第5章 第1节 原子核的组成（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】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，从天然放射现象的发现切入，系统梳理α、β、γ三种射线的本质与区分方法，进而揭示原子核由质子和中子组成的结构，构建从现象到本质的认知支架。 该资料通过磁场偏转示意图、查德威克实验探究等设计，培养学生科学思维中的模型建构与科学推理能力，结合判断正误题和例题解析强化物理观念。课中辅助教师引导探究，课后助力学生巩固知识，有效查漏补缺。

第1节　原子核的组成 　 1．知道天然放射现象及其规律。　2.理解三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。 3．掌握原子核的组成，知道核子和同位素的概念。　4.掌握质量数、电荷数和核子数间的关系。 一、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，它能穿透黑纸使照相底片感光。 2．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种能够发出更强射线的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。 3．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．物质发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。放射性元素自发地发出射线的现象叫作天然放射现象。 二、射线的本质 1．α射线：α粒子流。其组成与氦原子核相同，速度可达到光速的，其电离作用强，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：电子流，速度接近光速。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铝板。 3．γ射线：一种电磁波，波长很短的光子，波长在10-10 m以下。它的电离作用更弱，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。 4．实验发现，如果一种元素具有放射性，那么，无论它是以单质存在，还是以化合物形式存在，都具有放射性。放射性的强弱也不受温度、外界压强的影响。由于元素的化学性质决定于原子核外的电子，说明射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的。 三、原子核的组成 1．质子的发现 卢瑟福用α粒子轰击氮原子核获得了质子，用p表示。质子带正电荷，电荷量与一个电子的电荷量相等。 2．中子的发现 (1)卢瑟福猜想：原子核内可能还存在另一种粒子，它的质量与质子相同，但是不带电，他把这种粒子叫作中子。 (2)查德威克通过实验证实了这个猜想。 (3)中子不带电，用n表示。中子与质子的质量非常接近，只比质子质量约大千分之一。 3．原子核的组成 原子核由质子、中子组成，它们统称为核子。 4．原子核的电荷数(Z) 等于核内质子数，等于原子序数。 5．原子核的质量数(A) 就是核内的核子数。 6．原子核的符号表示 X(其中X为元素符号，A表示核的质量数，Z表示核的电荷数)。 7．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，因而互称同位素。 判断下列说法是否正确。 (1)放射性元素发出的射线可以直接观察到。(　　) (2)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。　(　　) (3)放射性元素的放射性都是自发的现象。(　　) (4)α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速。(　　) (5)原子核的核子数等于质子数。(　　) (6)在元素周期表中处于同一位置上，而质量数不同的元素是同位素。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√ 知识点一　三种射线的性质 　 三种射线在匀强磁场中的运动轨迹示意图如图所示。 (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，这说明什么问题？ [提示]　(1)说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电。 (2)根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r＝可知，α粒子的应大于β粒子的。 1．α、β、γ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) 粒子 质量 4mp(mp≈ 1．67×10-27kg) 静止质量为零 电荷量 2e －e 0 速率 0.1c 0.99c c 穿透 能力 最弱，用一张纸就能挡住 较强，能穿透几毫米厚的铝板 最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土　 电离作用 很强 较弱 很弱 在磁场中 偏转 偏转 不偏转 2.三种射线在磁场、电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。 　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。研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示，图甲是三类射线在垂直于纸面向里的磁场中的偏转情况的示意图。图乙中两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，位于A、B中点的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．a为电源负极，打到A板的为α射线，不偏转的是γ射线 B．α射线穿透能力最弱，速度也最慢，打到A板的是α射线 C．a为电源正极，打到A板的为β射线，不偏转的是γ射线 D．正负极判断看射线在两板间的轨迹，比荷大的偏向A板 [解析]　从题图乙可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子的竖直位移小于到达B板的粒子的竖直位移，粒子在竖直方向做匀速直线运动，则根据平抛运动公式得竖直位移y＝v，由于两类粒子初速度v相差约10倍，但两者比荷相差几千倍，两极板间距离d和电压U相同，且比荷大的竖直位移小，故到达A极板的是β射线，A极板带正电，a为电源的正极，且γ射线不带电，不发生偏转。 [答案]　B 　(2025·贵州铜仁市期末)从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，在射向地球时，由于地磁场的存在，改变了运动方向，对地球起到了保护作用。地磁场的示意图(虚线，方向未标出)如图所示，赤道上方的磁场可看成与地面平行，若有来自宇宙的一束粒子流，其中含有α、β、γ射线以及质子，沿与地球表面垂直的方向射向赤道上空，则在地磁场的作用下(　　) A．质子向北偏转 B．γ射线向东偏转 C．α射线向东偏转 D．β射线沿直线射向赤道 [解析]　赤道上方磁场方向与地面平行、由南向北，根据左手定则可知，带正电的α射线和质子向东偏转，带负电的β射线向西偏转，不带电的γ射线不偏转。 [答案]　C 　如图所示，x为未知放射源，它向右方发射放射线，p为一张厚度为0.5 mm左右的薄铝箔，铝箔右侧是一真空区域，内有较强磁场，q为荧光屏，h是观察装置。实验时，若将磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，再将铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，则可知放射源x可能为(　　) A．α和β的混合放射源 B．α和γ的混合放射源 C．β和γ的混合放射源 D．α、β和γ的混合放射源 [解析]　将强磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数没有变化，说明磁场对射线粒子没有影响，可知射到屏上的是不带电的γ射线；再将厚0.5 mm左右的薄铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，说明除接收到γ射线外，又接收到了原来被薄铝箔p挡住的射线，而厚度为0.5 mm左右的铝箔能挡住的只有α射线，所以此放射源应是α和γ的混合放射源。 [答案]　B 知识点二　原子核的组成 　 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。 试探究：(1)在这个实验中粒子流A是什么？ (2)粒子流B又是什么？ [提示]　(1)A为中子流。 (2)B为质子流。 1．原子核 2．基本关系 (1)符号：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。 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。 　以下实验中，能说明原子核具有复杂结构的是(　　) A．光电效应实验 B．原子发光产生明线光谱 C．α粒子散射实验 D．天然放射现象 [解析]　原子核的天然放射现象说明原子核有复杂的结构。 [答案]　D 　铀(U)的核里有N个质子、M个中子，则N和M分别是(　　) A．92和146　　　　 B．92和92 C．146和146 D．238和238 [解析]　铀(U)的核里有N＝92个质子，M＝238－92＝146个中子。 [答案]　A 　已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226。试问： (1)镭核中有多少个质子？多少个中子？ (2)镭核所带的电荷量是多少？(结果保留小数点后2位) (3)呈电中性的镭原子，核外有多少个电子？ [解析]　(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88；中子数N等于原子核的质量数A与质子数之差，即N＝A－Z＝226－88＝138。 (2)镭核所带电荷量 Q＝Ze＝88×1.6×10-19 C≈1.41×10-17 C。 (3)呈电中性的镭原子的核外电子数等于核内质子数，故核外电子数为88。 [答案]　(1)88　138　(2)1.41×10-17 C　(3)88 知识点三　同位素的特点 　(多选)氢有三种同位素，分别是氕(H)、氘(H)、氚(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]　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。 [答案]　ABD 　(多选)已知 Ra是 Ra的一种同位素，则下列说法正确的是(　　) A．两者具有相同的质子数和不同的质量数 B．两者具有相同的中子数和不同的原子序数 C．两者具有相同的核电荷数和不同的中子数 D．两者具有相同的核外电子数和不同的化学性质 [解析]　同位素是同一种元素，故质子数、核外电子数及化学性质相同，但中子数不同，质量数不同，故A、C正确，B、D错误。 [答案]　AC 　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？ (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？ [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，也均为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X，中子数为177的原子核的符号为X。 [答案]　(1)均为117　均为117　(2)293　294 (3)X　X 1．(三种射线的性质)(多选)我国自己研制的旋式γ刀性能特别好，已被各大医院应用于临床治疗。γ刀治疗脑肿瘤主要是利用(　　) A．γ射线具有很强的穿透能力 B．γ射线具有很强的电离作用 C．γ射线波长很短，具有很高的能量 D．γ射线能很容易绕过阻碍物到达脑肿瘤位置 解析：选AC。γ射线是波长很短、频率很高的电磁波，具有很高的能量和很强的穿透能力，所以它能穿透皮肉和骨骼到达肿瘤位置并杀死肿瘤细胞，A、C正确；因γ射线不带电，它的电离作用很弱，因波长很短，其衍射能力也很差，B、D错误。 2．(原子核的组成)原子核符号 C中，12表示(　　) A．电子数 B．质子数 C．中子数 D．核子数 解析：选D。在原子核的符号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C中，12表示核子数。 3．(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 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：选B。在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。 4．(同位素的特点)(多选)下列说法正确的是(　　) A．X与Y互为同位素 B．X与Y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 解析：选BC。 X核与Y核的质子数不同，不互为同位素，A错误；X核与Y核的质子数都为m，而质量数不同，则中子数不同，所以互为同位素，B正确；X核内中子数为n－m，Y核内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同，C正确；U核内有143个中子，而不是235个中子，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $