第五章 1 原子核的组成（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第三册教师用书（人教版 浙江）

1　原子核的组成 ［学习目标］　1.知道什么是放射性、放射性元素及天然放射现象。2.了解三种射线的本质，知道其特点(重难点)。3.知道原子核的组成和同位素的概念，会正确书写原子核符号(重点)。 一、天然放射现象 1.1896年，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。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)。 2.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。 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。 二、射线的本质 利用电场和磁场都可以将天然放射线分离开来，如图甲、乙所示，图甲中用电场分离的三束射线电性如何？图乙中用磁场分离的三束射线电性如何？ 答案　图甲电场中向左偏转的射线带负电，向右偏转的射线带正电，不偏转的射线不带电；图乙磁场中向左偏转的射线带正电，向右偏转的射线带负电，不偏转的射线不带电。 1.α射线 (1)是高速粒子流，其组成与氦原子核相同，符号为He，带电荷量为2e，质量是氢原子的4倍。 (2)速度可以达到光速的。 (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)是高速电子流，符号为，带电荷量为-e。 (2)它的速度可接近光速。 (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)是能量很高的电磁波，波长很短，波长在10-10 m以下。 (2)不带电，静止质量为0。 (3)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。 例1　(多选)天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是(　　) A.一张厚的黑纸能挡住α射线和β射线，但不能挡住γ射线 B.γ射线在电场或磁场中均不偏转，是电磁波 C.三种射线中对气体电离作用最强的是α射线 D.β射线是高速电子流，但不是原来绕核旋转的核外电子 答案　BCD 解析　由三种射线的本质和特点可知，α射线穿透能力最弱，一张黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线，故A错误；γ射线是电磁波，不带电，在电场和磁场中均不偏转，故B正确；三种射线中α射线电离作用最强，故C正确；β射线是高速电子流，来源于原子核，故D正确。 例2　(多选)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纸面向外的磁场中的偏转情况的示意图。图乙是两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出。下列说法正确的是(　　) A.a为电源正极 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.到达A板的是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 答案　ACD 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极板粒子的竖直位移，粒子在竖直方向做匀速直线运动，根据类平抛运动规律，又两个粒子初速度v相差约10倍，两者比荷相差几千倍，两极板间电压U不变，则比荷大的电子的偏转程度大，故到达A极板的是β射线，A极板带正电，a为电源的正极。故B错误，A、C、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，根据粒子在沿电场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=·∝ 所以，在同样条件下β与α粒子偏移量之比为 =××≈37>1。 3.α射线和β射线在磁场中偏转的特点：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。 三、原子核的组成 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？ 答案　(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.质子p (1)1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子。 (2)质子带正电，电荷量与一个电子电荷量相等，质子的质量为mp=1.672 621 898×10-27 kg。 2.中子n (1)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。 (2)中子的质量为mn=1.674 927 471×10-27 kg。 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，氢有三种同位素氕、氘、氚，符号分别是HH、H。 例3　下列说法正确的是(　　) A.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 答案　D 解析　钍核的质量数为234，质子数为90，A错误；铍核的质子数为4，中子数为5，质量数为9，B错误；同位素的质子数相同而中子数不同，即质量数不同，C错误，D正确。 例4　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)镭核的核电荷数和所带的电荷量分别是多少？(e=1.6×10-19 C) (3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？ (4)是镭的一种同位素，让和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　(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、核电荷数、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)镭核的核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)核外电子数等于核电荷数，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核电荷数，但质量数不同， 故===。 1.原子核(符号X) 原子核 2.基本关系 (1)核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数； (2)质量数(A)=核子数=质子数+中子数。 课时对点练　［分值：80分］ 1~7题每题5分，共35分 考点一　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.物理学家贝克勒尔发现了X射线 B.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 答案　C 解析　物理学家贝克勒尔发现了铀和含铀的矿物能够发出射线，A错误；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，居里夫妇通过实验发现了钋和镭，D错误。 2.下列现象中，说明原子核具有复杂结构的是(　　) A.光电效应 B.α粒子的散射 C.天然放射现象 D.康普顿效应 答案　C 解析　光电效应表明了光具有粒子性，故A错误；α粒子的散射实验表明原子具有核式结构，故B错误；天然放射现象反映了原子核具有复杂的结构，故C正确；康普顿效应说明光具有粒子性，故D错误。 3.(多选)(2023·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 答案　BC 解析　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。 考点二　原子核的组成 4.卢瑟福发现质子后，猜想原子核中还有中子的存在，他的主要依据是(　　) A.原子核外电子数与质子数相等 B.原子核的质量大约是质子质量的整数倍 C.原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些 D.质子和中子的质量几乎相等 答案　C 解析　当卢瑟福发现质子后，接着又发现原子核的核电荷数与原子核的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或者少一些，因此猜想在原子核内还存在有质量且不带电的中性粒子，故选C。 5.2022年10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204Ac)，锕204的中子数为(　　) A.115 B.89 C.204 D.293 答案　A 6.放射性同位素钬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 答案　A 解析　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。 7.镭是镭的一种同位素，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 答案　A 解析　镭的质子数与核电荷数均为88，质量数为228，镭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；的原子序数为88，中子数为228-88=140，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。 8、9题每题7分，10、11题每题8分，共30分 8.(2024·浙江省高二期中)2024年2月26日，中国科学院高能物理研究所在《科学通报》上发表了重大研究成果：历史上首次在天鹅座恒星形成区发现了一个巨型超高能γ射线泡状结构，内有多个能量超过1千万亿电子伏的光子分布其中，最高达到2千万亿电子伏。关于γ射线，下列说法正确的是(　　) A.一张厚的黑纸能挡住γ射线 B.γ射线是波长很长、频率很小的光子流 C.γ射线是高频电磁波，能量越大，传播速度越大 D.γ射线在星系间传播时，不受星系磁场的影响 答案　D 解析　γ射线的穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土，故A错误；γ射线是波长很短、频率很高的光子流，故B错误；γ射线属于高频电磁波，它们在真空中的传播速度是相等的，故C错误；γ射线不带电，在磁场中不发生偏转，在星系间传播时，不受星系磁场的影响，故D正确。 9.(多选)(2023·浙江省杭州二中月考)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 答案　BD 解析　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F=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A选项分析可知，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。 10.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，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，发现每分钟闪烁的亮点数没有变化；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(β射线能够穿过薄铝片)(　　) A.β射线和γ射线 B.α射线和β射线 C.β射线和X射线 D.α射线和γ射线 答案　D 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，不受静电力作用，在电场中不偏转。由题意知，将电场撤去，通过显微镜观察到荧光屏上每分钟闪烁的亮点数没有变化，可知射线中含有γ射线。再将薄铝片移开，观察到每分钟闪烁的亮点数大大增加，分析可知射线中含有α射线，D正确。 11.一天然放射性物质发出三种射线，经过方向如图所示的匀强磁场、匀强电场共存的区域后射到足够大的荧光屏上，荧光屏上只有a、b两处出现亮斑，下列判断中正确的是(　　) A.射到b处的一定是α射线 B.射到b处的一定是β射线 C.射到b处的可能是γ射线 D.射到b处的可能是α射线 答案　D 解析　α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，γ射线不受静电力和洛伦兹力，故射到b处的一定不是γ射线，C错误；α射线和β射线在电场、磁场中受到静电力和洛伦兹力，若α射线打在a点，则有Eqα=Bqαvα，对β射线vβ>vα，则Bqβvβ>Eqβ，此时β射线打到b点，若β射线打在a点，则Bqβvβ=Eqβ，对α射线有Bqαvα<Eqα，此时α射线打到b点，故射到b处的可能是α射线，也可能是β射线。A、B错误，D正确。 12.(15分)茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对航天员构成了很大的威胁。现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)： (1)(4分)在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的办法除去α射线； (2)(5分)余下的这束β和γ射线经过如图所示的一个使它们分开的匀强磁场区域，请在图上画出β和γ射线进入匀强磁场区域后运动轨迹的示意图； (3)(6分)用匀强磁场可以区分β和γ射线，但不易把α射线从γ射线束中分离出来，为什么？(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8 000倍，α射线速率约为光速大小的十分之一，β射线速率约为光速大小) 答案　见解析 解析　(1)由于α射线穿透能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线。 (2)示意图如图所示 (3)由洛伦兹力提供向心力，有qvB=m，可得r=，结合题设条件可知：α粒子做匀速圆周运动的半径很大，比β粒子做匀速圆周运动的半径大得多，α粒子在匀强磁场中偏转量很小，几乎不偏转，故不易将α射线与γ射线分离。 学科网（北京）股份有限公司 $ 1　原子核的组成 DIWUZHANG 第五章 1 1.知道什么是放射性、放射性元素及天然放射现象。 2.了解三种射线的本质，知道其特点(重难点)。 3.知道原子核的组成和同位素的概念，会正确书写原子核符号(重点)。 学习目标 2 一、天然放射现象 二、射线的本质 课时对点练 三、原子核的组成 内容索引 3 天然放射现象 一 4 1.1896年，物理学家 发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线。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 。 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。 贝克勒尔 钋(Po)和镭(Ra) 射线 放射性 射线 大于 小于或等于 返回 射线的本质 二 6 利用电场和磁场都可以将天然放射线分离开来，如图甲、乙所示，图甲中用电场分离的三束射线电性如何？图乙中用磁场分离的三束射线电性如何？ 答案　图甲电场中向左偏转的射线带负电，向右偏转的射线带正电，不偏转的射线不带电；图乙磁场中向左偏转的射线带正电，向右偏转的射线带负电，不偏转的射线不带电。 1.α射线 (1)是高速 ，其组成与 原子核相同，符号为He，带电荷量为 ，质量是氢原子的4倍。 (2)速度可以达到光速的____。 (3)电离作用 ，穿透能力 ，在空气中只能前进 ，用一张纸就能把它挡住。 梳理与总结 粒子流 氦 2e 强 较弱 几厘米 2.β射线 (1)是高速 ，符号为，带电荷量为 。 (2)它的速度可接近光速。 (3)电离作用 ，穿透能力 ，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的 。 3.γ射线 (1)是能量很高的 ，波长很短，波长在10-10 m以下。 (2)不带电，静止质量为0。 (3)电离作用 ，穿透能力 ，甚至能穿透几厘米厚的 和几十厘米厚的混凝土。 电子流 -e 较弱 较强 铝板 电磁波 更弱 更强 铅板 　(多选)天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是 A.一张厚的黑纸能挡住α射线和β射线，但不能挡住γ射线 B.γ射线在电场或磁场中均不偏转，是电磁波 C.三种射线中对气体电离作用最强的是α射线 D.β射线是高速电子流，但不是原来绕核旋转的核外电子 例1 √ √ √ 由三种射线的本质和特点可知，α射线穿透能力最弱，一张黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线，故A错误； γ射线是电磁波，不带电，在电场和磁场中均不偏转，故B正确； 三种射线中α射线电离作用最强，故C正确； β射线是高速电子流，来源于原子核，故D正确。 　(多选)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纸面向外的磁场中的偏转情况的示意图。图乙是两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出。下列说法正确的是 A.a为电源正极 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.到达A板的是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 例2 √ √ √ 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极板粒子的竖直位移，粒子在竖直方向做匀速直线运动，根据类平抛运动规律，又两个粒子初速度v相差约10倍，两者比荷相差几千倍，两极 板间电压U不变，则比荷大的电 子的偏转程度大，故到达A极板 的是β射线，A极板带正电，a为 电源的正极。故B错误，A、C、 D正确。 总结提升 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，根据粒子在沿电场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=·∝ 所以，在同样条件下β与α粒子偏移量之比为=××≈37>1。 总结提升 3.α射线和β射线在磁场中偏转的特点：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。 返回 原子核的组成 三 16 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？ 答案　说明质子是原子核的组成部分。 (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？ 答案　说明原子核中除了质子外还有其他粒子。 1.质子p (1)1919年，卢瑟福用 轰击氮原子核发现了质子。 (2)质子带 电，电荷量与一个 电荷量相等，质子的质量为mp= 1.672 621 898×10-27 kg。 2.中子n (1)卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与 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。 (2)中子的质量为mn=1.674 927 471×10-27 kg。 梳理与总结 α粒子 正 电子 质子 查德威克 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，氢有三种同位素氕、氘、氚，符号分别是HH、H。 质子 中子 核子 质子数 中子数 同一位置 　下列说法正确的是 A.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 例3 √ 钍核的质量数为234，质子数为90，A错误； 铍核的质子数为4，中子数为5，质量数为9，B错误； 同位素的质子数相同而中子数不同，即质量数不同，C错误，D正确。 　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？ 例4 原子序数与核内质子数、核电荷数、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。 答案　88　138 (2)镭核的核电荷数和所带的电荷量分别是多少？(e=1.6×10-19 C) 镭核的核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。 答案　88　1.408×10-17 C (3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？ 核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88。 答案　88　 (4)是镭的一种同位素，让和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？ 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核电荷数，但质量数不同， 故===。 答案　113∶114 总结提升 1.原子核(符号X) 原子核 2.基本关系 (1)核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数； (2)质量数(A)=核子数=质子数+中子数。 返回 课时对点练 四 26 考点一　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.物理学家贝克勒尔发现了X射线 B.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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 基础对点练 √ 12 物理学家贝克勒尔发现了铀和含铀的矿物能够发出射线，A错误； 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，居里夫妇通过实验发现了钋和镭，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 光电效应表明了光具有粒子性，故A错误； α粒子的散射实验表明原子具有核式结构，故B错误； 天然放射现象反映了原子核具有复杂的结构，故C正确； 康普顿效应说明光具有粒子性，故D错误。 2.下列现象中，说明原子核具有复杂结构的是 A.光电效应 B.α粒子的散射 C.天然放射现象 D.康普顿效应 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3.(多选)(2023·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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 √ 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 当卢瑟福发现质子后，接着又发现原子核的核电荷数与原子核的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或者少一些，因此猜想在原子核内还存在有质量且不带电的中性粒子，故选C。 考点二　原子核的组成 4.卢瑟福发现质子后，猜想原子核中还有中子的存在，他的主要依据是 A.原子核外电子数与质子数相等 B.原子核的质量大约是质子质量的整数倍 C.原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些 D.质子和中子的质量几乎相等 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5.2022年10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204Ac)，锕204的中子数为 A.115 B.89 C.204 D.293 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 6.放射性同位素钬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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 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。 12 7.镭是镭的一种同位素，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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 镭的质子数与核电荷数均为88，质量数为228，镭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； 的原子序数为88，中子数为228-88=140，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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 8.(2024·浙江省高二期中)2024年2月26日，中国科学院高能物理研究所在《科学通报》上发表了重大研究成果：历史上首次在天鹅座恒星形成区发现了一个巨型超高能γ射线泡状结构，内有多个能量超过1千万亿电子伏的光子分布其中，最高达到2千万亿电子伏。关于γ射线，下列说法正确的是 A.一张厚的黑纸能挡住γ射线 B.γ射线是波长很长、频率很小的光子流 C.γ射线是高频电磁波，能量越大，传播速度越大 D.γ射线在星系间传播时，不受星系磁场的影响 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 γ射线的穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土，故A错误； γ射线是波长很短、频率很高的光子流，故B错误； γ射线属于高频电磁波，它们在真空中的传播速度是相等的，故C错误； γ射线不带电，在磁场中不发生偏转，在星系间传播时，不受星系磁场的影响，故D正确。 12 9.(多选)(2023·浙江省杭州二中月考)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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 √ 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 F=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； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由A选项分析可知，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 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 10.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，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，发现每分钟闪烁的亮点数没有变化；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(β射线能够穿过薄铝片) A.β射线和γ射线 B.α射线和β射线 C.β射线和X射线 D.α射线和γ射线 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 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，不受静电力作用，在电场中不偏转。由题意知，将电场撤去，通过显微镜观察到荧光屏上每分钟闪烁的亮点数没有变化，可知射线中含有γ射线。再将薄铝片移开，观 察到每分钟闪烁的亮点数大大增加， 分析可知射线中含有α射线，D正确。 12 11.一天然放射性物质发出三种射线，经过方向如图所示的匀强磁场、匀强电场共存的区域后射到足够大的荧光屏上，荧光屏上只有a、b两处出现亮斑，下列判断中正确的是 A.射到b处的一定是α射线 B.射到b处的一定是β射线 C.射到b处的可能是γ射线 D.射到b处的可能是α射线 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，γ射线不受静电力和洛伦兹力，故射到b处的一定不是γ射线，C错误； α射线和β射线在电场、磁场中受到静电力和洛 伦兹力，若α射线打在a点，则有Eqα=Bqαvα， 对β射线vβ>vα，则Bqβvβ>Eqβ，此时β射线打到 b点，若β射线打在a点，则Bqβvβ=Eqβ，对α射 线有Bqαvα<Eqα，此时α射线打到b点，故射到b处的可能是α射线，也可能是β射线。A、B错误，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由于α射线穿透能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线。 12.茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对航天员构成了很大的威胁。现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)： (1)在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的办法除去α射线； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 尖子生选练 12 答案　见解析 示意图如图所示 (2)余下的这束β和γ射线经过如图所示的一个使它们分开的匀强磁场区域，请在图上画出β和γ射线进入匀强磁场区域后运动轨迹的示意图； 答案　见解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由洛伦兹力提供向心力，有qvB=m，可得r=，结合题设条件可知：α粒子做匀速圆周运动的半径很大，比β粒子做匀速圆周运动的半径大得多，α粒子在匀强磁场中偏转量很小，几乎不偏转，故不易将α射线与γ射线分离。 (3)用匀强磁场可以区分β和γ射线，但不易把α射线从γ射线束中分离出来，为什么？(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8 000倍，α射线速率约为光速大小的十分之一，β射线速率约为光速大小) 答案　见解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 返回 $