第5章 1.原子核的组成（学用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这一核心知识点，先通过天然放射现象引入，系统分析α、β、γ射线的本质与特性，再过渡到原子核由质子和中子组成及同位素概念，构建完整知识脉络。 资料以磁场中射线偏转情境驱动探究，用表格对比三种射线性质，结合例题培养科学思维，易错辨析强化物理观念。课中助教师引导学生推理分析，课后通过练习与总结帮助学生巩固知识、查漏补缺。

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？ （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？ 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）放射性：物质发出　　　　的性质，具有　　　　的元素称为放射性元素。 （3）天然放射现象：放射性元素　　　　发出射线的现象。原子序数大于　　的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于　　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　　原子核相同。 ②速度可达到光速的。 ③　　　　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　　　　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　　　　。 （3）γ射线 ①是一种　　　　，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　　　　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 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 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 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（　　） 知识点二　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 5.同位素：核中　　　　相同而　　　　不同的原子，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，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？ （2）镭核的电荷数和所带的电荷量分别是多少？ （3）若镭原子呈中性，它核外有几个电子？ （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？ 尝试解答 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 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 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 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 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 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 课堂小结 提示：完成课后作业　第五章　1. 5 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章　原子核 1.原子核的组成 知识点一　 情境导入 　提示：（1）α射线带正电，β射线带负电。 （2）利用竖直放置的平行板电极，左侧为负极，右侧为正极。 新知导读 1.（1）贝克勒尔　（2）射线　放射性　（3）自发地　83　83　2.（1）①氦　③电离　（2）①电子　③铝板　（3）①电磁波　②铅板 易错辨析 （1）√　（2）× 知识点二　 新知导读 1.α粒子　2.卢瑟福　查德威克　3.质子　中子　核子 5.质子数　中子数　同一位置 易错辨析 （1）√　（2）√ 第五章　原子核 1.原子核的组成 知识点一　 【例1】　A　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。 即学即练 1.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.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　 【例2】　（1）88　138　（2）88　1.408×10－17 C　（3）88　 （4）113∶114 解析：（1）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Z=88，Q=Ze=88×1.6×10－19 C=1.408×10－17 C。 （3）核外电子数等于电荷数，故核外电子数为88。 （4）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。 即学即练 1.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.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。 【随堂演练】 1.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.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. 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.D　Th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。 学科网（北京）股份有限公司 $