1、第第 1 1 节节 认识原子核认识原子核 核心 素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.知道什么是放射性、放射性元素、 天然放射现象。 2.记住三种射线的本质和特性。 3.了解质子和中子的发现过程。 4.知道原子核的组成，理解核子、同 位素的概念。 5.了解核反应的概念，会书写核反应 方程。 守恒思想在核 反应方程书写 中的应用。 通过天然放射现 象、质子、中子 的发现了解人们 对原子核的认识 过程。 知识点一 天然放射现象与三种射线 观图助学 如图为癌症病人正在进行放射治疗， 放射治疗是指通过放射线杀灭肿瘤细胞的一 种局部治疗方法。你知道什么是放射线吗？知道它们有什么特点吗？ 1.天然
2、放射现象的发现 (1)1896 年，法国物理学家贝可勒尔发现铀盐能自发的发出某种看不见的射线， 这种射线能穿透黑纸，使照相底片感光。 (2)物质能自发地放出射线的现象称为天然放射现象。物质放出射线的这种性质， 称为放射性。具有放射性的元素，称为放射性元素。 (3) 法国物理学家皮埃尔 居里夫妇对铀和铀的矿石进行了深入研究， 发现了两种 放射性更强的新元素，即钋和镭。 2.认识三种放射线 (1)三种射线：如图所示，1 是 射线，2 是 射线，3 是 射线。 (2)三种射线的本质和特点 射线： 射线是高速运动的氦原子核粒子流，射出时的速率可达 0.1c。 射 线有很强的电离作用，但穿透能力很弱，在
3、空气中只能飞行几厘米，一张铝箔或 一张薄纸就能将它挡住。 射线： 射线是高速运动的电子流， 射出时的速率可达 0.99c， 穿透能力较强， 能穿透几毫米厚的铝板，但电离作用较弱。 射线： 射线是波长很短的电磁波， 穿透能力很强， 能穿透几厘米厚的铅板， 但电离作用很弱。 思考判断 (1)天然放射现象是法国物理学家皮埃尔 居里夫妇发现的。() (2) 射线实际上就是氦原子核， 射线具有较强的穿透能力。() (3) 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。() (4) 射线是能量很高的电磁波，电离作用很强。() 天然放射现象说明原子核具有复杂的结构。 原子序数大于或等于83的元素
4、， 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. 氢原子光谱是氢原子的核外电子发生能级跃迁时辐射出的电磁波， 射线是由原 子核内辐射的电磁波。 三种射线的穿透能力示意图 知识点二 质子和中子的发现 1.质子的发现 (1)实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用 粒子轰击氮原子核发现了质子。 (2)结论：质子是原子核的组成部分。 2.中子的发现 (1)卢瑟福的预想 卢瑟福发现质子后， 猜想原子核内可能还存在着质量跟质子相近的不带电的中性 粒子，并将其称为中子。 (2)中子的发现是许多科学家研究的结晶。 1930 年，科学家发现，用钋发出的 射线轰击铍时，会产生一种不受电场和 磁场
5、影响、穿透能力很强的射线。 1932 年，约里奥 居里夫妇发现，如果用这种射线轰击石蜡，能从石蜡中轰击 出质子。 查德威克对云室中这种射线与氮原子核碰撞的径迹进行研究， 发现这种射线是 一种不带电、质量接近质子的粒子流，即为中子。 (3)结论：中子是原子核的组成部分。 思考判断 (1)卢瑟福在 粒子散射实验中发现了质子。() (2)卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在。() (3)玻尔在实验中发现了中子。() 卢瑟福发现质子的实验装置 约里奥 居里夫妇的实验图 知识点三 原子核的组成 1.原子核的组成 (1)组成：质子和中子都是原子核的组成部分，人们将质子和中子统称为核子。 (2)两个基本关系
6、： 核电荷数质子数原子序数。 质量数质子数中子数核子数。 (3)原子核的符号：A ZX，其中 X 为元素符号；A 表示原子核的质量数，Z 表示核 电荷数。 2.同位素 具有相同质子数、不同中子数的原子核互称同位素。如氢的三种同位素11H、 2 1H、 3 1H。 3.核反应与核反应方程 (1)核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。 (2)核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子。 (3)核反应规律：在核反应中，质量数和核电荷数守恒。 (4)发现质子与中子的核反应方程 4 2He14 7N17 8O11H 4 2He94Be12 6C10n 思考判断 (1)质子和中子都不带电，
7、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) 核反应方程满足质量数、电荷数守恒。() 镭226 88Ra 的质量数是 226，即原子核内有 226 个核子，其中有 88 个质子，138 个 中子。 书写核反应方程时，“”不能用“”来代替。 核心要点 三种射线的本质及特点 问题探究 图为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图。 (1) 射线向左偏转， 射线向右偏转， 射线不偏转说明了什么？ (2) 粒子的速度约为 粒子速度的十分之一， 但 射线的偏转半径大于 射线的 偏转半径说明什么问题？ 答案 (1)说明 射线带正电， 射线带负电
8、， 射线不带电。 (2)根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式 rmv qB可知， 粒子的 m q应大于 粒子的m q，即 粒子的质量应较大。 探究归纳 1.、 三种射线的性质、特征比较 种 类 射线 射线 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 e 0 质 量 4mp(mp1.6710 27 kg) mp 1 836 静止质量为零 速 率 0.1c 0.9c c 贯穿本领 最弱 用一张纸就能挡住 较强 能穿透几毫米厚的铝 板 最强 能穿透几厘米厚的铅 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， 射线偏转较小，
9、射线偏转较大， 射线不偏转，如图甲 所示。 (2)在匀强磁场中， 射线偏转半径较大， 射线偏转半径较小，射线不偏转， 如图乙所示。 经典示例 例 1 如图所示，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( ) 选项 磁场方向 到达O点的射线 到达P点的射线 A 竖直向上 B 竖直向下 C 垂直纸面向里 D 垂直纸面向外 解析 R 放射出来的射线共有 、 三种，其中 、 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， 射线不偏
10、转，故打在 O 点的应为 射线；由于 射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达 P 点的应是 射线； 依据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 规律总结 判断三种射线性质的方法 (1)射线的电性： 射线带正电、 射线带负电、 射线不带电。 、 是实物粒子， 而 射线是光子流，它是波长很短的电磁波。 (2)射线的偏转：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 和 射线偏转方向，由于 射线不带电，故运动轨迹仍为直线。 (3)射线的穿透能力： 粒子穿透能力较弱，粒子穿透能力较强，射线穿透能 力最强，而电离作用相反。 针对训练 1 如图，放射性元素镭衰变过程中释放出
11、、 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.表示 射线，表示 射线 B.表示 射线，表示 射线 C.表示 射线，表示 射线 D.表示 射线，表示射线 解析 由三种射线的带电性质可以判断出表示射线， 表示射线， 表示 射线，故 C 正确。 答案 C 核心要点 原子核的组成 问题探究 1919 年，卢瑟福用 粒子轰击氮原子核发现了质子，如图所示为 粒子轰击氮 原子核示意图。 (1)人们用 粒子轰击多种原子核，都打出了质子，说明了什么问题？ (2)绝大多数原子核的质量数都大于其质子数，说明了什么问题？ 答案 (1)说明质子是原子核的组成部分。 (2)说明原子核中除了质子
12、外还有其他粒子。 探究归纳 1.原子核的大小和组成 2.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。 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
13、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 子数的原子互称为同位素。 经典示例 例 2 (多选)已知228 88Ra 是226 88Ra 的一种同位素，则下列说法正确的是( ) A.它们具有相同的质子数和不同的质量数 B.它们具有相同的中子数和不同的原子序数 C.它们具有相同的核电荷数和不同的中子数 D.它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质 解析 原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的，且 原子核内的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和。由此知这两种镭的同 位素核内的质子数均为 88， 核子数分别为 228 和 226， 中
14、子数分别为 140 和 138； 原子的化学性质由核外电子数决定，因为它们的核外电子数相同，所以它们的化 学性质也相同。故正确答案为 A、C。 答案 AC 规律总结 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，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。 针对训练 2 以下说法正确的是( ) A.234 90Th 为钍核，由此可知，钍核
15、的质量数为 90，钍核的质子数为 234 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 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 D 1.(三种射线的本质与特点)(多选)天然放射性物质的射线包含三种成分， 下列说法 中正确的是( ) A. 射线的本质是高速氦核流 B. 射线是不带电的光子流 C.三种射线中电离作用最强的是射线 D.一张厚的
16、黑纸可以挡住 射线，但挡不住 射线和 射线 解析 射线的本质是高速氦核流， 射线是高速电子流，A 正确，B 错误。三 种射线中电离作用最强的是 射线，C 错误；一张厚的黑纸可以挡住 射线，但 挡不住 射线和 射线，D 正确。 答案 AD 2.(中子的发现)如图所示为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然 放射性元素钋(Po)放出 射线轰击铍时会产生粒子流 a，用粒子流 a 轰击石蜡后 会打出粒子流 b，下列说法正确的是( ) A.a 为质子，b 为中子 B.a 为 射线，b 为中子 C.a 为中子，b 为 射线 D.a 为中子，b 为质子 解析 不可见的粒子轰击石蜡时打出的应是质子，因
17、为质子就是氢核，而石蜡中 含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见粒子应该是中子，故 D 正确。 答案 D 3.(原子核的组成)在 粒子轰击金箔的散射实验中， 粒子可以表示为42He，42He 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 解析 根据A ZX 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， 即为核内的核子数。 4 2He 符号的左下角表示的是质子数， 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。 答案 B 4.(核反应方程)以下是物理学史上 3 个著名的核反应方程 x73Li2y y14 7Nx17 8O y94Bez12 6C x、y 和 z 是 3 种不同的粒子，其中 z 是( ) A. 粒子 B.质子 C.中子 D.电子 解析 把前两个方程化简，消去 x，即14 7N73Liy17 8O，可见 y 是42He，结合第 三个方程，根据电荷数守恒、质量数守恒可知 z 是中子10n。因此选项 C 正确。 答案 C