5.1原子核的组成 学案 高中物理人教版（2019）选择性必修第三册

人教版高中物理选择性必修第三册导学案1原子核的组成学习目标：1.了解放射性及放射性元素的概念．2．理解三种射线的形成及本质，知道三种射线的特点．3．了解原子核的组成，知道原子核的表示方法，掌握原子序数、电荷数、质量数之间的关系．4．理解同位素的概念.学科素养：1.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．(物理观念)2．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．(科学思维)3．通过利用磁场探究三种射线的本质，学习用α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．(科学探究)4．体会科学家们探索射线的艰辛，以及实事求是、不畏艰险的科学精神，增强探究科学的意识．(科学态度与责任)自主梳理知识点一天然放射现象1．1896年，法国物理学家________发现某些物质具有放射性．2．物质发出________的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素．3．天然放射现象：放射性元素________发出射线的现象．原子序数大于或等于________的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于________的元素，有的也能发出射线．答案：1.贝克勒尔2．射线3．自发地8383知识点二射线的本质1．α射线：实际上就是α粒子流，速度可达到光速的eq\f(1,10)，其电离作用强，________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：是________，速度可以接近光速，它的________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：是一种________，波长很短的光子，在10－10m以下，它的________更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的________或几十厘米厚的混凝土．说明：元素的放射性与它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．答案：1.穿透能力2．电子流电离作用3．电磁波电离作用铅板知识点三原子核的组成1．质子的发现2．中子的发现3．原子核的组成由________和________组成，它们统称为________．4．原子核的符号5．同位素具有相同________而________不同的________，在元素周期表中处于________，它们互称同位素．例如，氢有三种同位素分别为eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H.答案：1.质子质子2．中子中子原子核3．质子中子核子4．质子数质子数5．质子数中子数原子核同一位置重难点研习研习1三种射线的理解导学探究如图所示为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图．(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射线的偏转半径说明什么问题？提示：(1)说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．(2)说明α射线的比荷小于β射线的比荷．要点归纳1．α、β、γ射线性质、特征比较射线种类组成速度贯穿本领电离作用α射线α粒子，是氦原子核eq\o\al(4,2)He约eq\f(1,10)c很弱，一张薄纸就能挡住很强β射线β粒子，是高速电子流eq\o\al(0,－1)e接近c较强，能穿透几毫米厚的铝板较弱γ射线波长很短的电磁波等于c最强，能穿透几厘米厚的铅板最弱2.三种射线在电场和磁场中的偏转(1)在匀强电场中：γ射线不发生偏转，做匀速直线运动；α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，β粒子的偏移大，如图所示．(2)在匀强磁场中：γ射线不发生偏转，仍做匀速直线运动；α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径小，α粒子的轨道半径大．如图所示．研习指导[典例1](多选)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解析：由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中带正电的α粒子受到的洛伦兹力向上，带负电的β粒子受到的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧，而γ射线不带电，做直线运动，故B错误，A、C正确；如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，由于α粒子速度约是光速的eq\f(1,10)，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，故D错误．答案：AC教师指导三种射线的比较方法(1)知道三种射线带电的性质，α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电．α、β是实物粒子，而γ射线是光子流，属电磁波的一种．(2)在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小或偏转位移的大小来判断α和β射线偏转方向，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线．(3)α射线穿透能力较弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离作用相反．针对训练1.(多选)图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是()A．a为α射线、b为β射线B．a为β射线、b为γ射线C．b为γ射线、c为α射线D．b为α射线、c为γ射线答案：BC解析：由题图可知电场线方向向右，α射线带正电，所受电场力方向与电场线方向一致，故α射线向右偏转，即c为α射线；β射线带负电，所受电场力方向与电场线方向相反，故β射线向左偏转，即a为β射线；γ射线不带电，不发生偏转，即b为γ射线．故选项B、C正确．2.如图所示，a为未知天然放射源，b为薄铝片，两平行板c之间存在着较大电场强度的匀强电场，d为荧光屏，e为固定不动的显微镜筒．实验时，如果将匀强电场撤去，从显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁亮点数没有变化；如果再将薄铝片b移开，则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁亮点数大量增加．由此可判定放射源所发出的射线可能为()A．β射线和α射线B．α射线、β射线和γ射线C．β射线和γ射线D．α射线和γ射线答案：D解析：α射线的贯穿本领很弱，一张纸就可把它挡住，β射线能穿透几毫米厚的铝板，γ射线能贯穿几厘米厚的铅板．撤去电场后，荧光屏上闪烁亮点数没有变化，说明原先能到达荧光屏的射线不带电，故放射源发出的射线中有γ射线．撤去薄铝片，闪烁亮点数大量增加，说明放射源发出的射线中有α射线，故选项D正确．研习2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，如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图．(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？提示：(1)质子是原子核的组成部分．(2)原子核内还可能存在着另一种粒子．要点归纳1．原子核(符号eq\o\al(A,Z)X)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．研习指导[典例2]镭的原子序数是88，原子核质量数是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)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)镭核所带电量Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.41×10－17C.(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的向心力为洛伦兹力，故有qvB＝meq\f(v2,r)，r＝eq\f(mv,qB)，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故eq\f(r226,r288)＝eq\f(226,228)＝eq\f(113,114).答案：(1)88138(2)1.41×10－17C(3)88(4)eq\f(113,114)教师指导原子核的“数”与“量”辨析(1)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，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核的质量数，原子核的质量等于质子和中子的质量的总和．针对训练3．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.故选项B正确．巩固练习1．截止到2020年7月5日，全球新冠肺炎确诊病例已超1110万，抗击病毒的道路更加艰巨．已知某肺炎病人拍摄的CT胸片如图所示，病毒感染处的密度与其他部分不同，片中显示为白斑．拍摄CT片，利用穿透能力与密度有关的是()A．无线电波B．红外线C．X射线D．紫外线答案：C解析：CT及透视是利用X射线的穿透能力与密度有关；而无线电波波长较长，常用于通信；红外线具有热效应；紫外线常用于杀菌消毒．故C正确，A、B、D错误．2．(多选)下列关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的是()A．α粒子就是氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强B．β射线是电子流，其速度接近光速C．γ射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿过几厘米厚的铅板D．以上三种说法均正确答案：BC解析：α粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A、D项错误；β射线是电子流，其速度接近光速，B项正确；γ射线的穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C项正确．3．原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，下列说法正确的是()A．原子核中有质子、中子，还有α粒子B．原子核中有质子、中子，还有β粒子C．原子核中有质子、中子，还有γ粒子D．原子核中只有质子和中子答案：D解析：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α粒子，但不能据此认为α粒子是原子核的组成部分．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β粒子．原子核发出射线后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ光子的形式辐射出来，形成γ射线．原子核中只有质子和中子．故D正确．4．(多选)对天然放射现象，下列说法中正确的是()A．α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的B．β粒子带负电，所以β射线有可能是核外电子C．γ粒子是光子，所以γ射线有可能是由原子发光产生的D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的答案：AD解析：α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出的，β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，然后释放出电子，γ射线是伴随α衰变和β衰变而产生的，所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的．5．(多选)关于γ射线，下列说法正确的是()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答案：ACD解析：γ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A、C、D正确．6．放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图所示，其中()A．C为氦原子核组成的粒子流B．B为比X射线波长更长的光子流C．B为比X射线波长更短的光子流D．A为高速电子组成的电子流答案：C解析：根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，A射线向电场线方向偏转，应为带正电的粒子组成的射线，所以是α射线；B射线在电场中不偏转，所以是γ射线；C射线在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是β射线．7．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