第五章第1节原子核的组成

选择性必修三学案

第五章原子核

第1节原子核的组成

一、新课标要求

1.了解彳|么是放射性和天然放射现象。

2.知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。

3.了解原子核的组成，知道核子和同位素的概念。

4.知道质量数.电荷数和核子数之间的关系。

二、科学素养要求

1.物理观念:知道天然放射现象及三种射线的本质，了解核子.同位素的基本观念，知道原子核

的组成。

2.科学思维:掌握三种射线的本质，能够利用磁场、电场区分它们，理解原子核的构成，并能分析、

解决相关问题，提高解题能力。

3.科学探究:通过利用磁场探究三种射线的本质，学习用a粒子轰击原子核发现核子，体验科学

探究的过程，提高观察与实验能力。

4.科学态度与责任:体会科学家们探索射线的艰辛，学习实事求是、不畏艰难的科学精神.增强

探究科学的意识。

三、教材研习

要点一、天然放射现象

如果一种元素具有放射拄①，那么，无论它是以单质存在的,还是以化合物形式存在的，

都具有放射性。放射性的强度也不受温度、外界压强的影响。由于元素的化学性质决定于原

子核外的电子，这就说明射线与这些电子无关，也就是说，射线来自原子核。这说明原子核

内部是有结构的。

要点二、原子核的组成

质子和中子除了是否带电的差异以及质量上的微小差别外，其余性质十分相似，而且，

都是原子核的组成成分，所以统称为核子。原子核的电荷数②就是核内的质子数,也就是这

种元素的原子序数，而原子核的质量数②就是核内的核子数。

【自主思考】

①贝克勒尔因发现了物质的放射性而获得1903年诺贝尔物理学奖。放射性的发现具有什么

重大意义？

答案：它表明原子核具有复杂的结构，打开了人们认识原子核内部世界的大门，也就是说.人们

认识原子核的结构是从天然放射现象开始的，它揭开了原子核物理的新篇章。

②有同学认为“原子核的电荷数就是电荷量，原子核的质量数就是原子核的质量”，这种说法

对吗？为什么？

答案：这种说法不对，原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，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；原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍

数叫作质量数。

四、名师点睛

1.对天然放射现象的认识

（1）1896年，法国物理学家贝克勒尔发现某些物质具有放射性。

（2）物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的兀素称为放射性元素，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。

（4）元素的放射性与元素以单质还是化合物的形式存在无关，且天然放射现象不受任何物

理变化、化学变化的影响，

2.对核子数、电荷数、质量数的理解

（I）核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，质子数和中子数之和叫核

子数。

（2）甩荷数（Z）：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，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（力）：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，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，这个整数叫作原子核的质量数。

（4）基本关系：电荷数（Z）=质子数=元素的原子序数=核外电子数，质量数Q4）=核子数:

质子数+中子数。

五、互动探究

探究点一、天然放射现象和三种射线

情境探究

1.如图为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图。

（1）a射线向左偏转，p射线向右偏转，丫射线不偏转，说明了什么？

（2）a粒子的速度约为p粒子的速度的十分之一，（0a射线的偏转半径大于p射线的偏转

半径说明了什么？

答案：（1）说明a射线带正电，P射线带负电，丫射线不带电。

（2）a粒子的速度小于p粒子的速度，根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r=^可

知，a粒子的比荷比p粒子的比荷小。

探究归纳

1.三种射线的性质、特征比较

种类a射线P射线Y射线

组成高速氮核流高速电子流光子流（高频电磁波）

带电荷量2e-e0

质量47np叫静止质量为零

1840

27

mp=1.67x10-kg

速度0.1c0.99cC

在电磁场中偏转与a射线偏转反向不偏转

贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几亳米厚的铝板最强穿透几厘米厚的铅板

对空气的电离作用很强较弱很弱

在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长

通过胶片感光感光感光

LM

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a

C垂直纸面向里YP

D垂直纸面向外Ya

A.AB.8C.CD.D

答案：C

解析：R放射出来的射线共有a、B、y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而偏转，Y射线不偏转，故打在0点的应为丫射线；由于a射线贯穿本

领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是。射线；依据8射线的偏转方向及左手定则可知

磁场方向垂直纸面向里，C项正确。

【解题感悟】

三种射线的比较方法

（1）知道三种射线带电的性质，a射线带正电、/?射线带负电、y射线不带电。a、/?射线是

实物粒子流，而y射线是光子流，属于电磁波的一种。

（2）在电场或磁场中，通过其受力来判断。和/?射线偏转方向，由射线不带电，故运动

轨迹仍为直线。

（3）a射线穿透能力较弱，/?射线穿透能力较强，y射线穿透能力最强。

【迁移运用】

I.（多选）用如图的装置可以判定放射源发出射线的带电性质。两块平行金属板4、8垂直

纸面竖直放置，从放射源上方小孔发出的射线竖直向上射向两极板间。当在两板间加上垂直

纸面方向的匀强磁场时，射线的偏转方向如图所示。如撤去磁场，将小B两板分别与直流

电源的两极连接，射线的偏转也如图。则（）

金属板

A.若磁场方向垂直纸面向里，则到达4板的为带正电的粒子

B.若磁场方向垂直纸面向外，则到达A板的为带正电的粒子

C.若A接电源负极，则到达4板的为带正电的粒子

D.若A接电源正极，则到达4板的为带正电的粒子

答案：A;C

解析：若磁场方向垂直纸而向里，带正电的粒子在磁场中受到向左的洛伦兹力作用，向4板

偏转，A项正确：若磁场方向垂直纸面向外，根据左手定则可知，带负电的粒子受到向左的

洛伦兹力作用，向4板偏转，B项错误；若4接电源负极，电场的方向向左，则到达A板的为

带正电的粒子，C项正确；若力接电源正极，电场的方向向右，则到达4板的为带负电的粒子，

D项错误。

2.在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是（）

A.y射线的贯穿作用

B.a射线的电离作用

C#射线的贯穿作用

D/射线的中和作用

答案：B

解析：因。射线的电离作用使空气电离，从而使带电体所带的电荷很快消失。

3.（多选）下列哪些现象能说明射线来自原子核（）

A.三种射线的能量都很高

B.放射性的强度不受温度、外界压强等条件的影响

C.元素的放射性与所处的化学状态（单质、化合态）无关

射线、。射线都是带电的粒子流

答案：B;C

解析：能说明射线来自原子核的证据是元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关。

4.在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对射线的性质进行了深入的研究，发现。、夕、y射

线的穿透本领不同。如图为这三种射线穿透能力的比较，图中射线①②③分别是（）

A.y、B、aB.0、y、aC.a、B、yD.y、a、/?

答案：C

解析：a射线穿透能力最弱，不能穿透黑纸，故①为a射线，y射线穿透能力最强，能穿透

厚铝板和铅板，故③为Y射线，［3射线穿透能力较强，能穿透黑纸，但不能穿透厚铝板，故

②是。射线，故C项正确。

5.（2021北京第四十三中学高三期中）1896年法国物理学家贝克勒尔发现天然放射性现象；

1897年，英国物理学家J・汤姆孙发现电子；1909年，英国物理学家卢瑟福指导学生进行a粒

子散射实验；1919年卢瑟福用镭放射出的a粒子轰击氮原子核，发现了质子：1932年英国

物理学家查德威克发现中子……人们对微观世界的探究一直在不停地深入。下列现象中，与

原子核内部变化有关的是i）

A.天然放射现象

B.光电效应现象

C原子发光现象

粒子散射现象

答案：A

解析：天然放射现象是原子核内部发生变化自发地放射出a粒子或电子；光电效应和原子发

光没有涉及原子核的变化，而。粒子散射实验只是表明了原子内部有一个很小的核。

6.（多选）威耳逊云室可用来探测射线的性质和种类，如果探测射线时观察到细长和弯曲的

径迹，则下列说法正确的是（）

A.可知有a射线射入云室

B.可知有0射线射入云室

C观察到的是射线粒子的溶动

D.观察到的是射线粒子运动路径上的酒精雾滴

答案：B;D

解析：因为观察到威耳逊云室中存在细长和弯曲的径迹，可知是p射线的径迹，A项错误,

B项正确；射线粒子的运动是观察不到的，观察到的是过饱和酒精蒸气在射线粒子运动路径

上形成的雾滴，C项错误，D项正确。

【教材拓展】

威耳逊云室

由微观粒子组成的射线，肉眼是看不见的，但是射线中的粒子会与其他物质发生作用。

比如，射线中的粒子会使气体或液体电离，或使照相底片感光，或使荧光物质产生荧光。这

样通过观察射线中的粒子与其他物质作用时产生的现象，就会显示射线的存在。

射线中的粒子进入有饱和蒸气的装置中，使沿途的气体分子电离，过饱和蒸气会以这

些离子为核心产生雪滴，于是在粒子所K过的轨道上形成一条狭窄的雾带状痕迹，这就是粒

子的径迹，如果用很强的光从侧面照射，就能够看到这种痕迹，也可以用照相机把它拍卜，

这种装置是英国物理学家威耳逊在1912年发明的，叫作威耳逊云室。

探究点二、原子核的组成

情境探究

1.1919年，卢瑟福用a粒子轰击氮原子核发现了质子，如图所示为a粒子轰击氮原子核示

意图

氮原子核O质子

a粒子

粒子源氧原子核

(1)人们用a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。

探究归纳

1.质子的发现

2.中子的发现

3.原子核（符号灯）

大小:很小,半径为10一】5〜10-14m

质子:电荷曷e=4-1.6x10-19C

质量mp=1.67621898x10-27kg

原子核｛组成｛

中子:电荷量q=0

质量:m篦=1.674927471x10~27kg

同位素:质子数相同、中子数不同的原子核

4.同位素的理解

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，但它们的中子数可能不

同，所以它们的物理性质不同。

探究应用

【典例】已知镭的原子序数是88,原子核质量数是2260试问：

（1）镭原子核中质子数和中子数分别是多少？

（2）镭原子核的核电荷数和所带电荷量是多少？

（3）若镭原子呈电中性，它核外有多少电子？

答案：（1）88;138（2）88;1.41xKT17c（3）88

解析：（1）因为原子序数与核内质子数、核电荷数都是相等的，原子核的质量数等于核内

质子数与中子数之和。

镭原子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/与质

子数Z之差，即N=4-Z=226-88=1380

（2）镭原子核的核电荷数为88,镭原子核所带电荷量Q=88x1.6x10一19c«1.41x

10-17Co

（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。

【解题感悟】

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

原子核的电荷量一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，原子核内质子和中子的总数叫作原子核的质房数，

原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。

【迁移运用】

1.在a粒子轰击金箔的散射实验中，a粒子可以表示为加e,，He中的4和2分别表示（）

为核子数，2为中子数

为质子数和中子数之和，2为质子数

为核外电子数，2为中子数

为中子数，2为质子数

答案：B

解析：原子核的电荷数就是核内的质子数，原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和，

即核内的核子数。£He符号的左下角表示的是质子数或核外电子数，，He符号左上角表示的

是核子数。

2.（多选）下列说法正确的是（）

A%X与2_iY互为同位素

B.第X弓方“互为同位素

C^X与七Y中子数相同

D.第内有92个质子，235个中子

答案：B;C

解析：器X与7_iY的质子数不同，不能互为同位素，A项错误：霁X与第TY质子数都为m，而

质量数不同，则中子数不司，所以互为同位素，B项正确；分X内中子数为九-m,；^?2丫内中

了数为5—2）—（〃1-2）二〃一/〃，所以中了数相同，C项正确；核内有143个中子，D

项错误。

3.某种元素的原子核用表示，下列说法中正确的是（）

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4-Z

C原子核的质子数为4中子数为Z

D.原子核的质子数为4-Z,中子数为Z

答案：B

解析：根据原子核的符号的含义：力表示质量数，Z表示质子数，则中子数为4-Z。

4.某种元素具有多种同位素，反映这些同位素的质量数/与中子数N关系的是图（)

答案：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,

则有力=N十M,可知为一不过原点的倾斜直线。

5.在茫茫宇宙间存在大量的宇宙射线，对宇航员构成了很大威胁、现有一束射线（含有

%dy三种射线）。

（1）在不影响。和丫射线的情况下，如何用最简单的办法除去a射线。

（2）余下这束P