第5章 1.原子核的组成（教用word）-【优学精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

本讲义聚焦“原子核的组成”核心知识点，系统梳理天然放射现象的发现与放射性概念，通过磁场中射线偏转情境探究α、β、γ射线的本质及特点，进而阐述原子核由质子和中子组成的结构及同位素概念，构建完整知识支架。 资料以情境问题驱动科学探究，如通过电场磁场中射线偏转实验分析培养科学思维，结合例题解析强化物理观念。课中辅助教师实验教学，课后借助易错辨析和分层练习帮助学生查漏补缺，提升知识应用能力。

1.原子核的组成 学习目标 1.知道放射性及放射性元素的概念。 2.理解三种射线的形成及本质，知道三种射线的特点。 3.知道原子核的组成及表示方法，掌握原子序数、电荷数、质量数之间的关系。 4.了解同位素的概念。 知识点一　天然放射现象　射线的本质 情境：如图所示，为放射性元素放出的射线经过磁场中的情况。 问题：（1）如果α射线、β射线都是带电粒子流，按照图中标出的径迹判断，它们分别带什么电荷？ 提示：α射线带正电，β射线带负电。 （2）如果不用磁场而用电场判断它们带电的性质，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？ 提示：利用竖直放置的平行板电极，左侧为负极，右侧为正极。 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。 【易错辨析】 （1）天然放射性现象中，γ射线电离作用更弱，穿透能力更强。（　√　） （2）天然放射性现象和光电效应均与原子核内部变化有关。（　×　） 1.三种射线的比较 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） 带电荷量 2e －e 0 质量 4mp（mp＝1.67×10－27 kg） 静止质量为零 速度 0.1c 0.99c（接近光速） c（光速） 贯穿本领 最弱，用纸能挡住 较强，能穿透几毫米厚的铝板 最强，能穿透几厘米厚的铅板 对空气的电离作用 很强 较弱 很弱 2.三种射线在电场、磁场中偏转情况的比较 （1）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，如图甲所示。 （2）在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图乙所示。 【例1】　（射线的本质）（2025·丽水高二检测）如图所示为研究某未知元素放射性的实验装置，实验开始时在薄铝片和荧光屏之间有图示方向的匀强电场E，通过显微镜可以观察到在荧光屏的某一位置上每分钟闪烁的亮点数，若撤去电场后继续观察，发现每分钟的闪烁亮点数没有变化；如果再将薄铝片移开，观察到每分钟闪烁的亮点数大大增加，由此可以判断，放射源发出的射线可能为（　　） A.α射线和γ射线 B.α射线和β射线 C.β射线和X射线 D.β射线和γ射线 答案：A 解析：三种射线中α射线和β射线带电，进入电场后会发生偏转，而γ射线不带电，不受静电力，电场对它没有影响，在电场中不偏转。将电场撤去，从显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁亮点数没有变化，可知射线中含有γ射线，再将薄铝片移开，则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁亮点数大大增加，根据α射线的特性：穿透本领最弱，一张纸就能挡住，分析得知射线中含有α射线，故放射源所发出的射线可能为α射线和γ射线，故选项A正确，B、C、D错误。 方法技巧 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射线是实物粒子，而γ射线是光子流，属于电磁波的一种。 （2）在电场或磁场中，通过其运动方向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。 1.〔多选〕根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是（　　） A.将α、β、γ射线垂直射入匀强电场中，可以通过偏转的情况将它们分辨出来 B.放射出的β射线的速度等于光速 C.γ射线一般伴随着α射线或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱 D.三种射线中，电离能力和穿透能力最强的是α射线 解析：AC　α、β、γ射线分别带正电、带负电、不带电，则将α、β、γ射线垂直射入匀强电场中时，可以通过偏转的情况将它们分辨出来，A正确；放射出的β射线的速度接近光速，B错误；γ射线一般伴随着α射线或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，C正确；α射线的穿透能力最弱，电离能力最强，D错误。 2.〔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（　　） 解析：AD　α射线是高速氦核流、带正电，根据左手定则可知，α射线受到的洛伦兹力向左，根据R＝可知，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，受到的洛伦兹力向右，γ射线是光子流、不带电，在磁场中不受磁场作用力，轨迹不发生偏转，故A正确，B错误；同样，因α射线为氦核流带正电，β射线为电子流带负电，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，且α射线偏离较小，β射线偏离较大，故C错误，D正确。 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。 【易错辨析】 　（1）氢的三种同位素质子数都相同。（　√　） （2）同位素中子数不同，物理性质不同。（　√　） 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）同位素指核中质子数相同、中子数不同的原子。 （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。 【例2】　（原子核的组成）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，洛伦兹力提供向心力，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。 方法技巧 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概念，原子核所带的电荷量总是质子电荷量的整数倍，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概念，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.〔多选〕氢有三种同位素，分别是氕H）、氘H）、氚H），则下列说法正确的是（　　） A.它们的质子数相等 B.若为中性原子，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：ABD　氢的三种同位素都只含有一个质子，故A正确；由原子呈电中性可知质子数和核外电子数相等，都是1，故B正确；氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，故C错误；同位素的化学性质相同，物理性质不同，故D正确。 2.〔多选〕下列说法正确的是（　　） A.X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.（天然放射现象）某原子核内有核子N个，其中包含中子n个，当该核俘获一个中子后，放出一个α粒子，变成新的原子核，可知这个新的原子核（　　） A.质量数是（N－4） B.原子序数是（N－n－2） C.有中子（n－2）个 D.核子数是（n－3）个 解析：B　某原子核有N个核子，其中中子n个，当该核俘获一个中子后，中子数为n＋1，核子数为N＋1；放出一个α粒子后，中子数减少2，核子数减少4，即此时的中子数为n－1，核子数为N－3，质量数为N－3，原子序数为（N－3）－（n－1）＝N－n－2。故选B。 2.（三种射线的特性）如图所示，在某次实验中把放射源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处放置照相底片，Q、P之间有垂直纸（非黑纸）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，在照相底片的a、b两处被感光（b点正对铅盒的小孔），则下列有关说法正确的是（　　） A.天然放射现象说明原子具有复杂的结构 B.Q、P之间的匀强磁场垂直纸面向里 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　天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，选项A错误；因黑纸只能挡住α射线，则打到a处的为β射线，打到b处的为γ射线，由左手定则可知Q、P之间的匀强磁场垂直纸面向外，选项B错误，C正确；此放射性元素放出的射线中可能有α射线、β射线和γ射线，选项D错误。 3.（原子的组成）下列有关原子核的叙述正确的是（　　） A.C中有12个中子 BO和O具有相同的中子数 CK的核子数为21 DU的原子序数为92 解析：DC中12表示质量数，6表示电荷数，则中子数也为6，A错误O和O质子数相同，中子数不同，互为同位素，B错误；核子数等于质量数，所以K的核子数为40，C错误；原子序数＝电荷数＝质子数U的原子序数为92，D正确。 4.（原子核的组成）下列说法正确的是（　　） A.Th为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234 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：DTh的质量数为234，质子数为90，A错误Be的质子数为4，中子数为5，B错误；同位素的质子数相同而中子数不同，则质量数不同，C错误，D正确。 课堂小结 知识点一　天然放射现象　射线的本质 1.关于原子核内部的信息，最早来自天然放射现象。人们从破解天然放射现象入手，一步步揭开了原子核的秘密。下列说法正确的是（　　） A.法国物理学家贝克勒尔发现了X射线 B.德国物理学家伦琴发现，铀和含铀的矿物能够发出α射线 C.卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子 D.居里夫妇通过实验发现了中子 解析：C　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，A错误；德国物理学家伦琴发现了伦琴射线，又叫X射线，B错误；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，C正确；查德威克通过实验发现了中子，D错误。 2.（2025·杭州市第二中学高二期中）图甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图。图乙是某轧钢厂的热轧机上安装的射线测厚仪装置示意图，让射线穿过钢板，探测器探测到的射线强度与钢板的厚度有关，将射线强度的信号输入计算机，可对钢板的厚度进行自动控制。射线测厚仪所利用的射线最适合的是（　　） A.α射线 B.β射线 C.γ射线 D.三种射线都可以 解析：C　由α、β、γ三种射线的特点和题图甲可知，γ射线穿透能力最强，α射线穿透能力最弱，射线测厚仪所利用的射线最适合的是γ射线，A、B、D错误，C正确。 3.〔多选〕（2025·台州市书生中学高二月考）如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是（　　） A.①④表示α射线，其电离能力最强，射出速度最慢 B.②⑤表示γ射线，其穿透能力最强，电离作用很弱 C.①⑥表示β射线，是高速电子流，可以穿透几毫米厚的铝板 D.②⑤表示γ射线，穿透能力很弱，一张铝箔就能挡住 解析：BC　α射线实质为氦核，带正电，β射线为高速电子流，带负电，γ射线为高频电磁波，根据电荷所受静电力特点和左手定则可知①⑥为β射线，②⑤为γ射线，③④为α射线；α射线电离本领强，穿透能力弱，γ射线穿透能力很强，电离能力很弱，故B、C正确，A、D错误。 知识点二　原子核的组成 4.据最新报道，放射性同位素钬Ho在医疗领域有重要应用，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是（　　） A.32 B.67 C.99 D.166 解析：A　根据原子核内各量的关系可知核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故核内中子数与核外电子数之差为99－67＝32，故选A。 5.镭Ra是镭Ra的一种同位素，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质子数 D.它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质 解析：A　镭Ra的质子数与核电荷数均为88，质量数为228，镭Ra的质子数与核电荷数均为88，质量数为226，两者具有相同的质子数和不同的质量数，A正确，C错误Ra的原子序数为88，中子数为228－88＝140Ra的原子序数为88，中子数为226－88＝138，两者具有不同的中子数和相同的原子序数，B错误；原子的核外电子数与核内质子数相等，而核外电子数决定了原子的化学性质，两者质子数相等，则具有相同的核外电子数与化学性质，D错误。 6.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。 （2）P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。 7.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。 8.〔多选〕质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如He是H的镜像核，同样H也是He的镜像核。下列说法正确的是（　　） A.N和C互为镜像核 BN和O互为镜像核 CN和O互为镜像核 D.互为镜像核的两个核质量数相同 解析：ACD　根据镜像核的定义及质量数A等于核电荷数Z和中子数N之和，可知N和C的质子数与中子数互换了，互为镜像核N和O的质子数与中子数互换了，互为镜像核，故A、C正确N的质子数为7，中子数为8，而O的质子数和中子数都为8，不是镜像核，故B错误；互为镜像核的质子数与中子数互换，质子数与中子数之和不变，所以互为镜像核的两个核质量数相同，故D正确。 9.据报道，科学家成功合成了具有极强放射性的117号新元素，是在实验室人工创造的新的超重元素。新元素有两种同位素，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）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？ 答案：见解析 解析：（1）由同位素的定义可知，两种同位素的原子核的核电荷数和核外电子数均相同。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，原子呈电中性，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）中子数为176的原子核的符号为X，中子数为177的原子核的符号为X。 10.〔多选〕（2025·浙江杭州二中月考）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MN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、γ射线打在O点，α射线打在O点下方的某一点 解析：BD　由于γ射线不带电，因此一定打在O点处，虽然α射线带正电、β射线带负电，但它们受到的静电力与洛伦兹力方向相反，因此当α射线打到O点时，即此时静电力等于洛伦兹力，根据qE＝Bqv，由于α射线的速度约为0.1c，β射线的速度约为0.99c，因此β射线受到的洛伦兹力大于静电力，所以β射线打到O点下方的某一点，故A错误，B正确；由上面分析可知，当β、γ射线打在O点，则β射线所受到的静电力与洛伦兹力相等，由于α射线的速度小于β射线的速度，因此α射线受到的静电力大于洛伦兹力，则α射线打在O点下方的某一点，故C错误，D正确。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $