高中物理原子核式結(jié)構(gòu)原子核教案新人教版選修3

1、第二十二章原子核 課題一原子核式結(jié)構(gòu) 原子核【教學(xué)目標(biāo)】1、了解關(guān)于原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的簡單歷程2、了解a粒子散射實(shí)驗(yàn)，理解盧瑟福關(guān)于原子核式結(jié)構(gòu)模型提出的依據(jù)3、知道原子核的基本組成【教學(xué)重點(diǎn)】通過a粒子散射實(shí)驗(yàn)分析盧瑟福關(guān)于原子核式結(jié)構(gòu)模型的提出【教學(xué)難點(diǎn)】理解關(guān)于微觀空間物理規(guī)律的探索方法【授課時(shí)數(shù)】2課時(shí)【教學(xué)過程】預(yù)習(xí)導(dǎo)讀1 .這一章，包括原子結(jié)構(gòu)、原子核的組成和原子能等內(nèi)容。原子是微小的，無法直接 觀察它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)中研究原子的有效辦法是利用高能粒子去碰撞原子，引起某些可能 觀察到的現(xiàn)象，從分析這些現(xiàn)象的過程中逐步探索認(rèn)識(shí)原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和規(guī)律。在這一章中 重點(diǎn)講述了人類是在哪些實(shí)驗(yàn)基

2、礎(chǔ)上認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)和原子核組成的。怎樣在實(shí)驗(yàn)與理論的相 互推動(dòng)下，使認(rèn)識(shí)不斷發(fā)展不斷深入的。這一章的特點(diǎn)是內(nèi)容較抽象，缺少實(shí)驗(yàn)演示，定性說明多。同學(xué)們學(xué)習(xí)本章時(shí)要發(fā)揮 想象力，要重視概念和理論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，以及理論的產(chǎn)生過程。要掌握有關(guān)的計(jì)算問題，學(xué) 習(xí)科學(xué)家的思維過程。2 . 19世紀(jì)末以前，人們認(rèn)為原子是不可再分的。公元前5世紀(jì)，希臘哲學(xué)家提出物質(zhì)是由不可分的微粒（原子）組成的。不過沒有實(shí)驗(yàn) 根據(jù)。一百多前，人們從化學(xué)實(shí)驗(yàn)中知道，物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成。因在化學(xué)反 應(yīng)中原子的種類和數(shù)目不變，使人們認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的最小微粒，是不能再分的。3 .電子的發(fā)現(xiàn)。（1）介紹陰極射線：在封閉的

3、玻璃管內(nèi)有兩個(gè)電極，抽出管內(nèi)的空氣（壓強(qiáng)在10-2mmHg 以下）。當(dāng)兩極間加高壓時(shí)，從陰極發(fā)出一種射線叫陰極射線，它能使對(duì)著陰極的玻璃管壁 發(fā)出熒光。在19世紀(jì)70年代已有人提出它是帶負(fù)電的粒子流，但實(shí)驗(yàn)證據(jù)不足。（2） 1897年英國科學(xué)家湯姆生利用陰極射線在電場中和磁場中的偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)證明了陰極射 線是帶負(fù)的的粒子流。（3）1897年湯姆生進(jìn)一步測定了陰極射線粒子的荷質(zhì)比e/m,發(fā)現(xiàn)不同物質(zhì)組成的陰極發(fā) 出的射線都有相同的e/m值。表明這種帶電粒子是一切不同元素的原子的共同組成部分，稱 它為電子。湯姆生測得電子的荷質(zhì)比e/m約是氫離子荷質(zhì)比的二千倍，又測得二者電量基本相 同，由此可知電子的

4、質(zhì)量約是氫離子質(zhì)量的二千分之一，電子比原子的質(zhì)量小得多。電子的發(fā)現(xiàn)證明了原子是可分的。后來發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)等都從物質(zhì)原子中擊出了電子。 【知識(shí)要點(diǎn)】1 .復(fù)習(xí)引入關(guān)于原子的結(jié)構(gòu)，化學(xué)教材已經(jīng)介紹得很到位了。但在本章，我們還是希望從物理的去 認(rèn)識(shí)它的相關(guān)觀點(diǎn)和規(guī)律。在分子動(dòng)理論中，我們已經(jīng)知道了分子的線度，它小到了人們幾乎不能用直接的方法去 探測它。所以，探索微觀世界的規(guī)律就是要立足于援用間接的途徑。在本章中，觀點(diǎn)和規(guī)律 的得出，都必須在事實(shí)依據(jù)的基礎(chǔ)上加上比宏觀空間更多的理性推導(dǎo)，同學(xué)們要有一定的思 想準(zhǔn)備。一、原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)1.1 湯姆遜的原子結(jié)構(gòu)模型契機(jī)：陰極射線研究一電子發(fā)現(xiàn)觀點(diǎn)：正、負(fù)物質(zhì)

5、相互鑲嵌。認(rèn)為原子內(nèi)正電荷均勻分布在其中，電子只是在振動(dòng), 原子里是“實(shí)”的缺陷：無法解釋原子的單位化問題【疑難辯析】2 . |a粒子的散射實(shí)菽-（1）1909-1911年英國物理學(xué)家盧瑟福等做了用a粒子轟擊薄金箔的實(shí)驗(yàn)。（2）a粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置各部分的名稱和作用。礴子：帶電，電量是電子電量的一倍，質(zhì)量約是氫原子的一倍，約是電子質(zhì)量的7000 倍。從放射性元素中放射出來的a粒子動(dòng)能很大，射出速度達(dá)O出，蛤z內(nèi)利學(xué)業(yè)同 上能產(chǎn)生一個(gè)閃爍的亮點(diǎn)，可用顯微鏡觀察。放射源：針放在帶小孔的鉛盒中，能放射。粒子。金箔：厚度極小?？芍?微米（雖然很薄但仍有幾千層原子）。顯微鏡：能夠圍繞金箔在水平而內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。熒

6、光屏：玻璃片上涂有熒光物質(zhì)硫化鋅，裝在顯微鏡上。（3）實(shí)驗(yàn)過程:、a粒子從鉛盒小孔射出，形成很細(xì)的束射線，射到熒光屏上產(chǎn)生閃光，通過顯微鏡觀察。、放上金箔E觀察a粒子穿過金箔打到熒光屏上發(fā)出的閃光。、轉(zhuǎn)動(dòng)顯微鏡和熒光屏，在不同偏轉(zhuǎn)角。處觀察，可看到。粒子的散射現(xiàn)象。（4）介紹實(shí)驗(yàn)結(jié)果、絕大多數(shù)。粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)。粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)。、散射的a粒子的數(shù)目隨著8角的增大而很快地減少有極少數(shù)。粒子的偏轉(zhuǎn)角0超過了 90°，有的甚至幾乎達(dá)到180”，象是被金箔彈回來。（5 ）湯姆生原子模型不能解釋a枝子的腿松闋統(tǒng)槊中的大角度散射現(xiàn)象，因而被否定。（6）為了解釋a粒

7、子的散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果，戶瑟福位1911年提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：在原子的中心有一個(gè)很的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中 在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算可知原子的直徑約為原子核直徑約為思考：用原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說解釋：。粒子的散射實(shí)驗(yàn)中為什么絕大多數(shù)a粒子仍沿原方 向前進(jìn)，只有極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)？為什么盧瑟福認(rèn)為電子一定要繞核旋轉(zhuǎn)？現(xiàn)象說明a粒子絕大多數(shù)不偏轉(zhuǎn)：原因是它們運(yùn)動(dòng)過程中沒有受到阻礙,說明原子內(nèi)幾乎是“空”的.a粒子少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)：說明有帶正電的物質(zhì)對(duì)a粒子產(chǎn)生庫侖斥力的作用a粒子極小數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。它們和某種物質(zhì)發(fā)生r撞擊，而且這

8、種物質(zhì)占據(jù)r很小的空間.3、盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型契機(jī)：a粒子散射實(shí)驗(yàn)觀點(diǎn)：正電物質(zhì)集中在線度為10的核中，負(fù)電物質(zhì)（電子）繞核做圓周運(yùn)動(dòng)。提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：盧瑟福于1911年提出關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，他指出, 在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原 子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn).缺陷：無法解釋原子光譜。4、陂爾原子結(jié)構(gòu)模型契機(jī)：明線光譜研究觀點(diǎn)：原子只處在特定能量狀態(tài)，而且以定態(tài)的形式存在，能級(jí)之間躍遷形成輻射（或 吸收）的特定光譜。缺陷：只能解釋氫原子光譜5、|電子云模型契機(jī)：解釋其它原子的光譜觀點(diǎn)：核外電子出現(xiàn)的概率可以用波動(dòng)規(guī)律

9、描述，電子并未做圓周運(yùn)動(dòng)。（原子結(jié)構(gòu) 的電子云模型是玻粒二象性的完美統(tǒng)一。）二、原子核的組成1、|質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)a、盧瑟福的研究一*1919年盧瑟福用«粒子轟擊氮原子核的實(shí)驗(yàn) b、布拉凱特的研究（云室照片）發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的方程：H,+i；N-：O+：H2、|中子的發(fā)現(xiàn)a、盧瑟福預(yù)言中子存在思維過程：最初有人認(rèn)為，原子核可能只是由質(zhì)子組成的。但不久就知道這種想法是 不正確的。如果原子核只是由質(zhì)子組成，它的電荷數(shù)應(yīng)該與質(zhì)量數(shù)相等。實(shí)際上原子核 的電荷數(shù)只是質(zhì)量數(shù)的一半或者還少一些，盧瑟福根據(jù)這一事實(shí)，預(yù)言原子內(nèi)可能還存 在著質(zhì)量跟質(zhì)子相等的不帶電的中性粒子，他把它稱為中子。b、（德）彼特居里夫人核

10、女婿約里奧居里完成實(shí)驗(yàn)過程，但認(rèn)為中子是丫射線c、查德威克總結(jié)、定位發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程：C+：n3、|原子核的結(jié)構(gòu)a、組成部分：質(zhì)子、中子、其它基本粒子（見教材P78 “閱讀材料”）原子核由質(zhì)子和中子組成，其中：質(zhì)子數(shù)=原子的原子序數(shù)，中子數(shù)=原子核的質(zhì)量 數(shù)減去質(zhì)子數(shù)b、核子：質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。c、原子核的符號(hào)：A-質(zhì)量數(shù)Z-電荷數(shù)（質(zhì)子數(shù)、核外電子數(shù)）d、作用：甌一一短程的吸引力，使核子組成核。把各種核子緊緊地結(jié)合在一起的力叫核力。特點(diǎn)：作用距離短（只在2.0X104的短 距離起作用，相鄰核子間才有核力作用）；力強(qiáng)（遠(yuǎn)大于庫侖力）。e、同位素：具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的原子互稱

11、同位素如：；“汨出三、小結(jié)相對(duì)化學(xué)而言，本節(jié)的知識(shí)基本上都屬于復(fù)習(xí)性質(zhì)。我們?cè)谶@里需要了解的是相關(guān)的物 理學(xué)史，重點(diǎn)是原子結(jié)構(gòu)模型提出的出發(fā)點(diǎn)和觀點(diǎn)。【學(xué)法指導(dǎo)】【典型例析】【例1】盧瑟福通過 實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了原子中間有一個(gè)很小的核，并由此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。右面平面示意圖中 的四條線表示“粒子運(yùn)動(dòng)的可能軌跡，在圖中完成中間兩條。粒 子的運(yùn)動(dòng)軌跡。H列2】.在a粒子散射實(shí)驗(yàn)中，如果一個(gè)。粒子跟金箔中的電子 相撞，則 A. a粒子的動(dòng)能和動(dòng)量幾乎沒有損失。B,。粒子將損失部分動(dòng)能和動(dòng)量。C. a粒子不會(huì)發(fā)生顯著的偏轉(zhuǎn)。D.。粒子將發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)。H列3】.在。粒子放射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)。粒子最接近

12、金核時(shí)A.。粒子動(dòng)能最小B.。粒子受到的庫侖力最大C. a粒子電勢能最小【1列4.關(guān)于核力，下列說法中正確的是：（）A.核力是一種特殊的萬有引力B.原子核內(nèi)任意兩個(gè)核子之間都有核力作用C.核力是原子核所穩(wěn)定存在的原因D .核力是一種短程強(qiáng)作用力M列5】在氫原子中，設(shè)電子繞核作圓周運(yùn)動(dòng)，n為量子數(shù)，下列說法中正確的是（）A.電子繞核旋轉(zhuǎn)的角速度與量子數(shù)n成反比B.電子繞核旋轉(zhuǎn)的動(dòng)量與量子數(shù)n成反比C.電子繞核旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能與量子數(shù)n的平方成反比D.電子繞核旋轉(zhuǎn)的周期與量子數(shù)n的立方成正比【例5】解析由向心力公式和玻爾理論：T可求得：(Ink me1n2h22欣/；7 V ,= 42kme2 和&qu

13、ot; nh8 雙 ne2力 1Ek =5叫227r2k2me4rrh2_ 2肛,_“ vn 47T1k2ine4答案B、C、D【基礎(chǔ)訓(xùn)練】姓名 組別【能力提高】1 .關(guān)于。粒子散射實(shí)驗(yàn)的下述說法中正確的是A.在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)。粒子穿過金箔后，仍沿原來方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生 了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過90° ,有的甚至被彈回接近180。；B.使。粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力是來自帶正電的核及核外電子，當(dāng)。粒子接近核時(shí)是核的推斥力使。粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，當(dāng)。粒子接近電子時(shí)，是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn):C.實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個(gè)極小的核，它占有原子體積的極小部分；D.實(shí)驗(yàn)表明原子中心

14、的核帶有原子的全部正電及全部質(zhì)量。2 .盧瑟福對(duì)a粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋是A.使Q粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的主要力是原子中電子對(duì)a粒子的作用力。B.使。粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力主要是原子核的庫侖斥力。C.原子核很小，。粒子接近它的機(jī)會(huì)很少，所以絕大多數(shù)的。粒子仍沿原來的方向前進(jìn)。D.能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的a粒子是穿過原子時(shí)離原子核近的«粒子。3.圖1所示盧瑟福o粒子散射實(shí)驗(yàn)的原子核和兩個(gè)a粒子的徑跡，其中可能正確的是A 4、己知氮離子He能級(jí)&與量子數(shù)n的關(guān)系和氫原子能級(jí)公式類似，處于基態(tài)的氮離子 He+的電離能為E=54.4eV0為使處于基態(tài)的氮離子He+處于激發(fā)態(tài)，入射光子所需的能量可 能為（氫原子

15、能級(jí)公式En=E/n2）（）A、13.6eV （光子）B、40.8eV （光子）C、48.0eV （電子）D、50.0eV （電子）（可以吸收電子的部分能量）5 .英國物理學(xué)家盧瑟福用。粒子轟擊金箔，發(fā)現(xiàn)了 Q粒子的散射現(xiàn)象.下圖中，O表 示金原子核的位置，則能正確表示該實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過金原子核附近的。粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡的圖是(BD)6 .關(guān)于。粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置，下列說法正確的是（B ）A.全部設(shè)備都放在沒有塵埃的潔凈的空氣中B.熒光屏和顯微鏡能圍繞金箔在一個(gè)圓周上轉(zhuǎn)動(dòng)C.若將金箔改為銀箔，就不能發(fā)生散射現(xiàn)象D.金箔的厚度不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果7.第一次發(fā)現(xiàn)電子的科學(xué)家是_湯姆生棗糕原子模型。8.在。粒子散射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)在。粒子最接近原子核時(shí)，關(guān)于描述。粒子的有關(guān)物理量符合 下列哪種情況（）A.B.C.D.動(dòng)能最小勢能最小a粒子與金原子核組成的系統(tǒng)能量最小 o粒子所受金原子核的斥力最大 8.解析u粒子和金原子核都帶正電，庫侖力表現(xiàn)為斥力，兩者距離減小時(shí)，庫侖力做負(fù) 功，故。粒子動(dòng)能減小，