5.1 认识原子核 课件 -2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦“认识原子核”，系统涵盖天然放射现象、三种射线性质、原子核组成、同位素及核反应规律，从放射性发现切入，结合居里夫妇贡献引出射线探究，再通过质子中子发现历程，构建从现象到本质的知识脉络，为学生提供清晰学习支架。 其亮点在于以物理观念为核心，融合科学思维，通过“重难探究”中磁场射线轨迹分析，结合洛伦兹力公式推导比荷关系培养科学推理，“易错辨析”“即学即用”强化概念辨析，典例与高考题结合提升应用能力。助力学生深化物理观念，提升科学思维，教师可借助结构化资源高效实施教学。

第5章　原子核与核能 第1节　认识原子核 课标要求 1.知道什么是放射性及放射性元素。(物理观念) 2.了解三种射线的本质,知道其特点。(物理观念) 3.了解原子核的组成,知道原子核的表示方法,理解原子序数、核电荷数、质量数之间的关系。(物理观念) 4.了解同位素的概念。(物理观念) 基础落实·必备知识全过关 一、天然放射现象的发现 1.物质能自发地放出　　　　的现象称为天然放射现象。物质放出 　　　　的这种性质,称为放射性。具有放射性的元素,称为放射性元素。  2.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,即 　　　和　　　　　。  射线 射线 钋(Po) 镭(Ra) 二、认识三种放射线 1.α射线:是高速运动的　　　　　　粒子流,射出的速率可达到0.1c,α射线有很强的　　　　作用,很容易使空气电离,使照相底片感光的作用增强,但它的　　　能力很弱,在空气中只能飞行几厘米,用__________________　　　　　　　　　　　　　就能将它挡住。  2.β射线:是　　　　　　　　　　　,射出的速率可达0.99c,穿透能力较强,能穿透几毫米厚的铝板,但　　　　作用较弱。  3.γ射线:是波长很短的电磁波,　　　　　　很强,能穿透几厘米厚的　　　　,但电离作用很弱。  氦原子核 电离 穿透 一张铝箔或一张薄纸 高速运动的电子流　 电离 穿透能力 铅板 三、质子和中子的发现 1.质子的发现:1919年,卢瑟福用　　　　　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近,但 　　　　　的粒子,称为中子。查德威克利用云室进行实验验证了______　　　　的存在,中子是原子核的组成部分。  中子 α粒子 不带电 四、原子核的组成 1.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　　　　。  2.原子核的符号 3.同位素:具有相同　　　　　　、不同　　　　　　的原子核互称同位素。例如,氢有3种同位素 。  核子 质子数 中子数 4.核反应:在核物理学中,原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程称为核反应,用原子核符号描述核反应过程的式子称为核反应方程。核反应中,质量数和核电荷数守恒,即核反应后的质量数等于核反应前的质量数,核反应后的核电荷数等于核反应前的核电荷数。 卢瑟福发现质子的核反应:　　　　　　　　　　　　　　　　　　;  查德威克发现中子的核反应:　　　　　　　　　　　　　　　　。  易错辨析 判一判 (1)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。(　　) (2)γ射线是能量很高的电磁波,电离作用很强。(　　) (3)质子和中子都不带电,是原子核的组成成分,统称为核子。(　　) (4)原子核的电荷数就是核内的质子数,也就是这种元素的原子序数。 (　　) √ × 提示 γ射线是能量很高的电磁波,电离作用很弱。 × 提示 质子带正电。 √ (5)同位素具有不同的化学性质。(　　) (6)α射线实际上就是氦原子核,α射线具有较强的穿透能力。(　　) × 提示 同位素具有相同的化学性质。 提示 α射线具有较强的电离能力,但它的穿透能力很弱。 × 即学即用 练一练 以下说法正确的是(　　) 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 D 解析 钍核的质量数为234,质子数为90,所以A错误;铍核的质子数为4,中子数为5,所以B错误;由于同位素是指质子数相同而中子数不同,即质量数不同,因而C错误,D正确。 重难探究·能力素养全提升 探究点一　对三种射线性质的理解 导学探究 如图所示为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图。 (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什么问题? 要点提示 (1)说明α射线带正电,β射线带负电,γ射线不带电。 知识归纳 α、β、γ三种射线的比较 　本质不同 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) 质量 4mp(mp=1.67×10-27 kg) 静止质量为零 带电荷量 2e -e 0 速率 0.1c 0.99c c 种类 α射线 β射线 γ射线 穿透能力 最弱,用一张纸就能挡住 较强,能穿透几毫米厚的铝板 最强,能穿透几厘米厚的铅板 电离作用 很强 较弱 很弱 在电磁场中 偏转 与α射线反向偏转 不偏转 典例剖析 能力点1　对射线性质的比较 【例题1】如图所示,R是一种放射性物质,虚线框内是匀强磁场B,LL'是一厚纸板,MN是荧光屏。实验时,发现在荧光屏O、P两处有亮斑,则下列关于磁场方向、到达O点的射线、到达P点的射线的判断,与实验相符的是(　　) 选项 磁场方向 到达O点射线 到达P点射线 A 竖直向上 β射线 α射线 B 竖直向下 α射线 β射线 C 垂直纸面向内 γ射线 β射线 D 垂直线面向外 β射线 γ射线 C 解析 (比较法)由三种射线的本质知,γ射线在磁场中不偏转,O处亮斑为γ射线;能穿过厚纸板且在磁场中发生偏转的射线为β射线,再根据偏转方向,结合左手定则可知磁场方向垂直纸面向内,正确选项为C。 对点演练 1.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 C 解析 由三种射线的本质和性质可以判断:在放射源和计数器之间加上铝片后,计数器的计数率大幅度减小,说明射线中有穿透力很弱的粒子,即α粒子;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,说明穿过铝片的粒子中无带电粒子,故只有γ射线。因此放射源可能是α和γ的混合放射源。 能力点2　三种射线在电磁场中偏转情况的分析 【例题2】　(多选)原子和原子核物理是从射线的研究开始的,如图所示,放射性元素镭衰变过程中释放α、β、γ三种射线(其中α、β速度分别为0.1c、0.99c,质量分别为4mp、 ,电荷量分别为+2e、-e),让三种射线分别进入匀强磁场B和匀强电场E中,下列表示射线偏转情况正确的是(　　) AD 解析 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受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向,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 C 对点演练 2.(2025重庆北碚高三上期中)如图所示在铅制盒子中存放有放射性元素铀,射线只能从盒子右侧面上的小孔射出,形成细细的一束。在射线经过的区域施加垂直于纸面向外的匀强磁场,发现射线分成了1、2和3三束,则(　　) A.射线1带负电 B.射线2为γ射线,电离能力最强 C.射线3的粒子与光电效应现象中从金属板中 逸出的带电粒子是同一种粒子 D.三束射线的穿透能力相同 解析 根据左手定则判断粒子所受洛伦兹力的方向特性可知,射线1向下偏转带正电,所以为α射线,射线2不偏转不带电,所以为γ射线,射线3向上偏转带负电,所以为β射线,由以上分析可知,射线1为α射线,带正电,A错误;射线2为γ射线,电离能力很弱,B错误;射线3为β射线,带负电,光电效应现象中从金属板中逸出的为核外电子,带负电,二者为同一种粒子,C正确;三束射线穿透能力不同,2最强,3比较强,1最弱,D错误。 探究点二　原子核的组成 导学探究 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粒子轰击氮原子核示意图。 (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? 要点提示 (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。 知识归纳 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。 4.核反应 (1)质量数守恒。 (2)核电荷数守恒。 典例剖析 【例题3】　已知镭的原子序数是88,原子核的质量数是226。试问: (1)镭核中有几个质子、几个中子? (2)镭核所带电荷量是多少? (3)若镭原子呈现中性,它核外有几个电子? 答案 (1)88　138　(2)1.408×10-17 C　(3)88 (4)113∶114 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N=A-Z=226-88=138。 (2)镭核所带电荷量 Q=Ze=88×1.6×10-19 C=1.408×10-17 C。 (3)镭原子呈中性,则核外电子数等于质子数,故核外电子数为88。 规律方法　原子核的“数”与“量”的辨析技巧 (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作核的质量数,原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。 对点演练 3.(2023全国甲卷)在下列两个核反应方程中 X和Y代表两种不同的原子核,以Z和A分别表示X的电荷数和质量数,则 (　　) A.Z=1,A=1 B.Z=1,A=2 C.Z=2,A=3 D.Z=2,A=4 D 解析 设Y的核电荷数为Z1,质量数为A1,由质量数守恒和核电荷数守恒得A+14=A1+17,Z+7=Z1+8,A1+7=2A,Z1+3=2Z,解得Z=2,A=4,选项D正确。 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 4 5 1.关于三种射线的说法正确的是(　　) A.γ射线就是中子流 B.α射线有较强的穿透能力 C.电离作用最强的是γ射线 D.β射线是高速电子流 D 解析 γ射线是高频率的电磁波,它是伴随α或β衰变放出的,故A错误;三种射线中穿透能力最强的是γ射线,α射线穿透能力最弱,电离作用最强的是α射线,γ射线电离作用最弱,故B、C错误;β射线是原子核内的中子变为质子时放出的电子,是高速的电子流,故D正确。 6 1 2 3 4 5 分别表示(　　) A.4为核子数,2为中子数 B.4为质子数和中子数之和,2为质子数 C.4为核外电子数,2为中子数 D.4为中子数,2为质子数 B 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 3.(2025安徽卷)2025年4月,位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行,标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核Th)俘获x个中子n),共发生y次β衰变,转化为易裂变的铀核U),则(　　) A.x=1,y=1 B.x=1,y=2 C.x=2,y=1 D.x=2,y=2 B 6 1 2 3 4 5 解析 根据题意可知,钍核Th)每俘获1个中子质量数加1,核电荷数不变,每发生一次β衰变,质量数不变,核电荷数加1,钍核Th)变成铀核U),质量数加1,核电荷数加2,则俘获1个中子,发生2次β衰变,即x=1,y=2,故B正确。 6 1 2 3 4 5 生β衰变产生的电子可以全部定向移动,在3.2×104 s时间内形成的平均电流为5.0×10-8 A。已知电子电荷量为1.6×10-19 C,在这段时间内发生β衰变 A.5.0×1014 B.1.0×1016 C.2.0×1016 D.1.0×1018 B 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 5.(2021全国甲卷)如图所示,一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数为(　　) A.6 B.8 C.10 D.14 A 6 1 2 3 4 5 6.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,则a为电源　　　　极,到达A板的为　　　　。  正 　β射线 6 解析 β射线为高速电子流,质量约为质子质量的 ,速度接近光速;α射线为氦核流,速度约为光速的 。在同一电场中,β射线的偏转程度大于α射线的偏转程度,由题图知,向左偏的为β射线;因β射线带负电,说明电场方向水平向右,a为电源正极。 1 2 3 4 5 6 H HeNO HeBeCn ATh为钍核,由此可知,钍核的质量数为90,钍核的质子数为234 BBe为铍核,由此可知,铍核的质量数为9,铍核的中子数为4 (2)根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r=可知,α粒子的应大于β粒子的,即α粒子的比荷较小。 mp 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=371.7,由此可见,A正确,B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,由此可见,C错误,D正确。 1.原子核(符号X) (4Ra是镭的一种同位素,让Ra和Ra以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中,它们运动的轨迹半径之比是多少? (4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力,故有qvB=m,两种同位素具有相同的核电荷数,但质量数不同,故。 XNYO YLi2X 2.在α粒子轰击金箔的散射实验中,α粒子可以表示为HeHe中的4和2 解析 根据X所表示的物理意义,原子核的质子数决定核外电子数,原子核的核电荷数就是核内的质子数,也就是这种元素的原子序数。原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和,即为核内的核子数。 He符号左下角的2表示的是质子数或核外电子数He符号左上角的4表示的是核子数,故选项B正确。 4.氚核H发生β衰变成为氦核He。假设含氚材料中H发 的氚核H的个数为(　　) 解析 氚核的衰变方程为HHee,根据电流的定义式得,q=It=5.0×10-8×3.2×104 C=1.6×10-3 C,发生衰变的氚核个数n=个=1.0×1016个,选项A、C、D错误,选项B正确。 解析 设发生了m次α衰变,n次β衰变,可写出核反应方程XY+H+e,根据质量数守恒92+146=82+124+4m,解得m=8;根据核电荷数守恒92=82+16-n,解得n=6。故选A。 $