第五章 1.原子核的组成 -【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册教用Word（人教版）

本讲义聚焦原子核的组成这一核心知识点，从天然放射现象入手，系统梳理α、β、γ三种射线的本质与性质，进而阐述原子核由质子和中子构成的原理，以及同位素的概念，构建从现象到本质的认知支架。 资料以课标要求与素养目标为导向，通过对比表格明晰三种射线性质，结合情景思辨和典例分析培养物理观念与科学思维，课中辅助教师高效授课，课后通过分层练习帮助学生巩固知识、查漏补缺。

第五章　原子核 1.原子核的组成 课标要求 素养目标 1.了解原子核的组成。 2.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 1.知道天然放射现象及三种射线的本质，了解核子、同位素的基本观念，知道原子核的组成。（物理观念） 2.掌握三种射线的本质，能够利用磁场、电场区分它们，理解原子核的构成，并能分析、解决相关问题，提高解题能力。（科学思维） 知识点一　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，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线。 （2）放射性：物质发出　射线　的性质，具有　放射性　的元素称为放射性元素。 （3）天然放射现象：放射性元素　自发地　发出射线的现象。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 ①是α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　电子　流。 ②速度可以接近光速。 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是一种　电磁波　，波长在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。 知识点二　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，氢有三种同位素，分别叫作氕、氘、氚，符号分别为HHH，它们的化学性质相同，物理性质不同。 【情景思辨】 如图所示，放射性元素放出三种射线，判断下列说法正误。 （1）α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力。（　×　） （2）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。（　√　） （3）γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强。（　×　） （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。（　√　） （5）同位素具有不同的化学性质。（　×　） 要点一　三种射线的性质 1.α、β、γ三种射线的比较 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） 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 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和几十厘米厚的混凝土 电离作用 很强 较弱 很弱 2.三种射线在电场和磁场中偏转情况的分析 （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。 （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。 3.元素的放射性 （1）一种元素的放射性与是单质还是化合物无关，这就说明射线跟原子核外电子无关。 （2）射线来自原子核说明原子核内部是有结构的。 【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，下图表示射线偏转情况中正确的是（　　） 答案：AD 解析：因α射线是高速氦核流，α粒子带正电荷，根据左手定则，α射线受到的洛伦兹力向左，因为α粒子质量大，在磁场中做圆周运动的半径大，β射线是高速电子流，带负电荷，受到的洛伦兹力向右，γ射线是光子流，是电中性的，在磁场中不受磁场的作用力，轨迹不会发生偏转，故A正确，B错误；因α射线为氦核流，带正电，且α粒子的质量大，由类平抛运动规律知，α粒子侧向偏移量小，β射线为电子流，带负电，其侧向偏移量大，γ射线为高频电磁波，根据电荷所受电场力特点可知，向左偏的为β射线，不偏转的为γ射线，向右偏的为α射线，故C错误，D正确。 1.如图所示的是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，下列说法正确的是（　　） A.甲为α射线，它的贯穿能力和电离能力都很弱 B.乙为β射线，它的穿透能力和电离作用都较强 C.丙为γ射线，它在真空中的传播速度是3.0×108 m/s D.以上说法都不对 解析：C　α射线贯穿能力很弱，电离作用很强，一张纸就能把它挡住；β射线能贯穿几毫米厚的铝板，穿透能力较强，电离作用较弱；γ射线穿透本领最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板，故甲为α射线，乙为β射线，丙为γ射线，γ射线在真空中的传播速度是3.0×108 m/s，故C选项正确；A、B、D选项错误。 2.图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射性物质放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直纸面向里。以下判断可能正确的是（　　） A.a、b为β粒子的径迹　　 B.a、b为γ粒子的径迹 C.c、d为α粒子的径迹 D.c、d为β粒子的径迹 解析：D　γ射线是不带电的光子流，在磁场中不偏转，选项B错误；α粒子为氦核，带正电，由左手定则知受到向上的洛伦兹力，向上偏转，选项C错误；β粒子是带负电的电子流，应向下偏转，选项A错误，D正确。 要点二　原子核的组成 【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？ 提示：说明质子是原子核的组成部分。 （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：说明原子核中除了质子外还有其他粒子。 【归纳】 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。 【典例2】　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？ 答案：88　138　 解析：原子序数与核内质子数、电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的。原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和，镭核中的质子数等于原子序数，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的电荷量分别是多少？ 答案： 88　1.408×10－17 C 解析：镭核的电荷数和所带的电荷量分别是Z＝88，Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C＝1.408×10－17 C。 （3）若镭原子呈中性，它核外有几个电子？ 答案：88 解析：核外电子数等于电荷数，故核外电子数为88。 （4Ra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？ 答案： 113∶114 解析：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提向心力，故有qvB＝m 解得r＝ 二者的速度相同，又由于同位素具有相同的电荷数，但质量数不同，故r226∶r228＝m226∶m228＝226∶228＝113∶114。 易错提醒 原子核的“数”与“量”辨析 （1）原子核的电荷数与电荷量是不同的，原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，这个整数叫作原子核的电荷数，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，原子核内质子和中子的总数叫作原子核的质量数，原子核的质量等于核内所有质子和中子的质量总和。 1.原子核符号O中，17表示（　　） A.电子数 B.质子数 C.中子数 D.核子数 解析：D　17表示O原子的中子数与质子数之和，即核子数，故D正确，A、B、C错误。 2.（多选）下列说法正确的是（　　） AX与Y互为同位素 BX与X互为同位素 CX与Y中子数相同 DU核内有92个质子，235个中子 解析：BC　A选项中X与Y的质子数不同，不是互为同位素，A错误；B选项中X与X的质子数都为m，而质量数不同，所以互为同位素，B正确；C选项中X内中子数为n－mY内中子数为（n－2）－（m－2）＝n－m，所以中子数相同，C正确；D选项中U核内有235－92＝143个中子，而不是235个中子，D错误。 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.放射性的强度不受温度、外界压强等条件的影响 C.元素的放射性与所处的化学状态（单质、化合态）无关 D.α射线、β射线都是带电的粒子流 解析：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。 2.（多选）用如图所示的装置可以判定放射源发出射线的带电性质。两块平行金属板A、B垂直于纸面竖直放置，从放射源上方小孔发出的射线竖直向上射向两极板间。当在两板间加上垂直于纸面方向的匀强磁场时，射线的偏转方向如图所示。如撤去磁场，将A、B两板分别与直流电源的两极连接，射线的偏转也如图。则（　　） A.若磁场方向垂直于纸面向里，则到达A板的为带正电的粒子 B.若磁场方向垂直于纸面向外，则到达A板的为带正电的粒子 C.若A接电源负极，则到达A板的为带正电的粒子 D.若A接电源正极，则到达A板的为带正电的粒子 解析：AC　 若磁场方向垂直于纸面向里，带正电的粒子在磁场中受到向左的洛伦兹力作用，向A板偏转，故A正确；若磁场方向垂直于纸面向外，根据左手定则可知，带负电的粒子受到向左的洛伦兹力作用，向A板偏转，故B错误；若A接电源负极，电场的方向向左，则到达A板的为带正电的粒子，故C正确；若A接电源正极，电场的方向向右，则到达A板的为带负电的粒子，故D错误。 3.下列说法正确的是（　　） A.质子和中子的质量不等，但质量数相同 B.质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中子的质量总和 C.同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同 D.中子不带电，所以原子核的总电荷量等于质子和电子的总电荷量之和 解析：A　质子和中子的质量不同，但质量数相同，A正确；质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子数和中子数的总和，B错误；同一种元素的原子核有相同的质子数，但中子数可以不同，C错误；中子不带电，所以原子核的总电荷量等于质子的电荷量之和，D错误。 4.（多选）以下说法正确的是（　　） A.Th为钍核，由此可知，钍核的质量数为234，钍核的质子数为90 BBe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：AD　钍核的质量数为234，质子数为90，A正确；铍核的质子数为4，中子数为5，B错误；同位素质子数相同而中子数不同，所以质量数不同，C错误，D正确。 5.（2024·广东清远一中高二月考）在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其监测装置由放射源、探测器等构成，如图所示。 （1）该装置中探测器接收到的是哪种射线？ （2）如果钢板变厚了，会有什么变化？ 答案： （1）γ射线　（2）穿过的γ粒子数减少 解析： （1）三种射线中，α射线用一张纸就能挡住，β射线能穿透几毫米厚的铝板，γ射线能穿透几厘米厚的铝板，这里是钢板，只能是γ射线。 （2）钢板变厚，穿过的γ粒子数会明显减少。 题组一　三种射线的性质 1.以下事实可作为“原子核可再分”的依据的是（　　） A.天然放射现象 B.α粒子散射实验 C.电子的发现 D.氢原子发光 解析：A　贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核也是有着复杂的结构的，揭示了原子核还可再分；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型；汤姆孙发现了电子，说明原子可再分；氢原子发光是能级跃迁引起的，不能说明原子核可再分。故本题应选A。 2.（多选）γ刀已成为治疗脑肿瘤的最佳仪器，令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时内完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”。据报道，我国自主研制的旋式γ刀性能更好，已进入各大医院为患者服务。那么γ刀治疗脑肿瘤主要是利用（　　） A.γ射线具有很强的穿透能力 B.γ射线具有很强的电离作用 C.γ射线具有很高的能量 D.γ射线能容易地绕过障碍物到达目的地 解析：AC　γ射线是一种波长很短的电磁波，具有较高的能量，它的穿透能力很强，甚至可以穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用很小。γ刀治疗肿瘤时，通常是同时用多束γ射线，使它们穿透脑颅和健康区域在病灶处汇聚，利用γ射线的高能量杀死肿瘤细胞，综上所述，A、C正确。 3.（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：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粒子受到的洛伦兹力向上，带负电的β粒子受到的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧，而γ射线不带电，做直线运动，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，由qvB＝qE得v＝，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，D错误。 题组二　原子核的组成 4.了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更有启发性。以下符合物理发展史实的是（　　） A.汤姆孙通过对天然放射性现象的研究发现了电子 B.玻尔进行了α粒子散射实验并提出了著名的原子核式模型 C.约里奥—居里夫妇用α粒子轰击金属铍发现了中子 D.卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，并预言了中子的存在 解析：D　汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子；卢瑟福进行了α粒子散射实验并提出了著名的原子核式模型；查德威克用α粒子轰击金属铍发现了中子；卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，并预言了中子的存在。故D正确。 5.原子核Th表示（　　） A.核内有90个质子 B.核外有234个电子 C.核内有145个中子 D.核内有144个核子 解析：A　原子核Th其中234是质量数，90是电荷数，所以Th内有90个质子，中子数为234－90＝144，质子和中子统称为核子，所以核内有234个核子，故选A。 6.若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子核内的质子数，z代表此原子核内的中子数，则对Th的原子来说（　　） A.x＝90　y＝90　z＝234 B.x＝90　y＝90　z＝144 C.x＝144　y＝144　z＝90 D.x＝234　y＝234　z＝324 解析：B　在Th的原子核符号中，左下角标为质子数，左上角标为质量数，则y＝90；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝90；中子数等于质量数减去质子数，即z＝234－90＝144，选项B正确。 7.P的一种同位素P具有放射性，对人体有害。则： （1）磷同位素P的原子核中有几个质子？几个中子？ （2）磷同位素P核所带电荷量是多少？ （3）若P原子呈电中性，它的核外有几个电子？ 答案：（1）15　15　（2）2.40×10－18 C　（3）15 解析：（1P核中的质子数等于其原子序数，故质子数为15，中子数N等于原子核的质量数A与质子数（核电荷数Z）之差，即N＝A－Z＝30－15＝15。 （2P核所带电荷量Q＝Ze＝15×1.60×10－19 C＝2.40×10－18 C。 （3）因磷P原子呈电中性，故核外电子数等于核电荷数，则核外电子数为15。 8.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，计数器的计数率大幅度减小；在L和计数器之间再加方向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射线和β射线的混合放射源 B.纯α射线放射源 C.α射线和γ射线的混合放射源 D.纯γ射线放射源 解析：C　α射线是氦核流，β射线是高速电子流，γ射线是波长极短的电磁波，γ射线的运动方向不受磁场影响，α射线穿透本领最弱，不能透过薄铝片，选项C正确，A、B、D错误。 9.如图所示，某种元素的不同同位素的原子核内的中子数N与原子核质量数A的关系是（　　） 解析：C　同一元素的不同同位素的原子核内质子数是一定的，只是中子数不同，设质子数为Z，则N＋Z＝A，得N＝A－Z，Z是定值，故C正确。 10.如图所示，在某次实验中，把放射性元素放入铅制成的容器中，射线只能从容器的小孔射出。在小孔前Q处放置一张黑纸，在黑纸后P处放置照相机底片，Q、P之间有垂直于纸面的匀强磁场（图中未画出），整个装置放在暗室中。实验中发现，照相机底片的a、b两处感光（b处正对铅盒的小孔），则下列说法正确的是（　　） A.该实验说明原子具有复杂的结构 B.Q、P之间的匀强磁场方向垂直于纸面向里 C.通过分析可知，打到a处的射线为β射线 D.此放射性元素放出的射线中只有α射线和β射线 解析：C　该实验说明原子核具有复杂的结构，A错误；照相机底片的a、b两处感光，说明有β射线与γ射线穿过黑纸，因此打在b处的应是γ射线，打在a处的应是β射线，再依据左手定则，可知磁场方向垂直于纸面向外，故B错误，C正确；此放射性元素放出的射线中可能有α射线，一定有β射线与γ射线，故D错误。 11.质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理图如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束（速度可看成为零），经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场中，经磁场偏转后到达照相底片P上，设离子打在P上的位置到入口处S1的距离为x。 （1）若离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感应强度大小为B，求x； （2）氢的三种同位素氕H）、氘H）、氚H）从离子源S出发，到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xH∶xD∶xT为多少？ 答案：（1）　（2）1∶∶ 解析：（1）离子在电场中被加速的过程，由动能定理可得qU＝mv2 进入磁场后，由洛伦兹力提供向心力得 qvB＝ 又x＝2r 联立解得x＝。 （2）氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由（1）的结果知xH∶xD∶xT＝∶∶＝1∶∶。 10 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $