1　原子核的组成第二课时 公开课

1

原子核的组成

[学习目标] 1.了解什么是放射性和天然放射现象.2.知道原子核的组成及三种射线的特征．

一、天然放射现象和三种射线

[导学探究]

1.1896年法国物理学家贝可勒尔发现了放射性元素自发地发出射线的现象，即天然放射现象．是否所有的元素都具有放射性？放射性物质发出的射线有哪些种类？

答案

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．放射性物质发出的射线有三种：α射线、β射线、γ射线．

2．怎样用电场或磁场判断三种射线粒子的带电性质？

答案

让三种射线通过匀强电场，则γ射线不偏转，说明γ射线不带电．α射线偏转方向和电场方向相同，带正电，β射线偏转方向和电场方向相反，带负电．或者让三种射线通过匀强磁场，则γ射线不偏转，说明γ射线不带电，α射线和β射线可根据偏转方向和左手定则确定带电性质．

[知识梳理]

1．对天然放射现象的认识

(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．

2．对三种射线的认识

种类

组成

带电

荷量

速率

贯穿

本领

电离

作用

α射线

高速氦核流

2e 0.1c β射线

高速电子流

－e 0.99c 较强，能穿透几毫米厚的铝板

γ射线

光子流(高频电磁波) 0 c

最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土

较强

很弱

最弱，用一张纸就能挡住

很强

[即学即用]

判断下列说法的正误．

(1)1896年，法国的玛丽·居里首先发现了天然放射现象．(

×

) (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．(

×

) (4)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力．(

×

) (5)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．(

√

) (6)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强．(

×

) 二、原子核的组成

[知识梳理]

1．质子的发现

1919年，卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一种新的粒子，测定了它的电荷和质量，确定它是氢原子核，叫做质子，用p或11H表示，其质量为mp＝1.67×1027－ kg. 2．中子的发现

(1)卢瑟福的预言：原子核内可能还有一种不带电的粒子，名字叫中子．

(2)查德威克的发现：用实验证明了中子的存在，用n表示，中子的质量非常接近质子的质量．

3．原子核的组成

(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的总和，而质子与中子的质量几乎相等，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．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，它们互称为同位23素．例如：氢有三种同位素，分别是11H、1H、1H. [即学即用]

判断下列说法的正误．

(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．(

×

)

(4)原子核内的核子数与它的核电荷数不可能相等．(

×

)

一、天然放射现象和三种射线

1．三种射线的实质

α射线：高速氦核流，带2e的正电荷；

β射线：高速电子流，带e的负电荷；

γ射线：光子流(高频电磁波)，不带电．

2．三种射线在电场中和磁场中的偏转

(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1所示．

图1 (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2所示．

图2 3．元素的放射性

(1)一种元素的放射性与是单质还是化合物无关，这就说明射线跟原子核外电子无关．

(2)射线来自于原子核说明原子核内部是有结构的．

例1

如图3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，MM′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(

)

图3 选项

磁场方向

到达O点

的射线

到达P点

的射线

A

B

C

D

答案

C 竖直向上

竖直向下

垂直纸面向里

垂直纸面向外

β

α

γ

γ

α

β

β

α

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而偏转，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．

例2

(多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转情况正确的是(

)

答案

AD 解析

已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、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判断．

mv带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r＝，

Bq将数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比

rαmαvαqβ40.1c1＝··＝××≈371，

rβmβvβqα10.99c21 836A对，B错；

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

1qE2x＝v0t，y＝t，

2mqEx2消去t可得y＝. 2mv0

2对某一确定的x值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比

1

yαqαmβvβ21 8360.99c21＝··2＝××，

2≈yβqβmαvα

1437.50.1c2C错，D对．

三种射线的鉴别：

(1)α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电．α射线、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)α射线、β射线都可以在电场或磁场中偏转，但偏转方向不同，γ射线则不发生偏转．

(3)α射线穿透能力弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离本领相反．

二、原子核的组成

1．原子核(符号AZX) 质子：电荷量e＝＋1.6×10 C

质量m＝1.672 623 1×10 kg原子核组成中子：电荷量e＝0

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．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．

例3

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？(保留三位有效数字) (3)呈电中性的镭原子，核外有几个电子？

答案

(1)88

138

(2)1.41×10－17 C

(3)88 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. 4针对训练

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A原子核的质子数决定核外电子数，原子核的核电荷数就是ZX所表示的物理意义，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，4即为核内的核子数.4即为2，2He符号的左下角表示的是质子数或核外电子数，2He符号左上角表示的是核子数，即为4，故选项B正确．

达标检测

1．下列现象中，与原子核内部变化有关的是(

) A．α粒子散射现象

B．天然放射现象

C．光电效应现象

D．原子发光现象

答案

B 解析

α粒子散射现象说明了金箔原子中有一个很小的核；光电效应现象说明了光的粒子性，原子发光现象说明核外电子跃迁具有量子化的特征；只有天然放射现象才能说明原子核具有内部结构，选项B正确．

2．下列说法正确的是(

) A．α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速

B．β射线能穿透几毫米厚的铅板

C．γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱

D．β射线的粒子和电子是两种不同的粒子

答案

C 3．以下说法正确的是(

) A.

22286Rn为氡核，由此可知，氡核的质量数为86，氡核的质子数为222 B.94Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4 C．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

答案

D 解析

A项氡核的质量数为222，质子数为86，所以A错误；B项铍核的质量数为9，中子数为5，所以B错误；由于质子数相同而中子数不同的原子核互称为同位素，即它们的质量数不同，因而C错误，D正确．

一、选择题(1～6题为单选题，7～10题为多选题) 课时作业

1．在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是(

) A．γ射线的贯穿作用

B．α射线的电离作用

C．β射线的贯穿作用

D．β射线的中和作用

答案

B 解析

由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和，使带电体所带的电荷很快消失．

2．放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图1所示，其中(

)

图1 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．

3．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

答案

A 解析

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A对．

4．下列关于32He的叙述正确的是(

) 3A.32He与1H互为同位素

B．67 D．166

B.32He原子核内中子数为2 C.32He原子核内质子数为2 D.32He代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子核

答案

C 33解析

32He核内质子数为2，1H核内质子数为1.两者质子数不等，不是同位素，A错误；2He原子核内中子数为1，B错误；3核外电2He代表原子核内有2个质子和1个中子的氦原子核，子数为2，故C正确，D错误．

5．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

23592U的原子来说(

) A．x＝92

y＝92

z＝235 B．x＝92

y＝92

z＝143 C．x＝143

y＝143

z＝92 D．x＝235

y＝235

z＝325 答案

B 解析

在

23592U中，左下标为质子数，左上标为质量数，则y＝92；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝92；中子数等于质量数减去质子数，z＝235－92＝143，所以B选项正确．

6．物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是(

) A．天然放射现象说明原子核内部是有结构的

B．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构

C．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的

D．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的

答案

A 解析

放射现象中释放出了其他粒子，说明原子核内部具有一定的结构，A正确；电子的发现使人们认识到原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，B错误；α粒子散射实验否定了汤姆孙提出的枣糕式原子模型，建立了核式结构模型，C错误；密立根油滴实验测定了电子的电荷量，D错误．

7．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 138．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．它们的中子数相等

答案

AB 解析

氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都为1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，所以A、B选项正确．

9．下列关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的是(

) A．α粒子就是氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强

B．β射线是电子流，其速度接近光速

C．γ射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿过几厘米厚的铅板

D．以上三种说法均正确

答案

BC 解析

α粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A项错误；β射线是电子流，其速度接近光速，B项正确；γ射线的穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C项正确．

10．如图2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，则下列说法中正确的是(

)

图2 A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线

B．α射线和β射线的轨迹是抛物线

C．α射线和β射线的轨迹是圆弧

D．如果在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b

答案

AC 解析

由左手定则可知粒子向右射出，在题图所示匀强磁场中α粒子受到的洛伦兹力向上，1β粒子受到的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧．由于α粒子的速度是光速的，而β粒子速度10接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，本题应选A、C. 二、非选择题

171811．有关16

8O、

8O、

8O三种同位素的比较，试回答下列问题：

(1)三种同位素中哪一种粒子数是不相同的？

.

A．质子

B．中子

C．核外电子

(2)三种同位素中，哪一个质量最大？

. (3)三种同位素的化学性质是否相同？

. 答案

(1)B

(2)

188O

(3)相同

解析

(1)同位素质子数相同，中子数不同，核外电子数与质子数相同，故不相同的是中子．

1718(2)16，故18

8O、

8O、

8O的质量数分别是16、17、18、

8O质量最大．

(3)三种同位素质子数相同，故化学性质相同．

12．在暗室的真空装置中做如下实验：

在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中，有一个能产生α、β、γ三种射线的放射源．从放射源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图3所示，在与放射源距离为H高处，水平放置两张叠放着的、涂药品面朝下的印像纸(比一般纸厚且涂有感光药品的纸)，经射线照射一段时间后两张印像纸显影．(已知mα＝4 u，mβ＝1c

u，vα＝，vβ＝c) 1 84010

图3 (1)上面的印像纸有几个暗斑？各是什么射线的痕迹？

(2)下面的印像纸显出一串三个暗斑，试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比？

(3)若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场，一次使α射线不偏转，一次使β射线不偏转，则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少？

答案

(1)两个暗斑

β射线和γ射线

(2)5∶184

(3)10∶1 解析

(1)因α粒子穿透本领弱，穿过下层纸的只有β射线和γ射线，β射线、γ射线在上面的印像纸上留下两个暗斑．

(2)下面印像纸上从左向右依次是β射线、γ射线、α射线留下的暗斑．设α射线、β射线留下的暗斑到中央γ射线留下暗斑的距离分别为xα、xβ. 11H2qα·E则对α粒子，有xα＝aαt2＝aα·，a＝

α22vαmαaβt21H2qβ·E对β粒子，有xβ＝＝aβ·v，aβ＝

22βmβxα5联立解得＝. xβ184E(3)若使α射线不偏转，则qαE＝qαvαBα，所以Bα＝，

vα

EBαvβ10同理，若使β射线不偏转，则Bβ＝.故＝＝. vβBβvα1