第1节 认识原子核-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

本讲义聚焦“认识原子核”核心知识点，从天然放射现象的发现切入，系统梳理三种射线（α、β、γ）的电性、穿透及电离作用，再通过质子和中子的发现实验，阐述原子核由质子、中子组成及同位素概念，最后明确核反应中质量数与电荷数守恒，构建从现象到结构的学习支架。 该资料突出科学探究与科学思维融合，借助磁场中射线偏转示意图、质子中子发现实验装置图等直观呈现，引导学生学习科学家处理信息的方法，培养守恒推断能力。设置判断正误、针对练等模块，课中辅助教师演示讲解，课后助力学生巩固知识，落实科学态度与责任，提升学习效果。

第1节　认识原子核 【核心素养目标】 物理观念 了解原子核的组成，知道同位素的概念及在生产生活中的应用。 科学思维 理解核反应过程中守恒的思想。能应用守恒推断核反应产物。 科学探究 了解探究质子和中子在发现过程中运用的物理原理。学习科学家处理信息，形成结论的方法。 科学态度与责任 体会人类对物质结构的探索是不断深入的，确立科学探索无止境的思想。 一、天然放射现象的发现 1．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现某些物质具有放射性。 2．物质放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，放射性元素自发地放出射线的现象叫作天然放射现象。 3．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)。 二、认识三种放射线 1．如图所示，让放射线通过强磁场，在磁场的作用下，放射线能分成三束，这表明有三种射线，且它们电性不同。带正电的射线向左偏转，为α射线；带负电的射线向右偏转，为β射线；不发生偏转的射线不带电，为γ射线。 2．α射线是高速运动的氦原子核粒子流，有很强的电离作用，但是穿透能力很弱。一张铝箔或一张薄纸就能将它挡住。 3．β射线是高速运动的电子流，穿透能力较强，但电离作用较弱。能穿透几毫米厚的铝板。 4．γ射线是波长很短的电磁波，穿透能力很强，但电离作用很弱。能穿透几厘米的铅板。 三、质子和中子的发现 1．质子的发现 (1)实验：为探测原子核的结构，1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子。 (2)结论：质子是原子核的组成部分。 2．中子的发现 (1)猜想：卢瑟福猜想原子核内存在着质量与质子相近的中性粒子——中子。 (2)实验：查德威克利用云室进行实验证实了中子的存在。 (3)结论：中子是原子核的组成部分。 四、原子核的组成 1．组成：原子核由质子和中子组成，并将质子和中子统称为核子。 2．原子核的符号：，其中X为元素符号，A表示原子核的质量数，Z表示核电荷数。 3．两个基本关系 (1)核电荷数＝质子数＝原子序数。 (2)质量数＝质子数＋中子数＝核子数。 4．同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子核互称同位素。 5．核反应与核反应方程 (1)核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。 学生用书第71页 (2)核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子。 (3)核反应中，质量数和核电荷数守恒。 1．判断正误 (1)α射线穿透本领很弱，电离作用很强。(√) (2)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强。(×) (3)中子是不带电的粒子。(√) (4)查德威克利用云室进行实验证实了中子的存在。(√) (5)原子核内只有质子没有中子。(×) (6)原子核的电荷数就是核内质子数，也就是这种元素的原子序数。(√) (7)核反应方程只要满足质量数、电荷数守恒就可以随便写。(×) (8)同位素具有不同的化学性质。(×) 2．链接实景 J.J.汤姆孙通过确定阴极射线的电性和电荷量，猜测电子来源于原子，通过换用不同的材料作阴极得到相同的阴极射线，证明了电子是原子的组成部分；天然放射线是从原子核中射出的，使人们认识到原子核可分，进而才有质子、中子的发现，那么 (1)质子由谁发现的？怎样发现的？ (2)中子是由谁发现的？依据是什么？ 提示：(1)卢瑟福用α粒子轰击氮核发现的质子。 (2)查德威克发现的中子。发现依据：如果原子核中只有质子，那么原子核的质量与电荷量之比应等于质子的质量与电荷量之比；但实际却是，绝大多数情况是前者的比值大些，卢瑟福猜想核内还有另一种粒子。查德威克通过实验证实了这个猜想。 知识点一　三种射线的性质特征 如图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粒子的速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径说明了什么？ 提示：(1)说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电。 (2)α粒子的速度小于β粒子的速度，根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r＝可知，α粒子的比荷比β粒子的比荷小。 1．三种射线的性质、特征比较 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) 带电荷量 2e －e 0 质量 4mp(mp＝1.67×10-27kg) 静止质量为零 速度 0.1c 0.99c c 在电磁场中 偏转 与α射线偏转反向 不偏转 贯穿本领 最弱(用纸能挡住) 较强(穿透几 毫米厚的铝板) 最强(穿透几厘米 厚的铅板) 对空气的 电离作用 很强 较弱 很弱 在空气中 的径迹 清晰、直 细、直 一般看不到 通过胶片 感光 感光 感光 2．三种射线在电场、磁场中偏转情况的比较 (1)在匀强电场中，α射线偏转较小，β射线偏转较大，γ射线不偏转，如图甲所示。 学生用书第72页 (2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图乙所示。 3．元素的放射性 (1)一种元素的放射性与该元素是单质还是化合物无关，放射性的强度也不受温度、外界压强的影响，这就说明射线跟原子核外电子无关，仅与原子核有关。 (2)射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的。 (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，一个α粒子带两个正电荷，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。 三种射线在磁场中偏转情况的分析 1．γ射线不论在电场还是磁场中，总是做匀速直线运动，不发生偏转。 2．α射线和β射线在电场中偏转的特点：在匀强电场中，α和β粒子沿相反方向做类平抛运动，且在同样的条件下，β粒子的偏移量大，根据粒子在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动，偏移量x可表示为 x＝at2＝·)2∝ 所以，在同样条件下β与α粒子偏移量之比为 ＝≈36>1。 3．α射线和β射线在磁场中的偏转特点：在匀强磁场中，α和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨迹半径小，偏移量大，根据qvB＝得R＝∝。 所以，在同样条件下β与α粒子的轨迹半径之比为＝≈<1。　　 针对练1．天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知(　　) A．②来自原子核外的电子 B．①的电离作用最强，是一种电磁波 C．③的电离作用较强，是一种电磁波 D．③的电离作用最弱，是一种电磁波 答案：D 解析：①射线能被一张纸挡住，说明它的穿透能力较差，①射线是α射线，α射线是高速运动的氦核流，它的穿透能力差，电离作用最强，B错误；②射线的穿透能力较强，说明它是β射线，β射线是高速电子流，β射线来自原子核，不是来自原子核外的电子，A错误；③射线的穿透能力最强，能够穿透几厘米厚的铅板，③射线是γ射线，γ射线的电离作用最弱，穿透能力最强，它是能量很高的电磁波，故C错误，D正确。 针对练2．(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 答案：AC 解析：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，所以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。 知识点二　质子和中子的发现 1．质子的发现 (1)实验背景：电子的发现使人们认识到，原子不再是构成物质的基本单位。进一步研究发现，原子的中心有一个原子核，原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量。原子核的结构如何？1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验。 (2)实验装置(如图)：T进气孔、A放射源、F铝箔、S荧光屏、M显微镜、C真空容器。 (3)实验过程：容器C里放有放射性物质A，从A放射出的α粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使α粒子恰好被它完全吸收，而不能透过。在F的后面放一荧光屏S，M是显微镜，通过M可以观察到S是否有闪光。 学生用书第73页 (4)实验现象：开始，S上无闪光(因为α粒子没有穿过铝箔)。打开进气孔T的阀门，通入氮气，可以观察到S上有闪光。 (5)实验分析：容器C中通入氮气后，用显微镜观察到荧光屏上有闪光，闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的。 (6)新粒子性质研究 ①把这种粒子引进电磁场中，根据它在电磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，进而确定它就是氢原子核，又叫质子，用符号表示为或。 ②1925年，英国物理学家布莱克特通过云室照片分析表明，α粒子击中氮原子核后形成一个复核，而这个复核不稳定，生成后随即发生变化，放出一个质子。 ③人们用同样的办法从其他元素的原子核中也轰击出了质子。 (7)实验结论：质子是原子核的组成部分。 2．中子的发现 (1)发现背景：有人猜想原子核是由质子组成的，但人们发现除氢元素外，所有元素的原子核的质量大体上是质子质量的整数倍，但原子核的电荷数仅仅是质量数的一半或者更少一些。 (2)猜想：原子核不仅仅是由质子组成的，卢瑟福预想原子核内存在着质量跟质子相近的不带电的中性粒子，他将其称为中子。 (3)研究过程 ①科学家在1930年利用钋发出的α射线轰击铍时，产生了一种看不见的贯穿能力很强、不受电场和磁场影响的射线。 ②1932年，约里奥—居里夫妇发现如果用来自铍的射线去轰击石蜡，能从石蜡中打出质子，如图所示。 ③1932年，查德威克进一步研究这种射线时发现，这种射线是一种不带电的、质量接近质子的粒子流，即是卢瑟福猜想的中子。 ④结论：中子是原子核的组成部分。 如图所示为卢瑟福发现质子的实验装置，M是显微镜，S是荧光屏，窗口F处装有铝箔，氮气从阀门K充入，A是放射源，在观察由质子引起的闪烁亮点之前需进行必要的调整，该调整是(　　) A．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上有α粒子引起的闪烁亮点 B．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上无质子引起的闪烁亮点 C．充入氮气前，调整铝箔厚度，恰使S上有α粒子引起的闪烁亮点 D．充入氮气前，调整铝箔厚度，恰使S上无α粒子引起的闪烁亮点 答案：D 解析：该实验的目的是观察α粒子轰击氮核产生新核并放出质子，所以实验前应调整铝箔的厚度，恰使α粒子不能透过铝箔，故选D。 针对练1．最早提出原子核是由质子和中子组成的科学家是(　　) A．贝可勒尔 B．居里夫人 C．卢瑟福 D．查德威克 答案：C 解析：由于卢瑟福通过α粒子轰击氮原子核发现了质子，并从其他原子核中都打出了质子，卢瑟福认为质子是原子核的组成部分，并依据质子数与质量数不相等的情况预言了中子的存在，提出了原子核是由质子和中子组成的理论，故C正确。 针对练2．如图所示为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放出α射线轰击铍时会产生粒子流a，用粒子流a轰击石蜡后会打出粒子流b，下列说法正确的是(　　) A．a为质子，b为中子 B．a为γ射线，b为中子 C．a为中子，b为γ射线 D．a为中子，b为质子 答案：D 解析：不可见的粒子轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见粒子应该是中子，故D正确。 学生用书第74页 知识点三　原子核的组成与数量关系 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粒子轰击氮原子核的示意图。 (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？ 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。 1．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，这个整数叫作原子核的质量数。 2．原子核的符号和数量关系 (1)符号：。 (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：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，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同。把具有相同质子数、不同中子数的原子核互称为同位素。 具有极强放射性的117号元素Ts，是在实验室人工创造的超重元素。Ts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，则： (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？ (2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？ (3)该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？ 答案：(1)均为117　均为117　(2)293　294 Ts　 解析：(1)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，也为117。 (2)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。 (3)元素符号一般用表示，其中A表示质量数，Z表示核电荷数，由前两问可得该元素的两种同位素的原子核符号，中子数为176的原子核的符号为，中子数为177的原子核的符号为。 针对练1．1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X：Al→n＋X。X的原子序数和质量数分别为(　　) A．15和28 B．15和30 C．16和30 D．17和31 答案：B 解析：因为α粒子是、中子是，所以根据反应方程式前后质量数、质子数相等得出X。故选B。 针对练2．(多选)下列说法正确的是(　　) A．X与互为同位素 B．X与互为同位素 C．X与中子数相同 D．U核内有92个质子，235个中子 答案：BC 解析：X核与Y核的质子数不同，不能互为同位素，A错误；核与核质子数都为m，而质量数不同，则中子数不同，所以互为同位素，B正确；核内 中子数为(n－m)，核内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同，C正确；核内有143个中子，而不是235个中子，D错误。 学生用书第75页 1．U核中有(　　) A．92个电子　　　　　　　　 B．238个质子 C．146个中子 D．330个核子 答案：C 解析：原子核中没有电子，故A错误；元素符号左下角表示质子数，所以核中质子数为92，故B错误；元素符号左上角表示质量数，所以其质量数为238，根据质子数＋中子数＝质量数＝核子数，可得其中子数为146，核子数为238，故C正确，D错误。 2．人类探测月球时发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可作为未来核聚变的重要原料之一，氦的该种同位素应表示为(　　) A． B．He C． D．He 答案：B 解析：氦的同位素质子数一定相同，故质子数应为2，质量数为3，故应表示为，因此B正确。 3．下列说法正确的是(　　) A．用α粒子轰击铍核，铍核变为碳核，同时放出β射线 B．β射线是由原子核外电子受到激发而产生的 C．γ射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很强 D．利用γ射线的电离作用，可检查金属内部有无砂眼和裂纹 答案：C 解析：α粒子轰击核，核反应方程是n，放出的是中子，A错误；β射线是核衰变而产生的，B错误；γ射线是光子流，波长很短，具有很强的贯穿能力，但电离作用差，C正确，D错误。 4．(多选)是的一种同位素，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中子数 D．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质 答案：AC 解析：原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、基态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。由此可知这两种镭的同位素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。 学科网（北京）股份有限公司 $