人教版(新教材)高中物理选择性必修3学案：第1节 原子核的组成

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE1第五章原子核第1节原子核的组成核心素养物理观念科学思维1.了解天然放射现象和天然放射现象发现的意义。2.知道三种射线的本质和特征。3.知道原子核的组成和同位素的概念，会正确书写原子核符号。4.了解发现天然放射现象的相关史实。通过对原子核结构模型的探究，体会物理学的研究方法。知识点一天然放射现象〖观图助学〗如右图为居里夫妇，他们在沥青中发现3种放射性元素，天然放射现象让人们认识到小小的原子核也具有复杂的结构，那么什么是天然放射现象呢？居里夫妇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，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。2.物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象叫作天然放射现象。3.原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线。4.玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。〖思考判断〗(1)1896年，法国的玛丽·居里首先发现了天然放射线。(×)(2)原子序数大于83的元素都是放射性元素。(√)(3)原子序数小于83的元素都不能放出射线。(×)知识点二射线的本质1.α射线：实际上就是氦原子核，速度可达到光速的eq\f(1,10)，其电离能力强，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：是电子流，速度可以接近光速，它的穿透能力较强，电离能力较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。3.γ射线：是一种电磁波，波长很短，在10－10m以下，它的电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板或几十厘米厚的混凝土。4.射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的。〖思考判断〗(1)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力。(×)(2)β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。(√)(3)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强。(×)知识点三原子核的组成1.质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，质子是原子核的组成部分。2.中子的发现：卢瑟福猜想原子核内存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子。查德威克通过实验验证了这个猜想。3.原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。4.原子核的符号5.同位素：具有相同的质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。例如，氢有三种同位素氕，氘、氚，符号是eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H。〖思考判断〗(1)质子和中子都不带电，是原子核的组成成分，统称为核子。(×)(2)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。(√)(3)同位素具有不同的化学性质。(×)天然放射现象的发现1896年→法国→贝克勒尔→eq\a\vs4\al(铀发出,看不见,的射线)⇓居里夫妇→eq\a\vs4\al(沥青中的,含铀物)→eq\a\vs4\al(实际测,得射线,强)⇓两种放射性元素：钋(Po)和镭(Ra)元素的放射性是由原子核决定的，与核外电子(决定化学性质)无关，因此元素的放射性与它存在的形式(单质或化合物)无关，而且它不受温度、压强、物理变化和化学变化的影响。在电场或磁场中探究射线无论在电场中还是在磁场中：(1)γ射线均不发生偏转；(2)β射线距离γ射线较远；(3)α射线距离γ射线较近。阴极射线和β射线都是电子流，但它们的来源不同，阴极射线来自于阴极原子的外层电子，β射线是原子核内中子衰变为质子和电子时，电子被放出形成的。关于电离射线使原子中的电子脱离核的束缚成为自由电子，这样的过程叫作电离。射线的上述作用叫作电离作用。1.质子的发现2.中子的发现3.原子组成图原子eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(质子,中子))核子,核外电子))原子核的质子数决定了原子的核外电子数目，也决定了电子在核外分布的情况，进而决定了这种元素的化学性质，故同位素具有相同的化学性质。但中子数不同，物理性质不同。核心要点天然放射现象和三种射线的本质〖观察探究〗如图是放射性物质放出的射线垂直经过磁场的情形，射线为什么会分成三束？〖答案〗三种射线的带电情况各不相同，它们在磁场中所受洛伦兹力情况不同，故可分成三束。〖探究归纳〗1.α、β、γ三种射线的性质、特征比较种类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)带电荷量2e－e0质量4mp(mp＝1.67×10－27kg)eq\f(mp,1836)静止质量为零速率0.1c0.99cc贯穿本领最弱，用一张纸就能挡住较强，能穿透几毫米的铝板最强，能穿透几厘米的铅板电离作用很强较弱很弱2.在电场、磁场中偏转情况的比较(1)在匀强电场中，α射线偏转较小，β射线偏转较大，γ射线不偏转，如图甲所示。(2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图乙所示。〖试题案例〗〖例1〗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〗①射线能被一张纸挡住，说明它的穿透能力较差，①射线是α射线，α射线是高速运动的氦核流，它的穿透能力差，电离作用最强，选项B错误；②射线的穿透能力较强，说明它是β射线，β射线是高速电子流，β射线来自原子核，不是来自原子核外的电子，选项A错误；③射线的穿透能力最强，能够穿透几厘米厚的铅板，③射线是γ射线，γ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，故选项C错误，D正确。〖答案〗D方法凝炼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射线是实物粒子，而γ射线是光子流，属于电磁波的一种。(2)在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断α和β射线，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。〖针对训练1〗(多选)天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是()A.一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线B.某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核C.三种射线中对气体电离作用最强的是α射线D.β粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子〖解析〗由三种射线的本质和特点可知，α射线贯穿本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A正确；γ射线是伴随α、β衰变而产生的一种电磁波，不会使原核变成新核，故B错误；三种射线中α射线电离作用最强，故C正确；β粒子是电子，来源于原子核，故D正确。〖答案〗ACD核心要点原子核的组成〖问题探究〗一个铅原子的质量数为207，原子序数为82，其核外电子有多少个？中子数又是多少？〖答案〗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，质子与电子电性相反、电荷量相同，故核外电子数与核内质子数相同，为82个，根据质量数等于质子数与中子数之和的关系知，铅原子核的中子数为207－82＝125(个)。〖探究归纳〗1.原子核(符号eq\o\al(A,Z)X)原子核eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(大小：很小，半径为10－15～10－14m,组成\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(质子：电荷量e＝＋1.6×10－19C,质量mp＝1.6726219×10－27kg,中子：电荷量为0,质量mn＝1.6749275×10－27kg)),同位素：质子数相同、中子数不同的原子核))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)化学性质的决定因素：原子核内的质子数决定了核外电子的数目，也决定了电子在核外分布的情况，进而决定了这种元素的化学性质。(2)氢的同位素：氕(eq\o\al(1,1)H)，氘(eq\o\al(2,1)H)，氚(eq\o\al(3,1)H)。〖试题案例〗〖例2〗已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226。试问：(1)镭核中质子数和中子数分别是多少？(2)镭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？〖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)镭核的核电荷数和所带电荷量分别是Z＝88，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)881.41×10－17C(3)88方法凝炼原子核的“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，也与元素的原子量不同。原子核内质子和中子的总数叫做核的质量数，原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。〖针对训练2〗以下说法正确的是()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；铍核的质量数为9，中子数为5，所以B错误；同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，C错误，D正确。〖答案〗D1.(天然放射现象的认识)(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.射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响C.元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合物)无关D.α射线、β射线都是带电的粒子流〖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，B、C正确。〖答案〗BC2.(三种射线的特性)(多选)如图中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〖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。〖答案〗BC3.(原子核的组成)若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对eq\o\al(234,90)Th的原子来说()A.x＝90y＝90z＝234B.x＝90y＝90z＝144C.x＝144y＝144z＝90D.x＝234y＝234z＝324〖解析〗质量数＝质子数＋中子数，中性原子中：质子数＝核外电子数，所以选项B正确。〖答案〗B4.(同位素)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)Y互为同位素C.eq\o\al(n,m)X与eq\o\al(n－2,m－2)Y中子数相差2D.eq\o\al(235,92)U核内有92个质子，235个中子〖解析〗A选项中，X核与Y核的质子数不同，不是同位素；B选项中，eq\o\al(n,m)X核与eq\o\al(n－1,m)Y核质子数都为m，而质量数不同，所以互为同位素；C选项中，eq\o\al(n,m)X核内中子数为n－m，eq