第5章 1.原子核的组成-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案word（人教版2019）

学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 第五章 原子核 1. 原子核的组成 心养位 1. 了解什么是放射性和放射性元素。2.知道三种射线的本质和特征,会利用带电粒子在电磁 场中的偏转判断射线的电性及种类。3知道原子核的组成,知道原子核的表示方法,理解原 子核的电荷数、质量数,了解同位素。 课前自主学习 一 天然放射现象 1. 天然放射现象的发现 1896年,法国物理学家spl(01)贝克勒尔发现,铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线,它 能穿透黑纸使照相底片stp1(02)感光。 2. 放射性和放射性元素 (1)放射性:物质spI(03)发出射线的性质。 (2)放射性元素:具有supI(04)放射性的元素。 (3)原子序数supl(05)大于83的元素,都能自发地发出射线,原子序数spl(06)小于或等于 83的元素,有的也能发出射线。 二 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 它们是supl(01)带电粒子流;另一束在磁场中sapl(02)不偏转,说明它不带电。人们把这三 束射线分别叫作a射线、B射线和射线。 2. 对三种射线的认识 (1)射线:是a粒子流。a粒子带正电,电荷量是电子的2倍,质量是氢原子的4倍,其组成 与sapl(03)氢原子核相同。a粒子的速度可达到光速的110,其sapI(04)电离作用较强,穿透 1 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D.7xxK.CoT 您身边的互联网+教辅专家 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)B射线:是spl(05)电子流,速度可以接近光速。它的电离作用较弱,穿透能力较强,很 容易穿透黑纸,也能穿透几毫来厚的wpl(06)错板 (3射线:是一种spl(07)电磁波,波长很短的光子,波长在10-10m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srpl(08)铅板和几十厘来厚的混凝土。 3. 射线来自spl(09)原子核,说明supl(10)原子核内部是有结构的 三 原子核的组成 1. 质子的发现 卢瑟福用spl(01)a粒子轰击氢原子核,发现了质子,质子就是氢原子核,用supl(02)p表示 2. 中子的发现 卢瑟福猜想,原子核内存在质量与质子supl(03)相同,但是supl(04)不带电的粒子,叫作中 子,用sap1(05)n表示。卢瑟福的学生sapl(06)查德威克通过实验证实了中子的存在 3. 原子核的组成 原子核由supl(07)质子和中子组成,质子和中子统称为spl(08)核子 4. 原子核的电荷数 原子核所带的电荷总是质子电荷的syl(09)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,用sapI(10)乙表示。 5. 原子核的质量数 原子核的质量几乎等于sapl(11)单个核子质量的整数倍,这个倍数叫作原子核的质量数,用 upl(12)A表示 6. 原子核的符号 AZX,其中X为元素符号,A表示核的sup1(13)质量数,Z表示核的sup1(14)电荷数(即原子 序数)。 7. 同位素 核中sapl(15)质子数相同而spl(16)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sp1(17)同位素。 。课前检测 1.判一判 2 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxK.com 您身边的互联网+教辅专家 (1)天然放射现象说明原子核是可以再分的。( ) (2)g射线、射线、射线都属于电磁波。( ) (③)g粒子其实是高速氢原子核,它具有较高的穿透能力。 ) (4)温度越高,放射性元素发出的射线越强。( ) (5)原子核的电荷数就是电荷量。( ) 提示:(1)V(2)x(3)×(4)×(5)× 2. 想一想 (1)怎样利用电场、磁场判断三种射线的带电性质 提示:让三种射线垂直通过匀强电场,则射线不偏转,说明它不带电;a射线偏转方向和电 场方向相同,说明它带正电;射线偏转方向和电场方向相反,说明它带负电。让三种射线 垂直通过匀强磁场,则射线不偏转,说明它不带电;对a射线和B射线,可根据它们在磁场中 的偏转方向和左手定则确定它们的带电性质 (2)23592U的核子数、质子数和中子数分别是多少? 提示:核子数为235,质子数为92,中子数为143。 课堂探究评价 探究1 天然放射现象及射线的本质 仔细观察下列图片,认真参与“师生互动”。 甲 乙三种射线在磁场中 的运动径迹不同 纸 诏板 混凝土 #77## 线 1 n :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D.7xxK.CoT 您身边的互联网+教辅专家 师生互动 活动1:如图甲是一块铜铀云母矿石,1896年,贝克勒尔发现,铀和含铀的矿物能使黑纸包 裹的照相底片感光,这说明了什么? 提示:说明铀能发出看不见的射线,这种射线能穿透黑纸使照相底片感光。 活动2:实验发现,原子序数大于83的元素都能自发地发出射线。如图乙,铅盒中的放射性 物质发出的射线在磁场中分裂成三束,请问a、B、射线各有什么性质? 提示:根据三种射线在磁场中的偏转情况可知:a射线带正电,B射线带负电,射线不带电。 活动3:经研究发现,a射线就是氢原子核形成的a粒子流,射线是接近光速的电子流,射 线是波长小于10-10m的电磁波。根据图丙所示的实验,三种射线的穿透能力有什么特点 提示:a射线穿透能力最弱,B射线穿透能力较强,射线穿透能力最强。 活动4:实验发现,元素是否发出射线与它是以单质还是化合物的形式存在无关,并且射线 的强度不受温度、外界压强的影响。这说明了什么? 提示:由于元素的化学性质决定于原子核外的电子,这说明射线与核外电子无关,即射线来 自原子核。这说明原子核内部是有结构的。 得 出结论 1. 放射性的特点及研究意义 实验发现,如果一种元素具有放射性,那么,无论它是以单质的形式存在,还是以化合物的 形式存在,都具有放射性。放射性的强度不受温度、外界压强的影响。由于元素的化学性质 决定于原子核外的电子,这就说明射线与这些电子无关,也就是说,射线来自原子核。这说 明原子核内部是有结构的。 2.o、B、三种射线的比较 种类 射线 射线 线 组成 高速粒子流(氢原子核) 高速电子流 光子流(高频电磁波 质量 4m(m-1.67x10-27kg) mp1836 静止质量为零 电荷量 2e 一 0 可达0.1c 速率 可达0.99c 较强,很容易穿透黑纸,也 最强,能穿透几厘米 穿透能力 较弱,用一张纸就能挡住 能穿透几毫米厚的错板 厚的铅板和几十厘米 4 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 厚的混凝土 电离作用 很强 较弱 很弱 在电磁场 偏转 偏转方向与a射线相反 不偏转 中 3.三种射线在电磁场中的运动 (1)垂直进入匀强电场中,y射线不发生偏转,做匀速直线运动,a粒子和粒子沿相反方向做 类平抛运动,如图甲所示。 ### (2)垂直进入匀强磁场中,射线不发生偏转,仍做匀速直线运动,a粒子和粒子沿相反方向 做匀速圆周运动,如图乙所示。 4. 威耳逊云室是一种常用的射线探测装置,射线的电离作用越强,在云室中的径迹越清晰。 实 践提升 例1 天然放射现象通常会放出三种射线,即a射线、射线、射线,关于这三种射线,以下 说法正确的是( ) A. 云室中a射线径迹直而清晰,这是因为a射线具有较强的穿透能力 B. B射线是高速质子流,很容易穿透黑纸,也能穿透几毫米厚的错板 C. 射线是能量很高的电磁波,在电场和磁场中都不偏转,难以用云室观察射线的径迹 D. 用射线照射带正电的验电器,则验电器的张角会变大 [实践探究](1)三种射线的本质分别是什么? 提示:a射线是氢原子核形成的a粒子流,射线是高速电子流,射线是能量很高的电磁波 (2)三种射线的电离本领、穿透能力分别是什么样的? 提示:a粒子的电离作用较强,穿透能力较弱,在空气中只能前进几厘来,用一张纸就能把 它挡住。射线的电离作用较弱,穿透能力较强,很容易穿透黑纸,也能穿透几毫米厚的铅 板。射线的电离作用更弱,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。 _1 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D.7xxK.CoT 您身边的互联网+教辅专家 [规范解答] 由于a粒子的电离本领大,在云室中a射线的径迹直而清晰,故A错误;B射线是 高速电子流,穿透能力较强,很容易穿透黑纸,也能穿透几毫来厚的错板,故B错误;射 线是能量很高的电磁波,因其不带电,所以在电场和磁场中都不偏转,目;射线的电离本领很 小,所以难以用云室观察射线的径迹,故C正确:射线是高速电子流,用射线照射带正 电的验电器,电子与验电器中的正电荷先中和后累积,则验电器的张角会先变小后增大,故 D错误。 [答案]C 阿规律点拨 三种射线的比较方法 (1)知道三种射线带电的性质,a射线带正电、射线带负电、射线不带电。a射线、射线是 实物粒子流,而y射线是光子流,属电磁波的一种。 (2)在电场或磁场中,通过其受力及运动轨迹来判断a和射线,由于射线不带电, 故运动轨 迹一般为直线。 (③)射线穿透能力较弱,B射线穿透能力较强,y射线穿透能力最强,而电离作用相反。 [变式训练1] 如图所示,X为未知放射源,它向右方放出射线,p为一张厚度为0.5mm左 右的薄错箔,铭箔右侧是真空区域,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,再将错箔移开,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( ) 问 { A. 射线和射线的混合放射源 B. 射线和射线的混合放射源 C. B射线和射线的混合放射源 D.射线、射线和射线的混合放射源 答案 B 解析 将强磁场撤去,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射线;a射线穿透能力弱,无法穿透一张纸 6 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D7xxK.Cof 您身边的互联网+教辅专家 射线穿透能力较强,能穿透几毫米厚的错板,射线穿透能力最强,能穿透几厘来厚的铅板 根据题意可知此放射源应是a射线和v射线的混合放射源,故B正确 探究2 原子核的组成 仔细观察下列图片,认真参与“师生互动”。 禽原子核 ,质子 粒子涩{ 粒子 氧原子校 甲a粒子轰击气原子核示意图 元 素周期表 n--r m叫 师生互动 活动1:如图甲,1919年卢瑟福用放射出的a粒子轰击氢原子核,从中打出了一种新粒子, 根据这种粒子在电场和磁场中的偏转,测出其质量和电荷量,发现它就是氢原子核,叫作质 子。后来人们又从氛、钢、错等原子核中打出了质子,这说明了什么? 提示:质子是原子核的组成部分。 活动2:根据图乙元素周期表可知,绝大多数原子核的质量与电荷量的比值都大于质子的相 应比值。原子核中只有质子吗? 提示:如果原子核中只有质子,则所有原子核的质量与其电荷量的比值都等于质子的相应比 值,所以原子核中除质子外,还应该有一种不带电的粒子。 活动3:1932年,查德威克从原子核中打出一种不带电的粒子,称为中子,其质量与质子的 质量近似相等。以图乙中钾原子核为例,试说出原子核的结构 提示:根据图乙的原子序数,钾原子核的电荷量是氢原子核的19倍,所以钾原子核中有19 个质子;而钾原子核的质量约是氢原子核的39倍,又因为中子和质子的质量近似相等,所以 7 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D7xxK.Cof 您身边的互联网+教辅专家 质子数和中子数总和为39,所以核内除有19个质子,还有20个中子。 活动4:根据第四章第3节的内容,原子核的电荷数(原子序数)等于原子核外的电子数,根据 原子核的结构,原子核的电荷数、原子序数、核外的电子数这三个量还等干什么 提示:原子核内的质子数。 活动5:现在我们知道原子核内的质子数决定了它的化学性质,即它是哪种元素。实验发现 同种元素的原子核质量可能有好几种,但质量都近似是质子质量的整数倍,说明了什么? 提示:同一种元素,质子数相同;原子核质量不同,且都近似是质子质量的整数倍,说明这 些原子核含有的中子数不同。 得出结论 1.原子核的组成 原子核是由质子、中子组成的。 原子核半径的数量级为10-15m。 (1)质子:用p表示,电荷量e=+1.6x10-19C,质量m,=1.672621898x10-27kg。卢瑟福通 过实验发现。 (2)中子:用n表示,不带电,质量m.=1.674927471x10-27kg。卢瑟福猜想在原子核内可能 存在中子,其质量与质子相同,但不带电:查德威克通过实验证实 (3)核子:中子的质量与质子的质量非常接近,只比质子质量约大千分之一。质子和中子除了 是否带电的差异以及质量上的微小差别外,其余性质十分相似,而且都是原子核的组成成分 所以统称为核子。 核子数:质子和中子统称为核子,所以质子数和中子数之和叫核子数。 2. 原子核的电荷数和质量数 (1)电荷数(乙):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。 (2)质量数(A):原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和,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。 3. 原子核的符号和相关数量关系 (1)符号:原子核常用符号A乙X表示,X为元素符号,上角标A表示核的质量数,下角标Z 表示核的电荷数(即原子序数)。 _ :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D.7xxK.CoT 您身边的互联网+教辅专家 (2)相关数量关系:电荷数(Z)一质子数一元素的原子序数一核外电子数(中性原子) 质量数(4)一核子数一质子数+中子数。 4. 同位素: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 而决定了元素的化学性质,因此,同种元素的原子,质子数相同,核外电子数也相同,所以 有相同的化学性质,但它们的中子数可能不同,所以它们的物理性质不同。这些核中质子数 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。 实践提升 例2 已知的原子序数是88,原子核质量数是226。试问: (1)核中质子数和中子数分别是多少? (2)核的电荷数和所带电荷量分别是多少? (3)若原子呈中性,它核外有多少电子? (4)22888Ra是的一种同位素,让22688Ra核和22888Ra核以相同速度垂直射入磁感应强度 为B的匀强磁场中,它们运动的轨道半径之比是多少? [实践探究](1)原子核各数值之间有何关系? 提示:核子数一中子数+质子数,原子序数一核电荷数一质子数一核外电子数(中性原子)。 (2)带电粒子在磁场中运动时有什么规律 提示:F=qvB=n2r,r-mvqB [规范解答] (1)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N-A一Z-226-88-138。 (2)核的电荷数和所带电荷量分别是z-88,0=Ze=88x1.6x10-19C=1.41x10-17C (3)核外电子数等于核电荷数,故核外电子数为88。 (4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力充当向心力,故有qvB一mv2r,,一mvqB 。两原子核具有相同的电荷数,但质量数不同,故,226r228一226228一113114。 [答案](1)88 138 (2)881.41x10-17C (③)88 (4)113114 回规律点拨 原子核的“数”与“量”辨析 9 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D7xxK.Cof 您身边的互联网+教辅专家 (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,核内的质子数叫作核电荷数,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。原子核内质子数和中子数的总 和明作核的质量数,原子核的质量可粗略认为等于质子和中子的质量的总和 [变式训练2] 说出以下原子核的质子数、中子数: (1)40;(2)6629Cu;(③)14058Ce。 答案(1)20 20(2)29 37(3)58 82 解析(1)40的原子序数为20,即电荷数为20,质子数为20,则中子数为40-20-20。 (2)6629Cu的电荷数为29,所以质子数为29,则中子数为66-29-37。 (3)14058Ce的电荷数为58,所以质子数为58,则中子数为140一58-82。 课后课时作业 A组合格性水平训练 1.(天然放射现象、同位素)(多选)下列说法正确的是( ~ A.贝克勒尔最早发现天然放射现象 B. 只有原子序数大于83的元素才能自发地发出射线 C. 射线是一种电磁波,可见光也是电磁波,所以能看到y射线 D. 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,因而互称同位 素 答案 AD 解析 原子序数小于或等于83的元素有一些也具有放射性,B错误;射线不可见,C错误 故选A、D。 2.(天然放射现象的意义)发现天然放射现象的意义在于使人类认识到( _~ A. 原子具有一定的结构 B. 原子核具有复杂的结构 C. 原子核中含有质子 D. 原子核中含有质子和中子 答案 B 10