第1节 原子核的组成 教学设计

第五章原子核

第1节原子核的组成

［学习目标］

1.知道天然放射现象及其规律。

2.理解三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。

3.掌握原子核的组成，知道核子和同位素的概念。

4.掌握质量数、电荷数和核子数间的关系。

新加初探必备知识•麦美酉:其夯实基础

知I识I梳I理

知识点1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，它能穿透黑纸使照相底片感光。

2.玛丽・居里和她的丈夫皮埃尔・居里发现了两种能够发出更强射线的新元素，

命名为针(Po)和镭(Ra)。

3.原子序数大于匿的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于四

的元素，有的也能发出射线。

4.物质发出射线的性质称为放脏性，具有放射性的元素称为放射性元素。放

射性元素且嵬地发出射线的现象叫作天然放射现象。

［判一判］

1.(1)放射性元素发出的射线可以直接观察到。()

(2)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。()

(3)放射性元素的放射性都是自发的现象。()

提示：(1)X(2)X(3)V

知识点2射线的本质

1.a射线：a粒子流。其组成与家原子核相同,速度可达到光速的土，其

电离作用强，穿透作用较弱，在空气中只能前进儿厘米，用二^就能把它挡住。

2.B射线：电子流,速度接近光速。它的穿透能力较强，电离作用较弱,很

容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。

3.Y射线：一种电磁波,波长很短的光子，波长在10以下，它的电离

作用更弱，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的蛰板或几十厘米厚的混凝土。

4.实验发现，如果一种元素具有放射性，那么，无论它是以单质存在还是以

化合物形式存在，都具有放射性。放射性的强弱也不受温度、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，说明射线来自原王核，说明原子核

内部是有结构的。

［判一判］

2.(l)a射线是由高速运动的氮核组成的，其运行速度接近光速。()

(2)B射线能穿透几毫米厚的铅板。()

(3)丫射线的穿透能力最强，电离能力最弱。()

提示：⑴X(2)X(3)V

知识点3原子核的组成

1.质子的发现

卢瑟福用a粒子轰击氮原子核获得了质子。

2.中子的发现

(1)卢瑟福猜想：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，他把这种粒子叫作中子。

(2)查德威克通过实验证实了这个猜想。

3.原子核的组成

原子核由质壬、中子原成,它们统称为核壬。

4.原子核的电荷数(Z)

等于核内质子数,等♦原子序数。

5.原子核的质量数(4)

就是核内的核子数。

6.原子核的符号表示

2X(其中X为元素符号，A表示核的质量数,Z表示核的电荷数)。

7.同位素

核中质子数相同而中上数不同的原子,在兀素周期表中处十同一位置，因而

互称同位素。

基I础I自I测

1.（天然放射现象）天然放射现象的发现揭示了（）

A.原子是可分的

B.原子的中心有一个很小的核

C.原子核具有复杂的结构

D.原子核由质子和中子组成

解析：选C。天然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂的结构。

2.（三种射线的性质）（多选火刀治疗脑肿瘤主要是利用（）

A.了射线具有很强的穿透能力

B.y射线具有很强的电离作用

C.丫射线波长很短，具有很高的能曷

D.Y射线能很容易绕过阻碍物到达脑肿瘤位置

解析：选AC。y射线是波长很短、频率很高的电磁波，具有很高的能量和很

强的穿透能力，所以它能穿透皮肉和骨骼到达肿瘤位置并杀死肿瘤细胞，A、C

正确；因y射线不带电，它的电离作用很弱；因波长很短，其衍射能力也很差，

B、D错误。

3.（原子核的组成）原子核需Th表示（）

A.霜Th的质量数为90

B.核内有234个质子

C.核内有144个中子

D.核内有90个核子

解析：选C。原子核斛Th,234表示质量数，即234个核子，90表示核电荷

数，印90个质子，故核内中子数为（234-90=144个），故选C。

4.（同位去的性质）（多选）下列说法正确的是（）

A.%X与初冬Y互为同位素

B.J；X与丁|Y互为同位素

C.；；,X与;;口Y中子数相同

D.23592U核内有92个质子，235个中子

解析：选BC。；；,X核与〃占Y核的质子数不同，不能互为同位素，A错误;

；；,X核与;;JY核质子数都为机，而质量数不同，则中子数不同，所以互为同位

素，B正确；2X核内中子数为〃一〃z,◎Y核内中子数为(〃一2)—(〃7—2)=〃一

m,所以中子数相同，C正确；23592U核内有143个中子，而不是235个中子，

D错误。

经上叁”关键能力•素养形成主空金”

探究一三种射线的性质

重I难I整I合

1.a、小三种射线的比较

种类a射线B射线Y射线

光子流(高频电磁

组成高速氮核流高速电子流

波)

4/〃p(〃Zp=

粒子质量静止质量为零

1.67X10-27kg)1836

带电荷量2e~e0

速率0.1c0.99cC

最强，能穿透几厘

最弱，用一张纸就较强，能穿透几毫

穿透能力米厚的铅板和几十

能挡住米厚的铝板

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

2.三种射线在破2场、电场中偏转情况的比较

(1)在匀强磁场中，a射线偏转半径较大，B射线偏转半径较小，Y射线不偏

转，如图甲所示。

甲乙

⑵在匀强电场中，a射线偏离较小，B射线偏离较大，丫射线小偏离，如图

乙所示。

典I例I引I领

【例I】如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器

之间加上L后，计数器的计数率将大幅度减小，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，则x可能是（）

A.Q和B的混合放射源B.纯a放射源

C.a和Y的混合放射源D.纯Y放射源

I解析］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。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

Y射线，因此放射源可能是a和丫的混合放射源。

［答案］C

［针对训练1］如图，放射性元素镭衰变过程中释放出。、B、丫三种射线,

分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是（）

A.①表示丫射线，③表示a射线

B.②表示B射线，③表示a射线

C.④表示Q射线，⑤表示Y射线

D.⑤表示8射线，⑥表示a射线

解析：选C。由放射现象中Q射线带正电、0射线带负电、Y射线不带电,

结合在电场与磁场中的偏转可知②⑤是Y射线，③④是a射线，①⑥是B射线,

C正确。

探究二原子核的组成

重I难I整I合

1.原子核的大小、组成和同位素

「大小：很小，半径为lor〜

电荷量e=+1.6X10l9C

质子

.质量〃?P=1.672621898X1027kg

原子核〈组成＜

电荷量e=0

中子

质量〃?n=1.674927471X10-27kg

同位素：核内质子数相同，中子数不同的原子

2.原子核的符号和数量关系

(1)符号：2x.

(2)基本关系：核电荷数(Z)=质子数=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.对核子数、电荷数、质量数的理解

(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和

中广数之和叫核子数。

(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质/电荷的整数倍，通常用这个数表示

原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数。

(3)质量数(A)：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

质量儿乎相等，所以原子核的质量儿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。

典I例I引I领

【例2】已知镭的原子序数是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？

I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，即乂=人一2=226-88=138。

(2)镭核所带电荷量：

Q=Ze=88X1.6X10-,9C^1.41X10-17Co

(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88。

［答案］⑴88138⑵1.41X10FC(3)88

［针对训练2J某种元素的原子核用夕X表示，下列说法正确的是()

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Bo根据原子核的符号的含义：A表示质量数，Z表示质子数，则

中子数为A-Z,所以B正确。

探究三同位素的特点

【例31据报道，俄科学家成功合成了具有极强放射性的117号新元素，

该元素目前尚未被命名，是在实验室人工创造的最新的超重元素。新元素有两种

同位素，其中一种有176人中子，而另一种有177个中子，则：

(1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？原子的核外电子数各

为多少？

(2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？

(3)若用X表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如

何表示？

［解析］(1)元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等于核内质子数。

故117号元素的核电荷数和核内质子数均为117,原子呈中性，故核外电子数等

于核内质子数，也为117o

(2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的原子

核的质量数为117+176=293,中子数为177的原子核的质量数为117+177=294。

(3)元素符号一般用2X表示，其中A表示质量数，Z表示核电荷数，由前两

问可得该元素的两种同位景的原子核符号，中子数为176的原子核的符号为涔X,

中子数为177的原子核的符号为错Xo

［答案］⑴均为117均为117(2)293294

⑶帘X错X

［针对训练3］(多选)氢有三种同位素，分别是气H)、M(iH)、氤(；H),

则()

A.它们的质子数相等

B.若为中性原子它们的核外电子数相等

C.它们的核子数相等

D.它们的化学性质相同

解析：选ABD。丸、死、鼠的核子数分别为1、2、3,故C错误；由中性原

子状态可知质子数和核外电子数均相同，都是1,故A、B正确；中子数等于核

子数减去质子数，故中子教各不相同，它们三个是同位素，同位素化学性质相同，

只是物理性质不同，故D正确。

一楚沙分层演练•素养达标.知堡*土

IA级——基础达标练］

1.最早提出原子核是由质子和中子组成的科学家是（）

A.贝克勒尔B.居里夫人

C.卢瑟福D.查德威克

解析：选由于卢瑟福通过a粒子轰击氮原子核发现了盾子，并从其他原

子核中都打出了质子，卢瑟福认为质子是原子核的组成部分，并依据质子数与质

量数不相等的情况预言了白子的存在，提出了原子核是由质子和中子组成的理论，

故C正确。

2.关于丁射线，下列说法不正确的是（）

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

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。

3.据报道，月球上有大量的汨e存在，以下关于?He的说法正确的是（）

A.是拍e的同分异构体

B.比?He多一个中子

C.是力He的同位素

D.比拍e少一个质子

解析：选C。元素符号的左下角表示的是质子数，左上角表示的是核子数，

中子数等于质量数（核子数）减质子数。质子数相同而中子数不同的原子核互称同

位素。yHe是蛆e的同位素，比加e少一个中子，故C正确。

4.原子核能放出a、0、y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a粒子

B.原子核中有质子、中子，还有。粒子

C.原子核中有质子、中子，还有了粒子

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。

5.（多选）在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的

作用。下列说法符合历史事实的是（）

A.密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值

B.贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核

C.居里夫妇从沥青铀矿中分离出了针（P。）和镭（Ra）两种新元素

D.卢瑟福通过a粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子

解析：选ACo密立根通过油滴实验，验证了物体所带的电荷量都是某一值

的整数倍，测出了基本电荷的数值，A正确；贝克勒尔通过对天然放射现象的研

究，明确了原子核具有复杂结构，B错误：居里夫妇通过对含铀物质的研究发现

了针（Po）和镭（Ra）,C正确；卢瑟福通过a粒子散射实验证实了原子的核式结构，

D错误。

6.在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入的研究,

发现a、仇学射线的穿透本领不同。如图，这是这三种射线穿透能力的比较，图

中射线①®@分别是（）

①4

②—一»

厚铝板

A.丫、0、aB.p>y、a

C.a、0、yD.y>a、p

解析：选C。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

选能力最强，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0射线；故C正确。

7.（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

正确的有（）

A.打在图中心氏c三点的依次是a射线、、/射线和。射线

B.a射线和0射线的轨迹是抛物线

C.a射线和口射线的轨迹是圆弧

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〃

解析：选AC。由左手定则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，P粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧。由于a粒子速度约是

光速的七，而|3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

（如果一个力在。，则另一个必然扪在8点下方），故A、C正确，B、D错误。

IB级——能力增分练］

8.（多选）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：I,

如图所示，则（）

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,

则最终总动量也为零，即Q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

2

运动，由qvB=写-得R=*,若原来放射性元素的核电荷数为。，则

Ai/D

对a粒子：穴|=六7

对反冲核：R2=R

B((X)—2)e

由pi=〃2,Ri：/?2=44：1,得。=90,反冲核的核电荷数为90—2=88,B、

C正确；它们的速度大小与质量成反比，由于不知道质量比，故无法比较速度大

小，故D错误。

9.(多选)质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具，某种质谱

仪的原理图如图所示，现利用这种质谱仪对氢元素进行测量。氢元索的三种同位

素从容器A的卜.方的小孔无初速度飘入电势差为U的加速电场中，加速后垂直进

入磁感应强度为8的匀强磁场中，最后打在照相底片。上，形成a、b、c三条光

谱线。关于三种同位素进入磁场时速度大小的排列顺序和三条光谱的排列顺序，

下列判断正确的是()

A.进入磁场时速度从大到小的排列顺序是很、笊、M

B.进入磁场时速度从大到小的排列顺序是汽、笊、很

C.a、b、c三条光谱线依次排列的顺序是气、笊、筑

D.a、b、c三条光谱线依次排列的顺序是很、笊、M

解析：选BD。加速过程中由动能定理得加，则有。三种

同位素电荷量q相同，速度的大小取决于质量的倒数，所以速度从大到小的排列

顺序是兔、泉、氤，A错误，B正确；进入磁场后粒子做匀速圆周运动，由quB

并把。代入，得由于它们的电荷量均相同，那么氤核的

偏转半径最大，所以4、b、C三条光谱线依次排列的顺序是氤、人、兔，故C错

误，D正确。

10.天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可

推知（）

A.②来自原子核外的电子

B.①的电离作用最强，是一种电磁波

C.③的电离作用较强，是一种电磁波

D.③的电离作用最弱，是一种电磁波

解析：选D。①射线能被一张纸挡住，说明它的穿透能力较差，所以①射线

是a射线，a射线是高速运动的氮核流，它的穿透能力差，电离作用最强，B错

误；②射线的穿透能力较强，能穿透纸和薄铝板，说明它是P射线，。射线来自

原子核，不是来自原子核外的电子，A错误；③射线的穿透能力最强，能够穿透

稍厚的铅板，③射线是Y射线，Y射线的电离作用最弱，穿透能力最强，它是能

量很高的电磁波，故C错误，D正确。

11.（多选）某空间内可能存在磁场或电场，也可能磁场和电场同时存在或都

不存在，一束包含a射线、P射线和y射线的射线以同方向进入此空间，如它们

的运动轨迹仍为一束，则此空间可能的情形是（）

A.存在互相垂直的匀强电场及匀强磁场

B.磁场及电场都存在

C.有电场，无磁场

D.有磁场，无电场

解析：选BCDoa射线带正电、P射线带负电、y射线不带电，它们以同方

向不同速度进入某空间，运动轨迹仍为一束，则它们不受力的作用或受力方向与

运动方向一致，空间中可有与运动方向平行的电场，无磁场，C正确