5.1原子核的组成 课件-2026-2027学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

该高中物理课件围绕原子核与基本粒子展开，涵盖天然放射现象、三种射线性质、原子核组成（质子、中子）、核力及四种基本相互作用等核心知识。课堂从汤姆孙到近代原子模型导入，通过天然放射性现象的发现（贝可勒尔、居里夫妇贡献）衔接，引导学生从原子结构探究过渡到原子核内部结构分析，构建知识递进支架。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，通过磁场中射线偏转实验、威耳逊云室径迹观察等培养科学探究能力，用表格对比射线性质、核子比例分析等体现模型建构与科学推理。引入伦琴、查德威克等科学家事迹渗透科学态度与责任，小结以“三个整数、两个等式”系统梳理知识。学生能深化物理观念，教师可借助丰富案例提升教学效率。

第一节 原子核的组成 第五章 原子核与基本粒子 人们认识原子核的结构就是从天然放射性现象开始的。 人们通过什么现象或实验发现原子核是由更小的微粒构成的？ …… 汤姆孙原子模型 卢瑟福原子结构模型 玻尔原子模型 近代原子模型 1895年12月28日，伦琴递交论文《论一种新射线，初始报告》，宣告发现X射线，全世界立即激动起来. 伦琴拍摄了人类历史上第一张手骨照片 3 1896年，法国物理学家贝可勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。他发现只要有铀元素存在，不论是什么化合物，都有放射现象，贝可勒尔还进一步指出这些射线是铀原子核发出的。 ——人类第一次在实验室观察到原子核现象 一、天然放射现象 1．天然放射现象的发现 4 1903年，居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而共同获得诺贝尔物理学奖 。 1911年，居里夫人因发现元素钋和镭再次获得诺贝尔化学奖，因而成为世界上第一个两获诺贝尔奖的人。 受到贝克勒尔的发现的鼓舞，波兰裔法国物理学家玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里对铀和含铀的各种矿石进行了深入研究。发现这种沥青中还存在着两种能够发出更强射线的新元素，居里夫人把其中一种元素命名为钋（Po），另一种元素命名为镭（Ra）。 居里夫妇 5 放射性：物质发射射线的性质称为放射性。 放射性元素：具有放射性的元素称为放射性元素。 天然放射现象：放射性元素自发地放出射线的现象。 原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性． 翠砷铜铀矿 铀钙石矿 天然放射现象的意义：说明了原子核具有复杂结构 放出的射线究竟是什么？ 2．放射性和放射性元素 6 二、射线的性质 1. 研究方法 把放射源铀、钋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。 ×　×　×　×　× ×　×　×　×　× ×　×　×　×　× ×　×　×　×　×　 α射线 β射线 γ射线 E B 7 有磁场：胶片有三处感光 在磁场作用下，射线分为三束，即射线由三种粒子组成. 通过左手定则： 右偏带负电，是β射线 不偏不带电，叫γ射线 无磁场：胶片只有一处感光 说明： 左偏带正电，是α射线 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × γ射线 β射线 α射线 8 2.三种射线的性质、特性 α射线 β射线 γ射线 α射线 β射线 γ射线 本质 速度 特性 氦核α粒子流 电子流 光子流 光速的十分之一 光速的99% 贯穿本领小， 电离作用强 贯穿本领大，能穿透几毫米的铝板。电离作用较弱 贯穿本领最强，能穿透几厘米的铅板。电离作用最弱 光速c 9 3. 射线的来源 射线与核外电子无关，它来自原子核。说明原子核内部是有结构的。 原子核 单质、化合物 10 拓展学习：威耳逊云室 图5.1-2是威耳逊云室的实物照片。云室内部设计有可以上下移动的活塞，上盖是透明的，可以通过它观察粒子运动的径迹。 云室里面有干净的空气。实验时，先往云室里加少量酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后迅速向下拉动活塞，室内气体膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态。这时如果有粒子在室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，于是显示出粒子运动的径迹。这种云室是英国物理学家威耳逊在1912年发明的，叫作威耳逊云室。 图5.1-3中甲、乙两图分别是α射线和β射线在云室中的径迹。α粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向。由于它的电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而清晰。高速β粒子的径迹又细又直，低速β粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的。γ射线的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹。 新课讲授 三、原子核的组成 卢瑟福，用α粒子轰击氮，发现质子，带正电，与电子电荷量相同，质量为mp=1.672621898×10-27kg 1.质子的发现： 但是，绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的相应比值 13 原子核是只由质子组成的吗?如果原子核中只有质子，那么，任何一种原子核的质量量与电荷量之比，都应该等于质子的质量与电荷量之比。但事实是这样的吗? 核的质量 质子质量 核的电量 质子电量 = 原子核是只由质子组成： 实际上： 核的质量 质子质量 核的电量 质子电量 > 说明原子核还有其他组成部分 思考 14 2. 发现中子 ①猜想：卢瑟福认为原子核内部存在中子。 ② 实验：查德威克利用实验验证猜想，发现中子。 查德威克 中子不带电，用n表示，质量与质子质量接近。 15 新课讲授 原子核的示意图 3. 原子核的组成 原子核由质子和中子组成，组成原子核的质子和中子通称为核子。 原子具有结构 原子具有核式结构 原子核具有结构 重要实验 结论 阴极射线 原子内部存在电子 a粒子散射实验 原子=原子核+核外电子 天然放射性现象 原子核=质子+中子 17 4. 原子核的表示方法 =质子数=原子序数=核外电子数 ①核电荷数Z ②质量数A =核子数=质子数+中子数 核电荷数(质子数） Z 核质量数（核子数） A 表示：它有2个质子和2个中子，所以电荷数是2，质量数是4。 氦原子核（a粒子） 元素符号 X 18 四. 同位素 具有相同质子、不同中子数的原子互称同位素。在元素周期表中处于同一位置，具有相同的化学性质。 19 原子核 质子（带正电） 中子 统称为核子 回顾：原子核的组成 思考：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子为什么在库仑斥力的作用下还能够挤在一起而不飞散？ 猜想：万有引力？ 中子 质子 原子核示意图 猜想：存在第三种力——核力，是核力把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。 验证：质子间的电磁力是万有引力的1035倍 结论：核子不可能靠自身万有引力抗衡库仑斥力。 五、核力与四种基本相互作用 1.核力（强相互作用）：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。 （4）核力具有饱和性:每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称之为核力的饱和性。 （2）核力是短程力。约在10-15m 数量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引力, 距离为10×10-15m 时核力几乎消失，距离小于 0.8×10-15m 时为斥力，因此核子不会融合在一起。 （1）核力是强相互作用（强力）的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。 （3）核力与电荷无关:核力与核子电荷无关。 2、特点： （1）万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。 （3）强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。 （2）电磁力：在原子核外，电磁力使电子和原子核结合成分子，使分子结合成液体与固体。电磁力和万有引力都是“长程力”，即它们可以作用到无限远的距离，当然距离越远，力就越小 （4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子－质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小。 2.四种基本相互作用 作用对象 特点 作用范围 举例 引力相互作用 电磁相 互作用 强相互 作用 弱相互 作用 一切物体之间 随距离增大而减弱 长程力，宏观 重力 电荷间、电流间、磁体间 引力相互作用 长程力，宏观 弹力、摩擦力 组成原子核的核子之间 距离增大时，急剧减小 短程力，微观 核力 基本粒子之间 距离增大时，急剧减小，比强相互作用小得多 基本粒子间的力 短程力，微观 引起原子核β衰变的原因 四种相互作用 自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，为什么两者相差越多？ 质子数 中子数 理想的质子数和中子数相等的稳定原子核 实际存在的原子核 原因分析： 核越大，核子间距离增大 库仑力与核力均减少，但核力减少快 增大到一定程度时，核力较少，不足以平衡库仑力时，原子核会不稳定。 若增加中子，与其它核子无库仑力，但有核力，有助于原子核稳定 核力是短程力，若超过其作用范围，增加中子，原子核也不稳定，所以原子序数越大越不稳定。 4、原子核中质子与中子的比例 例题： 例1：如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有(　　) A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线 B．α射线和β射线的轨迹是抛物线 C．α射线和β射线的轨迹是圆弧 D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场， 则屏上的亮斑可能只剩下b AC 26 例2　已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226。试问： (1)镭核中有几个质子？几个中子？ (2)镭核所带电荷量是多少？ (3)若镭原子呈电中性，它核外有几个电子？ 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Z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)镭原子呈电中性，则核外电子数等于质子数，故核外电子数为88。 27 1．天然放射现象通常会放出三种射线，即α、β、γ射线，关于这三种射线，以下说法正确的是（　　） A．云室中α射线径迹长而粗，这是因为α射线具有较强的穿透能力 B．β射线是高速质子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板 C．γ射线是能量很高的电磁波，在电场和磁场中都不偏转 D．用β射线照射带正电的验电器，则验电器的张角会变大 C C 3．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，分别进入匀强磁场和匀强电场中，下列说法正确的是（ ） A．①④表示α射线，其射出速度最慢但电离能力最弱 B．②⑤表示γ射线，其穿透能力和电离能力都很强 C．②⑤表示γ射线，是由原子核内释放出来的高频电磁波 D．③⑥表示β射线，是高速电子流，可以穿透几毫米厚的铝板 4.如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若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小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是( ) A.a和β的混合放射源 B.纯a放射源 C.a和γ的混合放射源 D.纯γ放射源 C 30 A. B. C. D. 5.某种元素具有多种同位素，反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是图( ) B 解析：同位素的质子数相同，中子数不同，而质量数等于质子数加中子数，设质子数为M，则有A=N+M，可知为一不过原点的倾斜直线。 31 本课小结 二、射线本质 三、原子核的组成：质子、中子 三个整数 两个等式 α射线 β射线 γ射线 ① 核电荷数=质子数=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 一、天然放射现象 32 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.30(gap_fixed:False) $