3.1 原子核结构
（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。
（若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。
进一步研究表明，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。
〉
小结：
③原子核的电荷数=质子数=核外电子数=原子序数
④原子核的质量数=核子数=质子数+中子数
X表示原子核，X：元素符号；A：核的质量数；Z：核电荷数
⑤符号A
Z
教师：给出思考与讨论题。
一种铀原子核的质量数是235，问：它的核子数，质子数和中子数分别是多少？
学生回答：核子数是235，质子数是92，中子数是143。
点评：学生回答调动他们学习的积极性。
2．同位素(isotope)
（1）定义：具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。
（2）性质：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，因而同种元素的同位素具有相同的化学性质。
学生一边听，一边看书。
提问：列举一些元素的同位素？
学生回答：
氢有三种同位素：氕（通常所说的氢），氘（也叫重氢），氚（也叫超重氢），符号分别是：
1
23111,,H H H 。
碳有两种同位素，符号分别是121466,C C 。
点评：举例说明同位素的性质，加深对这一概念的理解。
例1 已知镭的原子序数是88，原子核质量数是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电荷量是多少？
(3)若镭原子呈中性，它核外有多少电子？
(4)228 88Ra 是镭的一种同位素，让226 88Ra 和228 88Ra 以相同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？
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)镭核的核电荷数和所带电荷量分别是
Z ＝88，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.
(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，故有q v B ＝m v 2r ，r ＝m v qB
，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故r 226r 228＝226228＝113114
. 答案 (1)88 138 (2)88 1.41×10
－17 C (3)88
(4)113114 针对训练 除天然元素外，还可以通过合成的方法获得新的人造元素，如1996年德国的达姆
施特重离子研究所就合成了一种新的人造元素，它是由7030Zn 撞入一个208 82Pb 的原子核，并立即
释放出一个中子后而合成的，则该新元素的( )
A ．原子序数为112
B ．核子数为278
C ．原子序数为113
D ．中子数为165
答案 AD
2．核反应：原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程叫核反应。
在核反应中质量数守恒、电荷数守恒。
人工转变核反应方程：
H
O He N 1117
84214
7+→+
n
C He Be 1012
6429
4+→+例：写出下列原子核人工转变的核反应方程。
（1）1123Na 俘获1个α粒子后放出1个质子
（2）1327Al 俘获1个α粒子后放出1个中子
（3）816O 俘获1个中子后放出1个质子
（4）1430Si 俘获1个质子后放出1个中子
学生：理解并记住核反应方程，通过方程理解核反应中遵循的规律。
点评：这部分主要为老师讲解，学生通过前面已学的知识来掌握新的知识。
再通过例题进行巩固。
（三）课堂小结
1．原子核的组成。
2. 核反应和核反应方程
学生总结，讨论。
★教学体会
这节课揭示了原子核是可分的。
展示了物理学发展史上的有关事实，是对学生进行辨证唯物主义思想教育的好素材。
核物理研究的是原子核的组成及其变换规律，是微观世界的现象，不想宏观世界那样看得见，摸得着，研究起来也就更困难。
通过本节的学习，要使学生能对核物理的相关实验基础和研究问题的思路，方法有所体会，了解人类是怎样认识微观世界的。
★课堂练习
1．α粒子轰击氮14核后放出一个质子，转变为氧17核(17 8O)．在这个氧原子核中有( )
A ．8个正电子
B ．17个电子
C ．9个中子
D ．8个质子 答案 CD
解析 核电荷数为8，即质子数为8，质量数为17，所以中子数为17－8＝9，答案为C 、D.
2．在下列核反应方程中，x 代表质子的方程是( )
A.2713Al ＋42He →3015P ＋x
B.14 7N ＋42He →17 8O ＋x
C.21H＋γ→10n＋x
D.31H＋x→42He＋10n
答案BC
解析核反应过程中质量数、电荷数守恒．题中所涉及的四个核反应方程分别是：2713Al＋42He→3015 P＋10n，14 7N＋42He→17 8O＋11H，21H＋γ→10n＋11H，31H＋21H→42He＋10n.
3．人类探测月球发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可以作为未来核聚变的重要原料之一，氦的该种同位素应表示为()
A.43He
B.32He
C.42He
D.33He
答案 B
解析氦是2号元素，质量数为3的氦的同位素为32He.
4．氢有三种同位素，分别是氕11H，氘21H、氚31H，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．它们的中子数相等
答案AB
解析氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，因为它们是同位素，所以它们的质子数和核外电子数相等，都为1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相等，所以A、B选项正确.。