第1节 原子核的组成与核力

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。