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第五章 原子核
High school physics
1 原子核的组成
了解三种射线的本质，知道其特点。
知道什么是放射性、放射性元素及天然放射现象。
重难点
知道原子核的组成和同位素的概念，会正确书写原子核符号。
重点
01
02
03
核能是蕴藏在原子核内部的能量。人类利用核能的主要途径是发电，如今，全世界大约有16%的电能是由核反应堆生产的。
随着核能的出现，我们这一代人为世界带来了人类发现火以来最革命性的力量。 ——爱因斯坦
核电站内部
大亚湾核电站
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？
沥青铀矿
中国第一块铀矿石
天热放射现象
01
铀矿石
贝克勒尔
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。
玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种能够发出更强射线的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。
皮埃尔·居里
玛丽·居里
天然放射现象的发现历程
1.定义：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。
钡铀云母
翠砷铜铀矿
斜水钼铀矿
铀钙石矿
2.放射性与原子序数：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
放射性现象中放出的射线是什么东西？
它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外，还有些什么性质呢？
这些射线带不带电？
放射线警示标志
观察射线的装置-威尔逊云室
观察对比三种射线
厚纸张
铝板
混凝土
三种射线穿透能力不同
α 射线
β 射线
γ 射线
“+”
“”
不带电
利用电场和磁场都可以将射线分离开来，如图甲、乙所示，图甲中用电场分离的三束射线电性如何？图乙中用磁场分离的三束射线电性如何？
“+”
“”
不带电
图甲
图乙
α 射线
γ射线
β 射线
γ射线
α 射线
β 射线
α 射线
1
本质
高速粒子流，其组成与氦原子核相同，符号为He，带电荷量为2e ，质量是氢原子的4倍。
2
速度
光速的
3
特点
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。
β 射线
1
本质
高速电子流，符号为e，带电荷量为-e 。
2
速度
接近光速
3
特点
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。
γ 射线
1
本质
高能电磁波，波长很短，波长在10-10 m以下。
2
速度
光速，且不带电，静止质量为0
3
特点
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。
γ射线
β射线
α射线
电离能力
贯穿能力
速度
成分
氦原子核
高速电子流
高能电磁波
c
0.99c
光速c
弱
较强
很强
强
较弱
更弱
带正电
带负电
不带电
三种射线的对比
1. (多选)(2026·银川市检测)大量放射性原子核连续不断地放出α、β、γ三种射线，三种射线出射方向与匀强电场方向垂直，最后打在屏幕上的几个区域，其中γ射线打在正对屏幕的区域3，区域1、5相距区域3较远，区域2、4相距区域3较近，已知α粒子的速度为0.1c，β粒子的质量为质子质量的、速度为c，c为光速。下列说法正确的是
A.β粒子打在区域1
B.β粒子打在区域2
C.α粒子打在区域4
D.α粒子打在区域5
√
√
设质子质量为m，则α粒子的质量为4m，电量为2e，速度为0.1c；β粒子的质量为，电量为e，速度为c，γ射线不带电而打在屏幕上区域3；α粒子带正电，所受静电力向右，故α粒子向右侧偏，侧偏位移
xα=××()2=，β粒子带负电，所受静电力向左，故β粒子向左侧偏，侧偏位移为xβ=××=，联立可得xβ≈37xα，
若β粒子打在区域1，α粒子打在区域4，故A、C正确，B、D错误。
三种射线在电场和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：垂直电场方向射入匀强电场中，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，根据粒子在沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动，
偏移量x=
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：垂直磁场方向射入匀强磁场中，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。
原子核的组成
03
1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，如视频所示。
(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？
答案　说明质子是原子核的组成部分。
(2)绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的相应比值，说明了什么问题？
答案　说明原子核中除了质子外还存在着另一种粒子。
质子 p
1
发现历程
1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子
2
质子
(1)电荷：带正电，电荷量与一个电子电荷量相等
(2)质量: mp=1.672 621 898×10-27 kg
中子 n
1
发现历程
(1)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
2
中子
(1)电荷：不带电 (2)质量: mn=1.674 927 471×10-27 kg
(2)查德威克通过实验证实了中子的存在
查德威克
α 射线
检测器
中子
质子
发现中子的核反应方程：
原子核的组合和符号
中子
质子
统称核子
电荷数
(原子序数）
质量数
——元素符号
X
A
Z
1
核电荷数
= 质子数Z = 原子序数 = 核外电子数
2
质量数A
= 核子数 = 质子数+中子数
同位素
1
定义
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
2
氢的三种同位素
2.下列说法正确的是
A.为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234
B.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
√
钍核的质量数为234，质子数为90，A错误；
铍核的质子数为4，中子数为5，B错误；
同位素的质子数相同而中子数不同，即质量数不同，C错误，D正确。
3.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)是镭的一种同位素，让和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
(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，洛伦兹力提供向心力，
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===。
1.原子核(符号X)
原子核
2.基本关系
(1)核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数；
(2)质量数(A)=核子数=质子数+中子数。
，
α射线（氦原子核）：带正电，穿透本领弱，电离能力强
γ射线（电磁波）：不带电，穿透能力强，电离能力弱
原子核
的组成
射线的
本质
β射线（电子）：带负电，穿透本领中等，电离能力中等

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