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§1 原子核的组成
第五章 原子核
目录
CONTENTS
天然放射现象
01
原子核的组成
射线的本质
03
02
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？
思考与讨论：
各种铀矿石：
天然放射现象
01
一、天然放射现象
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，它能穿透黑纸使照相底版感光。
贝克勒尔
一、天然放射现象
受到贝克勒尔的发现的鼓舞，波兰裔法国物理学家玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里对铀和含铀的各种矿石进行了深入研究。
发现这种沥青中还存在着两种能够发出更强射线的新元素，居里夫人把其中一种元素命名为钋（Po），另一种元素命名为镭（Ra）。
居里夫妇
一、天然放射现象
1.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。
3.放射性元素自发地发出射线的现象，叫作天然放射现象。
2.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。
射线的本质
02
二、射线的本质
若在射线经过的空间施加磁场，可以发现射线分裂成三束，其中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；另一束在磁场中不偏转，说明它不带电。于 是， 人 们 把 这 三 种 射 线 分 别 叫 作α射 线、β射 线 和 γ射线。
思考与讨论：
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？
二、射线的本质
α射线是高速粒子流，粒子带正电，电荷量是电子的2倍，质量是氢原子的4倍，其组成与氨原子核相同。a粒子的速度可以达到光速的1/10。由于a粒子带电，质量又比较大，通过气体时很容易把气体分子中的电子剥离，使气体电离.
由于与物质中的微粒作用时会损失自己的能量，a粒子的穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住.
1.α射线：
二、射线的本质
与α射线偏转方向相反的那束射线带负电荷，我们把它叫做β射线.研究发现β射线由带负电的粒子（β粒子）组成.进一步研究表明β粒子就是电子.
　β射线是高速电子流，它的速度更大，可达光速的99%。它的电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板.
2.β射线：
二、射线的本质
中间不发生偏转的那束射线叫做γ射线，研究表明，γ射线的实质是一种波长极短的电磁波，它不带电，是中性的.
　　γ射线是能量很高的电磁波，波长很短，在10-10m以下。它的电离作用更弱，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.
3.γ射线：
二、射线的本质
α射线
β射线
γ射线
氦原子核
高速
电子流
高能量
电磁波
成分
速度
贯穿能力
电离能力
带电量
1/10光速
接近光速
光速
弱纸能档住
较强，几毫米铝板
很强几厘米铅板几十厘米混凝土
很容易
较弱
更小
2e
-e
0
4.影响放射性的因素
（1）如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响，即放射性与元素所处的化学状态无关。
(2)放射性的强度也不受温度、外界压强的影响，即放射性与元素存在的物理状态无关。是原子核的性质，而不是原子的性质。只与原子核的内部结构有关。
5.发现放射性的意义
表明原子核也有内部结构。
拓展学习：威耳逊云室
图5.1-2是威耳逊云室的实物照片。云室内部设计有可以上下移动的活塞，上盖是透明的，可以通过它观察粒子运动的径迹。
云室里面有干净的空气。实验时，先往云室里加少量酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后迅速向下拉动活塞，室内气体膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态。这时如果有粒子在室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，于是显示出粒子运动的径迹。这种云室是英国物理学家威耳逊在1912年发明的，叫作威耳逊云室。
图5.1-3中甲、乙两图分别是α射线和β射线在云室中的径迹。α粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向。由于它的电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而清晰。高速β粒子的径迹又细又直，低速β粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的。γ射线的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹。
原子核的组成
03
三、原子核的组成
1.质子的发现：
（1）1919年，卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮原子核中打出了质子。
（2）质子带正电荷，电荷量与一个电子的电荷量相等。质子的质量为：
mp＝1.672 621 898×10-27 kg
原子核是否只是由质子组成呢？
核的质量
质子质量
核的电量
质子电量
？
卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认．
核的质量
质子质量
核的电量
质子电量
>
三、原子核的组成
2.中子的发现
1932年英国物理学家查德威克又发现了中子，通过研究证明中子的质量和质子的质量基本相同，但是不带电。是中性粒子，在对各种原子核进行的实验中，发现质子和电子是组成原子核的两种基本粒子。
三、原子核的组成
三、原子核的组成
3.原子核的表示:
三、原子核的组成
（1）核子：质子和中子都是原子核的组成成分，所以统称为核子。
（2）电荷数：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，叫作原子核的电荷数，用 Z 表示。
（3）质量数：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，用 A 表示。
3.原子核的表示:
X表示
元素符号
Z表示质子数
A表示
质量数
三、原子核的组成
3.原子核的表示:
三、原子核的组成
（4）同位素：些具有相同质子数而中子数不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。
课堂练习
04
1．一个原子核为 ，关于这个原子核，下列说法正确的是（　　）A．核外有83个电子，核内有127个质子B．核外有83个电子，核内有83个质子C．核内有83个质子，210个中子D．核内有210个核子
D
【答案】D【详解】根据质量数=质子数+中子数可知该原子核的质量数为210，质子数为83，则中子数为127，而质子与中子统称为核子，则核子数为210，但由于不知道该原子的电性，因此不能确定核外电子数。故选D。
2．下列射线中，贯穿本领最弱的是（　　）A．α射线 B．β射线 C．γ射线 D．X射线
A
【答案】A【详解】四种射线中，贯穿能力最强的是γ射线，贯穿能力最弱的是α射线，电离能力最强的是α射线。故选A。
3．如图所示为研究放射性元素射线性质的实验装置，两块平行放置的金属板A、B分别与电源的正负两极连接。放射源发出的射线从其上方小孔向外射出，分裂成三束，分别为α、β、γ三种射线。对于三种射线，下列说法正确的是（　　） A．到达A板的射线为α射线，电离能力最强B．到达B板的射线为α射线，穿透能力最强C．到达A板的射线为β射线，是原子核内的中子转化为质子时放出的D．到达B板的射线为γ射线，可以用于治疗肿瘤
C
【答案】C【详解】AB．根据题意可知，A板带正电，B板带负电，带正电的粒子将向B板偏转，带负电的粒子将向A板偏转，α射线为氦核流，带正电，将向B板偏转，且α射线电离能力最强，穿透能力最弱，故AB错误；C．β射线为电子流，带负电，将向A板偏转，且β射线是原子核内的中子转化为质子时放出的，其转变方程为 故C正确；D．γ射线为光子流，不带电，在电场中不会发生偏转，但可以用于治疗肿瘤，故D错误。故选C。
4．如图所示，放射性元素需衰变过程中释放α、β、γ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．①⑥表示β射线，其穿透能力最强
B．②⑤表示γ射线，其穿透能力最弱C．③④表示α射线，其电离能力最强
D．②⑤表示γ射线，其电离能力最强
C
【答案】C【详解】A．①⑥表示β射线，γ射线穿透能力最强，故A错误；BD．②⑤表示γ射线，其穿透能力最强，故BD错误；C．③④表示α射线，其电离能力最强，故C正确。故选C。
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