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

第1节原子核的组成知识梳理一、天然放射现象1．1896年，法国物理学家发现铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线．2．物质发出的性质称为放射性，具有的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出的现象，叫作天然放射现象．3．原子序数83的元素，都能自发地发出射线，原子序数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，其组成与原子核相同．(2)速度可达到光速的.(3)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．(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．3．γ射线：(1)是能量很高的，波长很短，在m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，卢瑟福用轰击氮原子核发现了质子.2．中子的发现：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，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：原子核由和组成，质子和中子统称为.4．原子核的符号(右图)5．同位素：具有相同而不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于，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.随堂练习例1．(多选)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()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？例3．(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个中子例4．(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．以上说法都不正确例5．(射线的本质)如图所示，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之间为垂直纸面(非黑纸)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()A．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射线例6．(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．它们的中子数相等课后巩固1．关于原子核内部的信息，最早来自天然放射现象．人们从破解天然放射现象入手，一步步揭开了原子核的秘密。下列说法正确的是()A．法国物理学家贝可勒尔发现了X射线B．德国物理学家伦琴发现，铀和含铀的矿物能够发出α射线C．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子D．居里夫妇通过实验发现了中子2．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3．1896年法国物理学家贝可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α粒子散射实验；1919年卢瑟福用镭放射出的α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（）A．天然放射现象 B．光电效应现象 C．原子发光现象 D．α粒子散射现象4．在贝可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α、β、γ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①、②、③分别是()A．γ、β、α B．β、γ、αC．α、β、γ D．γ、α、β5．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6．(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、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b7．(多选)以下说法中正确的是()A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B．原子核中的中子数一定跟核外电子数相等C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，因而原子核内还存在一种不带电的粒子8．α粒子可以表示为eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(4,2)He中的4和2分别表示()A．4为核子数，2为中子数B．4为质子数和中子数之和，2为质子数C．4为核外电子数，2为中子数D．4为中子数，2为质子数9．以下说法正确的是()A．eq\o\al(222,86)Rn为氡核，由此可知，氡核的质量数为86，氡核的质子数为222B．eq\o\al(9,4)Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数10．(多选)质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如eq\o\al(3,2)He是eq\o\al(3,1)H的镜像核，同样eq\o\al(3,1)H也是eq\o\al(3,2)He的镜像核．下列说法正确的是()A．eq\o\al(13,7)N和eq\o\al(13,

6)C互为镜像核B．eq\o\al(15,7)N和eq\o\al(16,

8)O互为镜像核C．eq\o\al(15,7)N和eq\o\al(15,

8)O互为镜像核D．互为镜像核的两个核质量数相同11．α射线、β射线、γ射线、阴极射线四种射线中由原子核内射出、属于电磁波的射线是________，不是原子核内射出的射线是________．12．(多选)关于威耳逊云室探测射线，下列说法正确的是（）A．威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹B．威耳逊云室中径迹粗而直的是α射线C．威耳逊云室中径迹细而长的是γ射线D．威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负13．(1)人类探测月球发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可以作为未来核聚变的重要原料之一。氦的该种同位素应表示为。A．eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(3))HeB．eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))HeC．eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))HeD．eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(3))He(2)茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对宇航员构成了很大的威胁。现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)：①在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的办法除去α射线？②余下的这束β和γ射线经过如图所示的一个使它们分开的磁场区域，请画出β和γ射线进入磁场区域后轨迹的示意图。(画在图上)③用磁场可以区分β和γ射线，但用相同的磁场却不易把α射线从射线束中分离出来，为什么？(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8000倍，α射线速度约为光速的十分之一，β射线速度约为光速)第1节原子核的组成答案知识梳理一、天然放射现象1．贝可勒尔．2．射线；放射性；射线．3大于；小于或等于．二、射线的本质1．α射线：(1)氦．(2)eq\f(1,10).(3)电离．2．β射线：(1)电子流．(3)铝板．3．γ射线：(1)电磁波，10－10m．(2)铅板．三、原子核的组成1．α粒子.2．卢瑟福，查德威克.3．质子；中子；核子.5．质子数；中子数；同一位置随堂练习例1．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．例2．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).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nmX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．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．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．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．课后巩固1．答案C解析法国物理学家贝可勒尔发现了铀和含铀的矿物能够发出射线，A错误；德国物理学家伦琴发现了伦琴射线，又叫X射线，B错误；卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子，并预言了中子的存在，C正确；查德威克通过实验发现了中子，D错误．2．答案C解析由于α粒子的电离本领大，贯穿本领小，所以α射线在云室中的径迹粗而短，故A错误；β射线是高速电子流，这种射线来源于原子核内部，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板，故B错误；γ射线是能量很高的电磁波，因其不带电，所以在电场和磁场中都不偏转，故C正确；β射线是高速电子流，用β射线照射带正电的验电器，与验电器中的正电荷中和，则验电器的张角会变小，故D错误．3．答案A解析A．天然放射现象是原子核内部发生变化自发的放射出α粒子或电子，从而发生α衰变或β衰变，反应的过程中核内核子数，质子数，中子数发生变化，故A正确；B．光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及到原子核的变化，故B错误；C．原子发光是原子跃迁形成的，即电子从高能级向低能级跃迁，释放的能量以光子形式辐射出去，没有涉及到原子核的变化，故C错误；D．α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化，故D错误。故选A。4．答案C解析α射线穿透能力最弱，不能穿透黑纸，故①为α射线；γ射线穿透能力最强，能穿透厚铝板和铅板，故③为γ射线；β射线穿透能力较强，能穿透黑纸，但不能穿透厚铝板，故②是β射线，故C正确．5．答案C解析A沿电场线方向偏转，应为带正电的粒子组成的射线，所以是α射线；B在电场中不偏转，所以是γ射线；C在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子流，所以是β射线；γ射线的波长比X射线短，故本题选C.6．答案AC解析由于γ射线不带电，故不偏转，打在b点；由左手定则可知，粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧，A、C正确，B错误．由于α粒子的速度约是光速的eq\f(1,10)，而β粒子的速度接近光速，所以在同样的复合场中不可能都做直线运动(如果一个打在b点，则另一个必然打在b点下方)，D错误．7．答案CD解析原子中除了有带负电的电子外，还有带正电的质子，故A错误；原子核中的中子数不一定跟核外电子数相等，故B错误；正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C正确；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，才确定原子核内还存在一种不带电的粒子，故D正确．8．答案B解析根据eq\o\al(A,Z)X所表示的意义，原子核的质子数决定核外电子数，原子核的核电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和，即为核内的核子数.eq\o\al(4,2)He符号左下角的2表示的是质子数或核外电子数，eq\o\al(4,2)He符号左上角的4表示的是核子数，故选项B正确．9．答案D解析A项氡核的质量数为222，质子数为86，所以A错误；B项铍核的质量数为9，中子数为5，所以B错误；质子数相同而中子数不同的原子核互称为同位素，即它们的质量数不同，所以C错误，D正确．10．答案ACD解析根据镜像核的定义及质量数A等于核电荷数Z和中子数n之和，可知eq\o\al(13,7)N和eq\o\al(13,

6)C的质子数与中子数互换了，互为镜像核；eq\o\al(15,7)N和eq\o\al(15,

8)O的质子数与中子数互换了，互为镜像核，故A、C正确.eq\o\al(15,7)N的质