1、 第二十二章原子核 課題一 原子核式結(jié)構(gòu) 原子核 制訂人 殷裕華 【教學(xué)目標(biāo)】1、了解關(guān)于原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識的簡單歷程2、了解粒子散射實驗，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】通過粒子散射實驗分析盧瑟福關(guān)于原子核式結(jié)構(gòu)模型的提出【教學(xué)難點】理解關(guān)于微觀空間物理規(guī)律的探索方法【授課時數(shù)】2課時【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)，實驗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)識原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和規(guī)律。在這一章中重點講述了人類是在哪

2、些實驗基礎(chǔ)上認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)和原子核組成的。怎樣在實驗與理論的相互推動下，使認(rèn)識不斷發(fā)展不斷深入的。這一章的特點是內(nèi)容較抽象，缺少實驗演示，定性說明多。同學(xué)們學(xué)習(xí)本章時要發(fā)揮想象力，要重視概念和理論的實驗基礎(chǔ)，以及理論的產(chǎn)生過程。要掌握有關(guān)的計算問題，學(xué)習(xí)科學(xué)家的思維過程。219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。不過沒有實驗根據(jù)。一百多前，人們從化學(xué)實驗中知道，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：在封閉的玻璃管內(nèi)有兩

3、個電極，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，從陰極發(fā)出一種射線叫陰極射線，它能使對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，但實驗證據(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)的實驗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，由此可知電子的質(zhì)量約是氫離子質(zhì)量的二千分

4、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?！局R要點】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)識它的相關(guān)觀點和規(guī)律。在分子動理論中，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，觀點和規(guī)律的得出，都必須在事實依據(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1湯姆遜的原子結(jié)構(gòu)模型契機(jī)：陰極射線研究電子發(fā)現(xiàn)觀點：正、負(fù)物質(zhì)相互鑲嵌。認(rèn)為原子內(nèi)正電荷均勻分布在其中，電子只

5、是在振動，原子里是“實”的缺陷：無法解釋原子的單位化問題【疑難辯析】2粒子的散射實驗。（1）1909-1911年英國物理學(xué)家盧瑟福等做了用粒子轟擊薄金箔的實驗。（2）粒子散射實驗裝置各部分的名稱和作用。粒子：帶 電，電量是電子電量的 倍，質(zhì)量約是氫原子的 倍，約是電子質(zhì)量的7000倍。從放射性元素中放射出來的粒子動能很大，射出速度達(dá)107米/秒，粒子打到熒光屏上能產(chǎn)生一個閃爍的亮點，可用顯微鏡觀察。放射源：釙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面內(nèi)轉(zhuǎn)動。熒光屏：玻璃片上涂有熒光物質(zhì)硫化鋅，裝在顯微鏡上。（3）實驗過程

6、：、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F，觀察粒子穿過金箔打到熒光屏上發(fā)出的閃光。、轉(zhuǎn)動顯微鏡和熒光屏，在不同偏轉(zhuǎn)角處觀察，可看到粒子的散射現(xiàn)象。（4）介紹實驗結(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)。、 散射的粒子的數(shù)目隨著角的增大而很快地減少。有極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角超過了900，有的甚至幾乎達(dá)到1800，象是被金箔彈回來。（5）湯姆生原子模型不能解釋粒子的散射實驗結(jié)果中的大角度散射現(xiàn)象，因而被否定。（6）為了解釋粒子的散射實驗結(jié)果，盧瑟福在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很的核，叫

7、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)實驗數(shù)據(jù)計算可知原子的直徑約為1010m，原子核直徑約為1014m。思考：用原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說解釋：粒子的散射實驗中為什么絕大多數(shù)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)象說明粒子絕大多數(shù)不偏轉(zhuǎn)；原因是它們運(yùn)動過程中沒有受到阻礙，說明原子內(nèi)幾乎是“空”的粒子少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)；說明有帶正電的物質(zhì)對粒子產(chǎn)生庫侖斥力的作用粒子極小數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。它們和某種物質(zhì)發(fā)生了撞擊，而且這種物質(zhì)占據(jù)了很小的空間3、盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型契機(jī)：粒子散射實驗觀點：正電物質(zhì)集中在線

8、度為1015m的核中，負(fù)電物質(zhì)（電子）繞核做圓周運(yùn)動。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、玻爾原子結(jié)構(gòu)模型契機(jī)：明線光譜研究觀點：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：核外電子出現(xiàn)的概率可以用波動規(guī)律描述，電子并未做圓周運(yùn)動。（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

9、、質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)a、盧瑟福的研究1919年盧瑟福用粒子轟擊氮原子核的實驗b、布拉凱特的研究（云室照片）發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的方程：+2、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，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）彼特居里夫人核女婿約里奧居里完成實驗過程，但認(rèn)為中子是射線c、查德威克總結(jié)、定位發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程： +3、原子核的結(jié)構(gòu)a、 組成部分：質(zhì)子、中子、其它基

10、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： 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：核力短程的吸引力，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：作用距離短（只在2.010-15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)的原子互稱同位素如： 、三、小結(jié)相對化學(xué)而言，本節(jié)的知識基本上都屬于復(fù)習(xí)性質(zhì)。我們在這里需要了解的是相關(guān)的物理學(xué)史，重點是原子結(jié)構(gòu)模型提出的出發(fā)點和觀點?！緦W(xué)

11、法指導(dǎo)】【典型例析】【例1】盧瑟福通過_實驗，發(fā)現(xiàn)了原子中間有一個很小的核，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)動的可能軌跡，在圖中完成中間兩條粒子的運(yùn)動軌跡。【例2】在粒子散射實驗中，如果一個粒子跟金箔中的電子相撞，則 A粒子的動能和動量幾乎沒有損失。B粒子將損失部分動能和動量。C粒子不會發(fā)生顯著的偏轉(zhuǎn)。D粒子將發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)。【例3】在粒子散射實驗中，當(dāng)粒子最接近金核時 A粒子動能最小B粒子受到的庫侖力最大C粒子電勢能最小【例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)任意兩個核子之間都有核力作用C.核力是原子核所穩(wěn)

12、定存在的原因 D.核力是一種短程強(qiáng)作用力【例5】 在氫原子中，設(shè)電子繞核作圓周運(yùn)動，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)的動量與量子數(shù)n成反比C電子繞核旋轉(zhuǎn)的動能與量子數(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：及可求得：和，則；答案 B、C、D【基礎(chǔ)訓(xùn)練】 姓名 組別 【能力提高】1關(guān)于粒子散射實驗的下述說法中正確的是 A在實驗中觀察到的現(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

13、及核外電子，當(dāng)粒子接近核時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，是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)；C實驗表明原子中心有一個極小的核，它占有原子體積的極小部分；D實驗表明原子中心的核帶有原子的全部正電及全部質(zhì)量。2盧瑟福對粒子散射實驗的解釋是 A使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的主要力是原子中電子對粒子的作用力。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)的粒子是穿過原子時離原子核近的粒子。3圖1所示盧瑟福粒子散射實驗的原子核和兩個粒子的徑跡，其中可能正確的是 A 4、已知氦離子He+能級En與量子數(shù)n的關(guān)系和氫

14、原子能級公式類似，處于基態(tài)的氦離子He+的電離能為E=54.4eV。為使處于基態(tài)的氦離子He+處于激發(fā)態(tài)，入射光子所需的能量可能為(氫原子能級公式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 粒子的散射現(xiàn)象下圖中， O 表示金原子核的位置，則能正確表示該實驗中經(jīng)過金原子核附近的 粒子的運(yùn)動軌跡的圖是(BD)6關(guān)于粒子散射實驗的裝置，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圓周上轉(zhuǎn)動C若將金箔改為銀箔，就不能發(fā)生散射現(xiàn)象D金箔的厚度不會影響實驗結(jié)果7第一次發(fā)現(xiàn)電子的科學(xué)家是_湯姆生_，他提出了_棗糕_原子模型。8在粒子散射實驗中，當(dāng)在粒子最接近原子核時，關(guān)于描述粒子的有關(guān)物理量符合下列哪種情況( )A動能最小B勢能最小C粒子與金原子核組成的系統(tǒng)能量最小D粒子所受金原子核的斥力最大8解析 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，庫侖力做負(fù)功，故粒子動能減小，電勢能增加；系統(tǒng)的能量守恒，由庫