5.1 原子核的组成-【创新大课堂系列】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步辅导与测试(人教版)

第五章 原子核 1 原子核的组成 (1)了解放射性现象和放射性元素。 物理观念 (2)知道三种射线的特性。 (3)了解原子核的组成，会正确写出原子核的符号。 科学思维 三种射线的本质、特点及应用。 科学探究 探究三种射线的穿透能力 科学态度与责任 通过对原子核结构的探究，感悟探索微观世界的研究方法，强化证据意识和推理能力。 必备知识·自主梳理 预习新知夯实基础 一、天然放射现象射线的本质 二、原子核的组成 1.天然放射现象 1.质子的发现 (1)1896年，法国物理学家 发现某些物 用a粒子轰击 获得了质子。 质具有放射性。 2.中子的发现 (2)物质发出 的性质称为放射性，具有 (1)卢瑟福猜想：原子核内可能还存在着另一种 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 放射现象。 粒子，它的质量与质子相同，但是不带电，他把这 (3)原子序数大于 的元素，都能自发地 种粒子叫作中子。 发出射线，原子序数小于或等于 的元 (2)查德威克用a粒子轰击铍(Be)原子核获得 素，有的也能放出射线。 了中子。 (4)玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了3.原子核的组成 两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭 原子核由 组成，它们统称为 (Ra)。 2.射线的实质 4.原子核的电荷数(Z) (1)α射线：实际上就是 ,速度可达到光 等于原子核的 ,等于 速的0其 作用强，穿透能力较弱，在空 5.原子核的质量数(A) 气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 等于 与 的总和。 (2)B射线：是 ,速度可以接近光速，它的 6.原子核的符号表示 电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸， X,其中X为元素符号，A为原子核的 也能穿透几毫米厚的 (3)Y射线：呈电中性，是能量很高的 ,波 ,Z为原子核的 长很短，在1010m以下，它的电离作用更弱，但 7.同位素 穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的 具有相同的 而 不同的原子核 和几十厘米厚的混凝土。 组成的元素，互称同位素。 96 第五章原子核 :2.情景思考 自主评价 卢瑟福根据α粒子散射实验推翻了“枣糕”模型， 1.判断正误 建立了核式结构模型，核式结构模型如何解释α (1)放射性元素发出的射线的强度可以人工： 粒子散射实验的结果？ 控制。 ( (2)放射性元素的放射性都是自发的现象。 ( (3)Y射线的穿透能力最强，电离能力最弱。 ( (4)原子核的核子数等于质子数。 ( (5)在元素周期表中处在同一位置上，而质量数： 不同的元素叫同位素。 ( ) 关键能力·合作探究 讲练设计探究重，点 要点1三种射线的特征 [典例1]如图所示，R是一种 M 放射性物质，虚线框内是匀强 探究导入如图为三种射线在磁 磁场，LL'是厚纸板，MN是荧 0 场中的运动轨迹示意图。 光屏，实验时，发现在荧光屏的 R (1)α射线向左偏转，B射线向 磁场 I N ×B O、P两点处有亮斑，由此可知 右偏转，Y射线不偏转说明了 磁场的方向、到达O点的射线种类、到达P点的 什么？ 射线种类应属于下表中的 (2)α射线的偏转半径大于B射线的偏转半径说 明了什么？ 到达O点 到达P点 选项 磁场方向 的射线 的射线 A 竖直向上 B a B 竖直向下 垂直纸面向里 2 3 探究归纳 D 垂直纸面向外 [思维导引门解答此题应注意以下两点： Q、B、Y三种射线的比较 (1)能够穿过厚纸板的只有B和Y射线，α射线无 种类 a射线 B射线 Y射线 法穿过。 光子流（高 (2)Y射线不偏转，β射线在磁场中的偏转情况符 组成 高速氦核流 高速电子流 频电磁波) 合左手定则。 静止质 [听课记录] 质量 4mp(mp=1.67 mp ×10-27kg) 1836 量为零 带电荷量 2e -e 0 速率 0.1c 0.99c 最弱，用一 较强，能穿 最强，能穿透几厘 穿透能力 张纸就能 透几毫米 米厚的铅板和几十 挡住 的铝板 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 97 物理·选择性必修第三册 …/名师点评/ 要点2原子核的组成 三种射线在磁场中偏转情况的分析 (1)Y射线不论是在电场中还是在磁场中，总是 探究导入 1919年卢瑟福用镭放射 质子 做匀速直线运动，不发生偏转。 出的α粒子轰击氨原子核，从氨核 (2)&射线和B射线在电场中偏转的特点：带电 中打出了一种新的粒子（如图所 粒子垂直进入匀强电场，设初速度为0，垂直 示)，叫质子。 电场线方向位移为x,沿电场线方向位移为y, (1)人们用α粒子轰击多种原子 则有 核，都打出了质子，说明了什么 问题？ x=00t,y= 1.qE2 (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？ 消去t可得y= qEz2 2mv 对某一确定的x值，B、α粒子在同一电场中沿 电场线偏转距离之比为 =ex Amp 109 mp (0.99c)2 ≈37>1。 ya 2e 1836 探究归纳 (3)α射线和B射线在磁场中的偏转特点：在同1.原子核（符号X) 匀强磁场中，α和B粒子沿相反方向做匀速 大小：很小，半径的数量级为1015~1014m 调周运动，根格加B=管得R-c 原 〔质子：电荷量e=+1.6×10-19C gB q 子组质量mp=1.672621898×1027kg 所以，在B与。粒子的轨迹半径之比为尺。 核成中子：电荷量为0 mp 质量mm=1.674927471×10-27kg 1836 0.99c 2e 2.基本关系 Amp 1 371 核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外 10 电子数，质量数(A)=核子数=质子数十中子数。 针对训练 3.同位素 (1)同位素指质子数相同、中子数不同的原子核 1.如图所示，x为未知的放 所组成的元素的互称。 射源，L为薄铝片，若在放 (2)原子核内的质子数决定了核外电子的数目， 射源和计数器之间加上工 B 计数器 进而也决定了元素的化学性质。同种元素的原 后，计数器的计数率大幅 子，质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同 度减小，在L和计数器之 的化学性质，但它们的中子数不同，所以它们的 间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不 物理性质不同。 变，则x可能是 ( ) [典例2]已知镭的原子序数是88，原子核的质量 A.α和阝的混合放射源 数是226，试问： B.纯a放射源 (1)镭核中有多少个质子？多少个中子？ C.a和Y的混合放射源 (2)镭核所带的电荷量是多少？ D.纯y放射源 (3)若镭原子呈中性，它核外有多少个电子？ 2.（多选)将a、B、Y三种射线分别射入匀强磁场和： [听课记录] 匀强电场，下图表示射线偏转情况，其中正确 的是 R 98 第五章原子核 :4.(多选)2Ra是2Ra的一种同位素，对于这两种 针对训练 : 镭的原子而言，下列说法正确的有 ( 3.下列关于原子核的相关说法中正确的是 ( A.它们具有相同的质子数和不同的质量数 A.天然放射现象的发现说明了原子核是可以再分的 B.它们具有相同的中子数和不同的原子序数 B.原子核的电荷数不是它的电荷量，但质量数是 C.它们具有相同的核电荷数和不同的中子数 它的质量 C.卢瑟福通过实验发现了质子和中子 D.它们具有相同的核外电子数和不同的化学 D.原子核3Th的核内有90个中子 性质 素养演练·提升技能 达标训练素养提高 1.下列现象中，与原子核内部结构变化有关的是 4.(新情景题)如图所示，在某次 ( 实验中把放射源放入铅制成的 A.α粒子散射现象 B.天然放射现象 容器中，射线只能从容器的小 C.光电效应现象 D.原子发光现象 孔射出。在小孔前Q处放置一 2.在元素周期表中查到铅的原子序数为82，一个铅： 张黑纸，在黑纸后P处放置照 原子质量数为207，下列说法正确的是( ) 相机底片，Q、P之间为垂直纸（非黑纸）面的匀强 A.核外有82个电子，核内有207个质子 磁场（图中未画出），整个装置放在暗室中。实验 B.核外有82个电子，核内有82个质子 中发现，在照相机底片的a、b两处被感光(b点正 C.核内有82个质子，207个中子 对铅盒的小孔)。下列有关说法正确的是( D.核内有125个核子 A.天然放射现象说明原子具有复杂的结构 3.氢有三种同位素，分别是氕(H)、氘(H)、氚 B.Q、P之间的匀强磁场垂直纸面向里 (H),下列说法正确的是 ( C.通过分析可知，打到a处的射线为B射线 A.它们的质子数相等 D.此放射性元素放出的射线中只有α射线和B B.它们的物理性质和化学性质均不相同 射线 C.它们的核子数相等 D.它们的中子数相等 温馨提示 请做课时分层检测（二十） 2 放射性元素的衰变 (1)了解原子核的衰变。 物理观念 (2)知道半衰期及其统计规律。 (3)知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害及防护。 科学思维 根据质量数守恒和电荷数守恒写出反应方程。 科学探究 利用4C的半衰期估算植物的年龄。 科学态度与责任 了解放射性技术在生活、科技领域的应用，培养对发展科学技术的热爱。 必备知识·自主梳理 预习新知夯实基础 一、原子核的衰变 变成另一种 ,我们把这种变化称为原子 1.定义 核的衰变 原子核自发地放出 或 ,由于核2.衰变分类 电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了， (1)a衰变：放出a粒子的衰变。 (2)B衰变：放出B粒子的衰变。 99又由入射的光子数决定，因此>I'。 4 -×0.1c× -≈370.9 答案D 1 0.99c 2 [典例3]解析由光电流I与电压U的关系图像可知，α光对应的1 1836 遏止电压大于b光对应的逼止电压，结合Ek=hv一W。和Ek=eU.{ 由此可见，A项正确，B项错误； 可知，a光光子的频率大于b光光子的频率，水对a光的折射率大于： 带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为，垂直电场线方向位移 对b光的折射率，故A正确：根据折射率n=C可知，a光在水中的 为x,沿电场线方向位移为y,则有 传播速度更小，故B正确：光电管的极限频率与自身的性质有关，与 I=vot,y-2 m 照射光的频率无关，故C错误：由光电流I与电压U的关系图像可 知，当滑动变阻器的滑片滑到最左端时，电压U为零，但光电流I不 消去t可得y gEx? 2mv 为零，故D错误。 答案AB 对某一确定的x值，α、3粒子沿电场线偏转距离之比为 [典例4]解析 一群处于=5激发态的氢原子，向低能级跃迁时最 多可辐射出C唱=10种不同频率的光，故A错误：根据g -mv ya ga mg v 2=2×1836×(0.99c) 可 。一1 4 (0.1c)237.5 由此可见，C项错误，D项正确。 知，口√，氢原子中的电于从高能级向低能级跃迁时轨道丰径减 答案AD 更占2 小，则电子速率增大，故B错误；根据玻尔理论可知， 一群处于n 5探究导入提示：(1)说明质子是原子核的组成部分。 激发态的氢原子，向低能级跃迁时可辐射出的10种不同频率的光 (2)说明原子核内除质子外，还有其他粒子存在。 子中，只有n=5能级向=1能级跃迁时辐射的光于的能量值大于！[典例2]解析原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外 13eV,为13.06eV,能使该金发生光电效应，故C正确；由于 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 10种光子中能量值最大的光子的能量值仅为13.06eV,所以福射， 。由此可得： 出的光子无论使哪一种金属发生光电效应，逸出的光电子的动能都！ (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 一定小于13.06eV,故D错误。 子核的质量数A与质子数Z之差，即N=A一Z=226-88=138。 答案C (2)镭核所带电荷量 [典例5]解析根据能级跃迁知识，从n=4能级跃迁到n=3能级 Q=Ze=88×1.6×10-19C=1.408×10-17C 和从n=4能级跃迁到n=2能级以及从n=3能级跃迁到n=2能级！ (3)中性镭原子，核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88。 辐射的光子能量均小于3eV,而从n一4能级跃迁到n一1能级和从 答案 (1)88 138(2)1.408×10-17C(3)88 n=3能级跃迁到n=1能级以及从n=2能级跃迁到n=1能级辐射 :针对训练 的光子能量均大于3V且小于124eV,所以这群氧原子辐射的光3.解析在对天然放射现象的研究中发现，射线与原子核外的电于无 中，有三种频率的光为紫外线，故A错误：这群氢原子辐射的光中， 关，也就是说射线来自原子核，因此说明了原子核可以再分，故A正 当氢原子从=4能级向n=3能级跃迁时，波长最长，此光子能量 确：原子核的电荷数不是它的电荷量，质量数也不是它的质量，故B 为五三 -E3 -0.85eV一（一1.51）eV=0.66eV,故B正确；在 错误：卢瑟福通过实验发现了质子，并猜想原子核内可能还存在中 氢原子辐射的光中，从一4能级跃迁到基态释放的光子能量最大， 子，查德威克通过实验证实了原子核中存在中子，故C错误：原子 其波长最小，能使光刻机雕刘尺寸最小，其光子能量为E 核。Th的质子数为90，中子数为144，故D错误 E -0.85eV-(-13.6)eV=12.75eV,故C正确；在光刻机的 答案A 物镜和硅晶圈之间充满水，光频率不变，速度减小，可知光的波长在·4解析 原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都 水中将变短，打在硅晶圆上的光的波长将变短，得以刻出更精密的： 是相等的，原子核的质量数（核子数）等于核内质子数与中子数之 芯片，故D正确。 和，由此可知这两种镭是同位素，核内的质子数均为88，核子数分别 答案BCD 为226和228，中子数分别为138和140，原子的化学性质由核外电 第五章原子核 子数决定，由于它们的核外电子数相同，故它们的化学性质也相同。 原子核的组成 故正确答案为A、C。 誉客 AC 必备知识·自主梳理 !素养演练·提升技能 一、1.(1)贝克勒尔(2)射线天然(3)83832.(1)粒子流 ·1.解析α粒子散射现象说明了原子的核式结构，但与原子核内部结 电离(2)电子流铝板(3)电磁波铅板 构变化无关，A错误；光电效应现象说明光具有粒子性，原子发光现 二、1.卢瑟福氨原子核3.质子中子核子 4.质子数 原子序 象显示了原子能级的不连续性，均与原子核内部结构无关，C、D错 数5.质子数中子数6.质量数电荷数7.质子数中子数 误：天然放射现象是原子核内部结构变化引起的，B正确。 自主评价 答案B 1.(1)×(2)/(3)/(4)×(5)W/ 2.解析在元素周期表中查到铅的原子序数为82，即一个铅原子中有 2.提示：卢瑟福认为，占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集1 82个质子，由于原子是电中性的，则核外电子有82个：根据质量数 中在很小的空间范囿。绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向， (核子数)等于质子数与中子数之和可知，铅原子核的中子数为 前进，只有极少数α粒子有机会与原子核接近，受到原子核较大的 207一82=125，故选项B正确」 斥力而发生明显的偏转。 答案B 关键能力·合作探究 3.解析 任意一种元素的几种同位素，具有相同的质子数、核电荷数 要点1 和核外电子数，且化学性质相同，但质量数（核子数）和中子数都不 探究导入提示：(1)说明α射线带正电，阝射线带负电，Y射线不： 相等，故选项A正确 带电。 答案 A (2)说明射线比荷小于B射线的比荷 4.解析 天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，选项A错误；因 [典例1]解析R放射出来的射线共有a、B,Y三种，其中a、B射线！ 黑纸只能挡住a射线，则打到a点的为3射线，打到b点的为Y射 垂直于磁场方向进入磁场区城时将受到洛伦兹力作用，丫射线不偏 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 转，故打在(O点的应为Y射线：由于：射线贯穿本领弱，不能射穿厚 误，C正确：比放射性元素放出的射线中有α射线、B射线和Y射线， 纸板，故到达P点的应是3射线：依据B射线的偏转方向及左手定 选项D错误。 则可知磁场方向垂直纸面向里。 答案 C 答案C 2 放射性元素的衰变 针对训练 !必备知识·自主梳理 1.解析 在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减 -、1.a粒子3粒子原子核3.He 9e4.(1)电荷数质量数 小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在铝片和计数器之 二、1.半数2.核内部自身不同 问再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片 的粒子中无带电粒子，故只有Y射线。因此放射源可能是α和Y的 三、1.(1)新原子核(2)卢瑟福()十1H质量数电荷数 混合放射源，C正确。 3.(1)放射治疗(2)示踪原子(3)过量放射性物质 答案C :自主评价 2.解析 已知α粒子带正电，B粒子带负电，Y射线不带电，根据正、负 :1.(1)/ (2)×(3)/(4)/ (5)/ 电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力 ·2.提示：不是。经过一个半衰期，该种元素的原子核有半数发生变化 方向，可知A、B、C、D四幅图中，α、3粒子的偏转方向都是正确的，但 转变成其他元素，但核内的核子（质子和中子）并没有这么明显的 偏转的程度需进一步判断。 :关键能力·合作探究 带电粒子在磁场中做匀速图周运动，其半径=，将其数据代入，！要点 Ba 则α粒子与B粒子的半径之比为 探究导入提示：手机和微波炉等确实能产生电磁波，Y射线也是电磁 波，但两者在能量上有较大的区别，手机等放出的电磁波属于微波 范囿，与Y射线相比，穿透本领及电离本领都很弱，对人体危害很 ra mg vg ga 小。但Y射线频率很大，能量很高，因而使用不当时，对人体危害 较大。 217