1. 原子核的组成（导学案）物理人教版选择性必修第三册

该高中物理导学案围绕“原子核的组成”展开，引导学生了解天然放射现象，认识三种射线的本质与特性，掌握原子核由质子和中子组成及同位素概念。通过“知识回顾”衔接第四章粒子波动性，“自主预习”引导预习新知，构建前后连贯的学习支架。 资料突出科学探究与科学思维，结合射线在电磁场中偏转实验分析，引导学生经历“观察-猜想-验证-结论”流程，通过思考讨论和典型例题，帮助学生建立原子核微观模型，提升基于证据的论证能力，培养严谨的科学态度与责任。

第1节 原子核的组成 物理观念：了解天然放射现象，认识原子核具有复杂结构；理解三种射线的本质与特性；知道原子核由质子和中子组成，掌握原子核的电荷数、质量数与核子数的关系；理解同位素的概念，建立原子核组成的微观模型。 科学思维：通过分析三种射线在电场、磁场中的偏转实验，体会从实验现象到本质推理的逻辑；梳理质子、中子的发现历程，理解科学家提出假说、验证猜想的思维过程；对比原子模型与原子核模型的差异，形成微观粒子的结构思维方式。 科学探究：了解三种射线的区分实验、质子与中子发现实验的设计思路；体会“观察现象—提出猜想—实验验证—得出结论”的科学探究流程；通过分析实验数据，提升基于证据进行科学论证的能力。 科学态度与责任：了解原子核组成的探索历程，感受科学家敢于质疑、勇于探索的科学精神；认识原子核结构研究对核能利用、现代科技发展的重要意义，树立尊重科学、严谨求实的科学态度。 1.天然放射现象与三种射线的本质、特性(重点)。 2.原子核的组成（质子、中子）及符号表示(重点)。 3.三种射线的区分与本质理解。从实验现象推导原子核内部结构的逻辑过程(难点)。 【知识回顾】 第四章 原子结构和波粒二象性 第5节 粒子的波动性和量子力学的建立 一、粒子的波动性 1.德布罗意假设：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波。 2.粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间的关系：ν=，λ=。 二、物质波的实验验证 1.实验探究思路：干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象。 2.实验验证：1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性。 3.说明 除了电子以外，人们陆续证实了中子、质子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν=和λ=关系同样正确。 4.电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有波粒二象性。 三、量子力学的建立 1.量子力学的建立 2.量子力学的应用 借助量子力学，人们深入认识了微观(填“宏观”或“微观”)世界的组成、结构和属性。 (1)推动了核物理和粒子物理的发展。人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个微观(填“宏观”或“微观”)层次的物质结构，又促进了天文学和宇宙学的研究。 (2)推动了原子、分子物理和光学的发展 人们认识了原子的结构，以及原子、分子和电磁场相互作用的方式，发展了各式各样的对原子和电磁场进行精确操控和测量的技术。 (3)推动了固体物理的发展 人们了解了固体中电子运行的规律，并弄清了为什么固体有导体、绝缘体和半导体之分。 四、量子力学的应用 1.借助量子力学，人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性。 2.量子力学推动了核物理和粒子物理的发展。 3.量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展。 4.量子力学推动了固体物理的发展。 【自主预习】 第五章 原子核 第1节 原子核的组成 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、放射性的本质 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e，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。 三、原子核的组成 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、、。 思考与讨论1 一、天然放射现象 1.什么是天然放射现象？ 答案 天然放射现象——放射性的元素自发地发出射线的现象。 2.什么是放射性，什么是放射性元素，发现天然放射现象的意义是什么？ 答案 （1）放射性：物质发射射线的性质； （2）放射性元素：具有放射性的元素； （3）天然放射现象的意义：表明原子核也是具有结构的。 思考与讨论2 二、放射性的本质 1.自从发现了天然放射现象，人们就一直在研究射线的本质。请同学们大胆地猜想，射线可能是什么? 答案 带电粒子、电磁波等。 2.把放射源铀、钍或镭放入用铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。通过磁场后分成了三束，从图示的实验现象中同学们能够得出什么结论? 答案 有两束射线在磁场中向不同的方向偏转，证明它们是带电粒子流；另一束在磁场不偏转，说明它不带电。 3.这三种射线分别就是α射线、β射线和γ射线。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？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？ 答案 根据左手定则，α射线带正电荷，β射线带负电荷。 【例1】(多选)(2024·玉溪市模拟)如图所示，在铅制盒子中存放有放射性元素铀，射线只能从盒子上的小孔射出，形成细细的一束。在射线经过的区域施加垂直于纸面向外的匀强磁场，发现射线分裂成了1、2和3三束，则 A.射线1带负电 B.射线2为X射线，穿透能力最强 C.射线3的粒子与光照射金属时所逸出的带电粒子是同一种粒子 D.三束射线速度大小不同，穿透能力也不同 【解析】由左手定则可知射线1是α粒子，带正电，射线2是γ射线，不带电，射线3是β粒子，带负电，故A错误；射线2是γ射线，穿透本领最强，故B错误；射线3是β粒子，本质是电子，与光照射金属时所逸出的带电粒子是同一种粒子，故C正确；三种射线速度大小不同，其中α粒子速度最小，穿透能力最弱，电离本领最强，β粒子速度可以接近光速，穿透能力较强，电离能力较弱，γ射线速度最大，穿透本领最强，电离本领最弱，故D正确。 思考与讨论3 三、原子核的组成 1.请同学们自己写出卢瑟福发现质子的核反应方程。 答案 2.哪些物理量在数值上与核电荷数Z相等？ 答案 核电荷数Z=质子数=原子序数=核外电子数。 3.原子核要如何表示呢？ 答案 【例2】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 B.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】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，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3】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=1.6×1019C) (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？ 【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，解得，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.如图所示，x为未知放射源，它向右方放出射线，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射线和β射线的混合放射源 B.α射线和γ射线的混合放射源 C.β射线和γ射线的混合放射源 D.α射线、β射线和γ射线的混合放射源 【解析】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，说明磁场对穿过p的射线没有影响，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射线和γ射线的混合放射源，故选项B正确． 2.如图，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外．已知放射源放出的射线有α、β、γ三种，下列判断正确的是(　　) A.甲是α射线，乙是γ射线，丙是β射线 B.甲是β射线，乙是γ射线，丙是α射线 C.甲是γ射线，乙是α射线，丙是β射线 D.甲是α射线，乙是β射线，丙是γ射线 【解析】α射线是高速氦核(He)流，带正电荷；β射线是高速电子(e)流，带负电荷，根据左手定则，可知α射线受到的洛伦兹力方向向右，β射线受到的洛伦兹力方向向左，故丙是α射线，甲是β射线．γ射线是高频电磁波，不带电，在磁场中的运动轨迹不会发生偏转，故乙是γ射线，B正确． 3.锶原子核的符号是Sr，那么它的原子(　　) A.核外有38个电子，核内有95个质子 B.核外有38个电子，核内有57个中子 C.核外有57个电子，核内有57个质子 D.核外有57个电子，核内有38个质子 【解析】根据质子数＋中子数＝质量数可以求解，Sr原子核内的质子数为38，核外电子数等于核内质子数，即为38，质量数为95，中子数为57.故选B． 4.α、β、γ三种射线穿透能力的示意图如图所示，下列说法正确的是(　　) A.甲为α射线，它的贯穿能力和电离作用都很弱 B.乙为β射线，它是由原子核外的电子电离后形成的高速电子流 C.丙为γ射线，它在真空中的传播速度是3.0×108 m/s D.以上说法都不对 【解析】α射线贯穿能力很弱，电离作用很强，一张纸就能把它挡住，β射线能贯穿几毫米厚的铝板，电离作用较弱，γ射线贯穿本领最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土．α射线电离作用强，A选项错误；三种射线都来自原子核，B选项错误；γ射线是一种电磁波，在真空中的传播速度是3.0×108 m/s，C选项正确，D选项错误． 5.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】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。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1节 原子核的组成 物理观念：了解天然放射现象，认识原子核具有复杂结构；理解三种射线的本质与特性；知道原子核由质子和中子组成，掌握原子核的电荷数、质量数与核子数的关系；理解同位素的概念，建立原子核组成的微观模型。 科学思维：通过分析三种射线在电场、磁场中的偏转实验，体会从实验现象到本质推理的逻辑；梳理质子、中子的发现历程，理解科学家提出假说、验证猜想的思维过程；对比原子模型与原子核模型的差异，形成微观粒子的结构思维方式。 科学探究：了解三种射线的区分实验、质子与中子发现实验的设计思路；体会“观察现象—提出猜想—实验验证—得出结论”的科学探究流程；通过分析实验数据，提升基于证据进行科学论证的能力。 科学态度与责任：了解原子核组成的探索历程，感受科学家敢于质疑、勇于探索的科学精神；认识原子核结构研究对核能利用、现代科技发展的重要意义，树立尊重科学、严谨求实的科学态度。 1.天然放射现象与三种射线的本质、特性(重点)。 2.原子核的组成（质子、中子）及符号表示(重点)。 3.三种射线的区分与本质理解。从实验现象推导原子核内部结构的逻辑过程(难点)。 【知识回顾】 第四章 原子结构和波粒二象性 第5节 粒子的波动性和量子力学的建立 一、粒子的波动性 1.德布罗意假设：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫 波。 2.粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间的关系：ν=，λ=。 二、物质波的实验验证 1.实验探究思路： 、 是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象。 2.实验验证：1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的 。 3.说明 除了电子以外，人们陆续证实了中子、质子以及原子、分子的 ，对于这些粒子，德布罗意给出的ν=和λ=关系同样正确。 4.电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有 性。 三、量子力学的建立 1.量子力学的建立 2.量子力学的应用 借助量子力学，人们深入认识了 (填“宏观”或“微观”)世界的组成、结构和属性。 (1)推动了核物理和粒子物理的发展。人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个 (填“宏观”或“微观”)层次的物质结构，又促进了 学和宇宙学的研究。 (2)推动了原子、分子物理和光学的发展 人们认识了原子的结构，以及原子、分子和电磁场相互作用的方式，发展了各式各样的对原子和电磁场进行精确操控和测量的技术。 (3)推动了固体物理的发展 人们了解了固体中电子运行的规律，并弄清了为什么固体有 、绝缘体和半导体之分。 四、量子力学的应用 1.借助量子力学，人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性。 2.量子力学推动了核物理和粒子物理的发展。 3.量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展。 4.量子力学推动了固体物理的发展。 【自主预习】 第五章 原子核 第1节 原子核的组成 一、天然放射现象 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.物质发出射线的性质称为放射性，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。 二、放射性的本质 1.α射线 (1)是高速 ，其组成与氦原子核相同，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。 2.β射线 (1)是高速 ，符号为e，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。 三、原子核的组成 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。 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、、。 思考与讨论1 一、天然放射现象 1.什么是天然放射现象？ 2.什么是放射性，什么是放射性元素，发现天然放射现象的意义是什么？ 思考与讨论2 二、放射性的本质 1.自从发现了天然放射现象，人们就一直在研究射线的本质。请同学们大胆地猜想，射线可能是什么? 2.把放射源铀、钍或镭放入用铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。通过磁场后分成了三束，从图示的实验现象中同学们能够得出什么结论? 3.这三种射线分别就是α射线、β射线和γ射线。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？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？ 【例1】(多选)(2024·玉溪市模拟)如图所示，在铅制盒子中存放有放射性元素铀，射线只能从盒子上的小孔射出，形成细细的一束。在射线经过的区域施加垂直于纸面向外的匀强磁场，发现射线分裂成了1、2和3三束，则 A.射线1带负电 B.射线2为X射线，穿透能力最强 C.射线3的粒子与光照射金属时所逸出的带电粒子是同一种粒子 D.三束射线速度大小不同，穿透能力也不同 思考与讨论3 三、原子核的组成 1.请同学们自己写出卢瑟福发现质子的核反应方程。 2.哪些物理量在数值上与核电荷数Z相等？ 3.原子核要如何表示呢？ 【例2】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 B.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】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=1.6×1019C) (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？ 1.如图所示，x为未知放射源，它向右方放出射线，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射线和β射线的混合放射源 B.α射线和γ射线的混合放射源 C.β射线和γ射线的混合放射源 D.α射线、β射线和γ射线的混合放射源 2.如图，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外．已知放射源放出的射线有α、β、γ三种，下列判断正确的是(　　) A.甲是α射线，乙是γ射线，丙是β射线 B.甲是β射线，乙是γ射线，丙是α射线 C.甲是γ射线，乙是α射线，丙是β射线 D.甲是α射线，乙是β射线，丙是γ射线 3.锶原子核的符号是Sr，那么它的原子(　　) A.核外有38个电子，核内有95个质子 B.核外有38个电子，核内有57个中子 C.核外有57个电子，核内有57个质子 D.核外有57个电子，核内有38个质子 4.α、β、γ三种射线穿透能力的示意图如图所示，下列说法正确的是(　　) A.甲为α射线，它的贯穿能力和电离作用都很弱 B.乙为β射线，它是由原子核外的电子电离后形成的高速电子流 C.丙为γ射线，它在真空中的传播速度是3.0×108 m/s D.以上说法都不对 5.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 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $