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4.1 原子核结构探秘〔一〕教学目的1．常识性了解原子核的组成。
2知道什么是核反应，会写核反应方程3．进行物理学研究方法的启蒙教育。
〔二〕教具录像机，监视器，原子弹和氢弹爆炸的录像剪接带。
〔假设没有上述器材可用原子弹、氢弹爆炸的挂图代替〕〔三〕教学过程进行新课原子核的组成(1)电子的发现和放射性现象的发现我们已经学过，物质是由分子、原子构成的，原子已经是很小很小的微粒了，其直径只有10-10米，所以在十九世纪以前，人们一直认为原子是不可再分的中性粒子。
1897年英国物理学家汤姆生在研究阴极射线时发现了电子，而电子比原子小得多，因而人们才认识到原子内部还有结构。
〈电子的发现把人们带入了原子内部的世界〉在同一时期人们还发现了天然放射性现象，对放射性现象的进一步研究，人们认识到原子核内部还有结构，原子核由比它更小的粒子组成。
可见人类对客观世界的认识是没有止尽的。
1.原子核的组成原子核内究竟还有什么结构？原子核又是由什么粒子组成的呢？这是个很复杂的问题，直到目前原子核内部的细微组成情况仍是科学研究的尖端项目之一。
现在我们只是粗浅地、简单地介绍原子核内部的基本组成情况。
①英国物理学家卢瑟福在1919年做核反应实验时发现了质子，经过研究证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的1836倍。
进一步研究说明，质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核。
②1932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。
〈原子核是由质子和中子组成的〉现在我们已经知道：氢原子核(H)最简单，它就是一个质子，核外有一个电子绕着它转；氦原子核(He)是由2个质子和2个中子组成的，核外有2个电子绕着它转；锂原子核(Li)是由3个质子和4个中子组成的，核外有3个电子分两层绕着它转；铍原子核(Be)由4个质子和5个中子组成，核外有4个电子分两层绕着它转；……同学们可以发现一个规律：板书：〈各种原子核内质子的个数〔核的电荷数〕和核外电子的个数都相同，它也等于该种元素在元素周期表中的原子序数；原子核内质子和中子的总数叫做核的质量数，它等于该元素原子量的整数部分。
原子核结构探秘1．下列关于32He 的叙述正确的是（ ）。
A ．32He 与31H 互为同位素 B ．32He 原子核内中子数为2 C ．32He 原子核外电子数为2 D ．32He 代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子2． 20世纪初，为了研究物质的内部结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、中子和质子图是（ ）。
A ．卢瑟福的α粒子散射实验装置B ．卢瑟福发现质子的实验装置C ．汤姆生发现电子的实验装置D ．查德威克发现中子的实验装置3．若用x 代表一个中性原子核外的电子数，y 代表此原子的原子核内的质子数，z 代表此原子的原子核内的中子数，则对23490Th 的原子来说（ ）。
A ．x ＝90，y ＝90，z ＝234B ．x ＝90，y ＝90，z ＝144C ．x ＝144，y ＝144，y ＝90D ．x ＝234，y ＝234，z ＝3244．原子核的表示符号为X A Z ，下列说法正确的是（ ）。
A ．原子核的质量数为ZB ．原子的质量数为AC ．原子的质量数为ZD ．原子核的质子数为Z5．关于质子与中子，下列说法正确的是（ ）。
A ．原子核由质子和中子构成B ．质子和中子统称为核子C ．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在D ．卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在6．某种元素的原子核用X A Z 表示，下列说法中正确的是（ ）。
A ．原子核的质子数为Z ，中子数为AB ．原子核的质子数为Z ，中子数为A －ZC ．原子核的质子数为A ，中子数为ZD ．原子核的质子数为A －Z ，中子数为Z7．现在，科学家们正在设法探寻“反物质”。
所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，据此，若反α粒子，它的质量数为____________，电荷数为__________。
8．已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226。
原子核结构探秘1．下列关于32He 的叙述正确的是（ ）。
A ．32He 与错误!H 互为同位素 B ．32He 原子核内中子数为2 C ．32He 原子核外电子数为2 D ．32He 代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子 2． 20世纪初，为了研究物质的内部结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、中子和质子图是（ ）。
A ．卢瑟福的α粒子散射实验装置B ．卢瑟福发现质子的实验装置C ．汤姆生发现电子的实验装置D ．查德威克发现中子的实验装置3．若用x 代表一个中性原子核外的电子数，y 代表此原子的原子核内的质子数，z 代表此原子的原子核内的中子数，则对23490Th 的原子来说（ )。
A ．x ＝90，y ＝90，z ＝234B ．x ＝90，y ＝90,z ＝144C ．x ＝144,y ＝144，y ＝90D ．x ＝234,y ＝234，z ＝3244．原子核的表示符号为X A Z，下列说法正确的是( ）。
A ．原子核的质量数为Z B ．原子的质量数为AC ．原子的质量数为ZD ．原子核的质子数为Z5．关于质子与中子，下列说法正确的是( ）。
A ．原子核由质子和中子构成B ．质子和中子统称为核子C ．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在D ．卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在6．某种元素的原子核用X A Z表示，下列说法中正确的是（ ）. A ．原子核的质子数为Z ,中子数为AB ．原子核的质子数为Z ，中子数为A －ZC ．原子核的质子数为A ，中子数为ZD ．原子核的质子数为A －Z ，中子数为Z7．现在，科学家们正在设法探寻“反物质".所谓“反物质"是由“反粒子”构成的,“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量,但电荷的符号相反，据此，若反α粒子,它的质量数为____________,电荷数为__________.8．已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226。
4.1 原子核结构探秘
[先填空]
1.质子的发现
(1)实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子.
(2)结论：质子是原子核的组成部分.
2.中子的发现
(1)卢瑟福的猜想
卢瑟福发现质子后，猜想核内还有一种不带电的中性粒子，并给这种“粒子”起名为中子.
(2)中子的发现是许多科学家研究的结晶.
①1930年，用钋发出的α射线轰击铍时，会产生一种穿透能力极强的射线.
②1932年，约里奥·居里夫妇用这种射线轰击石蜡，能从石蜡中打出质子.
③1932年，查德威克对云室中这种射线进行研究，发现这种射线是一种不带电、质量接近质子的粒子流，即为中子.
[再判断]
1.卢瑟福在α粒子散射实验中发现了质子.(×)
2.玻尔在实验中发现了中子.(×)
[后思考]
卢瑟福是如何证明α粒子轰击氮原子核产生的新核是质子的？
【提示】卢瑟福把这种粒子分别引进电场和磁场，根据该粒子在电场和磁场中的偏转，测出了其质量和电量，确定它就是氢原子核，又叫质子.
[核心点击]
1.质子的发现
(1)实验背景
电子的发现使人们认识到，原子不再是构成物质的基本单位，进一步研究发现，原子的中心有一个原子核，原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量.原子核的结构如何？1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验.
(2)实验装置(如图411所示)
图411
T进气孔、A放射源、F铝箔、S荧光屏、M显微镜，C真空容器.
(3)实验过程
容器C里放有放射性物质A，从A放射出的α粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使α粒子恰好被它完全吸收，而不能透过.在F的后面放一荧光屏S，M是显微镜，通过M可以观察到S是否有闪光.
(4)实验现象
开始，S上无闪光(因为α粒子没有穿过铝箔).打开进气孔T的阀门，通入氮气，可以观察到S上有闪光.
(5)实验分析
容器C中通入氮气后，用显微镜观察到荧光屏上有闪光，闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的.
(6)新粒子性质研究
①把这种粒子引进电磁场中，根据它在电磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，进而确定它就是氢原子核，又叫质子.用符号表示为11H或11P.
②人们用同样的办法从其他元素的原子核中也轰击出了质子.
(7)实验结论
质子是原子核的组成部分.
2.中子的发现
(1)科学家在1930年利用Po放出的α射线轰击铍原子核时，产生了一种看不见的贯穿能力很强、不受电场和磁场影响的射线.
(2)1932年，约里奥·居里夫妇发现如果用来自铍的射线去轰击石蜡，能从石蜡中打出质子，如图412所示.
图412
(3)1932年，查德威克进一步研究这种射线时发现，这种射线是一种不带电的、质量接近质子的粒子流，即是卢瑟福猜想的中子.
(4)结论：中子是原子核的组成部分.
1.卢瑟福发现质子后，猜想到原子核中还有中子的存在，其判断依据与下列事实不相符的是( )
A.电子数与质子数相等
B.原子核的质量大约是质子质量的整数倍
C.原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些
D.质子和中子的质量几乎相等
E.原子核中存在不带电且质量与质子相近的中性粒子
【解析】卢瑟福发现原子核的核电荷数与质子的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或少一些，因此猜想到在原子核内还存在有质量而不带电的中性粒子，即中子，故不符合事实的是A、B、D.
【答案】ABD
2.如图413所示为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放出α射线轰击铍时会产生粒子流a，用粒子流a轰击石蜡后会打出粒子流b，则粒子流a为________，粒子流b为________.
图413
【解析】不可见的粒子轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见粒子应该是中子，故a为中子，b为质子.
【答案】中子质子
3.1919年卢瑟福通过如图414所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现了质子.图中A为放射源发出的________粒子，B为________气.
图414
【解析】题图为α粒子轰击氮原子核生成质子的实验装置，放射源A发出的是α粒子，B为氮气.
【答案】α氮
(1)卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子并预言了中子的存在.
(2)查德威克首先从实验中发现了中子，证实了卢瑟福的预言.
(3)在卢瑟福发现质子的实验装置中，穿过铝箔到达荧光屏的不可能是放射源放出的α粒子.
[先填空]
1.原子核的组成
(1)组成：原子核由质子和中子组成，并将质子和中子统称为核子.
(2)原子核的符号：A Z X，其中X为元素符号；A表示原子核的质量数，Z表示核电荷数.
(3)两个基本关系：
①核电荷数＝质子数＝原子序数.
②质量数＝质子数＋中子数＝核子数.
2.同位素
具有相同质子数、不同中子数的原子核，互称为同位素.如氢的三种同位素11H、21H、31H.
3.核反应与核反应方程
(1)核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程.
(2)核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子.
(3)核反应规律：在核反应中，质量数和核电荷数守恒.
[再判断]
1.原子核内只有质子而没有中子.(×)
2.同位素具有相同的物理、化学性质.(×)
3.核反应方程只要满足质量数、电荷数守恒可以随便写.(×)
[后思考]
铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，其核外电子有多少个？中子数又是多少？
【提示】铅的原子序数为82，即一个铅原子中有82个质子，由于原子是电中性的，质子与电子电性相反、电量相同，故核外电子数与核内质子数相同为82个，根据质量数等于质子数与中子数之和的关系，铅原子核的中子数为207－82＝125(个).
[核心点击]
1.原子核的大小和组成
2.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，所以质子数和中子数之和叫核子数.
(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个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，这个倍数叫作原子核的质量数.
3.同位素：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，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同.把具有相同质子数、不同中子数的原子核互称为同位素.
4.已知228 88Ra是226 88Ra的一种同位素，则下列说法正确的是( )
A.它们具有相同的质子数和不同的质量数
B.它们具有相同的中子数和不同的原子序数
C.它们具有相同的核电荷数和不同的中子数
D.它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质
E.它们具有相同的核外电子数和相同的化学性质
【解析】原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核内的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和.由此知这两种镭的同位素核内的质子数均为88，核子数分别为228和226，中子数分别为140和138；原子的化学性质由核外电子数决定，因为它们的核外电子数相同，所以它们的化学性质也相同.故正确答案为A、C、E.
【答案】ACE
5.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、中子的( )
A.10 5B＋42He→13 7N＋( )
B.94Be＋( )→12 6C＋10n
C.2713Al＋( )→2712Mg＋11H
D.14 7N＋42He→17 8O＋( )
E.238 92U→234 90Th＋( )
F.2311Na＋( )→2411Na＋11H
【解析】 A.10 5B＋42He→13 7N＋10n
B.94Be＋42He→12 6C＋10n此核反应使查德威克首次发现了中子
C.2713Al＋10n→2712Mg＋11H
D.14 7N＋42He→17 8O＋11H此核反应使卢瑟福首次发现了质子
E.238 92U→234 90Th＋42He
F.2311Na＋21H→2411Na＋11H
【答案】见解析
6.已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问：
(1)镭核中有多少个质子？多少个中子？
(2)镭核所带的电荷量是多少？
(3)呈中性的镭原子，核外有多少个电子？
【解析】(1)镭核中的质子数等于其原子序数，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)镭核所带电荷量：Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C＝1.41×10－17 C.
(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.
【答案】(1)88 138 (2)1.41×10－17 C (3)88
写核反应方程的三点提醒
(1)遵循的原则：反应前后电荷数守恒，质量数守恒.
(2)核反应方程中的箭头“―→”表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号.
(3)写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造.。
