高中物理人教版选修35教学案第十九章第1节原子核的组成

第十九章原等核

DISHIJIUZHANG

第1节

1.物质放射射线的性质称为放射性。放射性元素

自发地发出射线的现象，叫做自然?放射现象。

2.a射线是高速氮核流，p射线是高速电子流，y

射线是光子流。

3.原子核由质子和中子组成。1919年卢瑟福用a

粒子轰击氮原子核获得了质子,1932年查德威

克证明了中子的存在。

4.1896年，法国物理学家贝可勒尔发觉自然?放

射现象，揭开了人们讨论原子核结构的序幕。

课前自主学习，基稳才能楼高

一、自然?放射现象

1.1896年，法国物理学家贝亘勒尔发觉某些物质具有放射性。

2.物质放射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做宜然2放射现象。

3.原子序数大于或等于9的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于匿的元素，

有的也能放出射线。

4.玛丽•居里和她的丈夫皮埃尔•居里发觉了两种放射性更强的新元素，命名为针(P。)

和镭(Ra)。

二、三种射线

a射线：实际上就是皿核，速度可到达光速的6，其电离力量强，穿透力量较

差，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它拦住。

2.p射线：是高速电子流,它速度很大，可达光速的99%,它的穿透力量较强，电离

力量较弱，很简洁穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。

3.Y射线：呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在l()r°m以下，它的电离

作用更小，但穿透力量更强，甚至能穿透几厘米厚的钳板或几十厘米厚的混凝土。

三、原子核的组成

1.质子的发觉

卢瑟福用a粒子轰击氮原子核获得了质子。

2.中子的发觉

(1)卢瑟福预言：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,

他把这种粒子叫做中子。

(2)查德威克用羊壬轰击被百Be)原子核获得了中子。

3.原子核的组成

原子核由质壬、中子组成,它们统称为核子。

4.原子核的电荷数(Z)

等于原子核的质子数,等于原子序数。

5.原子核的质量数(A)

等于质子数与中子数的总和。

6.原子核的符号表示

fX,其中X为元素符号，A为原子核的质量数,Z为原子核的电荷数。

7.同位素

具有相同的质子数而中子数不同的原子互称同位素。

I动脑，电号戈已做对I

1.自主思索一判一判

(1)放射性元素发出的射线可以直接观看到。(X)

(2)放射性元素发出的射线的强度可以人工掌握。(X)

(3)放射性元素的放射性都是自发的现象。(J)

(4)a射线是由高速运动的氢核组成的，其运行速度接近光速。(X)

(5)0射线能穿透几毫米厚的铅板。(X)

(6)丫射线的穿透力量最强，电离力量最弱。(J)

2.合作探究——议一议

(1)是否全部的元素都具有放射性？

提示：原子序数大于或等于83的元素都具有放射性，原子序数小于83的元素很少具

有放射性。

(2)要推断三种射线是否带电以及带正电荷还是负电荷，可以用什么方法？

提示：方法一：让射线垂直磁场方向射入磁场，发生偏转的带电，不偏转的不带电。

对于发生偏转的射线，依据偏转方向与磁场方向和速度方向的关系，依据左手定那么可以

推断带正电荷还是带负电荷。

方法二：让射线垂直电场方向射入电场，发生偏转的带电，不偏转的不带电。对于发

生偏转的射线，依据偏转方向与电场方向的关系，依据电荷受力方向与电场强度方向的关

系，可以推断带正电荷还是带负电荷。

(3)同一种元素的几种同位素，它们的化学性质相同吗？为什么？

提示：相同。由于同位素具有相同的质子数，所以具有相同的核外电子数，元素的化

学性质取决于核外电子，所以同位素的化学性质相同。

字课堂讲练设计，举一能通类题

I考点一V对三种射线的讨论

通知识

1.a、0、丫射线性质'特征比拟

射线种类组成速度贯穿本事电离作用

很小，一张

a粒子是氯原约七

a射线薄纸就能很强

子核?He

拦住

很大，能穿

B粒子是高速

。射线接近C过几毫米较弱

电子流Ze

厚的铝板

最大，能穿

波长很短的

Y射线等于C过几厘米很小

电磁波

厚的铅板

2.三种射线在电场和磁场中的偏转

-,尸

工0、/

19-1-1

(1)在匀强电场中，Y射线不发生偏转，做匀速直线运动，a粒子和0粒子沿相反方向做

类平抛运动，在同样的条件下，P粒子的偏移大，如图19-1-1所示。

位移x可表示为*=%产4*>8焉

所以，在同样条件下0粒子与a粒子偏移之比为

|2

即_ex4110/

X-------(=37。

xa2e1|2

1836

(2)在匀强磁场中：丫射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，a粒子和p粒子沿相反方向

做匀速圆周运动，且在同样条件下，0粒子的轨道半径小，如图19-1-2所示。

x

B

x

荻

X

图19-1-2

4gmv2,„mvmv

依据qvB=下-得Z?=^oc—

所以，在同样条件下P粒子与a粒子的轨道半径之比为

199

R1836100c2g_1_

D=X=

Ra~4~~^e37i°

10

3.元素的放射性

假如一种元素具有放射性，那么不管它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形

式存在，放射性都不受影响。也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子

核有关。因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着肯定结构。

。通方法

［典例］如图19-1-3所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，LL'是厚纸

板，"N是荧光屏，试验时，发觉在荧光屏的0、P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、

到达。点的射线种类、到达尸点的射线种类应属于下表中的()

选项磁场方向到达。点的射线到达P点的射线

A竖直向上Pa

B竖直向下aP

C垂直纸面对里YP

D垂直纸面对外Ya

［思路点拨］解答此题应留意以下两点：

(1)能够穿过厚纸板的只有P和Y射线，a射线无法穿过。

(2)丫射线不偏转，(J射线在磁场中的偏转状况符合左手定那么。

［解析］R放射出来的射线共有a、0、丫三种，其中a、0射线垂直于磁场方向进入磁

场区域时将受到洛伦兹力作用，丫射线不偏转，故打在0点的应为丫射线；由于a射线贯

穿本事弱，不能射穿厚纸板，故到达尸点的应是p射线；依据p射线的偏转方向及左手定

那么可知磁场方向垂直纸面对里。

［答案］C

一^谕好说疵拟方法

(1)知道三种射线带电的性质，a射线带正电、0射线带负电、丫射线不带电。a、p是实

物粒子，而丫射线是光子流，属于电磁波的一种。

(2)在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来推断a和0射线，由于丫射

线不带电，故运动轨迹仍为直线。

(3)a射线穿透力量较弱，0射线穿透力量较强，丫射线穿透力量最强。

0通题组I

1.如图19-1-4所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，假设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，那么x可能是()

值,网计数器

图19-1-4

A.a和口的混合放射源B.纯a放射源

C.a和丫的混合放射源D.纯丫放射源

解析：选C在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明

射线中有穿透力很弱的粒子，即a粒子；在铝片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，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有丫射线。因此放射源可

能是a和丫的混合放射源。

2.如图19-1-5所示，放射性元素镭衰变过程中释放出a、0、丫三种射线，分别进入匀

强电场和匀强磁场中，以下说法正确的选项是()

图19-1-5

A.①表示丫射线，③表示a射线

B.②表示。射线，③表示a射线

C.④表示a射线，⑤表示丫射线

D.⑤表示p射线，⑥表示a射线

解析：选C丫射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示丫射线，A、

B、D项错；a射线中的a粒子为氢的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，

故③表示a射线，由左手定那么可知在匀强磁场中a射线向左偏，故④表示a射线，C项

对。

3.如图19-1-6所示，一自然?放射性物质发出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场

共存的区域（方向如下图）。调整电场强度E和磁感应强度B的大小，使得在上只有两

个点受到射线的照耀，那么下面推断正确的选项是（）

A.射到8点的肯定是a射线

B.射到力点的肯定是0射线

C.射到8点的肯定是a射线或p射线

D.射到b点的肯定是y射线

解析：选C丫射线不带电，在电场和磁场中它都不受力的作用，只能射到。点，选项

D错误。调整E和B的大小，既可以使带正电的a射线沿直线前进，也可以使带负电的p

射线沿直线前进，沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡，即qE=qBvoa粒子的速

度比0粒子的速度小得多，当a粒子沿直线前进时，速度较大的0粒子向右偏转；当0粒

子沿直线前进时，速度较小的a粒子也向右偏转，应选项C正确，A、B错误。

考点二"原子核的组成与数量关系

《通知识

1.原子核的大小、组成和同位素

「大小：很小，半径为IO-%〜lor』m

'电量eXIO-9c

质子，

组成《.质量叫＞=1.6726231X10-27

原子核《

'电量e=0

中子

.质量，"n=L6749286X10-27

I同位素：质子数相同，中子数不同的原子核

2.原子核的符号和数量关系

⑴符号：夕X。

(2)根本关系：核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数。质量数(4)=核子

数=质子数+中子数。

3.对核子数、电荷数、质量数的理解

(1)核子数：质子和中子质量差异特别微小，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。

(3)质量数(4)：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。

4.同位素：原子核内的质子数打算了核外电子的数目，进而也打算了元素的化学性质，

同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可

以不同，所以它们的物理性质不同。把具有相同质子数、不同中子数的原子核互称为同位

素。

e通方法

［典例］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？

(3)呈中性的镭原子，核外有多少个电子？

［思路点拨］

(1)原子核的核电荷数、质子数、核外电子数具有相等的关系。

(2)原子核的质量数等于核子数。

［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4与质子数Z之差，即N=A—Z=226—88=138。

(2)镭核所带电荷量：

Q=Ze=88XXl(rl9X10-17C»

⑶核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88。

［答案］X10-|7C（3）88

原子核的“数”与"量"辨析

（1）核电荷数与原子核的电荷量是不同的，组成原子核的质子的电荷量都是相同的，所

以原子核的电荷量肯定是质子电荷量的整数倍，我们把核内的质子数叫核电荷数，而这些

质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量。

（2）原子核的质量数与质量是不同的，也与元素的原子量不同。原子核内质子和中子的

总数叫作核的质量数，原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。

，通霞回

1.某种元素的原子核用2X表示，以下说法中正确的选项是（）

A.原子核的质子数为Z,中子数为A

B.原子核的质子数为Z,中子数为A—Z

C.原子核的质子数为A,中子数为Z

D.原子核的质子数为A—Z,中子数为Z

解析：选B依据原子核的符号的含义：4表示质量数，Z表示质子数，那么中子数为

A-Z,所以B正确。

2.据最新报道，放射性同位素秋加H。，可有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数

与核外电子数之差是（）

A.32B.67

C.99D.166

解析：选A依据原子核的表示方法得核外电子数=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,应选A。

3.（多项选择）以下说法正确的选项是（）

A.；；,X与„AY互为同位素

B.%X与%Y互为同位素

C&X与%&Y中子数相同

D.镀U核内有92个质子，235个中子

解析：选BCA选项中，X核与Y核的质子数不同，不能互为同位素；B选项中LX

核与"MY核质子数都为机，而质量数不同，那么中子数不同，所以互为同位素；C选项中L

X核内中子数为"一，"，核内中子数为（"一2）一（机-2）="一机，所以中子数相同；D选

项中锣U核内有143个中子，而不是235个中子。

附麓载岑总，课后层级训练，步步提升能力

一、基础题⑥熟

1.关于丫射线，以下说法不正确的选项是（）

A.它是处于激发状态的原子核放射的

B.它是原子内层电子受到激发时产生的

C.它是一种不带电的光子流

D.它是波长极短的电磁波

解析：选B丫射线是激发状态的原子核发出的波长极短的电磁波，是一种光子，故B

错误。

2.两个同位素原子核的符号分别是¥X和必Y,那么（）

A.M=NB.A=B

C.M~A=N~BD.M+N=A+B

解析：选B具有相同质子数不同中子数的同一元素互称同位素，所以A=

3.原子核中能放出a、6、丫射线，关于原子核的组成，以下说法正确的选项是（）

A.原子核中有质子、中子、还有a粒子

B.原子核中有质子、中子、还有p粒子

C.原子核中有质子、中子、还有丫粒子

D.原子核中只有质子和中子

解析：选D在放射性元素的原子核中，2个质子和2个中子结合得较紧密，有时作为

一个整体放出，这就是a粒子的来源，不能据此认为a粒子是原子核的组成局部。原子核

里是没有电子的，但中子可以转化成质子，并向核外释放一个电子，这就是0粒子。原子

核发出射线后处于高能级，再回到低能级时多余的能量以y光子的形式辐射出来，形成y

射线，故原子核里也没有丫粒子，故D正确。

4.（多项选择）在人类对微观世界进行探究的过程中，科学试验起到了特别重要的作用。

以下说法符合历史事实的是（）

A.密立根通过油滴试验测出了根本电荷的数值

B.贝可勒尔通过对自然?放射现象的讨论，发觉了原子中存在原子核

C.居里夫妇从沥青铀矿中别离出了钵（Po）和镭（Ra）两种新元素

D.卢瑟福通过n粒子散射试验证明了在原子核内部存在质子

解析：选AC密立根通过油滴试验测出了元电荷即根本电荷的数值，A项正确；贝可

勒尔发觉了自然?放射现象，说明原子核具有简单的结构，卢瑟福通过a粒子散射试验确定

了原子的核式结构模型，B项错误；居里夫妇从沥青铀矿中别离出了针和镭两种新元素，C

项正确；卢瑟福用镭放射出的a粒子轰击氮的原子核，从中找出了新的粒子，通过测定其

质量和电荷，确定该粒子为氢的原子核，证明了原子核内部存在质子，D项错误。

5.（多项选择）如图1所示，铅盒A中装有自然?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对里的匀强磁场，那么以下说法中正确的

有（）

XXXX

AXXXX

XX

XXXX

A.打在图中a、b、c三点的依次是a射线、丫射线和p射线

B.a射线和0射线的轨迹是抛物线

C.a射线和B射线的轨迹是圆弧

D.假如在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，那么屏上的亮斑可能只剩下b

解析：选AC由于丫射线不带电，故不偏转，打在％点。由左手定那么可知粒子向右

射出后，在匀强磁场中a粒子受的洛伦兹力向上”粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆孤，

A、C正确，B错误；由于a粒子速度约是光速的点，而0粒子速度接近光速，所以在同样

的混合场中不行能都做直线运动（假如一个打在心那么另一个必定打在b点下方），D错误。

6.（1）（多项选择）以下描述中正确的选项是（）

A.卢瑟福的原子核式结构学说能很好地解释a粒子散射试验事实

B.放射性元素放射p射线时所释放的电子来源于原子的核外电子

C.氢原子汲取一个光子跃迁到激发态后，再向低能级跃迁时放出光子的频率肯定等于

入射光子的频率

D.分别用X射线和紫光照耀同一金属外表都能发生光电效应，那么用X射线照耀时

间电子的最大初动能较大

（2）a射线、0射线和丫射线它们具有不同的特点，穿透力量最强的是,电离力

量最强的是o互称为同位素的原子核具有相同的数而数不同。

解析：（1）卢瑟福的原子核式结构学说能很好地解释a粒子散射试验事实，A正确；放

射性元素放射6射线时所释放的电子来源于中子转化为质子后产生的电子，B错误；氢原

子汲取一个光子跃迁到激发态后，再向低能级跃迁时放出光子的频率有多种，C错误；分

别用X射线和紫光照耀同一金属外表都能发生光电效应，X射线的频率大，那么用X射线

照耀时间电子的最大初动能较大，D正确。

（2）a射线、0射线和丫射线中穿透力量最强的是丫射线，电离力量最强的是a射线。质

子数相同而中子数不同的原子核互称为同位素。

答案：（1）AD（2»射线a射线质子中子

二、能力题❽通

7.（多项选择）静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个a粒子后，其

速度方向与磁场方向垂直，测得a粒子和反冲核的轨道半径之比为44：1,如图2所示，那

么（）

XXXXX

图2

A.a粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反

B.原来放射性元素的核电荷数为90

C.反冲核的核电荷数为88

D.a粒子和反冲核的速度大小之比为1：88

解析：选ABC由于微粒之间相互作用的过程中动量守恒，初始总动量为零，那么最

终总动量也为零，即a粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反，A正确；由于释放的a

mTr

粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动，由qvB=~^~得R

=-77,假设原来放射性元素的核电荷数为。，那么

对a粒子：朋=忌

P2

对反冲核：&=

B(Q-2)e

由Pi=P2,描：&=44：1,得。=90,B、C正确；它们的速度大小与质量成反比,

故D错误。

8.（多项选择）质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具，如图3所示为

某种质谱仪的原理图，现利用这种质谱仪对氢元素进行测量。氢元素的三种