5.1 原子核的组成（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册同步学案（人教版）

本讲义聚焦原子核的组成这一核心知识点，从天然放射现象的发现切入，系统梳理α、β、γ三种射线的组成、速度及穿透与电离特性，进而探究原子核由质子和中子构成的结构及同位素概念，通过自我诊断、问题探究等学习支架帮助学生构建知识脉络。 该资料以科学探究为主线，通过“问题探究”引导学生分析射线发现历程，结合电磁场中射线偏转实验培养科学推理能力，体现科学思维要素。自我诊断与针对训练设计，课中辅助教师突破重难点，课后助力学生查漏补缺，强化物理观念与科学态度。

　原子核 5.1　原子核的组成 学习 目标 1.能说出什么是放射性现象和放射性元素。2.能说出三种射线的特性，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。 一、天然放射现象 1.1896年，法国物理学家贝克勒尔发现铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线。 2.物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象，叫作天然放射现象。 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。 二、射线的本质 1.α射线 （1）是高速粒子流，其组成与氦原子核相同。 （2）速度可达到光速的。 （3）电离作用强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 2.β射线 （1）是高速电子流。 （2）它的速度更大，可达光速的99%。 （3）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铝板。 3.γ射线 （1）是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10 m以下。 （2）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。 三、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。 2.中子的发现：卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子，查德威克通过实验证实了中子的存在，中子是原子核的组成部分。 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，它们互称为同位素．例如，氢有三种同位H、H、H。 [自我诊断] 1.判断下列说法的正误 （1）法国的玛丽·居里发现了天然放射现象。（ × ） （2）原子序号大于83的元素都能自发地发出射线。（ √ ） （3）α射线实际上是氦核流，β射线是电子流，α射线比β射线的穿透能力更强。（ × ） （4）γ射线是能量很高的电磁波，穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板。（ √ ） （5）原子核的电荷数指核内的质子数，也等于这种元素的原子序数。（ √ ） 2.有关O、O、O三种同位素的比较，试回答下列问题： （1）三种同位素中哪一种粒子数是不相同的？　　　　。 A.质子　　B．中子　　C．核外电子 （2）三种同位素中，哪一个质量最大？　　　　　。 （3）三种同位素的化学性质是否相同？　　　　　。 答案：（1）B　（2）O　（3）相同 一、射线的本质 [问题探究] 1896年，法国物理学家贝克勒尔首先发现了天然放射现象。 试探究：（1）贝克勒尔是根据什么发现的天然放射现象？ （2）贝克勒尔以后又是谁发现了两种更强的放射性元素？ 提示：（1）贝克勒尔是根据铀和含铀的矿物质能使用黑纸包住的照相底片感光，发现了天然放射现象。 （2）后来玛丽·居里和她丈夫皮埃尔·居里发现了钋、镭两种放射性元素。 [知识深化] 1.α、β、γ射线性质、特征比较 射线 种类 组成 速度 贯穿本领 电离 作用 α射线 α粒子是氦 原子核He 约c 很小，一张薄纸就能挡住 很强 β射线 β粒子是高 速电子流e 接近c 很大，能穿过几毫米厚的铝板 较弱 γ射线 波长很短 的电磁波 等于c 最大，能穿过几厘米厚的铅板 更弱 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＝·∝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 ＝××＝。 　（多选）如图所示，铅盒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，则下列说法中正确的有（　　） A．打在图中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 解析：选AC　由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中带正电的α粒子受的洛伦兹力向上，带负电的β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧，而γ射线不带电，做直线运动，故B错误，A、C正确；如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场时，由于α粒子速度约是光速的，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，故D错误。 三种射线的比较方法 （1）知道三种射线带电的性质，α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电。α、β是实物粒子，而γ射线是光子流，属于电磁波的一种。 （2）在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断α和β射线，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线。 （3）α射线穿透能力较弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强。　　 [针对训练] 1.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.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 解析：选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板粒子的竖直位移小于到达B板粒子的竖直位移，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射线。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项正确，A、C、D三项错误。 二、原子核的组成 [问题探究] 　（1）1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出了一种粒子，并测定了它的电荷与质量，它的电荷量为一个单位，质量也为一个单位，卢瑟福将其命名为质子。以后，人们用轰击多种原子核的方法，都打出了质子，说明什么问题？ （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？ 答案：（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。 [知识深化] 1.原子核的大小、组成和同位素 2.原子核的符号和数量关系 （1）符号：X （2）基本关系：电荷数（Z）＝质子数＝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.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核子数。 （2）电荷数（Z）：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，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，这个倍数叫作原子核的质量数。 4.同位素 （1）同位素指质子数相同、中子数不同的原子核组成的元素。 （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。 　（多选）Ra是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 解析：选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。 　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。 原子核符号的书写的一般步骤 （1）确定原子核的元素符号X。 （2）确定原子核的电荷数，即核内的质子数，也就是这种元素的原子序数Z。 （3）确定原子核的质量数，即核内的核子数（质子数＋中子数）A。如铀→原子序数92→电荷数92→质子数92；质量数235→质子数与中子数之和为235。核子数为235，核内中子数为235－92＝143。符号表示U。 原子核通式为X。 其中X为元素符号，Z为电荷数，A为质量数。　　 1.（多选）下列哪些现象能说明射线来自原子核（　　） A．三种射线的能量都很高 B．射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响 C．元素的放射性与所处的化学状态（单质、化合物）无关 D．α射线、β射线都是带电的粒子流 解析：选BC　能说明射线来自原子核的证据是元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关，B、C正确。 2.如图所示，铅盒中的放射性物质从小孔中不断向外辐射含有α、β、γ三种射线的放射线（α射线的速度为0.1c，β射线的速度约为0. 99c），空间未加电场和磁场时，右边荧光屏M上仅在其中心O处有一光斑，若在该空间施加如图所示的互相垂直的匀强电场和匀强磁场后，荧光屏上显示出了两个亮点，关于此时各种射线在荧光屏上的分布情况，以下说法正确的是（　　） A．可能是α、γ射线打在O点，β射线打在O点上方的某一点 B．可能是α、γ射线打在O点，β射线打在O点下方的某一点 C．可能是β、γ射线打在O点，α射线打在O点上方的某一点 D．可能是β射线打在O点，α、γ射线打在O点下方的某一点 解析：选B　由于γ射线不带电，因此一定打在O点处，虽然α带正电、β带负电，但它们受到的电场力与洛伦兹力方向相反，因此当α射线打到O点时，即此时α射线所受的电场力等于洛伦兹力，由于α射线的速度为0.1c，β射线的速度约为0.99c，因此β射线所受的洛伦兹力大于电场力，所以β打到O点的下方，故A、D错误，B正确；当β、γ射线打在O点，则β射线所受到的电场力与洛伦兹力相等，由于α射线的速度小于β射线，因此α射线受到的电场力大于洛伦兹力，则打在O点下方的某一点，故C错误。 3.以下说法正确的是（　　） A．Rn为氡核，由此可知，氡核的质量数为86，氡核的质子数为222 B．Be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 解析：选D　A项氡核的质量数为222，质子数为86，所以A错误；B项铍核的质量数为9，中子数为5，所以B错误；由于质子数相同而中子数不同的原子核互称为同位素，即它们的质量数不同，因而C错误，D正确。 4.已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226，试问： （1）镭核中质子数和中子数分别是多少？ （2）镭核的核电荷数和所带的电荷量分别是多少？ （3）若镭原子呈中性，它核外有几个电子？ （4）Ra是镭的一种同位素，让Ra和Ra以相同的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？ 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）镭核的电荷数和所带电荷量分别是Z＝88，Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C≈1.41×10－17 C。 （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，洛伦兹力提供向心力，故有qvB＝m，r＝。 两原子核具有相同的电荷数，但质量数不同， 故＝＝。 答案：（1）88　138　（2）88　1.41×10－11C　（3）88　（4） 学科网（北京）股份有限公司 $