1　原子核的组成教学设计及教案分析

《原子核的组成》教学设计

教学目标：

1．物质发射射线的性质称为放射性。放射性元素自发地发出射线的现象，叫做天然放射现象。

2．α射线是高速氦核流，β射线是高速电子流，γ射线是光子流。

3．原子核由质子和中子组成。1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核获得了质子，1932年查德威克证实了中子的存在。

4．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象，揭开了人们研究原子核结构的序幕。

新课教学：

一、天然放射现象

1．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现某些物质具有放射性。

2．物质发射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做天然放射现象。

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)。

二、三种射线

11．α射线：实际上就是氦原子核，速度可达到光速的10，其电离能力强，穿透能力较差，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：是高速电子流，它速度很大，可达光速的99%，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：呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10 m以下，它的电离作用更小，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板或几十厘米厚的混凝土。

三、原子核的组成

1．质子的发现

卢瑟福用α粒子轰击氮原子核获得了质子。

2．中子的发现

(1)卢瑟福预言：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，他把这种粒子叫做中子。

9(2)查德威克用α粒子轰击铍(4Be)原子核获得了中子。

3．原子核的组成

原子核由质子、中子组成，它们统称为核子。

4．原子核的电荷数(Z) 等于原子核的质子数，等于原子序数。

5．原子核的质量数(A) 等于质子数与中子数的总和。

6．原子核的符号表示

AZX，其中X为元素符号，A为原子核的质量数，Z为原子核的电荷数。

7．同位素

具有相同的质子数而中子数不同的原子互称同位素。

同步练习：

1．自主思考——判一判

(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。(√) (4)α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速。(×) (5)β射线能穿透几毫米厚的铅板。(×) (6)γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱。(√) 2．合作探究

(1)是否所有的元素都具有放射性？

提示：原子序数大于或等于83的元素都具有放射性，原子序数小于83的元素很少具有放射性。

(2)要判断三种射线是否带电以及带正电荷还是负电荷，可以用什么方法？

提示：方法一：让射线垂直磁场方向射入磁场，发生偏转的带电，不偏转的

不带电。对于发生偏转的射线，根据偏转方向与磁场方向和速度方向的关系，依据左手定则可以判断带正电荷还是带负电荷。

方法二：让射线垂直电场方向射入电场，发生偏转的带电，不偏转的不带电。对于发生偏转的射线，根据偏转方向与电场方向的关系，依据电荷受力方向与电场强度方向的关系，可以判断带正电荷还是带负电荷。

(3)同一种元素的几种同位素，它们的化学性质相同吗？为什么？

提示：相同。因为同位素具有相同的质子数，所以具有相同的核外电子数，元素的化学性质取决于核外电子，所以同位素的化学性质相同。

核心知识：对三种射线的研究

1．α、β、γ射线性质、特征比较

射线种类

组成

α粒子是氦原子核42He 速度

1约10c

贯穿本领

电离作用

很小，一张薄纸就能挡住

很大，能β粒子是高β射线

速电子流－1e 0α射线

很强

接近c

穿过几毫米厚的铝板

最大，能较弱

γ射线

波长很短的电磁波

等于c

穿过几厘米厚的铅板

很小

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。

11qEy02qv∝2

位移x可表示为x＝2at2＝2·mmv所以，在同样条件下β粒子与α粒子偏移之比为

1210cxβe4＝××＝37。

xα2e1992c1 836100(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，如图所示。

mv2mvmv根据qvB＝R得R＝qB∝q

所以，在同样条件下β粒子与α粒子的轨道半径之比为

199cRβ1 8361002e1Rα＝4×c×e＝371。

103．元素的放射性

如果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，原子核也存在着一定结构。

[典例]

如图1所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，LL′是厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达O点的射线种类、到达P点的射线种类应属于下表中的(

)

选项

A

B

C

D

[思路点拨]

解答此题应注意以下两点：

(1)能够穿过厚纸板的只有β和γ射线，α射线无法穿过。

(2)γ射线不偏转，β射线在磁场中的偏转情况符合左手定则。

[解析]

R放射出来的射线共有α、β、γ三种，其中α、β射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用，γ射线不偏转，故打在O点的应为γ射线；由于α射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是β射线；依据β射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里。

[答案]

C

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。

同步练习：

1.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，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场方向

竖直向上

竖直向下

垂直纸面向里

垂直纸面向外

到达O点的射线

到达P点的射线

β

α

γ

γ

α

β

β

α

磁场，计数器的计数率不变，则x可能是(

)

A．α和β的混合放射源

B．纯α放射源

C．α和γ的混合放射源

D．纯γ放射源

计解析：选C

在放射源和计数器之间加上铝片后，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α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γ射线。因此放射源可能是α和γ的混合放射源。

2．如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ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γ射线，③表示α射线

B．②表示β射线，③表示α射线

C．④表示α射线，⑤表示γ射线

D．⑤表示β射线，⑥表示α射线

解析：选C

γ射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A、B、D项错；α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C项对。

3.如图19-1-6所示，一天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(方向如图所示)。调整电场强度E和磁感应强度B的大小，使得在MN上只有两个点受到射线的照射，则下面判断正确的是(

) A．射到b点的一定是α射线

B．射到b点的一定是β射线

C．射到b点的一定是α射线或β射线

D．射到b点的一定是γ射线

解析：选C

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，速度较小的α粒子也向右偏转，故选项C正确，A、B错误。

核心知识：原子核的组成与数量关系

1．原子核的大小、组成和同位素

电量e＝＋1.6×10 C质子质量m＝1.672 623 1×10 kg

原子核组成电量e＝0中子质量m＝1.674 928 6×10 kg

同位素：质子数相同，中子数不同的原子核－19大小：很小，半径为10－15～10－14 mp－27n－27

2．原子核的符号和数量关系

(1)符号：AZX。

(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．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，所以质子数和中子数之和叫核子数。

(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，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，这个倍数叫作原子核的质量数。

4．同位素：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、不同中子数的原子核互称为同位素。

[典例]

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？

[思路点拨] (1)原子核的核电荷数、质子数、核外电子数具有相等的关系。

(2)原子核的质量数等于核子数。

[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)镭核所带电荷量：

Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C＝1.41×10－17 C。

(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88。

[答案]

(1)88

138

(2)1.41×10－17 C

(3)88 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。

同步练习：

1．某种元素的原子核用AZX表示，下列说法中正确的是(

) 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B

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。

2．据最新报道，放射性同位素钬

166

67Ho，可有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是(

) A．32

C．99

B．67 D．166 解析：选A

根据原子核的表示方法得核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故核内中子数与核外电子数之差为99－67＝32，故选A。

3．(多选)下列说法正确的是(

) n

nA.mX与

m－1Y互为同位素

n1B.nmX与

mY互为同位素

－n－2C.nmX与m－2Y中子数相同

D.235

92U核内有92个质子，235个中子

解析：选BC

A选项中，X核与Y核的质子数不同，不能互为同位素；Bn－1选项中nmX核与

mY核质子数都为m，而质量数不同，则中子数不同，所以互为n－2同位素；C选项中nmX核内中子数为n－m，m－2Y核内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同；D选项中235

92U核内有143个中子，而不是235个中子。