新教材适用2024-2025学年高中物理第5章原子核1.原子核的组成学案新人教版选择性必修第三册

1.原子核的组成课程标准1．知道放射现象和放射性元素。2．了解三种射线的特性，了解原子核的组成，知道原子核的表示方法。3．了解同位素的概念。了解威尔逊云室的工作原理。4．通过对原子核结构的探究，感悟探究微观世界的探讨方法，强化证据意识和推理实力。素养目标1．知道什么是放射性、放射性元素及自然放射现象。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。学问点1自然放射现象1．放射性物质_放射射线___的性质。2．放射性元素具有_放射性___的元素。3．自然放射现象放射性元素自发地_放出射线__的现象。『判一判』(1)自然放射现象的发觉揭示了原子核还可再分。(√)(2)原子序数大于83的元素都是放射性元素。(√)『选一选』以下事实可作为“原子核可再分”的依据的是(A)A．自然放射现象 B．α粒子散射试验C．电子的发觉 D．康普顿效应解析：贝克勒尔发觉了自然放射现象，说明原子核也是有着困难的结构的，揭示了原子核还可再分；卢瑟福通过α粒子散射试验提出了原子的核式结构模型；J.J.汤姆孙发觉了电子，说明原子可再分；康普顿效应说明光子既有能量也有动量，不能说明原子核可再分，故本题应选A。学问点2三种射线的本质及特征1．α射线它是高速_氦核___流，速度约为光速的eq\f(1,10)，穿透实力_较差___，电离作用比较强。2．β射线它是高速_电子___流，速度可达光速的99%，穿透实力_较强___，电离作用_较弱___。3．γ射线它是能量很高的_电磁波___，穿透实力很强，电离作用_很弱___。学问点3原子核的组成1．质子的发觉2．中子的发觉3．原子核的组成(1)原子核由_质子___和_中子___组成，组成原子核的_质子___和_中子___统称为核子。(2)质子带一个单位的_正___电荷，中子不带电，质子和中子质量几乎_相等___，都等于一个质量单位。(3)核电荷数＝质子数(Z)＝元素的_原子序数___＝核外电子数。4．同位素具有相同的_质子数___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。『判一判』(3)γ射线是光子流，是能量很高的电磁波。(√)(4)同一元素的两种同位素具有相同的质量数。(×)(5)质子和中子都不带电，是原子核的组成成分，统称为核子。(×)(6)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。(√)『想一想』关于原子核内部信息的探讨，最早来自矿物的自然放射现象。那么，人们是怎样从破解自然放射现象入手，一步步揭开了原子核隐私的呢？答案：首先在1896年，贝克勒尔发觉了自然放射现象，说明原子核是可以再分的。然后在1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发觉了质子，说明质子是原子核的组成部分，再后来在1932年，查德威克用α粒子轰击铍原子核，发觉了中子，说明中子是原子核的组成部分，由此，一步步揭开了原子核的隐私。探究自然放射现象要点提炼1．自然放射现象(1)发觉者1896年，法国物理学家贝克勒尔。(2)放射性铀和含铀的矿物质都能够放出看不见的射线，这种射线可以使包在黑纸里的照相底片感光。物体放射出射线的性质叫作放射性。(3)放射性元素放射性并不是少数几种元素才有的，探讨发觉，原子序数大于或等于83的全部元素，都能自发地放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性，元素这种自发地放出射线的现象叫作自然放射现象，现在用人工的方法也可以制造放射性同位素。2．三种射线的比较种类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)带电量2e－e0质量4mpmp＝1.67×10－27kgeq\f(mp,1840)静止质量为零速度0.1c0.99cc在电磁场中偏转与α射线反向偏转不偏转贯穿本事最弱用纸能拦住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在云室中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光(1)假如一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响。也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关。因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着肯定结构。(2)β射线的电子是从原子核中放出来的，并不是从原子核外的电子中放出来的。典例剖析典例1(多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，如下图表示射线偏转状况中正确的是(AD)解题指导：处理该类问题的实质是力学规律在电、磁场中的综合运用，解决该类问题的一般步骤是：①明确α、β、γ射线粒子的电性；②分析它们在电场和磁场中受到的力；③结合圆周运动、类平抛运动规律求解。解析：已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，依据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向，可知A、B、C、D四幅图中，α、β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步推断。带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r＝eq\f(mv,Bq)，将其数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比为：eq\f(rα,rβ)＝eq\f(mα,mβ)·eq\f(vα,vβ)·eq\f(qβ,qα)，＝eq\f(4,\f(1,1840))×eq\f(0.1c,0.99c)×eq\f(1,2)≈371.7，由此可见，A项正确，B项错误；带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有：x＝v0t；y＝eq\f(1,2)·eq\f(qE,m)t2，消去t可得：y＝eq\f(qEx2,2mv\o\al(2,0))。对某一确定的x值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比为eq\f(yα,yβ)＝eq\f(qα,qβ)·eq\f(mβ,mα)·eq\f(v\o\al(2,β),v\o\al(2,α))＝eq\f(2,1)×eq\f(\f(1,1840),4)×eq\f((0.99c)2,(0.1c)2)＝eq\f(1,37.5)，由此可见，C项错误，D项正确。故正确答案是AD。对点训练❶图甲是α、β、γ三种射线穿透实力的示意图，人们依据射线的特性设计了在不损坏工件的状况下利用射线的穿透性，来检查金属内部伤痕的状况，如图乙所示。图乙中检查所利用的射线是(C)A．α射线 B．β射线C．γ射线 D．三种射线都可以解析：γ射线的穿透实力很强，它能穿透薄金属板和较厚的水泥墙。所以图乙是利用γ射线检查金属内部伤痕的状况，C选项正确。探究原子核的组成要点提炼1．原子核(符号eq\o\al(A,Z)X)2．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特别微小，二者统称为核子，质子数和中子数之和叫核子数。(2)电荷数(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(A)：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。3．同位素原子核内的质子数确定了核外电子的数目，进而也确定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同。把具有相同质子数、不同中子数的原子互称为同位素。(1)β射线是原子核改变时产生的，电子并不是原子核的组成部分。(2)同位素的化学性质相同，但物理性质不同。典例剖析典例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)若镭原子呈中性，它核外有多少个电子？解题指导：核电荷数与原子核的电荷量是不同的，要理清他们的关系。解析：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。由此可得：(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)镭核所带电荷量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。答案：(1)88138(2)1.41×10－17C(3)88对点训练❷(多选)下列说法中正确的是(CD)A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B．原子核中的质子数，肯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核电荷跟质子电荷之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子解析：原子中除了带负电的电子外，还有带正电的质子，故A错误；对于中性原子来说，原子核中的质子数才跟核外电子数相等，故B错误；正是由于α粒子轰击原子核的试验才发觉了质子，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核电荷跟质子电荷之比，才确定原子核内必定还有别的中性粒子，故D正确。原子核的“数”与“量”的辨析技巧(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肯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，也与元素的原子量不同。原子核内质子和中子的总数叫作核的质量数，原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。(3)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。案例以下说法正确的是(D)A．eq\o\al(234,90)Th为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234B．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解析：钍核的质量数为234，质子数为90，所以A错误；铍核的质子数为4，中子数为5，所以B错误；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C错误，D正确。一、自然放射现象1．下列事实中，能说明原子核具有困难结构的是(B)A．α粒子散射试验B．自然放射现象C．光电效应现象D．原子发光现象解析：卢瑟福通过α粒子散射试验提出了原子的核式结构模型，A错误；贝克勒尔发觉了自然放射现象，说明原子核有着困难的结构，揭示了原子核还可再分，B正确；光电效应是原子核外电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及原子核的改变，C错误；原子发光是原子跃迁形成的，没有涉及原子核的改变，D错误。二、种射线的本质及特征2．自然放射性元素放出的α、β、γ射线中(C)A．三种射线的速度相同B．α射线的穿透本事最强C．β射线的本质是高速运动的电子流D．γ射线在真空中的速度比X射线的大解析：α射线的速度可达0.1c，β射线的速度可达0.99c，γ射线的速度为c，故A错误；三种射线中，α射线的穿透本事最弱，故B错误；β射线的本质是高速运动的电子流，故C正确；γ射线和X射线都是电磁波，它们在真空中的速度相同，故D错误。3．如图所示，x为未知放射源，它向右方放出射线，p为一张厚度为0.5mm左右的薄铝箔，铝箔右侧是一真空区域，内有较强磁场，q为荧光屏，h是视察装置。试验时，若将磁场撤去，每分钟视察到荧光屏上的亮点数基本没有改变，再将铝箔移开，则每分钟视察到荧光屏上的亮点数明显增加，则可知放射源x可能为(B)A．α射线和β射线的混合放射源B．α射线和γ射线的混合放射源C．β射线和γ射线的混合放射源D．α射线、β射线和γ射线的混合放射源解析：将强磁场撤去，每分钟视察到荧光屏上的亮点数基本没有改变，说明磁场对穿过p的射线粒子没有影响，可知射到屏上的是不带电的γ射线；再将厚度为0.5mm左右的薄铝箔移开，则每分钟视察到荧光屏上的亮点数明显增加，说明荧光屏除接收到γ射线外，又接收到了原来被薄铝箔p拦住的射线，而厚度为0.5mm左右的铝箔能拦住的只有α射线，所以此放射源应是α射线和γ射线的混合放射源。故正确选项为B。4．如图所示，一自然放射性物质发出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域。调整电场强度E和磁感应强度B的大小，使得在荧光屏MN上只有两个点受到射线的照耀，则下面推断正确的是(C)A．射到b点的肯定是α射线B．射到b点的肯定是β射线C．射到b点的是α射线或β射线D．射到b点的肯定是γ射线解析：γ射线不带电，在电场和磁场中它都不受力的作用，只能射到a点，选项D错误。调整E和B的大小，既可以使带正电的α射线沿直线前进，也可以使带负电的β射线沿直线前进，沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡，即qE＝qBv。已知α粒子的速度比β粒子的速度小得多，当α粒子沿直线前进时，速度较大的β粒子向右偏转；当β粒子沿直线前进时，