5.1 原子核的组成 导学案 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

第1节　 原子核的组成 学习目标 1.了解放射性现象和放射性元素，知道三种射线的特性，了解原子核的组成，会正确书写原子核符号，形成较为完整的物质观念。 2.能够利用磁场、电场区分三种射线；能够通过一些宏观实验，猜测、探究微观结构，建立微观模型。能够在理解原子核构成的基础上，分析、解决相关问题。 3.通过分析天然放射现象和α粒子轰击氮核实验，揭示原子核的科学本质，体验科学探究的过程，提高观察与实验能力。 4.通过分析原子核的发现过程，体会科学家们探索射线的艰辛，了解实验是探索微观世界奥秘的基础，树立正确的、严谨的科学研究态度。 自主预习 1、 天然放射现象 1.1896年，法国物理学家 发现铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线。 2.物质发出 的性质称为放射性，具有 的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出 的现象，叫作天然放射现象。 3.原子序数 83的元素，都能自发地发出射线，原子序数 83的元素，有的也能发出射线。 二、射线的本质 1. α射线：是α粒子流。α粒子带正电，电荷量是电子的2倍，质量是氢原子的4倍，其组成与 相同。α粒子的速度可达到光速的，其 作用较强，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：是 ，速度可以接近光速。它的电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的 。 3.γ射线：是一种 ，波长很短的光子，波长在10－10 m以下。它的电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的 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 轰击氮原子核发现了质子。 2.中子的发现： 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， 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 和 组成，质子和中子统称为 。 4.原子核的符号 (1)符号：。 (2)基本关系：电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外 。质量数(A)＝核子数＝质子数＋ 数。 5.同位素：具有相同 而 不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于 ，它们互称为同位素。例如，氢有三种同位素、、。 课堂探究 一、认识天然放射现象 【情境设问】 问题2.1：人们是怎样从破解天然放射现象入手，一步步揭开原子核秘密的呢？及探索微观世界的方法是怎样的？ 问题2.2：什么是放射性？什么是放射性元素？ 结论1: ①贝克勒尔观察到可以使照相底片 的神秘射线（观察宏观现象提出问题） ②这种射线是 射线，它来自原子核 （猜想）。 ③对不同元素进行实验，发现钍、钋、镭等具有放射性（对猜想进行验证，寻找相关证据验证猜想）。 ④放射现象与元素 有关，发生在原子核内部（得出科学结论）。 二、探究射线的本质 【提出猜想】 如何设计实验方案来检验射线到底是电磁波还是粒子？是什么粒子？ 【设计实验】 如果这些射线带电，带电微粒在磁场中的运动状态会发生改变；如果不带电，微粒在磁场中运动状态不会发生改变。所以，可以设计将射线置于磁场中的实验，从而判断射线是否带电。 【提出问题】 问题2.3: 你观察到了什么现象？为什么会有这样的现象图5.1-1三种射线在磁场中 的运动径迹不同 问题2.4: 如果α、β射线都是带电粒子流，按照5.1-1中标出的径迹判断，他们分别带什么电荷？ 问题2.5: .如果不用磁场而用电场判断他们带电的性质，两个电极怎样放置可以使三种射线大致沿图示的方向偏转？ 学生分组展开讨论回答问题以及实验方案。 结论2：①射线分成三束，射线在磁场中发生　　　，是受到力的作用。这个力是　　　 ，说明其中的两束射线是　　　 粒子。 ②根据左手定则，可以判断α射线是　　　电荷，β射线是　　　电荷。 ③带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转　　　，也能判断三种射线的带电性。 【总结】自主阅读课本，填写关于三种射线的性质的表格，归纳总结三种射线的性质。 种类 α射线 β射线 γ射线 组成 高速 流 高速 流 高频 带电量 2e -e 0 质量 4mp 静止时质量为0 速度 0.1c 0.99c 在电场或磁场中 与α射线反向偏转 不 贯穿本领 最弱 较强 最强 电离作用 最强 较强 最弱 居里夫人发现放射性元素的过程 结论3：射线来自　　　，说明　　 　内部是有结构的。 三、探究原子核的组成 (a)质子和中子的发现 【提出问题】 问题3.1：原子核内究竟还有是什么结构？原子核又是由什么粒子组成的呢？ 1919年卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从中打出了一种新粒子。 结论4：通过观察实验，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,认识到 是原子核的组成部分。 【提出问题】问题3.2：原子核是只由质子组成的吗? 问题3.3：原子核的质量与电荷量之比等于质子的质量与电荷量之比？ 问题3.4：原子核中还有其他成分吗？是否带电？ 问题3.5：科学家是如何通过实验科学验证原子核的组成成分的？ 学生自主阅读课本，根据问题串进行科学推理。 结论5：①　　　 是原子核的组成部分。 ②原子核内还可能　　　 。 1932年，詹姆斯·查德威克通过α粒子轰击石蜡的实验验证了卢瑟福猜想，发现中子，从而确定了原子核的另一种组成粒子。 结论6：原子核内部存在一种不带电且与质子等质量的粒子——　　　 。 (b)原子核的组成 【提出问题】问题3.6：原子核由哪些粒子组成的？什么是核子？ 问题3.7：原子核的电荷数是不是电荷量？原子荷的质量数是不是质量？ 问题3.8：核电荷数、质子数、元素的原子序数、核外电子数、质量数、核子数、质子数、中子数等这些数据之间有怎样的关系？ 结论7：　　　 　　　 　　　 　　　 (c)原子核的符号 书写原子核的一般步骤可以总结为：确定元素符号X→确定电荷数（原子序数）Z→确定质量数A。 [练习与应用] 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。 (d)同位素 学生自主阅读课本，教师提醒同学们认识同位素之间的“同”和“异”，可以从以下几个方面认识同位素的概念。 【提出问题】问题3.9：同位素的定义是什么？ 问题3.10：同位素在元素周期表中的位置有什么特点？ 问题3.11：核电荷数和核外电子数有什么特点？ 问题3.12：列举一些元素的同位素？ 问题3.13：在天然放射现象中，放射出的三种射线是如何通过核反应实现的？ 结论8：　　　 　　　 　　　 　　　 【总结】原子核的质子数决定了核外电子的数目，也决定了电子在核外分布的情况，进而确定了该元素的化学性质，如氢有三种同位素。它们具有相同的化学性质。同位素在元素周期表中位置不稳定的同位素会自发地放出α粒子或正负电子，衰变为新的元素 典型例题 【例题1】下图是、、三种射线穿透能力的示意图，下列说法正确的是(    ) A. 甲为射线，它的贯穿能力和电离能力都很弱 B. 乙为 射线，它是由原子核外的电子电离后形成的高速电子流 C. 丙为射线，它在真空中的传播速度是 D. 以上说法都不对 【变式训练1】人类对于原子核的认识源自于对天然放射现象的研究，下列关于天然放射现象的说法正确的是(    ) A. 放射性元素只有以单质形式存在时才具有放射性，以化合物形式存在时没有放射性 B. 放射性元素无论以单质形式存在还是以化合物形式存在都具有放射性 C. 放射性元素在高温状态时辐射强度强，低温状态时辐射强度弱 D. 只有原子序数大于或等于的元素，才能自发的放出射线 【例题2】利用带电粒子在电磁场中的运动，制作出的质谱仪可测量粒子的比荷。在研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示，左图是三类射线在垂直纸面向里的磁场中的偏转情况的示意图。右图两块平行竖直放置的金属板、分别与电源的两极、连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出。下列说法错误的是(    ) A. 放射源可以打出三类射线，说明同时发生、、衰变 B. 射线穿透能力最弱，速度也最慢，打到板的是射线 C. 为电源正极，到达板的为射线，不偏转的是射线 D.正负极判断看射线在两板间的轨迹，比荷大的偏向板 【变式训练2】如图，天然放射源铀发出的一束射线经过匀强电场时分裂成、、三种射线，下列说法正确是(    ) A. 三种射线都是带电的粒子流 B. 射线实质是高速的质子流 C. 射线是原子的核外电子电离后形成的电子流 D. 三种射线都具有很高的能量，说明原子核是一个能量宝库 课堂练习 1.关于天然放射现象，下列说法不正确的是(    ) A. 放射线是从原子核内释放出的看不见的射线 B. 放射性物质放出的射线共有三种 C. 放射线中有带负电的粒子，表明原子核内有负电荷 D. 放射线中有带正电的粒子必是氦核流 2..关于、、三种射线，下列说法正确的是(    ) A. 射线是电磁波，它的穿透能力最弱 B. 射线一般随着或射线产生，它的穿透能力最强 C. 射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强 D. 射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力 3.某元素可表示为，则下列可能为该元素的同位素的是(    ) A. B. C. D. 4.年月，中国科学院近代物理研究所使用兰州重离子加速器与中国超重元素研究加速器装置，成功合成了新核素锕，锕的中子数为(    ) A. B. C. D. 5.如图所示，天然放射源放射出的射线从容器的小孔射出，经过垂直纸面向里的匀强磁场，射线分裂成、、三束。三者对比后得出下列说法正确的是(    ) A. 称为射线，电离作用最强，穿透能力最差 B. 称为射线，电离作用较弱，穿透能力较强 C. 称为射线，电离作用最弱，穿透能力最强 D. 电离作用最强的是射线，电离作用最弱的是射线 素养专练 1.在物理学发展历史中，许多物理学家作出了卓越贡献。以下关于物理学家所做科学贡献的叙述中说法正确的是(    ) A. 法拉第提出了电场的客观存在 B. 开普勒提出了太阳与行星之间的引力规律 C. 卢瑟福通过粒子散射实验，发现原子核是由质子和中子组成的 D. 玛丽居里和她的丈夫皮埃尔居里首次发现了天然放射现象 2. (多选题)关于威耳逊云室探测射线，下列说法正确的是（　　） A．威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹 B．威耳逊云室中径迹粗而直的是α 射线 C．威耳逊云室中径迹细而长的是γ 射线 D．威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负 3.(多选题)下列说法正确的是(　　) A．X与Y互为同位素 B．X与X互为同位素 C．X与Y中子数相同 D．U核内有92个质子，235个中子 4.如图所示，曲线、、、为气泡室中某放射性物质发生衰变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外。下列判断正确的是(    ) A. 、为粒子的径迹 B. 、为粒子的径迹 C. 、为粒子的径迹 D. 、为粒子的径迹 5.(多选题)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、分别与电源的两极、连接，位于、两板中间的放射源发出的射线从其上方小孔向外射出，射线轨迹如图所示。已知射线、射线的速度分别约为、是真空中的光速，射线即高速电子的质量约为质子质量的。不考虑相对论效应，下列判断正确的有(    ) A. 为电源的正极 B. 为电源的负极 C. 到达板的为射线 D. 到达板的为射线 参考答案 自主预习 一、 1.贝克勒尔 2.射线 放射性 射线 3.大于 小于或等于 二、 1.氦原子核 电离 2.电子流 铝板 3.电磁波 铅板 三、 1.α粒子 2.卢瑟福 查德威克 3.质子 中子 核子 4.（2）电子数 中子 5.质子数 中子数 同一位置 课堂探究 结论1:①感光 ②X 内部 ④种类 结论2:①偏转 洛伦兹力 带电 ②正 负 ③电场 总结：氦核流 电子流 电磁波 c 偏转 偏转 结论3:原子核 原子核 结论4:质子 结论5:①质子 ②存在其他不带电粒子 结论6:中子 结论7:原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。 不是，原子核所带的电荷量总是质子电荷的整数倍，那这个倍数就叫做原子核的电荷数。原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，那这个倍数叫做原子核的质量数。 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 结论8:质子数相同，中子数不同，（质量数当然不同），则互为同位素。 氢有三种同位素：氕（通常所说的氢），氘（也叫重氢），氚（也叫超重氢），符号分别是：。 对氢的三种同位素进行具体的分析，它们位于元素周期表的同一个位置，核电荷数和核外电子数相同。 例题与变式 【例题1】 例题解答:C 【变式训练1】 B 【例题2】 例题解答:B 【变式训练2】 D 课堂练习 1.C　2.B　3.C　4.A　5.C 素养专练 1.A　2.AB　3.BC　4.C　5.AC 2 学科网（北京）股份有限公司 $