第5章 第1节 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课件(教科版)

第五章　原子核与基本粒子 第1节　原子核的组成 1．掌握原子核的组成，知道同位素的概念。　2.掌握质量数、中子数和质子数间的关系。 3．知道核力是四种基本相互作用中的强相互作用。　 课前知识梳理 1 课堂深度探究 2 随堂巩固落实 3 内容 索引 课前知识梳理 PART 01 第一部分 α粒子 质子 质子 课前知识梳理 返回导航 卢瑟福 电中性 查德威克 中子 课前知识梳理 返回导航 质子 中子 核子 Z＋N 质量数 课前知识梳理 返回导航 电荷数 质量数 课前知识梳理 返回导航 中子数 化学 课前知识梳理 返回导航 判断下列说法是否正确。 (1)原子核的核子数等于质子数。(　　) (2)原子核是由质子和电子构成的。(　　) (3)质量较大的原子核中，中子数往往大于质子数。(　　) (4)同位素在周期表中的位置相同，具有相同的化学性质。(　　) × √ × √ 课前知识梳理 返回导航 课堂深度探究 PART 02 第二部分 查德威克实验示意图如图所示，用天然放射性元素钋(Po)放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B。 知识点一　原子核的组成 课堂深度探究 返回导航 试探究：(1)在这个实验中粒子流A是什么粒子？ [提示]　A为中子流。 (2)粒子流B又是什么粒子？ [提示]　B为质子流。　 课堂深度探究 返回导航 课堂深度探究 返回导航 课堂深度探究 返回导航 3．三个概念 (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，简称核电荷数。 (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。 课堂深度探究 返回导航 角度1　原子核的组成 (2024·陕西咸阳期末)卢瑟福发现质子后，猜想原子核中还有中子的存在，他的主要依据是(　　) A．原子核外电子数与质子数相等 B．原子核的质量大约是质子质量的整数倍 C．原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些 D．质子和中子的质量几乎相等 [解析]　当卢瑟福发现质子后，接着又发现原子核的核电荷数与原子核的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或者更少一些，因此猜想在原子核内还存在有质量且不带电的中性粒子，即中子。 √ 课堂深度探究 返回导航 角度2　原子核的有关计算 (2024·河南濮阳期末)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 √ 课堂深度探究 返回导航 [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，故D正确，A、B、C错误。 课堂深度探究 返回导航 √ 课堂深度探究 返回导航 课堂深度探究 返回导航 知识点二　同位素的特点 √ √ √ 课堂深度探究 返回导航 [解析]　氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，故C错误； 由中性原子状态可知质子数和核外电子数均相同，都是1，故A、B正确； 它们三个是同位素，同位素化学性质相同，只是物理性质不同，故D正确。 课堂深度探究 返回导航 角度2　同位素的分析 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(　　) √ 课堂深度探究 返回导航 [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，中子数也不同，故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，中子数可能为零即N≥0，整理得N＝A－Z，A－N图像和N－A图像应该与A轴有截距，故A、D错误。 课堂深度探究 返回导航 117号元素有两种同位素，其中一种有176个中子，而另一种有177个中子。 (1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？原子的核外电子数各为多少？ [解析]　元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等于核内质子数。故117号元素的核电荷数和核内质子数均为117，原子呈中性，故核外电子数等于核内质子数，也均为117。 [答案]　均为117　均为117　 课堂深度探究 返回导航 (2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？ [解析]　原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的原子核的质量数为117＋176＝293，中子数为177的原子核的质量数为117＋177＝294。 [答案]　293　294 课堂深度探究 返回导航 (3)若用X表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？ 课堂深度探究 返回导航 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。 知识点三　对核力的理解 课堂深度探究 返回导航 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。 课堂深度探究 返回导航 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。 课堂深度探究 返回导航 (多选)对于核力与四种基本相互作用，以下说法正确的是(　　) A．核力是弱相互作用力，作用力很小 B．核力是强相互作用的表现，是强力 C．核力使核子紧密结合为稳定的原子核 D．核力是万有引力在短距离内的表现 [解析]　核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围约10－15m，B正确，A、D错误； 核力使核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，C正确。 √ √ 课堂深度探究 返回导航 随堂巩固落实 PART 03 第三部分 √ 随堂巩固落实 返回导航 √ 随堂巩固落实 返回导航 √ √ 随堂巩固落实 返回导航 随堂巩固落实 返回导航 4．(对核力的理解)(多选)对核力的认识，下列说法正确的是(　　) A．任何核子之间均存在核力 B．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用 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的核子之间，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力 解析：由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15 m内的核子之间存在核力，核力发生在相邻核子之间。 √ √ 随堂巩固落实 返回导航 一、原子核的组成 1．质子的发现：1919年，卢瑟福用 eq \o(□,\s\up1(1)) ____________轰击氮原子核，发现了氢原子核，即质子从氮原子核中被打了出来。由于从各种原子核里都能打出 eq \o(□,\s\up1(2)) __________来，可以证实 eq \o(□,\s\up1(3)) ________普遍存在于原子核之中，是原子核的组成成分。 2．中子的预言：发现了电子和质子之后，人们最初猜测原子核就是由电子和质子组成的。实验结果显示，带正电的质子的质量大体上只占原子核质量的一半。 eq \o(□,\s\up1(4)) ________________在1920年提出猜测：核内可能还存在一种 eq \o(□,\s\up1(5)) ____________的粒子。 3．中子的发现： eq \o(□,\s\up1(6)) ________________用α粒子轰击铍时，得到了一种不带电的粒子，它的质量几乎与质子相等。他将这种粒子命名为 eq \o(□,\s\up1(7)) ________。 4．原子核的组成 (1)原子核是由 eq \o(□,\s\up1(8)) ________和 eq \o(□,\s\up1(9)) ________组成的，质子和中子统称为 eq \o(□,\s\up1(10)) ________。 (2)原子核所带的电荷数就等于它的质子数，原子序数为Z的原子核中有Z个质子。原子核中的中子数N和质子数Z的和用A表示，即A＝ eq \o(□,\s\up1(11)) __________，A叫原子核的 eq \o(□,\s\up1(12)) ____________。 (3)原子核通常用符号 eq \o\al(A,Z) X表示，如图所示。其中X表示该核所属的化学元素符号，在元素符号的左下角和左上角分别标出它的 eq \o(□,\s\up1(13)) ____________和 eq \o(□,\s\up1(14)) ____________。 二、同位素 1．原子序数相同而 eq \o(□,\s\up1(15)) ____________不同的原子核互称为同位素。例如，氢有三种同位素，叫作氕(氢)、氘(重氢)、氚(超重氢)，分别用 eq \o\al(1,1) H、 eq \o\al(2,1) H、 eq \o\al(3,1) H来表示。 2．同位素具有相同的 eq \o(□,\s\up1(16)) ________性质，但由于中子数不同，它们的某些物理性质会有所不同，因此用途也有所不同。 三、核力 将原子核中的核子结合在一起的，核子之间的相互作用力，称为核力，它属于四种基本相互作用中的强相互作用。 1．原子核 eq \a\vs4\al(原子核) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(大小：很小，半径为10－15～10－14 m,组成\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(质子\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(电荷量e＝＋1.6×10－19 C,质量mp＝1.672 621 898×,　10－27 kg)),中子\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(电荷量e＝0,质量mn＝1.674 927 471×,　10－27 kg)))),同位素：核内质子数相同而中子数不同的原子)) 2．基本关系 (1)符号： eq \o\al(A,Z) X。 (2)基本关系：原子核的电荷数(Z)＝核内的质子数＝元素的原子序数＝核外电子数。 原子核的质量数(A)＝核内的核子数＝质子数＋中子数。 角度3　原子核的符号表示 　α粒子可以表示为 eq \o\al(4,2) He， eq \o\al(4,2) He中的4和2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 [解析]　根据 eq \o\al(A,Z) X所表示的意义，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。 eq \o\al(4,2) He中的2表示的是质子数或核外电子数， eq \o\al(4,2) He中的4表示的是核子数，故B正确。 角度1　同位素的理解 　(多选)氢有三种同位素，分别是氕( eq \o\al(1,1) H)、氘( eq \o\al(2,1) H)、氚( eq \o\al(3,1) H)，下列说法正确的是(　　) A．它们的质子数相等 B．若为中性原子，则它们的核外电子数相等 C．它们的核子数相等 D．它们的化学性质相同 [解析]　元素符号一般用 eq \o\al(A,Z) X 表示，其中A表示质量数，Z表示核电荷数，中子数为176的原子核的符号为 eq \o\al(293,117) X，中子数为177的原子核的符号为 eq \o\al(294,117) X。 [答案]　 eq \o\al(293,117) X　 eq \o\al(294,117) X 1．(原子核的组成)原子核符号 eq \o\al(12, 6) C中，12表示(　　) A．电子数 B．质子数 C．中子数 D．核子数 解析：在原子核的符号 eq \o\al(A,Z) X中，X为元素符号，A表示质量数，Z表示电荷数(即原子序数)，质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数，因此原子核符号 eq \o\al(12, 6) C中，12表示核子数。 2．(原子核的组成)若用x代表一个中性原子核外的电子数，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 eq \o\al(234, 90) 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：在 eq \o\al(234, 90) Th的原子中，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，B正确。 3．(同位素的特点)(多选)下列说法正确的是(　　) A． eq \o\al(n,m) X与 eq \o\al(　 n,m－1) Y互为同位素 B． eq \o\al(n,m) X与 eq \o\al(n－1,m) Y互为同位素 C． eq \o\al(n,m) X与 eq \o\al(n－2,m－2) Y中子数相同 D． eq \o\al(235, 92) U核内有92个质子，235个中子 解析： eq \o\al(n,m) X核与 eq \o\al(　 n,m－1) Y核的质子数不同，不互为同位素，A错误； eq \o\al(n,m) X核与 eq \o\al(n－1,m) Y核质子数都为m，而质量数不同，则中子数不同，所以互为同位素，B正确； eq \o\al(n,m) X核内中子数为n－m， eq \o\al( n－2,m－2) Y核内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同，C正确； eq \o\al(235, 92) U核内有143个中子，而不是235个中子，D错误。 $