1　原子核的组成特级教师教学实录

第十九章

原子核

1

原子核的组成

[目标定位]

1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象.2.能说出原子核的组成，能记住三种射线的特性．

3．会正确书写原子核符号．

一、天然放射现象

1．1896年，法国物理学家贝克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、射线到底是什么

图19－1－1 1．三种射线：如图19－1－1中1是β射线，2是γ射线，3是α射线．

(1)α射线是高速α粒子流，实际上是氦原子核，电荷数是2，质量数是4．

(2)β射线是高速电子流．

(3)γ射线是能量很高的电磁波．

2．三种射线的特点

(1)α射线：α粒子容易使空气电离，但贯穿本领很弱．

(2)β射线：β粒子贯穿本领较强，但电离能力较弱．

(3)γ射线：γ粒子电离本领很弱，但贯穿本领很强．

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．查德威克利用云室进行实验验证了中子的存在，中子是原子核的组成部分．

3．原子核的组成：原子核由质子和中子组成．

4．原子核的符号：

AZX原子核的质量数＝质子数＋中子数元素符号核电荷数＝原子核的质子数，即原子的原子序数

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，它们互称为23同位素．例如：氢有三种同位素11H、1H、1H.

一、三种射线的本质及特点

1．α、β、γ三种射线的性质、特征比较

种

类

组

成

带电荷量

α射线

高速氦核流

2e 4mp(mp＝质

量

1.67×10kg)

续表

速

率

0.1c 最弱

贯穿本领

用一张纸就能挡住

电离作用

2.在电场、磁场中偏转情况的比较

很强

0.99c 较强

能穿透几毫米的铝板

较弱

c

最强

能穿透几厘米的铅板

很弱

－27β射线

高速电子流

γ射线

光子流(高频电磁波) －e mp

1 8360 静止质量为零

(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19－1－2甲所示．

图19－1－2 (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．

例1

一置于铅盒中的放射源发射出的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场．进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图19－1－3所示，则图中的射线a为________射线，射线b为________射线．

图19－1－3 答案

γ

β

解析

在三种射线中，α射线带正电，穿透能力最弱，γ射线不带电，穿透能力最强；β射线带负电，穿透能力一般，综上所述，结合题意可知，a射线应为γ射线，b射线应为β射线．

借题发挥

三种射线的比较方法：

(1)α射线是α、β、γ三种射线中贯穿本领最弱的一种，它穿不过白纸．

(2)要知道三种射线的成分，贯穿本领和电离本领．

(3)要知道α、β、γ三种射线的本质，α、β是实物粒子，γ射线是电磁波谱中的一员．

针对训练1

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

答案

ACD 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．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．

二、原子核的组成

1．原子核的组成：原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电．不同的原子核内质子和中子的个数并不相同．原子核的直径为10－15～10－14 m. 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．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．

例2

已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226.试问：

(1)镭核中有几个质子？几个中子？

(2)镭核所带电荷量是多少？

(3)若镭原子呈现中性，它核外有几个电子？

226228(4)

22888Ra是镭的一种同位素，让

88Ra和

88Ra以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨迹半径之比是多少？

答案

(1)88

138

(2)1.41×10(4)113∶114 解析

因为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＝88×1.6×10－19－17 C

(3)88 C≈1.41×10－17C.

(3)镭原子呈中性，则核外电子数等于质子数，故核外电子数为88.

v2(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故有Bqv＝m，两种同位素具有相rr226226113同的核电荷数，但质量数不同，故＝＝. r228228114借题发挥

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，通常用这个数表示原子核的电荷量，叫做原子核的电荷数．

(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，这个倍数叫做原子核的质量数．

4针对训练2

在α粒子轰击金箔的散射实验中，α粒子可以表示为42He，2He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

答案

B 解析

根据42He所表示的物理意义，原子核的质子数决定核外电子数，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．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4核子数.2He符号的左下角表示的是质子数或核外电子数，即为2，42He符号左上角表示的是核子数，即为4，故选项B正确．

三种射线的特性

1．天然放射现象的发现揭示了(

) A．原子不可再分

B．原子的核式结构

C．原子核还可再分

D．原子核由质子和中子组成

答案

C 解析

本题涉及物理学史的一些知识．汤姆孙发现了电子说明原子可再分；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构；贝克勒尔发现了天然放射现象，说明了原子核也有着复杂的结构；天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分；卢瑟福用α粒子轰击氮核，发现了质子，查德威克用α粒子轰击铍核打出了中子，使人们认识到原子核是由质子和中子组成的．所以正确选项为C. 2.

图19－1－4 (2013·文昌高二检测)图19－1－4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

答案

BC

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．

原子核的组成及同位素

133．氢有三种同位素，分别是氕(1H)、氘(21H)、氚(1H)，则(

) A．它们的质子数相等

B．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

答案

ABD 解析

氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数均相同，都是1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，A、B两项正确；同位素化学性质相同，只是物理性质不同，D正确．

4．人类探测月球时发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可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(

) 343A.43He

B.2He

C.2He

D.3He 答案

B 解析

氦的同位素质子数一定相同，质量数为3，故应表示为32He，因此B正确．

(时间：60分钟)

题组一

天然放射现象及三种射线的性质

1．下列哪些事实表明原子核具有复杂结构(

) A．α粒子的散射实验

B．天然放射现象

C．阴极射线的发现

D．X射线的发现

答案

B 解析

从原子核里放出射线，说明原子核有复杂结构．

2．对天然放射现象，下列说法中正确的是(

) A．α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的

B．β粒子带负电，所以β射线有可能是核外电子

C．γ粒子是光子，所以γ射线有可能是由原子发光产生的

D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的

答案

AD 解析

α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出的，β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，然后释放出电子，γ射线是伴随α衰变和β衰变而产生的．所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的．

3．关于放射性元素发生衰变放射的三种射线，下列说法中正确的是(

) A．三种射线一定同时产生

B．三种射线的速度都等于光速

C．γ射线是处于激发态的原子核发射的

D．原子核衰变不能同时放射α射线和γ射线

答案

C 解析

γ射线是在α衰变或β衰变后原子核不稳定而辐射出光子形成．

4.

图19－1－5 放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图19－1－5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

答案

C 解析

根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，A射线向电场线方向偏转，应为带正电的粒子组成的射线，所以是α射线；B射线在电场中不偏转，所以是γ射线；C射线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，所以是β射线．

5.

图19－1－6 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19－1－6所示，由此可推知(

) A．②来自于原子核外的电子

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，属于原子核内释放的光子

答案

D 解析

本题考查衰变中三种射线，要求学生知道三种射线的贯穿本领及电离能力．衰变的射线均来自于核内，A错；从图中可看出，一张纸能挡住①射线，则①射线一定是α射线，其贯穿本领最差，电离能力最强，但不是电磁波，而是高速粒子流，B错；铝板能挡住②，而不能挡住③，说明③一定是γ射线，其电离能力最弱，贯穿本领最强，是一种电磁波，属于原子核内以能量形式释放出来的以光速运行的高能光子，D对．

题组二

原子核的组成及同位素

6．关于质子与中子，下列说法正确的是(

) A．原子核(除氢核外)由质子和中子构成

B．质子和中子统称为核子

C．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在

D．卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在

答案

ABC 解析

原子核内存在质子和中子，中子和质子统称为核子，卢瑟福只发现了质子，以后又预言了中子的存在．

7．原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，以下说法中正确的是(

) A．原子核中，有质子、中子，还有α粒子

B．原子核中，有质子、中子，还有β粒子

C．原子核中，有质子、中子，还有γ粒子

D．原子核中，只有质子和中子

答案

D 解析

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α粒子的来源．说到底它仍是由质子和中子组成的，不能据此认为它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β粒子．原子核发生衰变后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ粒子的形式辐射出来，形成γ射线．故原子核里也没有γ粒子．

8．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234

90Th的原子来说(

) A．x＝90

y＝90

z＝234 B．x＝90

y＝90

z＝144 C．x＝144

y＝144

z＝90 D．x＝234

y＝234

z＝324 答案

B 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B项．

9．同位素是指(

)

A．质子数相同而核子数不同的原子

B．核子数相同而中子数不同的原子

C．核子数相同而质子数不同的原子

D．中子数相同而核子数不同的原子

答案

A 解析

原子序数相同(即核电荷数、质子数相同)而质量数不同(即核子数不同)的元素互为同位素．

10．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

B．67

C．99

D．166 答案

A 解析

由题知该同位素核外电子数＝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A对，B、C、D错．

11．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中性粒子

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；原子核中的中子数不一定跟核外电子数相等，故B错；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，才确定原子核内还有别的中性粒子，故D正确．

题组三

综合应用

12．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，如何用最简单的方法除去α射线？

图19－1－7 (2)余下的这束β和γ射线经过如图19－1－7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，但不能把α射线从γ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8 000倍，α射线速度约为光速的十分之一，β射线速度约为光速) 答案

(1)用一张纸放在射线前即可除去α射线．

(2)见解析图

(3)α射线的圆周运动的半径很大，几乎不偏转，故与γ射线无法分离．

解析

(1)由于α射线贯穿能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线．

(2)如图所示．

(3)α粒子和电子在磁场中偏转，

mvmαvα据R＝，对α射线有R1＝，

BqBqαmeve对β射线有R2＝，

BqeR1mαvαqe故＝＝400.

R2meveqαα射线穿过此磁场时，半径很大，几乎不偏转，

故与γ射线无法分离．