位移小于到达B板的粒子的竖直位移，粒子在竖直方向做匀速直线运动，粒子在水平方向的加速度a＝，α粒子的比荷远小于β粒子的比荷，则α粒子的加速度小，偏转效果弱，所以到达B板的为α粒子；因α粒子带正电，向右偏转，说明电场方向水平向右，那么a为电源正极。故B正确。] 回归本节知识，自我完成以下问题： 1．在α、β、γ三种射线中，哪种电离作用最强？哪种贯穿本领最大？哪种是电磁波？哪种带正电？ 提示：α射线；γ射线；γ射线；α射线。 2．原子核的符号是，核电荷数、中子数与A、Z间有哪些数量关系？ 提示：①核电荷数＝质子数(Z)＝核外电子数； ②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数。 3．什么是同位素？ 提示：具有相同质子数，不同中子数的原子核。 课时分层作业(十八) 题组一　天然放射现象　射线的本质 1．下列说法正确的是(　　) A．玛丽·居里发现了天然放射现象 B．天然放射现象说明原子是可以分割的 C．原子序数大于83的元素都具有放射性 D．温度越高，放射性元素的放射性就越强 C　[贝克勒尔发现了天然放射现象，A错误；电子的发现说明原子是可以再分的，天然放射现象说明原子核内部是有结构的，B错误；原子序数大于83的元素都具有放射性，C正确；放射性元素的放射性由原子核内部因素决定，与温度无关，D错误。] 2．已知某病人拍摄的CT胸片如图所示，患病处的密度与其他部分不同，片中显示为白斑。拍摄CT片，利用穿透能力与密度有关的是(　　) A．无线电波 B．红外线 C．X射线 D．紫外线 C　[CT及透视是利用X射线的穿透能力，而无线电波波长较长，常用于通信，红外线具有热效应，而紫外线用于杀菌消毒，故C正确，A、B、D错误。] 3．如图所示，x为某个未知放射源，它向右方放出射线，p为一张厚度为0.5 mm左右的薄铝箔，铝箔右侧是一真空区域，内有较强磁场，q为荧光屏，h是观察装置。实验时，若将磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，再将铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，则可知放射源x可能为(　　) A．α射线和β射线的混合放射源 B．α射线和γ射线的混合放射源 C．β射线和γ射线的混合放射源 D．α射线、β射线和γ射线的混合放射源 B　[将磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，说明磁场对穿过p的射线粒子没有影响，可知射到屏上的是不带电的γ射线；再将厚0.5 mm左右的薄铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，说明除接收到γ射线外，又收到了原来被薄铝箔p挡住的射线，而厚度为0.5 mm左右的铝箔能挡住的只有α射线，所以此放射源应是α射线和γ射线的混合放射源。故B正确。] 4．在轧制铅板时需要动态地监测铅板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图所示。该装置中探测器接收到的是(　　) A．X射线　　　 B．α射线 C．β射线 D．γ射线 D　[放射源所能发出的三种射线中，γ射线的穿透本领最强，且只有γ射线能够穿透铅板，所以该装置中探测器接收到的是γ射线，故D正确。] 5．(多选)(2022·河南开封五县高二上联考)如图所示，铅盘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(未画出)，则下列说法正确的有(　　) A．打到图中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 AC　[由左手定则知正电荷向上偏，负电荷向下偏，不带电的γ射线不偏转，所以打在题图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线，故A正确；α射线和β射线受的洛伦兹力与粒子速度方向垂直，轨迹是圆弧，故B错误，C正确；若使射线均打在一处，则粒子所受洛伦兹力等于电场力，屏上亮斑只剩下b点，此时α射线与β射线速度相等且满足＝，但实际上α射线的速度小于β射线的速度，故亮斑不可能只剩下b，故D错误。] 题组二　原子核的组成 6．(2022·河南濮阳高二下期末)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．核内有82个电子、125个中子 C．核内有82个质子、207个中子 D．核内有82个质子、207个核子 D　[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，则核外电子数为82个，根据质量数(核子数)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，故D正确。] 7．(多选)下列说法正确的是(　　) A．与互为同位素 B．与互为同位素 C．与中子数相同 D．核内有92个质子，235个中子 BC　[A错：核与核的质子数不同，不能互为同位素。B对：与核质子数都为m，而质量数不同，则中子数不同，所以互为同位素。C对：核内中子数为核内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同。D错：核内有143个中子，而不是235个中子。] 8．一种元素的同位素的质量数(A)与中子数(N)的关系可用下列各选项中A-N图像来表示的是(　　) A　　　　　　　　　B C　　　　　　　　　D C　[同位素的质子数相同，中子数不同，而质量数等于质子数与中子数之和，设质子数为M，则有A＝N＋M，故C正确。] 9．如图所示为查德威克实验示意图，由天然放射性元素钋(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　[用放射源钋的α射线轰击铍时，能发射出一种穿透能力极强的中性射线，这就是所谓铍“辐射”，即中子流，中子轰击石蜡，将氢中的质子打出，即形成质子流，所以A为中子，B为质子，A正确。] 10．(多选)如图所示，在有小孔的铅盒里放有能连续放出α、β、γ三种射线的放射性元素，放出的三种射线都打在对面屏M上的A点，要使三种射线分开，分别打在屏上的A、B、C三点(其中B到A的距离大于C到A的距离)，可采取的措施是在屏与孔之间加上(　　) A．垂直于纸面向里的匀强磁场 B．垂直于纸面向外的匀强磁场 C．水平向右的匀强电场 D．水平向左的匀强电场 BC　[若加垂直于纸面向外的匀强磁场，β射线向左偏转，α射线向右偏转，根据qB＝有R＝，β射线的比荷与α射线的比荷满足≫，而二者的速度相差不是太大，根据R＝式得Rβ<Rα，由几何知识得偏距AB>AC，B符合题意；反之，若加垂直于纸面向里的匀强磁场，β射线向右偏转，α射线向左偏转，AC>AB，A不符合题意；若加水平向右的匀强电场，α射线向右偏转，β射线向左偏转，AB＝，AC＝，因为和相差不是太大，所以AB>AC，C符合题意；反之，若加水平向左的匀强电场，D不符合题意。] 11．茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对航天员构成了很大的威胁。现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)： (1)在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的办法除去α射线？ (2)余下的这束β和γ射线经过如图所示的一个使它们分开的磁场区域，请画出β和γ射线进入磁场区域后轨迹的示意图。 (3)用磁场可以区分β和γ射线，但不能把α射线从γ射线束中分离出来，为什么(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8 000倍，α射线速度约为光速的，β射线速度约为光速)? [解析]　(1)由于α射线贯穿能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线。 (2)如图所示。 (3)根据R＝，对α射线有R1＝ 对β射线有R2＝，故＝＝400 α射线穿过此磁场时，半径很大，几乎不偏转，故与γ射线无法分离。 [答案]　见解析 14/14 学科网（北京）股份有限公司 $$