5.1 原子核的组成（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

第1节　原子核的组成 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.知道原子核的组成。 2．了解核力的概念。 1.了解发现质子的实验过程。 2．了解发现中子的实验过程。 　　通过了解原子核内质子和中子的发现过程，体会科学探究的魅力。 [对应学生用书P96] 一、原子核的组成 1．质子的发现(如图所示) 2．中子的发现(如图所示) 3．原子核的组成 由质子和中子组成，它们统称为核子。 4．原子核的符号 二、同位素 1．定义：原子序数(质子数)相同而中子数不同的原子核互称同位素。例如，氢有三种同位素，H、H、H。 2．特点：同位素具有相同的化学性质，某些物理性质不同。 三、核力 1．定义：核子之间的相互作用力称为核力，属于四种基本相互作用中的强相互作用。 2．作用：将原子核中的核子结合在一起，防止原子核在质子间库仑力的作用下而裂开。 请判断下列说法的正误(对的画“√”，错的画“×”)。 (1)卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在。(　　√　　) (2)卢瑟福在实验中发现了中子。(　　×　　) (3)同位素具有相同的物理、化学性质。(　　×　　) (4)核反应方程只要满足质量数、电荷数守恒可以随便写。(　　×　　) (5)原子核的核子数等于质子数。(　　×　　) (6)在元素周期表中处在同一位置上，而质量数不同的元素叫同位素。(　　√　　) 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P97] 探究点一___原子核的组成__同位素 1919年卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一种新的粒子(如图所示)，叫作质子。 [问题设计] (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)说明原子核内除质子外，还有其他粒子存在。 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)同位素指质子数相同、中子数不同的原子核。 (2)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，但它们的中子数不同，所以它们的物理性质不同。 【例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(　　) B　解析：各同位素间的质子数相同，为一定值，同位素的质量数不同，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，整理得N＝A－Z，A－N和N－A图像应该与A轴有截距，A、D错误。 [练1] 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　解析：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个，D正确，A、B、C错误。 探究点二___核力 如图为H和He的原子核结构示意图。 [问题设计] (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？ 提示：(1)核子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)核力是四种基本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10－15 m数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m时表现为引力，距离小于 0.8×10－15 m时表现为斥力，距离超过1.5×10－15 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 ①若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，核力和电磁力都会减小，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。 ②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，所以稳定的原子核中子数要比质子数多。 ③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，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。 【例2】 下列对核力的认识正确的是(　　) A．任何物体之间均存在核力 B．核力广泛存在于自然界中的核子之间 C．核力只存在于质子之间 D．核力只发生在相距1.5×10－15 m内的核子之间 D　解析：由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15 m内的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间，D正确。 [练2] 氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是(　　) A．核力、万有引力、库仑力 B．万有引力、库仑力、核力 C．库仑力、核力、万有引力 D．核力、库仑力、万有引力 D　解析：核力是强相互作用力，氦原子核内的2个质子是靠核力结合在一起的，可见核力远大于库仑力；微观粒子的质量非常小，万有引力小于库仑力。D正确。 [对应学生用书P99] 1．对原子核的组成，下列说法正确的是(　　) A．核力可使一些中子组成原子核 B．核力可使较多的质子组成原子核 C．不存在只有质子的原子核 D．质量较大的原子核内一定有中子 D　解析：由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，A错误；核力不能把较多的质子集聚在一起组成原子核，因为核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核即H，C错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能消弱库仑力，维系原子核的稳定，D正确。 2．现在，科学家们正在设法寻找“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，据此，反α粒子为(　　) A．He B．He C．He D．He D　解析：α粒子是He，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，可知反α粒子为He，A、B、C错误，D正确。 3．(2023·北京昌平高三期末统考)2022年10月，中国科学院近代物理研究所使用兰州重离子加速器与中国超重元素研究加速器装置，成功合成了新核素锕204(89Ac)，锕204的中子数为(　　) A．115 B．89 C．204 D．293 A　解析：新核素锕204的质子数为89，质量数为204，所以中子数为204－89＝115，A正确。 4.Ra是镭Ra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．它们具有相同的核电荷数和不同的质子数 D．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质 A　解析：Ra的质子数与核电荷数均为88，质量数为228，Ra的质子数与核电荷数均为88，质量数为226，两者具有相同的质子数和不同的质量数，A正确，C错误；Ra的原子序数为88，中子数为228－88＝140，Ra的原子序数为88，中子数为226－88＝138，两者具有不同的中子数和相同的原子序数，B错误；原子的核外电子数与核内质子数相等，而核外电子数决定了原子的化学性质，两者质子数相等，则具有相同的核外电子数与化学性质，D错误。 5．(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在所有碳的含量中占98.93%，碳­13则有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 BD　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，而碳的其他的同位素不稳定，具有放射性，B、D正确，A、C错误。 6．用符号表示以下原子核，并说出原子核的质子数、中子数。 (1)α粒子； (2)质量数为14的碳原子核； (3)电荷数为8、质量数为17的氧原子核； (4)质量数为40的钾原子核； (5)电荷数为86、核子数为222的氡原子核。 解析：(1)He；质子数2，中子数2； (2)C；质子数6，中子数8； (3)O；质子数8，中子数9； (4)K；质子数19，中子数21； (5)Rn；质子数86，中子数136。 [课时梯级训练(21)见P192] 学科网（北京）股份有限公司 $$