人教版(新教材)高中物理选择性必修3学案：1 原子核的组成

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE31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.3.知道原子核的组成，知道原子核的表示方法，理解原子序数、核电荷数、质量数之间的关系.4.了解同位素的概念．一、天然放射现象1．1896年，法国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．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1．α射线：(1)是高速粒子流，其组成与氦原子核相同．(2)速度可达到光速的eq\f(1,10).(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．(2)它的速度更大，可达光速的99%.(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，在10－10m以下．(2)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．质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子.2．中子的发现：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.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eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H.1．判断下列说法的正误．(1)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力．(×)(2)β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板．(√)(3)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强．(×)(4)原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．(√)2．有关eq\o\al(16,

8)O、eq\o\al(17,

8)O、eq\o\al(18,

8)O三种同位素的比较，试回答下列问题：(1)三种同位素中哪一种粒子数是不相同的？______.A．质子B．中子C．核外电子(2)三种同位素中，哪一个质量最大？__________.(3)三种同位素的化学性质是否相同？__________.〖答案〗(1)B(2)eq\o\al(18,

8)O(3)相同〖解析〗(1)同位素质子数相同、中子数不同，核外电子数与质子数相同，故粒子数不相同的是中子．(2)eq\o\al(16,

8)O、eq\o\al(17,

8)O、eq\o\al(18,

8)O的质量数分别是16、17、18，故eq\o\al(18,

8)O质量最大．(3)三种同位素质子数相同，故化学性质相同.一、射线的本质导学探究如图1为三种射线在匀强磁场中的运动轨迹示意图．图1(1)α射线向左偏转，β射线向右偏转，γ射线不偏转，说明了什么？(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径，这说明什么问题？〖答案〗(1)说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．(2)根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r＝eq\f(mv,qB)可知，α粒子的eq\f(m,q)应大于β粒子的eq\f(m,q)，即α粒子的质量应较大．知识深化α、β、γ三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)质量4mp(mp＝1．67×10－27kg)eq\f(mp,1836)静止质量为零带电荷量2e－e0速率0.1c0.99cc穿透能力最弱，用一张纸就能挡住较强，能穿透几毫米厚的铝板最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十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(多选)(2020·奉新县第一中学高二月考)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，下图表示射线偏转情况中正确的是()〖答案〗AD〖解析〗因α射线是高速氦核流，一个α粒子带两个正电荷，根据左手定则，α射线受到的洛伦兹力向左，因为α粒子质量大，在磁场中做圆周运动的半径大；β射线是高速电子流，带负电荷，受到的洛伦兹力向右，γ射线是光子流，是电中性的，故在磁场中不受磁场的作用力，轨迹不会发生偏转，故A正确，B错误；因α射线为氦核流，带正电，且α粒子的质量大，由类平抛运动规律知，α粒子侧向偏移量小；β射线为电子流，带负电，其侧向偏移量大，γ射线为高频电磁波，根据电荷所受电场力特点可知，向左偏的为β射线，不偏转的为γ射线，向右偏的为α射线，故C错误，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，根据粒子在电场力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＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)·eq\f(qE,m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(y0,v)))2∝eq\f(q,mv2)所以，在同样条件下β与α粒子偏移量之比为eq\f(xβ,xα)＝eq\f(e,2e)×eq\f(4mp,\f(mp,1836))×eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,10)c))2,0.99c2)≈37＞1.3．α射线和β射线在磁场中的偏转特点：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＝eq\f(mv2,R)得R＝eq\f(mv,qB)∝eq\f(mv,q).所以，在同样条件下β与α粒子的轨迹半径之比为eq\f(Rβ,Rα)＝eq\f(\f(mp,1836),4mp)×eq\f(0.99c,\f(c,10))×eq\f(2e,e)≈eq\f(1,371)＜1.针对训练如图2所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场B，LL′是一厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏O、P两处有亮斑，则下列关于磁场方向、到达O点的射线、到达P点的射线的判断，与实验相符的是()图2磁场方向到达O点射线到达P点射线A竖直向上β射线α射线B竖直向下α射线β射线C垂直线面向内γ射线β射线D垂直线面向外β射线γ射线〖答案〗C〖解析〗由三种射线的本质知，γ射线在磁场中不偏转，O处亮斑为γ射线，能穿过厚纸板且在磁场中发生偏转的射线为β射线，再根据偏转方向，结合左手定则可知磁场方向垂直纸面向内，正确选项为C.二、原子核的组成导学探究1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，如图3所示为α粒子轰击氮原子核示意图．图3(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．知识深化1．原子核(符号eq\o\al(A,Z)X)原子核eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(大小：很小，半径的数量级为10－15～10－14m,组成\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(质子：电荷量e＝＋1.6×10－19C,质量mp＝1.672621898×10－27kg,中子：电荷量为0,质量mn＝1.674927471×10－27kg))))2．基本关系核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数，质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．3．同位素(1)同位素指质子数相同、中子数不同的原子核．(2)原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质．同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数不同，所以它们的物理性质不同．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？(3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？(4)eq\o\al(228,

88)Ra是镭的一种同位素，让eq\o\al(226,88)Ra和eq\o\al(228,88)Ra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)88138(2)881.408×10－17C(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＝88Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.408×10－17C.(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，洛伦兹力提向心力，故有qvB＝meq\f(v2,r)解得r＝eq\f(mv,qB)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eq\f(r226,r228)＝eq\f(m226,m228)＝eq\f(226,228)＝eq\f(113,114).(多选)下列说法正确的是()A.eq\o\al(n,m)X与eq\o\al(n,m－1)Y互为同位素B.eq\o\al(n,m)X与eq\o\al(n－1,m)X互为同位素C.eq\o\al(n,m)X与eq\o\al(n－2,m－2)Y中子数相同D.eq\o\al(235,92)U核内有92个质子，235个中子〖答案〗BC〖解析〗A选项中eq\o\al(n,m)X与eq\o\al(n,m－1)Y的质子数不同，不是互为同位素，A错误；B选项中eq\o\al(n,m)X与eq\o\al(n－1,m)X的质子数都为m，而质量数不同，所以互为同位素，B正确；C选项中eq\o\al(n,m)X内中子数为n－m，eq\o\al(n－2,m－2)Y内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同，C正确；D选项中eq\o\al(235,92)U核内有235－92＝143个中子，而不是235个中子．

1．(三种射线的特性)关于α、β、γ三种射线的性质，下列说法中正确的是()A．α射线是带正电的高速粒子流，它的电离作用最弱B．β射线是高速电子流，它的穿透能力最弱C．γ射线是电磁波，它在真空中的传播速度等于光速D．以上说法都不正确〖答案〗C〖解析〗α射线是高速粒子流，带正电，其电离作用最强，故A错误；β射线是高速电子流，有很强的穿透能力，故B错误；γ射线是一种电磁波，在真空中以光速传播，故C正确，D错误．2.(射线的本质)(2020·全国高三课时练习)如图4所示，在某次实验中把放射源放入铅制成的容器中，射线只能从容器的小孔射出．在小孔前Q处放置一张黑纸，在黑纸后P处放置照相机底片，QP之间为垂直纸(非黑纸)面的匀强磁场(图中未画出)，整个装置放在暗室中．实验中发现，在照相机底片的a、b两处被感光(b点正对铅盒的小孔)，则下列有关说法正确的是()图4A．天然放射现象说明原子具有复杂的结构B．QP之间的匀强磁场垂直纸面向里C．通过分析可知，打到a处的射线为β射线D．此放射性元素放出的射线中只有α射线和β射线〖答案〗C〖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；因黑纸只能挡住α射线，则打到a点的为β射线，打到b点的为γ射线，由左手定则可知，QP之间的匀强磁场垂直纸面向外，选项B错误，C正确；此放射性元素放出的射线中有α射线、β射线和γ射线，选项D错误．3．(原子核的组成)在元素周期表中查到铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，下列说法正确的是()A．核外有82个电子，核内有207个质子B．核外有82个电子，核内有82个质子C．核内有82个质子，207个中子D．核内有125个核子〖答案〗B〖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；根据质量数等于质子数与中子数之和可知，铅原子核的中子数为207－82＝125，选项B正确．4．(原子核的组成及同位素)氢有三种同位素，分别是氕(eq\o\al(1,1)H)、氘(eq\o\al(2,1)H)、氚(eq\o\al(3,1)H)()A．它们的质子数相等B．它们的物理性质和化学性质均不相同C．它们的核子数相等D．它们的中子数相等〖答案〗A〖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)和中子数都不相等，故选项A正确.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.3.知道原子核的组成，知道原子核的表示方法，理解原子序数、核电荷数、质量数之间的关系.4.了解同位素的概念．一、天然放射现象1．1896年，法国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．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1．α射线：(1)是高速粒子流，其组成与氦原子核相同．(2)速度可达到光速的eq\f(1,10).(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．(2)它的速度更大，可达光速的99%.(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，在10－10m以下．(2)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．质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子.2．中子的发现：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.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eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H.1．判断下列说法的正误．(1)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力．(×)(2)β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板．(√)(3)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强．(×)(4)原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．(√)2．有关eq\o\al(16,

8)O、eq\o\al(17,

8)O、eq\o\al(18,

8)O三种同位素的比较，试回答下列问题：(1)三种同位素中哪一种粒子数是不相同的？______.A．质子B．中子C．核外电子(2)三种同位素中，哪一个质量最大？__________.(3)三种同位素的化学性质是否相同？__________.〖答案〗(1)B(2)eq\o\al(18,

8)O(3)相同〖解析〗(1)同位素质子数相同、中子数不同，核外电子数与质子数相同，故粒子数不相同的是中子．(2)eq\o\al(16,

8)O、eq\o\al(17,

8)O、eq\o\al(18,

8)O的质量数分别是16、17、18，故eq\o\al(18,

8)O质量最大．(3)三种同位素质子数相同，故化学性质相同.一、射线的本质导学探究如图1为三种射线在匀强磁场中的运动轨迹示意图．图1(1)α射线向左偏转，β射线向右偏转，γ射线不偏转，说明了什么？(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径，这说明什么问题？〖答案〗(1)说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．(2)根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r＝eq\f(mv,qB)可知，α粒子的eq\f(m,q)应大于β粒子的eq\f(m,q)，即α粒子的质量应较大．知识深化α、β、γ三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)质量4mp(mp＝1．67×10－27kg)eq\f(mp,1836)静止质量为零带电荷量2e－e0速率0.1c0.99cc穿透能力最弱，用一张纸就能挡住较强，能穿透几毫米厚的铝板最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十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(多选)(2020·奉新县第一中学高二月考)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，下图表示射线偏转情况中正确的是()〖答案〗AD〖解析〗因α射线是高速氦核流，一个α粒子带两个正电荷，根据左手定则，α射线受到的洛伦兹力向左，因为α粒子质量大，在磁场中做圆周运动的半径大；β射线是高速电子流，带负电荷，受到的洛伦兹力向右，γ射线是光子流，是电中性的，故在磁场中不受磁场的作用力，轨迹不会发生偏转，故A正确，B错误；因α射线为氦核流，带正电，且α粒子的质量大，由类平抛运动规律知，α粒子侧向偏移量小；β射线为电子流，带负电，其侧向偏移量大，γ射线为高频电磁波，根据电荷所受电场力特点可知，向左偏的为β射线，不偏转的为γ射线，向右偏的为α射线，故C错误，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，根据粒子在电场力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＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)·eq\f(qE,m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(y0,v)))2∝eq\f(q,mv2)所以，在同样条件下β与α粒子偏移量之比为eq\f(xβ,xα)＝eq\f(e,2e)×eq\f(4mp,\f(mp,1836))×eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,10)c))2,0.99c2)≈37＞1.3．α射线和β射线在磁场中的偏转特点：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＝eq\f(mv2,R)得R＝eq\f(mv,qB)∝eq\f(mv,q).所以，在同样条件下β与α粒子的轨迹半径之比为eq\f(Rβ,Rα)＝eq\f(\f(mp,1836),4mp)×eq\f(0.99c,\f(c,10))×eq\f(2e,e)≈eq\f(1,371)＜1.针对训练如图2所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场B，LL′是一厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏O、P两处有亮斑，则下列关于磁场方向、到达O点的射线、到达P点的射线的判断，与实验相符的是()图2磁场方向到达O点射线到达P点射线A竖直向上β射线α射线B竖直向下α射线β射线C垂直线面向内γ射线β射线D垂直线面向外β射线γ射线〖答案〗C〖解析〗由三种射线的本质知，γ射线在磁场中不偏转，O处亮斑为γ射线，能穿过厚纸板且在磁场中发生偏转的射线为β射线，再根据偏转方向，结合左手定则可知磁场方向垂直纸面向内，正确选项为C.二、原子核的组成导学探究1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，如图3所示为α粒子轰击氮原子核示意图．图3(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．知识深化1．原子核(符号eq\o\al(A,Z)X)原子核eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(大小：很小，半径的数量级为10－15～10－14m,组成\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(质子：电荷量e＝＋1.6×10－19C,质量mp＝1.672621898×10－27kg,中子：电荷量为0,质量mn＝1.674927471×10－27kg))))2．基本关系核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数，质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．3．同位素(1)同位素指质子数相同、中子数不同的原子核．(2)原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质．同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数不同，所以它们的物理性质不同．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？(3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？(4)eq\o\al(228,

88)Ra是镭的一种同位素，让eq\o\al(226,88)Ra和eq\o\al(228,88)Ra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)88138(2)881.408×10－17C(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＝88Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.408×10－17C.(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，洛伦兹力提向心力，故有qvB＝meq\f(v2,r)解得r＝eq\f(mv,qB)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eq\f(r226,r228)＝eq\f(m226,m228)＝eq\f(226,228)＝eq\f(113,114).(多选)下列说法正确的是()A.eq\o\al(n,m)X与eq\o\al(n,m－1)Y互为同位素B.eq\o\al(n,m)X与eq\o\al(n－1,m)X互为同位素C.eq\o\al(n,m)X与eq\o\al(n－2,m－2)Y中子数相同D.eq\o\al(235,92)U核内有92个质子，235个中子〖答案〗BC〖解析〗A选项中eq\o\al(n,m)X与eq\o\al(n,m－1)Y的质子数不同，不是互为同位素，A错误；B选项中eq\o\al(n,m)X与eq\o\al(n－1,m)X的质子数都为m，而质量数不同，所以互为同位素，B正确；C选项中eq\o\al(n,m)X内中子数为n－m，eq\o\al(n－2,m－2)Y内中子数为(n－2)