《江苏省宿豫中学高三物理第一轮复习《第十七章 原子和原子核》教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《江苏省宿豫中学高三物理第一轮复习《第十七章 原子和原子核》教案（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、用心 爱心 专心 - 1 -第十七章 原子和原子核第 55 课时 原子核式结构 原子核备课指要教学建议1、 本节课教学要始终以实验为基础分析，原子核式结构理论是由实验事实得出假想再用实验验证理论，在分析实验现象的基础上修改或重建新理论的一个范例，要让学生通过这一内容的学习知道探索自然界未知事物，创建新理论的途径常常是：实验创建新模型实验修改模型或舍弃原模型，另建新模型.2、 粒子散射实验是原子核式结构理论的基础，实验装置的每一部分的构造、要求等要详加说明，实验中观察到的现象要一一列举，然后分别对照汤姆生提出的原子模型说明实验现象与该理论的不符之处；说明卢瑟福建立的原子核式结构理论如何说明实验事
2、实的.3、 质子和中子的发现应该补充详细一些，核反应方程也要写出来，并且说明这两个发现对人类认识原子核有重要意义.中子的发现涉及中子与氢核、碳核的碰撞问题，可以结合相关力学知识向学生介绍.4、 关于原子核的组成，要明确；核内的质子数等于原子序数，也等于中性原子的核外电子数，核内的中子数等于质量数减去原子序数.5、 原子核的人工转变：三个重要的人工转变反应（卢瑟福用 粒子轰击氮核发现质子的反应、查德威克用 粒子轰击铍核发现中子的反应和约里奥居里夫妇首先用人工的方法制造放射性同位素的反应（注意：正电子不是约里奥居里夫妇最先发现的） ，在物理学发展上均起了一定的作用，要让学生了解，掌握原子核的人工转
3、变的特点.6、 同位素概念：元素的化学性质是由核电荷数和核外电子数决定的，所以具有相同核电荷，而有不同的中子数的原子互称同位素并有相同的化学性质.资料链接量子力学的诞生1913 年玻尔提出了两条玻尔假设，并利用这两个假设条件计算氢光谱中的几条谱线，与实验观察的结果符合得很好，玻尔理论获得了很大的成功，特别是玻尔理论使长期积累的光谱资料，很快成为明晰而有条理的系统，光谱也成为研究原子和分子结构的有力工具.但玻尔理论也有不少缺陷与局限性，这主要是玻尔理论的基础没有脱离经典力学的范畴，只是经典理论加上量子条件的折中产物.德国物理学家玻恩在 1924 年写的原子力学中指出了玻尔理论的问题，1924 年
4、德波罗意提出了物质波理论.1925 年海森堡结合对玻恩的原子力学的讨论，创建了量子力学的一种表达形式矩阵力学；1926 年薛定谔把电子等微观粒子当做波来研究，用波函数来描述微观粒子的运动状态，并建立了确定波函数变化规律的薛定谔方程；1928 年狄拉克又把量子力学与狭义相对论结合起来创建了相对论性量子力学，在短短几年内创建并完美了量子力学，成为现代物理学的理论基础.案例导入例 1 实验测得 粒子与金原子核 197Au 对心碰撞时所能达到的离金核的最近距离约为 210-14m，由此可估算出金原子核的密度约为多少？（一位有效数字）【分析】 粒子与金原子核 197Au 对心碰撞时所能达到的离金核的最近
5、距离可近似为是金原子核的直径，一个金原子核的质量则可用金原子的摩尔质量估算，金原子的核外电子质量很小，在估算时可忽略不计.用心 爱心 专心 - 2 -【解答】 一摩尔金原子的质量为 0.193kg，金原子核的质量约等于金原子的质量，一个金原子核的质量为 2310.69mkg=3.210-25kg.将金原子核看做球模型，一个金原子核的体积V1= )(4d= 33.14(10-14)3m3=4.210-42m3.金原子核密度 1V= 4250.3kg/m3=81016kg/m3.【答案】 810 16kg/m3.【归纳】 估算问题是物理中的一种类型，在微观粒子的研究中难以精确测定粒子间的距离，粒子
6、的大小等物理量，许多情况只能估算，精确度常常只能达到一位或两位有效数字.例 2 以下三个实验对原子核的研究起了重要作用，这三个实验中各产生了何种粒子？对原子核的研究各起了什么作用.（1） 47N+2He 170O+（ ）（2） 94Be+ He 26C+（ ）（3） 71Al+2He 3015P + y 3015P 3014Si+（ ）【分析】 核反应过程中电荷量守恒，质量数守恒.【解答】 通过核反应前后电荷量守恒，质量数守恒得（1） 1H（质子） 、 （2） 10ny（中子） 、 （3） 0e（正电子）.质子和中子的发现使人们知道了原子核由质子和中子组成，是人工制造的第一种放射性同位素，同时
7、在实验室产生了正电子.【归纳】 人工转变使人们掌握了探索原子核的手段，并用人工方法生产出很多种放射性同位素.知识梳理1、 粒子散射实验实验装置： 粒子源沿一直线方向射出 粒子、厚度微米级的金箔、荧光屏、显微镜，全部装置放置于真空中；实验现象：绝大多数 粒子几乎不改变方向，少数 粒子偏转、极少数 粒子大角度偏转.用心 爱心 专心 - 3 -2、卢瑟福原子核式结构理论原子核在原子中仅占很小的体积，全部正电荷与绝大部分质量集中于核内，核外电子数与核内正电荷数相等，核外电子绕核旋转.3、1919 年，卢瑟福用 粒子轰击氮核，发生核反应并从反应产物中发现了质子；查德威克用 粒子轰击铍核，在核反应产物中发
8、现了中子.这种用高速运动的粒子轰击原子核发生核反应，产生新原子核的核反应就是人工转变.4、原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子.原子核的核电荷数等于质子数，原子核的质量近似等于核子质量的整数倍，通常就用这个整数代表原子核的质量.5、原子核的质子数等于核外电子数，同时也决定了原子的化学性质，同种元素的原子有相同的质子数，可以有不同的中子数，它们互称同位素.重、难、疑点剖析1、 在研究 粒子散射实验中，不考虑 粒子与电子的碰撞，这是因为 粒子的质量约是电子质量的 6000 多倍， 粒子在前进过程中遇到电子相互碰撞对 粒子的运动几乎没有影响.2、 粒子散射实验中应用金箔的原因，一是金的延展性好
9、，可以打成极薄的金箔（厚度达微米级） ， 粒子穿透能力不强，太厚的就穿不过；二是金原子核原子序数较大，原子核内正电荷较多，对 粒子作用力较大，散射现象较明显，金原子核质量较大， 粒子与其碰撞也难使金原子核被击中后离开金箔.3、 射性同位素的分离.放射性同位素原子核内质子数相同中性原子的核外电子数相同，化学性质相同，因而放射性同位素不能用化学的方法将其分离开.常用的物理方法：（1）是利用它们原子的质量不同让它们一起作圆周运动，质量大的所需向心力大，会处于离圆心较远处，质量小的离圆心近一些的离心旋转法；（2）是利用速度相同的带电粒子在磁场中旋转，质量大的圆半径大，使带电量相同、质量不同的同位素原子
10、核分开.例 92 号元素铀有三种同位素，U 234，U 235，U 238，为了获得浓缩的 U235. 采用下列方法可行的是：A与氟（F）进行化合反应 B将铀气体后进行离心运动，将三种同位素分离C电离后在电场中加速，再进入磁场偏转 D熔融后电解【分析】 同位素化学性质相同，物理性质不同.【解答】 同位素不能用化学方法：化合、电解等方法分开；质量不同，圆运动向心力不同，可以分开；速度相同，在磁场中圆运动半径不同，可以分开.【答案】 B、C.【归纳】 同位素化学性质相同，可以作为示踪原子，但也给分离造成了困难，分离同位素主要利用同位素原子的质量不同的特征.专题回放 粒子散射实验是原子核式结构理论的
11、基础，是物理学有决定性进步的一个重要实验，从此揭开了人类探讨原子和原子核结构的序幕. 对从实验中观察到的现象分析否定汤姆生的枣糕模型和得到原子核式结构理论的思考过程要深刻理解.例 卢瑟福通过实验，发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子核式结构模型.图 17-55-1 甲图中的四条线表示运动的可能轨迹，在图中完成中间两条 粒子运动轨迹.用心 爱心 专心 - 4 -【分析】 粒子与作为靶的金原子核相比要小得多，因而金原子核可以认为是固定不动的， 粒子的能量不足以打到金原子核中去引发核反应， 粒子与金原子核之间的作用是静电力，而静电力与两粒子之间距离的平方成反比，距离越远作用力越小， 粒子的
12、运动轨迹就能从分析 粒子受静电力后加速度与速度的变化中分析出来.【解答】 设从上到下 粒子的径迹为 A、B、C、D. 粒子 A 离金原子核较远，受到金原子核比 A 稍近一些，D 径迹弯曲程度比 A 径迹大一些；由此可推测： 粒子 B 比 A 和 D更靠近金原子核，受到的静电斥力更大，B 径迹弯曲程度比 A 和 D 径迹都大； 粒子 C 正对金原子核入射，在打不进金原子核的情况下，将在静电斥力作用下减速到零，然后返回，所以 B、C 径迹如图 17-55-1 乙图所示.【反思】 从此题我们可进一步看到实验与理论之间互相依存，理论必须以实验或观察的事实为依据，理论也使我们更清楚地认清实验现象的本质.
13、探究延伸例 卢瑟福的 粒子散射实验，建立了原子核式结构模型，原子核式结构模型又叫原子的行星模型，这是因为“核式结构模型”与“行星模型”之间有很多相似之处，带电粒子之间的作用遵循库仑定律，而星体之间遵特万有引力定律，两定律有相似的表达形式（即有关公式可类比推知）以无穷远处的电势为零，点电荷之间的电势为 rkQU，可推出氢原子的基态能级为-13.6eV，令距地球无穷远处的重力势能为零.试计算，质量为 1t 的卫星绕地球表面飞行，其总机械能为多大？再补充多少能量可使它脱离地球的引力？（R 地=6400km，g=10m/s 2）【分析】 万有引力定律： 2RGMmF引 ，静电力：F 电 = 2Rkq，
14、静电场有场强 E、电势U，引力场也可以有相似的引力场场强、引力势等.【解答】 由点电荷周围电势 rkQU的表达式可类比地球周围“重力势”表达式为；由点电荷周围电势能的表达式 RkqEp，式中如为静电引力，则写作 Qp；可类比知：地球周围物体重力势能的表达式为 rGMmEp；卫星运行时间向心力由地球引力提供，则 rv22，用心 爱心 专心 - 5 -得 rGMv2，卫星的动能 rmEk2,卫星的机械能 rGMrkp ，卫星绕地表运行时 地Rr，且 mgGM2，得 .10.3JrE地由电子从基态挣脱束缚需要的能量计算（如基态氢原子能量为-13.6eV，则外界需要提供 13.6eV 的能量，氢原子的
15、核外电子才能脱离原子核成为自由电子） ，可知要使绕地球运行的卫星挣脱地球的引力需增加的能量是 .102.30JE【点评】 自然界中有许多相似的规律，研究其中的一种，并将一些结论向另外的领域推广是科学研究常用的一种知识迁移的思维方式.这种思维方式能使我们节省许多力量，当然全盘搬用会有不适用的地方，这时要具体分析并再作修正.随堂闯关1、 关于汤姆生提出的原子模型，下列说法正确的是（D）.A汤姆生提出的原子模型无法解释原子的稳定问题B汤姆生提出的原子模型无法解释原子的发光成因C汤姆生提出的原子模型无法解释散射实验中绝大多数 粒子穿过原子时基本上能沿直线前进的现象D汤姆生提出的原子模型无法解释散射实验中少数 粒子穿过原子时能发生大角度偏转的现象【提示】 汤姆生提出的原子模型正电荷均匀分布， 粒子上下左右受力差不多.2、原子的核式结构学说是卢瑟福根据以下哪个实验或现象提出来的？（C）.A光电效应B氢原子光谱实验C 粒子散射实验D天然放射现象【提示】 光电效应提出了光的粒子性；氢原子光谱实验是玻尔能级理论的基础； 粒子散射实验提出了原子核式结构学说；天然放射现象揭示了原子核也有复杂结构.3、从 粒子散射实验的数据可以估算出（B、C）.A电子的
