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人们对原子组成和原子结构的认识过程
玻尔量子化轨道
现代观点：电子云
氢原子核式结构
氢原子西瓜模型
第五章 原子核
关于原子核内部信息的研究，最早来自矿物的天然放射现象。那么，人们是怎样从破解天然放射现象入手，一步步揭开了原子核秘密的呢？
新课导入
第1节 原子核的组成
关于原子核内部的信息最早来自天然放射现象。
贝克勒尔，
1852－1908，法国
1896年3月，贝克勒尔发现，与双氧铀硫酸钾盐放在一起但包在黑纸中的感光底板被感光了。他推测这可能是因为铀盐发出了某种未知的辐射。同年5月，他又发现纯铀金属板也能产生这种辐射，从而确认了天然放射性的发现。
贝克勒尔在实验室中
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。这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光 。
学习任务一
学习任务一 天然放射现象和射线的本质
1.研究方法
⑴把放射源铀、钋或镭放入用铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。
这三种射线分别叫作α射线、β射线和γ射线。
⑵在射线经过的空间施加磁场。
①射线分裂成三束；
②两束在磁场中向不同的方向偏转，这说明它们是带电粒子流；且电性相反。
③另一束在磁场中不偏转，说明它不带电。
射线的本质
如果α射线、β射线都是带电粒子流，按照图5.1-1中标出的径迹判断，它们分别带什么电荷？
如果不用磁场而用电场判断它们带电的性质，两个电极怎样放置可以使三种射线大致沿图示的方向偏转？
×　×　×　×　×
×　×　×　×　×
×　×　×　×　×
×　×　×　×　×　
α射线
β射线
γ射线
正电
负电
α射线
+
β射线－
γ射线
电场E
思考与讨论
2.三种射线
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
????射线
?
????射线
?
????射线
?
电离能力
贯穿能力
速度
本质
0.99C
光速 c
????10
?
氦核流
高速电子流
波长极短的电磁波（光子）
射线使原子中的电子脱离核的束缚成为自由电子，这样的过程叫作电离。射线的上述作用叫作电离作用。
由于与物质中的微粒作用时会损失自己的能量，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。（最弱）
最强
较弱
最弱
穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。（较弱）
甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土（最强）
纸
铝
α射线
β射线
γ射线
铅
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
成分
符号
电荷量
质量
速度
电离能力
贯穿能力
????射线
氦原子核
24????????
+2e
4u
1/10光速
最强
最弱
????射线
高速
电子流
?10????
?????
11837????
接近光速
0.99c
较强
较强
????射线
高能量
电磁波
（光子）
????
0
0
光速c
最弱
最强
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
成分
符号
电荷量
质量
速度
电离能力
贯穿能力
氦原子核
+2e
4u
1/10光速
最强
最弱
高速
电子流
接近光速
0.99c
较强
较强
高能量
电磁波
（光子）
0
0
光速c
最弱
最强
电离作用：射线飞行途中遇到原子并将其部分能量转移给原子
中的电子，使这个电子脱离核的束缚成为自由电子。
α射线：最强
β射线：较弱
γ射线：最弱
电离能力：
学习任务一
[物理观念]三种射线的比较
种类
α射线
β射线
γ射线
组成
高速α粒子流
高速电子流
光子流(高频电磁波)
带电荷量
2e
-e
0
质量
4mp,mp=1.67×10-27 kg
m????1836
静止质量为零
速度
0.1c
接近c
c
在电场或磁场中
偏转
与α射线反向偏转
不偏转
贯穿本领
最弱,用一张纸能挡住
较强,穿透几毫米厚的铝板
最强,穿透几厘米厚的铅板
电离作用
最强
较弱
最弱
种类
α射线
β射线
γ射线
组成
高速α粒子流
高速电子流
光子流(高频电磁波)
带电荷量
2e
-e
0
质量
4mp,mp=1.67×10-27 kg
静止质量为零
速度
0.1c
接近c
c
在电场或磁场中
偏转
与α射线反向偏转
不偏转
贯穿本领
最弱,用一张纸能挡住
较强,穿透几毫米厚的铝板
最强,穿透几厘米厚的铅板
电离作用
最强
较弱
最弱
例1 (多选)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.γ射线在电场或磁场中均不偏转,是中子流
C.三种射线中对气体电离作用最强的是α射线
D.β射线是高速电子流,但不是原来绕核旋转的核外电子
学习任务一
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,一张黑纸就能挡住,而挡不住β射线和γ射线,故A正确;γ射线是一种电磁波,不是中子流,故B错误;三种射线中α射线电离作用最强,故C正确;β射线是高速电子流,来源于原子核,故D正确.
【要点总结】
学习任务一
三种射线在电场、磁场中偏转情况的比较:
(1)γ射线不带电,不论在电场还是磁场中,总是沿直线传播,不发生偏转.
(2)在同一匀强磁场中,α和β粒子做匀速圆周运动.根据qvB=????????2????,得R=????????????????∝????????????.α射线偏转半径较大,β射线偏转半径较小,如图甲所示.
(3)在同一匀强电场中,α和β粒子做类平抛运动.根据粒子在静电力方向上做初速度为零的匀加速直线运动,偏移量x可表示为x=12at2=12·????????????????0????2∝????????????2,所以α射线偏离较小,β射线偏离较大,如图乙所示.
?
1.发现质子
——1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现质子。
质子：P
电量：e=1.602×10-19C
质量：mp=1.672×10-27kg
后来，人们用同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子，由此断定质子是原子核的组成部分。
卢瑟福发现质子的核反应方程：
学习任务二 原子核的组成
学习任务二
原子核是只由质子组成的吗？如果原子核中只有质子，那么，任何一种原子核的质量与电荷量之比，都应该等于质子的质量与电荷量之比。但事实是这样的吗？
如果原子核中内只有质子，则：
实际上：
说明原子核还有其他组成部分
思考与讨论
卢瑟福猜想原子核内存在另一种不带电的粒子，1920年，卢瑟福预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子。这一猜想被他的学生查德威克用实验证实。
查德威克
1932年，英国物理学家查德威克又发现了中子，用符号n表示。
通过研究证明中子的质量和质子的质量非常接近，但是不带电，是中性粒子。
在对各种原子核进行的实验中，发现质子和中子是组成原子核的两种基本粒子。
查德威克发现中子的核反应方程：
中子的质量：
查德威克
2.发现中子
mn=1.674927471×10-27 kg
mp=1.672×10-27kg
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
原子核具有结构
天然放射性现象
原子核=质子+中子
原子具有核式结构
α粒子散射实验
原子具有结构
重要实验
结论
原子=原子核+核外电子
原子内部存在电子
阴极射线
核子
3.原子核的组成
mn＝1.674927471×10-27 kg
mp=1.672×10-27kg
质子：P
电量+：e=1.602×10-19C
中子：n
中子质量比质子质量约大千分之一
4.原子核的表示方法
=质子数=原子序数=核外电子数
⑴核电荷数Z
⑵质量数A
=核子数=质子数+中子数
电荷数
(原子序数）
质量数
原子核的电荷数不是它所带的电荷量，质量数也不是它的质量。
原子核符号（元素符号）
????????????????
?
????????????????????????
?
（α粒子）
表示：带2个单位正电荷，即有2个质子和4－2＝2个中子。
氦原子核
铀原子核
电荷数是2，质量数是4。
电荷数是92，质量数是235。
表示：带92个单位正电荷，即有92个质子和235－92＝143个中子。
——元素符号
质子数相同而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。例如，氢有三种同位素，分别叫做氕（也就是通常说的氢）、氘（也叫重氢）、氚（也叫超重氢），符号分别是 。
11H，12H，13H
?
5.同位素
原子核的质子数决定了核外电子数目，也决定了电子在核外的分布情况，进而决定了这种元素的化学性质。因此，同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，它们就会具有相同的化学性质。
同位素：质子数相同，中子数不同（质量数A当然不同），则互为同位素。
碳有两种同位素，符号分别是

元素符号相同
质子数相同（电荷数相同 ）
质量数不同
例2 (多选)氢有三种同位素,分别是氕(11H)、氘(12H)、氚(13H),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
?
学习任务二
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等,都是1,中子数等于核子数减去质子数,故中子数各不相等,A、B正确,C错误;
同位素的化学性质相同,只是物理性质不同,D正确.
变式2 (多选)某种元素的原子核符号为????????X,则 ( 　)
A.原子核的质子数为Z,中子数为A-Z
B.原子核的质子数为Z,核子数为A
C.原子核的质子数为A,中子数为Z
D.原子核的质子数为A,中子数为A-Z
?
学习任务二
AB
[解析] ????????X 的质量数为A,质子数为Z,故C、D错误;
质量数=质子数+中子数,所以中子数是A-Z,故A正确;
核子数=质子数+中子数,则核子数等于质量数,为A,故B正确.
?
【要点总结】
学习任务二
1.原子核(符号?????????X)
2.基本关系
核电荷数=质子数=元素的原子序数.
质量数=核子数=质子数+中子数.
?
课堂小结
射线本质
原子核的组成
α射线
β射线
γ射线
核电荷数Z=质子数=原子序数=荷外电子数
质量数A=核子数=质子数+中子数
氦原子核
高速运动的电子流
波长极短的电磁波（光子）
天然放射现象
质子、中子
原子核的组成
课后习题
1.有什么事实和理由可以说明放射性元素放出的射线来自原子核的内部？天然放射现象的发现对物质微观结构的研究有什么意义？
课后习题
2.α射线、β射线和γ射线中哪种射线更像X射线？为什么说γ射线是能量很高的电磁波，它的波长就一定短？
课后习题
3.一个验电器带正电，因为空气干燥，验电器金属箔的张角能维持很长的时间。现有一束α射线射向这个验电器上端的金属球，验电器金属箔的张角将会怎样变化？为什么？
课后习题
4.当人们发现了质子，并在很多原子核中打出了质子以后，有什么理由可以认定原子核中一定还存在着另外不同种类的粒子？
课后习题
5.用符号表示以下原子核，并说出原子核的质子数、中子数。（1）α粒子。（2）质量数为14的碳原子核。（3）电荷数为8、质量数为17的氧原子核。（4）质量数为40的钾原子核。（5）电荷数为86、核子数为222的氡原子核。
课后习题
6.写出原子核中的中子数分别为0、1、2的三种氢的同位素符号。比较铀的三种同位素23492U、23592U、23892U的异同。

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