高三物理教案:原子的核式结构教案

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本文题目：高三物理教案:原子的核式结构教案

原子的核式结构 玻尔理论 天然放射现象

一、知识点梳理

1、原子的核式结构

(1) 粒子散射实验结果：绝大多数 粒子沿原方向前进，少数 粒子发生较大偏转。

(2)原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转.

(3)原子核的大小：原子的半径大约是10-10米，原子核的半径大约为10-14米～10-15米.

2、玻尔理论有三个要点：

(1)原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的.电子虽然绕核旋转，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态.

(2)原子从一种定态跃迁到另一定态时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定.即hν=E2-E1

(3)原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动.原子的定态是不连续 的，因而电子的可能轨道是分立的.

在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，各状态对应的能量也是不连续的，这些不连续的能量值的能量值叫做能级。

3、原子核的组成 核力

原子核是由质子和中子组成的.质子和中子统称为核子.

将核子稳固地束缚在一起的力叫核力，这是一种很强的力，而且是短程力，只能在2.0X10-15的距离内起作用，所以只有相邻的核子间才有核力作用.

4、原子核的衰变

(1)天然放射现象：有些元素自发地放射出看不见的射线，这种现

象叫天然放射现象.

(2)放射性元素放射的射线有三种： 、 射线、 射线，

这三种射线可以用磁场和电场加以区别，如图15.2-1 所示

(3)放射性元素的衰变：放射性元素放射出 粒子或 粒子后，衰变成新的 原子核，原子核的这种变化称为衰变.

衰变规律：衰变中的电荷数和质量数都是守恒的.

(4)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间称为半衰期.不同的放射性元素的半衰期是不同的，但对于确定的放射性元素，其半衰期是确定的.它由原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关.

(5)同位素：具有相同质子数，中子数不同的原子在元素周期表中处于同一位置，互称同位素。

二、典型例题

例1 如图15-2-2所示为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到的现象，下述说法中正确的是

A.放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多

B.放在B 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些

C.放在C、D 位置时，屏上观察不到闪光

D.放在D 位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少

[解析] 根据α粒子散射现象，绝大多数 粒子沿原方向前进，少数 粒子发生较大偏转，本题应选择A、B、D

[点评] 本题考查学生是否掌握卢瑟福的α粒子散射实验结果。

例2 氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中 ( )

A.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大

B.原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小

C.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大

D.原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增加

[解析] 根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动时，其能量越大， 由能量公式En= (E1=-13.6 eV)可知，电子从低轨道(量子数n 小)向高轨道(n值较大)跃迁时，要吸收一定的能量的光子.故选项B可排除.氢原子核外电子绕核做圆周运动，其向心力由原子核对电子的库仑引力提供，即 = ，电子运动的动能Ek= mv2= .由此可知：电子离核越远，r越大时，则电子的动能就越小，故选项A、C均可排除.

由于原子核带正电荷，电子带负电荷，事实上异性电荷远离过程中需克服库仑引力做功，即库仑力对电子做负功，则原子系统的电势能将增大，系统的总能量增加，故选项D正确.

[点评] 考查对玻尔理论、库仑定律、圆周运动规律及电场力做功性质的综合运用的能力.

例3 关于天然放射现象，以下叙述正确的是 ( )

A.若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小

B.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的

C.在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强

D.铀核( )衰变为铅核( )的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变

[解析]半衰期是由放射性元素原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关.A错;β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的， ，B对;根据三种射线的物理性质，C对; U的质子数为92，中子数为146， Pb的质子数为82，中子数为124，因而铅核比铀核少10个质子，22个中子。注意到一次α衰变质量数减少4，故α衰变的次数为x= =8次。再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数y应满足 2x-y+82=92， y=2x-10=6次。故本题正确答案为B、C。

[点评]

1 本题考查α衰变、β衰变的规律及质量数，质子数、中子数之间的关系。

2 β衰变放出的电子并不是由核外电子跃迁出来的，而是从核中衰变产生的。

例4、如图15-2-3K-介子衰变的方程为 ，其中K-介子和π-介子带负的基元电荷，π0介子不带电。一个K-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π-介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径RK-与Rπ 之比为2∶1。π0介子的轨迹未画出。由此可知π-介子的动量大小与π0介子的动量大小之比为 A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶6

[解析] 根据题意，分别计算出带电粒子在磁场中作圆周运动的轨道半径。根据动量的定义，分别求出两个介子的动量大小，再从图中确定两个介子动量的方向，最后运用动量守恒，计算出 粒子的动量大小。qvKB=mK ，RK= R ， ，pK=-p +p ，

p 。正确选项为(C)

[点评] 这题以基本粒子的衰变为情景，涉及带电粒子在磁场中运动规律和动量守恒等知识点，是一道综合性题目。带电粒子在磁场中受到洛伦磁力作用，该力的方向与粒子的速度方向垂直，因此，带电粒子作圆周运动。根据动量守恒，基本粒子衰变前后的总动量不变，但计算过程要主注意动量的方向问题。

例5 若原子的某内层电子被电离形成空位，其它的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，此电磁辐射就是原子的特征X射线。内层空位的产生有多种机制，其中的一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位(被电离的电子称为内转换电子)。 的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量E0=1.416MeV交给内层电子(如K、L、M层电子，K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离。实验测得从 原子的K、L、M层电离出的动能分别为EK=1.323MeV、EL=1.399MeV、EM=1.412MeV.则可能发射的特征X射的能量为

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