5-1原子核的组成(人教2019选择性必修第三册-)(解析版).docx

第五章 原子核
第1节 原子核的组成
【核心素养目标】
物理观念
知道什么是放射性、放射性元素及天然放射现象.
科学思维
了解三种射线的本质，知道其特点. 了解同位素的概念．
科学探究
知道原子核的组成，知道原子核的表示方法，理解原子序数、核电荷数、质量数之间的关系.
科学态度与责任
通过原子核的组成知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。

知识点一　射线的本质
【情境导入】
如图为三种射线在匀强磁场中的运动轨迹示意图．

(1)α射线向左偏转，β射线向右偏转，γ射线不偏转，说明了什么？
(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径，这说明什么问题？
答案　(1)说明α射线带正电，β射线带负电，γ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r＝可知，α粒子的大于β粒子的，即α粒子的质量较大．
【知识梳理】
一、天然放射现象
1．1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线．
2．物质发出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，叫作天然放射现象．
3．原子序数大于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能发出射线．
二、射线的本质
1．α射线：
(1)是高速粒子流，其组成与氦原子核相同．
(2)速度可以达到光速的.
(3)电离作用强，穿透能力较弱，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：
(1)是高速电子流．
(2)它的速度更大，可达光速的99%.
(3)电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板．
3．γ射线：
(1)是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10 m以下．
(2)电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土．
【重难诠释】
α、β、γ三种射线的比较
种类
α射线
β射线
γ射线
组成
高速氦核流
高速电子流
光子流(高频电磁波)
质量
4mp(mp＝1.67×
10－27kg)

静止质量为零
带电荷量
2e
－e
0
速率
0.1c
0.99c
c
穿透能力
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和几十厘米厚的混凝土
电离作用
很强
较弱
很弱
在磁场中
偏转
偏转
不偏转

【典例精析】
例1． (多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，下图表示射线偏转情况中正确的是(　　)

【答案】AD
【解析】
　在匀强磁场中，由qvB＝得R＝∝，因α射线是高速氦核流，一个α粒子带两个正电荷，根据左手定则，α射线受到的洛伦兹力向左，因为α粒子质量大，在磁场中做圆周运动的半径大，β射线是高速电子流，带负电荷，受到的洛伦兹力向右，γ射线是光子流，是电中性的，故在磁场中不受磁场的作用力，轨迹不会发生偏转，故A正确，B错误；在匀强电场中，因α射线为氦核流，带正电，且α粒子的质量大，由类平抛运动规律知，偏移量x∝，α粒子偏移量小，β射线为电子流，带负电，其偏移量大，γ射线为高频电磁波，根据电荷所受静电力特点可知，向左偏的为β射线，不偏转的为γ射线，向右偏的为α射线，故C错误，D正确．
【规律方法】
三种射线在磁场中偏转情况的分析
1．γ射线不论在电场还是磁场中，总是做匀速直线运动，不发生偏转．
2．α射线和β射线在电场中偏转的特点：在匀强电场中，α和β粒子沿相反方向做类平抛运动，且在同样的条件下，β粒子的偏移量大，根据粒子在电场方向做初速度为零的匀加速直线运动，偏移量x可表示为：
x＝at2＝·2∝
所以，在同样条件下β与α粒子偏移量之比为
＝××≈37＞1.
3．α射线和β射线在磁场中偏转的特点：在匀强磁场中，α和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨迹半径小，偏移量大，
根据qvB＝得R＝∝.
所以，在同样条件下β与α粒子的轨迹半径之比为＝××≈＜1.
知识点二　原子核的组成
【情境导入】
1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图．

(1)人们用α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外还有其他粒子．
【知识梳理】
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.
2．中子的发现：卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子，查德威克通过实验证实了中子的存在，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，质子和中子统称为核子.
4．原子核的符号

5．同位素：核中质子数相同而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素．例如，氢有三种同位素氕、氘、氚，符号分别是H、H、H.
【重难诠释】
1．原子核(符号X)
原子核
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
(1)同位素指质子数相同、中子数不同的同一元素的不同原子．
(2)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．同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数不同，所以它们的物理性质不同．
【典例精析】
例2．已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226，试问：
(1)镭核中质子数和中子数分别是多少？
(2)镭核的核电荷数和所带的电荷量分别是多少？(e＝1.6×10－19 C)
(3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？
(4)Ra是镭的一种同位素，让Ra和Ra以相同的速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？
【答案】(1)88　138　(2)88　1.408×10－17 C　(3)88　(4)113∶114
【解析】
　(1)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，镭核中的质子数等于原子序数，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)镭核的核电荷数和所带的电荷量分别是：Z＝88
Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C＝1.408×10－17 C.
(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.
(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提向心力，
故有qvB＝m
解得r＝
二者的速度相同，又由于同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故＝＝＝.
例3． 　(多选)下列说法正确的是(　　)
A.X与Y互为同位素
B.X与X互为同位素
C.X与Y中子数相同
D.U核内有92个质子，235个中子
【答案】BC
【解析】
　A选项中X与Y的质子数不同，不是互为同位素，A错误；B选项中nmX与X的质子数都为m，而质量数不同，所以互为同位素，B正确；C选项中X内中子数为n－m，Y内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同，C正确；D选项中U核内有235－92＝143个中子，而不是235个中子，D错误．
针对训练
一、单选题
1．下列关于物理学史的叙述不正确的是（　　）
A．贝克勒尔发现了天然放射现象，表明原子核内部具有结构
B．汤姆孙发现电子，提出原子核式结构模型

C．玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律
D．爱因斯坦的光电效应方程可以很好地解释光电效应现象
【答案】B
【解析】A．贝克勒尔发现了天然放射现象，表明原子核内部具有结构，故A正确，不符合题意；
B．卢瑟福通过粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，故B错误，符合题意；
C．玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故C正确，不符合题意；
D．爱因斯坦的光电效应方程可以很好地解释光电效应现象，故D正确，不符合题意。
故选B。
2．下列说法错误的是（　　）
A．密立根发现了电子
B．卢瑟福提出了原子的核式结构模型
C．贝可勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象
D．伦琴发现了X射线
【答案】A
【解析】A．密立根通过油滴实验测出了电子的电量，汤姆孙发现了电子，故A错误；
B． 卢瑟福根据粒子散色实验提出了原子的核式结构模型，故B正确；
C． 贝可勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象，故C正确；
D．伦琴发现了X 射线，故D正确。
本题选错误的，故选 A。
3．首先揭示原子核结构复杂性的物理实验或现象是（　　）
A．电子的发现 B．α粒子散射实验
C．天然放射现象 D．质子的发现
【答案】C
【解析】根据物理学史可知，贝克勒尔发现天然放射现象，天然放射现象的发现说明原子核可以再分，首先揭示原子核结构复杂性，故ABD错误，C正确。
故选C
4．关于天然放射现象，下列说法正确的是（　　）
A．射线在磁场中不能发生偏转
B．射线是由氦原子核衰变产生的
C．射线是原子核外的电子受激跃迁而产生的
D．工业上常用射线来探测塑料板或金属板的厚度
【答案】A
【解析】A．射线不带电，为电磁波，故其在磁场中运动时不会发生偏转，故A正确；
B．射线是由衰变产生的氦原子核组成的，故B错误；
C．射线是具有放射性的元素的原子核中的一个中子转化成一个质子同时释放出一个高速电子，即粒子，故C错误；
D．射线的穿透性较强，工业上常用射线来探测塑料板或金属板的厚度，故D错误。
故选A。
5．下列说法正确的是（　　）
A．原子结构模型的提出按时间先后，顺序为“玻尔原子结构假说一核式结构模型一枣糕模型”
B．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的元素不会发出射线
C．自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等；较重的原子核，中子数大于质子数
D．只有光具有波粒二象性，宏观物体只具有粒子性
【答案】C
【解析】A．原子结构模型的提出按时间先后，顺序为“枣糕模型一核式结构模型一波尔原子结构假说”，故A错误；
B．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的元素有些也会发出射线，故B错误；
C．自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差就越大。故C正确；
D．根据德布罗意的观点，宏观物体也具有波粒二象性，故D错误。
故选C。
6．组成原子核的基本粒子是（　　）
A．电子，中子和质子 B．质子和中子
C．质子和粒子 D．粒子和中子
【答案】B
【解析】组成原子核的基本粒子是质子和中子，原子核中无电子。
故选B。
7．从原子核中能放出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，只有质子和中子
B．原子核中，有质子、中子，还有α粒子
C．原子核中，有质子、中子，还有β粒子
D．原子核中，有质子、中子，还有γ粒子
【答案】A
【解析】原子核中，只有质子和中子，在β衰变中，核内的一个中子转变为质子，同时释放一个电子，在α衰变中，核内的两个质子和两个中子作为整体即α粒子从原子核中抛出，在发生α衰变和β衰变过程中伴随能量以γ粒子的形式放出
故选A。
8．目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成，u夸克带电量为，d夸克带电量为，e为基本电荷，下列论断可能正确的是（    ）
A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个权u克和1个d夸克组成
D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成
【答案】B
【解析】由质子带一个单位正电荷，中子不带电，设质子中u夸克、d夸克个数分别是x、y，x、y取正整数，则

解得
x=2、y=1；
设中子中u夸克d夸克个数分别是m、n，m、n取正整数。

解得
m=1、n=2
即质子由2个u夸克和1个d夸克组成；中子由1个u夸克和2个d夸克组成。
A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成，与结论不相符，选项A错误；
B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成，与结论相符，选项B正确；
C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个权u克和1个d夸克组成，与结论不相符，选项C错误；
D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成，与结论不相符，选项D错误；
故选B。
9．关于原子核中质子和中子的说法，正确的
A．原子核中质子数和中子数一定相等
B．稳定的重原子核里，中子数比质子数多
C．原子核都是非常稳定的
D．两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力
【答案】B
【解析】ABC．原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数大的重原子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和原子序数小的都没有中等质量的原子核稳定，故AC错误，B正确.
D．核力是短程力，作用范围在内，超过此范围，核力急剧减小，会小于库仑力，D错误.
故选B.
10．对原子的认识，错误的是
A．原子由原子核和核外电子组成
B．原子核的质量就是原子的质量
C．原子核的电荷数就是核中的质子数
D．原子序数等于核电荷与电子电荷大小的比值
【答案】B
【解析】A．原子由原子核和核外电子组成，故 A正确；
B．原子核的质量与电子的质量和就是原子的质量，故B错误；
C．原子核的电荷数就是核中的质子数，故C正确；
D．原子序数等于核电荷与电子电荷大小的比值，故D正确．
本题选错误的，故选B．

二、多选题
11．法国里昂的科学家发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，也有人称之为“零号元素”。下列有关“四中子”粒子的说法正确的是（　　）
A．该粒子不显电性 B．在周期表中与氢元素占同一位置
C．该粒子质量比氢原子小 D．该粒子质量数为4
【答案】AD
【解析】AB．由题意可知，此粒子是由四个中子构成的，所以它的核电荷数为零，不显电性，A正确，B错误；
CD．该粒子的质量数为4，故质量比氢原子大，C错误，D正确。
故选AD。
12．下列说法正确的是（   ）
A．与互为同位素
B．与互为同位素
C．与中子数相同
D．核内有92个质子，235个中子
【答案】BC
【解析】A．核与核的质子数不同，不能互为同位素，故A错误；
B．核与核质子数都为，而质量数不同，所以互为同位素，故B正确；
C．核内中子数为，核内中子数为

所以中子数相同，故C正确；
D．核内有143个中子，而不是235个中子，故D错误。
故选BC。
13．关于天然放射性，下列说法正确的是（　　）
A．所有元素都可能发生天然放射
B．放射性元素的放射性与外界的温度无关
C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
D．、和三种射线中，射线的穿透能力最强
【答案】BCD
【解析】A．自然界中有些原子核是不稳定的，可以自发地放出射线，但不是所有元素都能自发地放出射线，故A错误；
BC．放射性元素的放射性与元素的化学状态、外界温度、压强无关，放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故BC正确；
D．、和三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强。故D正确。
故选BCD。
14．氢有三种同位素，分别是氕、氘、氚，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】AD．它们具有相同的质子数，质量数不同，质量数等于质子数加中子数，则中子数不同，故A正确，D错误。
B．同位素的质子数相同，则核外电子数相同，故B正确；
C．核子数等于质子数加中子数，可知核子数不同，故C错误。
故选AB．
15．研究物质结构是物理学的一个基本任务，下列关于物质结构的认识正确的是（　　）
A．电子的发现证实原子是可以再分的
B．天然放射现象的发现说明原子是可以再分的
C．粒子散射实验否定了原子的葡萄干蛋糕模型
D．质子和中子是目前人类认识到的最小粒子
【答案】AC
【分析】根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型，他认为原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上，带负电的电子在原子核外饶核做圆周运动。后来的研究表明原子核由带正电的质子与不带电的中子组成；
【解析】A．在探索微小粒子的过程中，人们首先发现了电子，进而认识到原子是由电子和原子核组成的，故A正确；
B．天然放射现象使人们认识到原子核有复杂的结构，即原子核可以再分，故B错误；
C．根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，从而否定了原子的葡萄干蛋糕模型，故C正确；
D．目前人类已认识到质子和中子还可以再分，质子和中子是由夸克组成的，故D错误；
故选AC。
【点睛】本题考查了原子结构及原子核组成问题，注意质子和中子还可以再分；考查的是基础知识，难度不大，是一道基础题。