第1節(jié)　原子核的組成

第五章原子核第1節(jié)原子核的組成核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)了解放射性現(xiàn)象和放射性元素。(2)知道三種射線的特性。(3)了解原子核的組成，會正確寫出原子核的符號?？茖W(xué)思維三種射線的本質(zhì)、特點(diǎn)及應(yīng)用?？茖W(xué)探究探究三種射線的穿透能力?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任通過對原子核結(jié)構(gòu)的探究，感悟探索微觀世界的研究方法，強(qiáng)化證據(jù)意識和推理能力。一、天然放射現(xiàn)象射線的本質(zhì)1．放射性的發(fā)現(xiàn)(1)1896年，法國物理學(xué)家__________發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見的______，它能穿透黑紙使照相底片感光。(2)波蘭裔法國物理學(xué)家瑪麗·居里和她的丈夫皮埃爾·居里發(fā)現(xiàn)放射性更強(qiáng)的新元素，分別命名為釙(Po)、_______。2．放射性(1)定義：物質(zhì)發(fā)出射線的性質(zhì)。貝克勒爾射線鐳(Ra)放射自發(fā)地帶電不偏轉(zhuǎn)電離穿透一張紙(3)β射線是高速_______，速度可以接近光速。它的穿透能力較強(qiáng)，_____作用較弱，很容易穿透黑紙，也能穿透________厚的鋁板。(4)γ射線是能量很高的_______，波長很短，在10－10m以下。它的電離作用更弱，但_____能力更強(qiáng)，甚至能穿透幾厘米厚的_____和幾十厘米厚的混凝土。(5)元素的放射性與元素是以單質(zhì)形式存在，還是以化合物形式存在_____，放射性的強(qiáng)度也不受_____、外界壓強(qiáng)的影響。(6)射線來自原子核，說明____________是有結(jié)構(gòu)的。二、原子核的組成1．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：1919年，盧瑟福用鐳放射出的_______轟擊氮原子核，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，它是________的組成部分。電子流電離幾毫米電磁波穿透鉛板無關(guān)溫度原子核內(nèi)部α粒子原子核2．中子的發(fā)現(xiàn)：因絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量與電荷量之比都大于質(zhì)子的相應(yīng)比值，盧瑟福猜想，原子核內(nèi)可能還存在著另一種粒子，它的質(zhì)量與質(zhì)子相同，但是不帶電，稱為中子。1932年，盧瑟福的學(xué)生查德威克通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這個猜想。3．原子核的組成：原子核由___________組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為_____。質(zhì)子和中子核子質(zhì)子數(shù)中子數(shù)同一位置1．1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象。(1)貝克勒爾是根據(jù)什么發(fā)現(xiàn)的天然放射現(xiàn)象？提示：貝克勒爾是根據(jù)鈾和含鈾的礦物質(zhì)能使用黑紙包住的照相底片感光，發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象。(2)貝克勒爾以后又是誰發(fā)現(xiàn)了兩種更強(qiáng)的放射性元素？提示：后來瑪麗·居里和她丈夫皮埃爾·居里發(fā)現(xiàn)了釙、鐳兩種放射性元素。2．β射線的本質(zhì)是高速電子流，示波器中的陰極射線的本質(zhì)也是高速電子流，這兩種射線的來源相同嗎？

提示：不同。陰極射線的電子來源于核外電子，β射線的電子來源于原子核。3．1919年，盧瑟福用鐳放射出的α粒子轟擊氮原子核，從氮原子核中打出了一種新的粒子——質(zhì)子。以后，人們用同樣的方法從氟、鈉、鋁等原子核中都打出了質(zhì)子，由此斷定，質(zhì)子是原子核的組成部分。絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量與電荷量之比都大于質(zhì)子的相應(yīng)比值。盧瑟福猜想，原子核內(nèi)可能還存在著另一種粒子，它的質(zhì)量與質(zhì)子相同，但是不帶電，他把這種粒子叫作中子。1932年，盧瑟福的學(xué)生查德威克通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這個猜想。請對以下說法作出判斷：(1)質(zhì)子和中子都不帶電，是原子核的組成成分，統(tǒng)稱為核子。

()(2)原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù)。

()(3)同位素具有不同的化學(xué)性質(zhì)。

()(4)原子核的電荷數(shù)就是原子核所帶的電荷量。

()(5)原子核的質(zhì)量數(shù)就是原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的總質(zhì)量。

()×√×××新知學(xué)習(xí)(一)|對三種射線的理解[任務(wù)驅(qū)動]如圖為三種射線在磁場中的運(yùn)動軌跡示意圖。(1)α射線向左偏轉(zhuǎn)，β射線向右偏轉(zhuǎn)，γ射線不偏轉(zhuǎn)說明了什么？提示：說明α射線帶正電，β射線帶負(fù)電，γ射線不帶電。(2)α粒子的速度約為β粒子速度的十分之一，但α射線的偏轉(zhuǎn)半徑大于β射線的偏轉(zhuǎn)半徑說明什么問題？提示：說明α射線比荷小于β射線的比荷。

[重點(diǎn)釋解]1．三種射線的比較如表所示種類α射線β射線γ射線貫穿本領(lǐng)最弱，用紙能擋住較強(qiáng)，能穿透幾毫米的鋁板最強(qiáng)，能穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱在空氣中的徑跡粗、短、直細(xì)、較長、曲折最長通過膠片感光感光感光2．三種射線在電場、磁場中偏轉(zhuǎn)情況的比較(1)在勻強(qiáng)磁場中，α射線偏轉(zhuǎn)半徑較大，β射線偏轉(zhuǎn)半徑較小，γ射線不偏轉(zhuǎn)，如圖甲所示。(2)在勻強(qiáng)電場中，α射線偏離較小，β射線偏離較大，γ射線不偏離，如圖乙所示。3．元素的放射性如果一種元素具有放射性，那么不論它是以單質(zhì)的形式存在，還是以某種化合物的形式存在，放射性都不受影響。也就是說，放射性與元素存在的狀態(tài)無關(guān)，放射性僅與原子核有關(guān)。因此，原子核不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子核也存在著一定結(jié)構(gòu)。[典例體驗(yàn)][典例]

(多選)將α、β和γ三種射線分別垂直射入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，假設(shè)α粒子與β粒子速度相同，則下列表示射線偏轉(zhuǎn)情況的圖像中正確的是

(

)[答案]

AD/方法技巧/三種射線的比較方法(1)知道三種射線帶電的性質(zhì)，α射線帶正電、β射線帶負(fù)電、γ射線不帶電。α、β是實(shí)物粒子，而γ射線是光子流，屬電磁波的一種。(2)在電場或磁場中，通過其受力及運(yùn)動軌跡半徑的大小來判斷α和β射線偏轉(zhuǎn)方向，由于γ射線不帶電，故運(yùn)動軌跡仍為直線。(3)α粒子穿透能力較弱，β粒子穿透能力較強(qiáng)，γ射線穿透能力最強(qiáng)，而電離作用相反。[針對訓(xùn)練]1．如圖所示，x為未知的放射源，L為薄鋁片，若在放射源和計數(shù)

器之間加上L后，計數(shù)器的計數(shù)率大幅度減小，在L和計數(shù)器之

間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場，計數(shù)器的計數(shù)率不變，則x可能是

(

)A．α和β的混合放射源 B．純α放射源C．α和γ的混合放射源 D．純γ放射源解析：在放射源和計數(shù)器之間加上L后，計數(shù)器的計數(shù)率大幅度減小，說明射線中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在鋁片和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場，計數(shù)器的計數(shù)率不變，說明穿過鋁片的粒子中無帶電粒子，故只有γ射線。因此放射源可能是α和γ的混合放射源，C正確。答案：C

2．α、β和γ射線穿透物質(zhì)的能力是不同的，為把輻射強(qiáng)度減到一半，所需鋁板的厚度分別為0.0005cm、0.05cm和8cm。工業(yè)部門可以使用射線來測厚度。如圖所示，軋鋼廠的熱軋機(jī)上可以安裝射線測厚儀，儀器探測到的射線強(qiáng)度與鋼板的厚度有關(guān)，軋出的鋼板越厚，透過的射線越弱。因此，將射線測厚儀接收到的信號輸入計算機(jī)，就可以對鋼板的厚度進(jìn)行自動控制。如果鋼板的厚度需要控制為5cm，請推測測厚儀使用的射線是

(

)A．α射線 B．β射線C．γ射線 D．可見光解析：根據(jù)α、β、γ三種射線特點(diǎn)可知，γ射線穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱，α射線電離能力最強(qiáng)，穿透能力最弱，鋼板厚度控制為5cm，則α、β射線均不能穿透，而γ射線可以穿透，為了能夠準(zhǔn)確測量鋼板的厚度，探測射線應(yīng)該用γ射線；隨著軋出的鋼板越厚，透過的射線越弱，而軋出的鋼板越薄，透過的射線越強(qiáng)，故A、B、D錯誤，C正確。答案：C新知學(xué)習(xí)(二)|原子核的組成與數(shù)量關(guān)系[重點(diǎn)釋解]1．原子核的大小、組成和同位素2．對核子數(shù)、電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)的理解(1)核子數(shù)：質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小，二者統(tǒng)稱為核子，所以質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫作核子數(shù)。(2)電荷數(shù)(Z)：原子核所帶的電荷等于質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，通常用這個整數(shù)表示原子核的電荷量，叫作原子核的電荷數(shù)。(3)質(zhì)量數(shù)(A)：原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量總和，而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相等，所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個倍數(shù)叫作原子核的質(zhì)量數(shù)。[典例體驗(yàn)][典例]已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核質(zhì)量數(shù)是226。試問：(1)鐳核中有多少個質(zhì)子？多少個中子？(2)鐳核所帶的電荷量是多少？(3)呈中性的鐳原子，核外有多少個電子？[解析]

(1)鐳核中的質(zhì)子數(shù)等于其原子序數(shù)，故質(zhì)子數(shù)Z為88，中子數(shù)N等于原子核的質(zhì)量數(shù)A與質(zhì)子數(shù)Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138。(2)鐳核所帶電荷量：Q＝Ze＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C。(3)核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88。[答案]

(1)88

138

(2)1.41×10－17C

(3)88/方法技巧/原子核的“數(shù)”與“量”辨析(1)核電荷數(shù)與原子核的電荷量是不同的，組成原子核的質(zhì)子的電荷量都是相同的，所以原子核的電荷量一定是質(zhì)子電荷量的整數(shù)倍，核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)叫作核電荷數(shù)，而這些質(zhì)子所帶電荷量的總和才是原子核的電荷量。(2)原子核的質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是不同的，也與元素的原子量不同。原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的總和叫作核的質(zhì)量數(shù)，原子核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和。答案：A

答案：ACD一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

科學(xué)思維——中子的發(fā)現(xiàn)過程1．(選自粵教版新教材課后練習(xí))1932年，查德威克用一種中性粒子流轟擊氫原子和氮原子，打出了一些氫核(質(zhì)子)和氮核，其測量出被打出的氫核和氮核的速度，并由此推算出這種粒子的質(zhì)量而發(fā)現(xiàn)了中子。查德威克認(rèn)為，原子核的熱運(yùn)動速度遠(yuǎn)小于中性粒子的速度而可以忽略不計；被碰出的氫核、氮核之所以會具有不同的速率是由于碰撞的情況不同而造成的，其中速率最大的應(yīng)該是彈性正碰的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中測得被碰氫核的最大速度為vH＝3.30×107m/s，被碰氮核的最大速度為vN＝4.50×106m/s，其中已知mN＝14mH。請根據(jù)查德威克的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，推導(dǎo)出中性粒子(中子)的質(zhì)量m與氫核的質(zhì)量mH的關(guān)系。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案：m≈1.05mH

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任——中國散裂中子源2．(選自魯科版新教材“科學(xué)書屋”)中國散裂中子源(CSNS)于2011年動工，2018年8月23日通過國家驗(yàn)收正式投入運(yùn)行。它和正在運(yùn)行的美國、日本與英國的散裂中子源一起構(gòu)成世界四大脈沖散裂中子源。散裂中子源就像“超級顯微鏡”，是研究物質(zhì)材料微觀結(jié)構(gòu)的理想探針，可帶動物理學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、納米科學(xué)、醫(yī)藥和新型核能開發(fā)等學(xué)科發(fā)展。

散裂中子源是由加速器(如圖)提供的高能質(zhì)子轟擊重金屬靶而產(chǎn)生中子，每個高能質(zhì)子可產(chǎn)生20～40個中子，大大提高了中子源的強(qiáng)度，使中子探針的功能變得更加強(qiáng)大。二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價值1．(多選)用γ刀治療腦腫瘤時不用麻醉，病人清醒，時間短，據(jù)報道，我國自主研發(fā)的旋式γ刀性能較好。γ刀治療腦腫瘤主要是利用

(

)A．γ射線具有很強(qiáng)的穿透本領(lǐng)B．γ射線具有很強(qiáng)的電離作用C．γ射線具有很高的能量D．γ射線能很容易地繞過阻礙物到達(dá)目的地解析：γ射線是能量很高的電磁波，電離作用很弱，波長很短，不易發(fā)生衍射，不會很容易地繞過阻礙物，但穿透物質(zhì)的本領(lǐng)極強(qiáng)，能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土，A、C正確，B、D錯誤。答案：AC

2．如圖所示是盧瑟福設(shè)計的一個實(shí)驗(yàn)：他在鉛塊上鉆了一個小孔，孔內(nèi)放入一點(diǎn)鐳，使射線只能從這個小孔里發(fā)出，隨后他將射線引入磁場中