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原子核的构成一、引言原子核是构成物质的基本单位之一，它的结构和性质对于我们理解物质的本质和化学反应的机理有着重要的意义。
本文将介绍原子核的构成，包括核子、核力、核壳层等内容，以及对于原子核研究中所使用的一些实验技术进行简单介绍。
二、核子原子核是由质子和中子组成的，这些粒子被称为核子。
质子带正电荷，中子不带电荷。
在原子核中，质子和中子都被称为核粒子。
三、核力1. 核力概述原子核内部存在着一种特殊的相互作用力，被称为“核力”。
这种力只存在于极短距离内，并且只在原子核内部起作用。
它是保持原子核稳定的关键因素。
2. 核力类型目前已知存在两种类型的核力：强相互作用力和弱相互作用力。
强相互作用力是保持原子核稳定性最重要的因素之一，而弱相互作用力则在放射性衰变等过程中发挥作用。
四、壳层结构1. 壳层结构概述原子核内部的核子并不是随意排列的，它们遵循着一定的规律排列。
这种规律被称为“壳层结构”。
壳层结构类似于电子在原子中的排布。
2. 壳层结构特点原子核中，每个能级最多容纳2n^2个核子，其中n表示能级编号。
这意味着第一能级最多容纳2个核子，第二能级最多容纳8个核子，第三能级最多容纳18个核子，以此类推。
五、实验技术1. 质谱仪质谱仪是一种用于分离和测量原子或分子中各种粒子质量的仪器。
它可以通过对被测样品进行加速和分离来确定样品中各种粒子的质量。
2. 核磁共振核磁共振是一种通过对样品中原子核磁场进行测量来研究原子核性质的技术。
它可以用于确定原子核自旋、电荷分布等参数。
3. 中性粒子探测器中性粒子探测器是一种用于检测和测量中性粒子（如中子）的仪器。
它可以通过测量中性粒子与探测器之间的相互作用来确定中性粒子的能量、轨迹等参数。
六、结论原子核是构成物质的基本单位之一，它由质子和中子组成，并受到核力的作用保持稳定。
原子核内部存在着壳层结构，类似于电子在原子中的排布。
对于原子核研究中所使用的实验技术包括质谱仪、核磁共振和中性粒子探测器等。
第1节 原子核的组成与核力学习目标核心提炼1.知道质子、中子的发现。
2个发现——质子、中子的发现 2个概念——核子、核力2.知道原子核的组成，知道核子和同位素的概念。
3.会写核反应方程。
4.了解原子核里的核子间存在着相互作用的核力。
一、原子核的组成1.组成：质子和中子(统称为核子)。
(1)1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核发现了质子。
(2)1932年，查德威克用α粒子轰击铍核发现了中子。
2.原子核的表示方法3.同位素原子序数相同而中子数不同的原子核，互称为同位素。
例如：氢有三种同位素，分别是11H 、21H 、31H 。
思考判断(1)质子和中子都不带电，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)同位素具有不同的化学性质。
( )(4)原子核内的核子数与它的核电荷数不可能相等。
( )答案(1)×(2)√(3)×(4)×二、核力1.定义：核子之间的相互作用力，称为核力，也称强力。
2.核力的特征(1)在核的线度内，核力比库仑力大得多；(2)核力是短程力，当两核子中心相距大于核子本身线度时，核力几乎完全消失；(3)核力与电荷无关，质子与质子、质子与中子以及中子与中子之间的核力是相等的。
思考判断(1)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的。
()(2)在原子核的线度内，核力比库仑力大得多。
()(3)核力与电荷有关，质子与质子、质子与中子之间的核力是不相等的。
()(4)只要原子核中的质子数与中子数相等，原子核就可以无限地增大。
()答案(1)×(2)√(3)×(4)×三、核反应1.核反应：用一定能量的粒子轰击原子核，改变了核的结构，我们把这样的过程叫做核反应。
2.核反应的实质：以基本粒子(α粒子、质子、中子等)为“炮弹”去轰击原子核(靶核X)，从而促使原子核发生变化，生成了新原子核(Y)，并放出某种粒子。
3.常见的人工转变的核反应有(1)卢瑟福发现质子：14 7N＋42He―→17 8O＋11H(2)查德威克发现中子：94Be＋42He―→12 6C＋10n(3)居里夫妇人工制造同位素：42He＋2713Al―→10n＋3015P30P具有放射性：3015P―→3014Si＋0＋1e。
154.遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。
思考判断(1)在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。
()(2)核反应过程是不可逆的，核反应方程中只能用单向箭头表示反应方向。
()(3)只要符合质量数守恒，电荷数守恒能写出的核反应方程，都是实际存在的。
()答案(1)√(2)√(3)×原子核的组成[要点归纳] 1.原子核(符号A Z X)原子核⎩⎪⎨⎪⎧大小：很小，半径为10－15～10－14 m组成⎩⎨⎧质子：电荷量e ＝＋1.6×10－19C质量m p＝1.672 623 1×10－27kg 中子：电荷量e ＝0质量m n＝1.674 928 6×10－27kg同位素：质子数相同、中子数不同的原子核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.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，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。
(3)质量数(A )：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，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，这个整数叫作原子核的质量数。
特别提醒 原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数称为原子核的质量数。
因此，质量数就是核子的个数，是一个纯数字，它与质量是不同的。
如质子和中子的质量数相同均为1，但它们的质量不同，中子的质量比质子的质量约大一千八百分之一。
[精典示例][例1] 据报道，俄科学家成功合成了具有极强放射性的117号新元素，该元素目前尚未被命名，是在实验室人工创造的最新的超重元素。
新元素有两种同位素，其中一种有176个中子，而另一种有177个中子，则：(1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？原子的核外电子数各为多少？(2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？(3)若用X表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？审题指导解答本题应注意以下三点：(1)原子核的质子数与原子序数相等。
(2)原子呈中性，核外电子数等于核内质子数。
(3)原子核的质量数等于质子数与中子数之和。
解析(1)元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等于核内质子数。
故117号元素的核电荷数和核内质子数均为117，原子呈中性，故核外电子数等于核内质子数，也为117。
(2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的原子核的质量数为117＋176＝293，中子数为177的原子核的质量数为117＋177＝294。
(3)元素符号一般用A Z X表示，其中A表示质量数，Z表示核电荷数，由前两问可得该元素的两种同位素的原子核符号，中子数为176的原子核的符号为293117X，中子数为177的原子核的符号为294117X。
X294117X答案(1)均为117均为117(2)293294(3)293117[针对训练1] 在α粒子轰击金箔的散射实验中，α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 Z X所表示的物理意义，原子核的质子数决定核外电子数，原子核的核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。
42He符号的左下角表示的是质子数或核外电子数，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核力及原子核中质子和中子的比例[要点归纳]1.核力的性质(1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现。
(2)核力是短程力。
约在10－15 m数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m时为引力，距离小于0.8×10－15 m时为斥力。
距离为10×10－15 m时核力几乎消失。
(3)核力具有饱和性。
核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。
(4)核力具有电荷无关性。
核力与核子电荷无关。
2.原子核中质子与中子的比例关系(1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但较重的原子核中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多。
(2)形成原因①若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快。
所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。
②若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多。
③由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。
特别提醒(1)核力是短程力，只有相邻核子间才存在核力。
(2)稳定的重原子核里，中子数要比质子数多，由于核力具有饱和性，导致原子核大小也受到限制。
[精典示例][例2] 关于核力的说法正确的是()A.核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用B.核力就是电磁力C.核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内D.核力与电荷有关解析核力是短程力，超过1.5×10－15 m。
核力急剧下降几乎消失，故选项C正确；核力与万有引力、电磁力不同，故选项A、B错误；核力与电荷无关。
故选项D错误。
答案 C[例3] 对核子结合成原子核的下列说法正确的是()A.原子核内的核子间均存在核力B.原子核内的质子间均存在核力和库仑力C.稳定原子核的质子数总是与中子数相等D.对质子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力、维持原子核稳定的作用思路点拨：解答本题应把握以下两点：(1)轻核中质子数与中子数大致相等，重核中中子数大于质子数。
(2)由于核力是短程力，原子核的大小有一定的限制。
质子越多的原子核，需要更多的中子来维持核的稳定。
解析核力是短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知选项A、B错误；核力只作用于相邻的核子间，随着质子数增加，为使原子核保持稳定，必须靠中子数的增多来抵消库仑力的作用，故选项C错误，D正确。
答案 D[针对训练2] 关于质子和中子的说法，正确的是()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，质子数比中子数多C.原子核都是非常稳定的D.对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的解析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，两者相差越多。
因此正确答案选D。
答案 D对核反应方程的认识[要点归纳]1.常见的几个核反应方程14N＋42He→17 8O＋11H(发现质子)79Be＋42He→12 6C＋10n(发现中子)427Al＋42He→3015P＋10n3015P→3014Si＋0＋1e(发现正电子)132.写核反应方程时应注意的问题(1)核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向。
(2)核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰。
(3)核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质量的变化。
[精典示例][例4] 完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子和中子的。
(1)10 5B＋42He→13 7N＋()(2)94Be＋()→12 6C＋10n(3)2713Al＋()→2712Mg＋11H(4)14 7N＋42He→17 8O＋()(5)2311Na＋()→2411Na＋11H解析(1)10 5B＋42He→13 7N＋10n(2)94Be＋42He→12 6C＋10n此核反应使查德威克首次发现了中子。
(3)2713Al＋10n→2712Mg＋11H(4)14 7N＋42He→17 8O＋11H此核反应使卢瑟福首次发现了质子。
(5)2311Na＋21H→2411Na＋11H答案见解析书写核反应方程四条重要原则(1)质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号；(3)能量守恒(中学阶段不做要求)；(4)核反应必须是实验中能够发生的。
