高中物理有关原子的核式结构原子核的教学建议
原子核物理教案
第一章原子核的基本性质Basic Properties of Nucleus学习与思考•一个深夜，担任英国剑桥大学卡文迪许实验室主任的卢瑟福，披着外衣来检查实验室，发现一位学生还在做实验。
卢瑟福就问他：“你上午干什么了？”学生回答：“在做实验。
”卢瑟福又问：“那你下午做什么了？”学生回答：“做实验。
”卢瑟福提高嗓门问：“那你晚上又做什么呢？”学生挺直了胸脯回答：“我还在做实验。
”卢瑟福对他说：“你整天做实验，还有什么时间用于思考呢？”学习与思考学而不思则罔，思而不学则殆。
孔子《论语·为政》原子核的基本性质为了了解原子核，人们首先是测定了它作为整体所具有的静态特性,以得一个基态核的图像。
这些静态基本特征包括核的组成、质量、大小、自旋和统计性、宇称以及核的磁矩和电四极矩。
这些性质的来源是和核的内部结构及其运动变化密切相关。
卢瑟福散射实验结论：•正电荷集中在原子的中心，即原子核；10一、原子核的发现与原子的核式模型 1909年 散射试验，1911年提出原子的核式模型。
§1.1 原子核的组成、质量•线度为10–12cm 量级，为原子的–4量级；•质量为整个原子的99.9%以上；原子的电中性，要求：•原子核所带电量与核外电子电量相等，•核电荷与核外电子电荷符号相反。
即：核电荷Ze ，核外电子电荷–Ze 。
研究专题:如何测量Z ？质子的发现1919年Rutherford用a 粒子轰击14N( +14N 18O+ p) ，发现了质子。
这个实验第一次实现了原子核的人工转变。
1924年, Patrik Maynard Stuart Blaskett(1897-1974)had taken 23,000 photographs showing 415,000 tracks of ionized particles. Eight of these were forked.通过对a 粒子径迹的照片分析进一步证明，质子是由“复合核”分裂出来的，质子是原子核的组成部分。
人教版高中物理 选择性 必修第三册：原子的核式结构模型【精品课件】
向下,开始一段轨迹符合曲线运动条件,当接近Q点,则合力与速度方向不在
运动轨迹的两侧,因此不可能在①区域,所以原子核一定在②区域,故A、C、
D错误,B正确。
变式训练2(2020北京昌平区二模)卢瑟福指导他的助手进行的α粒子散射
实验所用仪器的示意图如图所示。放射源发射的α粒子打在金箔上,通过
显微镜观察散射的α粒子。实验发现,绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍
(3)利用磁场,得出阴极射线的比荷。
(4)提出假想,认为阴极射线粒子电荷量大小与氢离子一样,质量比氢离子
小得多。
(5)实验验证假想,提出电子概念。
(6)探究更多现象,得出结论:电子是原子的组成部分。
实例引导
例1 在再现汤姆孙测阴极射线荷质比的实验中,采用了如图所示的阴极射
线管,从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后,水平射入长度为L的
知识归纳
1.关于α粒子散射实验的相关问题
4
(
(1)α粒子的实质:α粒子 2 He) 是从放射性物质中发射出来的快速运动的
粒子,实质是失去两个电子的氦原子核,带有两个单位的正电荷,质量约为
氢原子质量的4倍、电子质量的7 300倍。
(2)实验装置
①α粒子源:钋放在带小孔的铅盒中,放射出高能α粒子。
②金箔:特点是金原子的质量大,且易延展成很薄的箔,α粒子易穿过。
③显微镜:能绕金箔在水平面内转动。
④荧光屏:荧光屏装在显微镜上。
⑤整个实验过程在真空中进行。
(3)实验过程:α粒子经过一条细通道,形成一束射线,打在很薄的金箔上,由
于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用,一些α粒子会改变原来的
运动方向。带有荧光屏的显微镜可以沿图中虚线转动,以统计向不同方向
帮助学生理解原子与核的结构与性质
帮助学生理解原子与核的结构与性质原子与核的结构与性质原子与核是物质世界的基本组成部分，它们的结构与性质对于学生理解化学、物理等科学知识至关重要。
本文将从原子与核的结构、原子的性质、核的性质等方面进行探讨，以帮助学生深入理解这一重要概念。
一、原子的结构原子是物质的基本单位，由原子核和电子壳层构成。
原子核位于原子的中心，由质子和中子组成。
质子带有正电荷，中子不带电荷。
电子壳层围绕原子核运动，电子带有负电荷，平衡了原子核的正电荷。
在原子结构中，质子和中子集中在原子核中，而电子则围绕核运动。
原子核带有正电荷，而整体原子带有零净电荷。
二、原子的性质原子的性质包括原子半径、原子质量、原子的化学性质等。
1. 原子半径: 原子半径指的是原子核与最外层电子轨道的距离。
原子半径主要由原子核的质子数以及电子的排布方式决定。
原子半径随着电子层次增加而增加，同一周期内，原子半径由左至右逐渐减小。
2. 原子质量: 原子质量由原子核中质子数和中子数之和决定。
质子和中子的相对质量均为1，而电子的质量可忽略不计。
原子质量主要用来标识不同元素。
3. 原子的化学性质: 原子的化学性质取决于原子核中的质子和不同电子层次之间的电子结构。
电子层次的不同排布方式决定了元素的化学性质，例如反应活性和元素化合价等。
三、核的结构与性质核是原子的重要组成部分，它决定了原子的质量、核能等重要性质。
1. 核子: 核子是原子核中的基本组成单位，包括质子和中子。
核子质量相对较大，质子带有正电荷，中子不带电。
质子数目决定了元素的种类，即不同元素的原子核中质子数不同。
2. 质子数与核能: 核能是核结构的重要性质，与核中的质子数密切相关。
在同位素中，质子数增加，核能增大。
3. 同位素与同位素变化: 同位素指的是原子核中质子数相同、中子数不同的核种。
同位素变化包括α衰变、β衰变和γ射线等，这些变化反映了原子核的不稳定性。
四、原子核与放射性放射性是原子核的一种特殊性质，放射性元素的核能不稳定，会自发地发生核衰变过程，放出辐射。
高中物理人教版选修3-5 19.1《原子核的组成》教案设计
原子核的组成教学目标1．在物理知识方面要求．(1)了解原子核的人工转变．了解它的方法和物理过程．(2)了解质子和中子是如何被发现的．(3)会写核反应方程式．(4)了解原子核的组成，知道核子和同位素的概念．2．掌握利用能量和动量守恒的思想来分析核反应过程．从而培养学生运用已知规律来分析和解决问题的能力．3．通过发现质子和中子的历史过程，使学生认识通过物理实验研究和探索微观结构的研究方法及体会科学研究的艰巨性和严谨性．重点、难点分析1．重点是使学生了解原子核的人工转变和原子核的组成．在原子核的人工转变中发现了质子和中子，它是确定原子核组成的实验基础．2．用已经学过的能量和动量守恒以及有关的知识来分析核反应过程，是本节的难点．教具准备1．分析卢瑟福做的“α粒子轰击氮原子核的实验”．2．讲解约里奥·居里和伊丽芙·居里夫妇做的“用来自铍的射线去轰击石蜡的实验”．用投影幻灯、投影片．引入新课通过上一章的学习，我们已经知道，原子是由电子和原子核组成的，原子核处于原子的中心，体积很小，那么原子核有没有结构，它又是由什么组成的呢？下面我们就来学习这方面的知识．教学过程一、天然放射性现象1.放射性铀和含铀的矿物质都能够发出看不见的射线，这种射线可以使包在黑纸箱里的照相底片感光.物体放射出射线的性质叫做放射性.深化升华射线是从原子核内部发出的，说明原子核不是最小结构，原子核可以再分.2.放射性元素具有放射性的元素叫做放射性元素.放射性并不是少数几种元素才有的.研究发现，原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性，元素这种自发地放出射线的现象叫做天然放射现象，现在用人工的方法也可以制造放射性同位素.记忆要诀原子序数大于等于83的所有元素都有放射性.原子序数小于83的元素，有的也具有放射性.3.天然放射性元素：能自发地放出射线的元素叫做天然放射性元素.虽然具有天然放射性元素的种类很多，但它们在地球上的含量很少.4.天然放射现象发现的意义：原子核具有复杂的结构，实际上人们认识到原子核具有复杂结构就是从天然放射性开始的.联想发散原子核内部的消息，最早来自天然放射现象.人们从破解天然放射现象入手，一步步揭开了原子核的秘密.如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响，也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关.因此，原子核不是组成物质的最小微粒，也存在着一定结构.二、射线到底是什么1.研究方法：让放射线通过电场或磁场来研究其性质.把样品放在铅块的窄孔底上，在孔的对面放着照相底片，在没有磁场时，发现在底片上正对孔的位置感光了.若在铅块和底片之间放一对磁极，使磁场方向跟射线方向垂直，结果在底片上有三个地方感光了，说明在磁场作用下，射线分为三束，表明这些射线中有的带电，有的不带电，由三种粒子组成，如图所示.2.各种射线的本质和特性(1)α射线：卢瑟福经研究发现，α射线粒子带两个单位正电荷，质量数为4，即α粒子是氦核，其速度是光速的1/10，有较大的动能.特性：贯穿本领小，但电离作用强，能使沿途中的空气电离.(2)β射线：贝克勒尔证实，β射线是电子流，其速度可达光速的90%.特征：贯穿本领大，能穿透黑纸，甚至穿透几毫米厚的铝板，但电离作用较弱.(3)γ射线是一种波长很短的电磁波——光子流，是能量很高的电磁波，波长λ＜10-10 m.特征:贯穿本领最强,能穿透几厘米厚的铅板,但电离作用最弱.学法一得 三种射线的区分：让三种射线同时穿过磁场，不发生偏转的是γ射线，因为其不带电，不受磁场的影响；偏转角度较小的是α射线，因为其质荷比q m 较大，根据公式r=qBmv可知偏转半径大，在磁场中的偏转角度较小.同理可知偏转角度较大的是β射线，因为其质荷比qm较小.并且它们的偏转方向不同，还可以根据左手定则和偏转方向判定其射线属于哪种射线.辨析比较 三种射线的比较三、原子核的组成 1.探究过程(1)卢瑟福的实验结论：卢瑟福用α粒子轰击氮核时，发现了一种新粒子，这种粒子带有一个单位的正电荷，其质量与氢原子的质量相近.随后人们又用类似的方法从氟、钠、铝等原子核中打出了同样的粒子(质子).(2)结论：质子是原子核的组成部分. (3)猜测：原子核只由质子组成.分析论证：如果原子核只是由质子组成，它的电荷数应该与质量数相等.这和绝大多数原子核的电荷数只是质量数的一半或者还少一些的事实相矛盾，说明猜测错误.再猜测：原子核内还应该存在着质量跟质子差不多的不带电的中性粒子，即中子. 实验验证：卢瑟福的学生在研究用射线轰击铍而产生的一种能量极高、贯穿能力很强的中性粒子时，证实中性粒子的质量与质子的质量近似相等，就是猜测的中子.构建模型：原子核由质子和中子组成.联想发散 中子的发现不仅使人们了解到原子核是由质子和中子组成，而且为科学家提供了轰击其他原子核时，不受静电斥力的最佳“炮弹”，使它有更多的机会和带电核发生碰撞.中子“炮弹”的利用，不仅为原子核物理的研究开辟了崭新的道路，也为后来核能的利用打下了基础.2.原子核的组成原子核由质子和中子组成.组成原子核的质子和中子通称为核子.质子带一个单位的正电荷，中子不带电，质子和中子质量几乎相等，都等于一个质量单位.学法一得 原子核的结构无法通过实验直接观察，只能通过科学的思维和研究方法进行间接研究.由实验结果→分析猜测→提出模型→实验验证→建立新理论→构建正确的模型是探索微观结构的基本方法.3.原子核的电荷数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，叫做原子核的电荷数.通常用字母Z 表示.深化升华 原子核的电荷数，就是原子核内质子数，也就是这种元素的原子序数. 4.原子核的质量数原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子的质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的质量数，用字母A 表示.要点提示 原子核的质量数，就是原子核中的核子数. 5.原子核的符号(1)原子符号的通式：X AZ式中X 为元素符号，A 为原子核的质量数，Z 为原子核的核电荷数.如常见的碳原子核的质量数为12，质子数为6，则可表示为C 126，还可表示为12C ，碳12，碳12等.(2)各粒子的符号 ①α粒子(即氦核)：He 42 ②质子(即氢核)：H 11或P 11 ③中子：n 10 ④电子：e 01深化升华 (1)原子核中的两个整数①质量数A ：等于质子数和中子数之和，即核子数； ②电荷数Z ：等于质子数. (2)原子核中的两个等式①核电荷数(Z)=质子数=元素的原子序数=核外电子数； ②质量数(A)=核子数=质子数+中子数 6.同位素具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素.原子核内的质子数决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同.例如氢的三种同位素：氕(H 11)、氘(H 21)、氚(H 31). (三)课堂小结1．原子核的人工转变是研究原子核内部结构的重要方法．2．为了了解原子核的内部结构，卢瑟福首先做α粒子轰击氮核的实验．即用高能粒子轰击原子核是实现原子核人工转变的基本方法．3．用α粒子轰击原子核的核反应过程是α粒子先与被轰击的原子核形成新的不稳定的复核，然后复核立即衰变放出质子并形成新核．4．质子是原子核的组成部分．。
人教版高中物理选修3-5 18.1-2电子的发现 原子的核式结构模型教学课件共29张PPT
二。卢瑟福的原子核式结构
1、在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核． 2、原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原 子核里． 3、带负电的电子在核外空间绕着核旋转．
课堂巩固
1.α粒子散射实验中，卢瑟福用α粒子轰击金箔， 下列四个选项中哪一项属于实验得到的正确结果
（B）
A．α粒子穿过金箔时都不改变方向 B．少数α粒子穿过金箔时有较大的偏转 C．绝大多数α粒子穿过金箔时有较大的偏转 D．α粒子穿过金箔时都有较小的偏转
汤姆孙的原子模型
汤姆孙的原子模型: 原子是一个球体；正电核 均匀分布在整个球内，而 电子就像大枣镶嵌在蛋糕 里那样镶嵌在原子里面．
汤姆孙的“枣糕模型”对吗？
正电荷
电子 勒纳德用电子轰击金属膜
一。α粒子散射实验 1.实验装置
全部设备装在真空中。
卢瑟福
2.实验步骤
（1）α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线， 射到荧光屏上产生闪光，通过放大镜可以看到这些闪 光点。
中正确的是：（ C ）
A.说明α粒子的速度很大 B.说明α粒子的质量比金原子还大 C.说明金原子的内部大部分是空的 D.说明金原子也是个球体
3、（2017·江苏·1）下列说法中正确的是 （C） A.质子与中子的质量不等，但质量数相等 B.两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于 库仑力 C.同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子 数可以不同 D.除万有引力外，两个中子之间不存在其它相互 作用力
2.卢瑟福α粒子散射实验表明（ D ）
A．原子带正电 B．原子是一个球体 C．电子在任意一个圆形轨道上运动 D．原子内部的正电荷并不是均匀分布的，而是集 中在很小的体积内
三。原子核的电荷与尺度
1.原子的组成
第四章 原子结构和波粒二象性 大单元教学说课-高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册
• 3、科学探究：物理学史中重要理论和实验的产生有其历史发展的必然性， 这种必然性以及理论与实验的科学性的分析过程就是一种非常可行的科学探 究过程。
• 4、科学态度与责任： 理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的 过程， 这一过程也是辩证发展的过程，通过教学让学生体验科学家所进行 的科学探究，领会科学方法和科学精神。
三、活动设计
活动一
活动二
1897
1909
J.J汤姆逊发 现了电子并建 立了原子的枣 糕式模型
卢瑟福 原子核式 结构模型
活动三
1922
玻尔量子理 论引入原子 结构
三、活动设计
人们对原子组成和原子结构的认识过程
v
e
+F
r
e
枣糕（西瓜）模型
核式结构模型
量子化轨道
电子云
三、活动设计
第二课时 光电效应的专题课 我们安排了三个活动，通过三个活动 使同学们系统掌握了光电效应规律，会利用光电效应方程计算遏止 电压、截止频率、饱和电流，能应对一些简单的计算题，缩短同学 们之间的差距
一、单元设计指导思想
【教材和学情分析】
学生在初中已经学过原子的核式结构，但并不了解这些知识是怎样获得的， 本单元介绍了科学家怎样一步一步深入认识了原子结构，学生通过这段历史可 以进一步了解科学探索的过程，了解人类认识微观世界的方法和途径，有利于 培养他们的学习兴趣。发展他们的思维能力。
教材上本单元有五节内容：第一节 普朗克黑体辐射理论 第二节 光电效应 第三节 原子核式结构模型 第四节 氢原子光谱和玻尔原子模型 第五节 粒子的波动性和量子力学的建立
新教材人教版高中物理选择性必修第三册 4.3原子的核式结构模型 教学课件
第十一页，共二十八页。
⑶α粒子散射实验现象
①绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。
1
②少数α粒子（约占 80）00发生了大角度偏转。 ③极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来”。
第十二页，共二十八页。
2、对α粒子散射实验的解释
⑴大角度的偏转不可能是电子造成的 因为电子的质量只有α粒子的
第八页，共二十八页。
通常情况下，物质是不带电的，因此，原子应该是电中性的。既然电子是带负电的，质量又 很小，那么，原子中一定还有带正电的部分，它具有大部分的原子质量。请你设想一下，原 子中带正电的部分以及带负电的电子可能是如何分布的？
汤姆孙——西瓜模型（枣糕模型） 原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。
前公认的电子电荷e的值为：
e＝ 1.602 176 634 × 10 -19 C
密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的 整数倍。
从实验测到的比荷及e的数值，可以确定电子的质量。现在人们普遍认为电子的质量
为：
me＝ 9.109 383 56 × 10 -31 kg
质子质量与电子质量的比值为： mp 1836 me
原子核的电荷数就是核中的质子数。
核半径的数量级为10-15 m 原子内十分空旷
第十七页，共二十八页。
典例分析
【例题1】美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根
油滴实验.两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正、负极相连接，板间产生匀强电场，方向
竖直向下，图中油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止.
tan s L
高中物理选修3-5第十八章第59讲 原子的核式结构模型 氢原子光谱 原子能级
第59讲原子的核式结构模型氢原子光谱原子能级考情剖析(注：①考纲要求及变化中Ⅰ代表了解和认识，Ⅱ代表理解和应用；②命题难度中的A 代表容易，B代表中等，C代表难)知识 整合知识网络基础自测一、原子结构 1．电子的发现英国物理学家____________________发现了电子． 2．α粒子散射实验1909～1911年，英国物理学家____________和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿______________方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于______________，也就是说它们几乎被“撞”了回来．3．原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的__________________和几乎全部__________________都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．4．三种原子模型的对比二、氢原子光谱与玻尔理论1．光谱(1)光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的____________________(频率)和强度分布的记录，即光谱．(2)光谱分类有些光谱是一条条的____________，这样的光谱叫做线状谱．有的光谱是连在一起的____________，这样的光谱叫做连续谱．(3)氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝________________________，(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－1，n为量子数．2．玻尔理论(1)定态原子只能处于一系列____________的能量状态中，在这些能量状态中原子是__________________的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．(2)跃迁原子从一种定态跃迁到另一种定态时，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＝__________________.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)(3)轨道原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是________________，因此电子的可能轨道也是________________________________________________________________________．3．玻尔模型的局限性玻尔模型的成功之处在于引入了量子化观点，其不足之处在于保留了轨道的观念．量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，玻尔的电子轨道，只不过是电子出现____________的地方，把电子的概率分布用图象表示时，用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”．三、氢原子的能级、能级公式1．氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子的能级公式：E n＝__________(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝__________.(2)氢原子的半径公式：r n＝____________________(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.2．氢原子的能级图能级图如图所示．重点阐述重点知识概述能级图中相关量意义的说明难点释疑1．氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化(1)原子能量：E n ＝E kn ＋E pn ＝E 1n2，随n 增大而增大，其中E 1＝－13.6 eV.(2)电子动能：电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即k e 2r 2＝m v 2r ，所以E k n ＝ke 22r n，随r 增大而减小．(3)电势能通过库仑力做功判断电势能的增减． 当轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，轨道半径增大时，电势能增加． 2．关于光谱线条数的两点说明(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为N ＝C 2n＝n (n －1)2. (2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n －1)．【典型例题1】 (1)能量为E i 的光子照射基态氢原子，刚好可使该原子中的电子成为自由电子．这一能量E i 称为氢的电离能．现用一频率为ν的光子从基态氢原子中击出了一电子，该电子在远离核以后速度的大小为____________(用光子频率ν、电子质量m 、氢原子的电离能E i 和普朗克常量h 表示)．(2)氢原子在基态时轨道半径r 1＝0.53×10－10 m ，能量E 1＝－13.6 eV ，求氢原子处于基态时：①电子的动能；②原子的电势能；③用波长是多少的光照射可使其电离？温馨提示(2)由圆周运动规律、能量守恒定律和光电效应方程易解本题．记录空间【变式训练1】如图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时：(1)有可能放出多少种能量的光子？(2)在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？波长是多少？【变式训练2】如图所示，氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子．问：(1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射出上述能量的光子？(2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．易错诊所1．光子的发射和吸收(1)能级的跃迁根据玻尔模型，原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，这些状态分基态和激发态两种．其中原子在基态时是稳定的，原子在激发态时是不稳定的，当原子处于激发态时会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态．【注意】①原子能级跃迁时，处于激发态的原子可能经过一次跃迁回到基态；也可能由较高能级的激发态先跃迁到较低能级的激发态，最后回到基态．一个原子由较高能级回到基态，到底发生了几次跃迁，是不确定的．②物质中含有大量的原子，各个原子的跃迁方式也是不统一的．有的原子可能经过一次跃迁就回到基态．而有的原子可能经过几次跃迁才回到基态．(2)光子的发射原子能级跃迁时以光子的形式放出能量，原子在始末两个能级E m和E n(m>n)间跃迁时发射光子的能量可由下式表示：hν＝E m－E n由上式可以看出，能级的能量差越大，放出光子的频率就越高．(3)光子的吸收光子的吸收是光子发射的逆过程，原子在吸收了光子后会从较低能级向较高能级跃迁．两个能级的能量差值仍是一个光子的能量．其关系式仍为hν＝E m－E n.【说明】由于原子的能级是一系列不连续的值，则任意两个能级差也是不连续的，故原子只能发射一些特定频率的光子，同样也只能吸收一些特定频率的光子．但是．当光子能量足够大时，如光子能量E≥13.6 eV时，则处于基态的氢原子仍能吸收此光子并发生电离．2．原子能级跃迁问题跃迁是指电子从某一轨道跳到另一轨道，而电子从某一轨道跃迁到另一轨道对应着原子就从一个能量状态(定态)跃迁到另一个能量状态(定态)．(1)跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化．当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能E p减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．(2)使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子．原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收．不存在激发到n＝2时能量有余，而激发到n＝3时能量不足，则可激发到n＝2的问题．原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝E m－E n)，均可使原子发生能级跃迁．【典型例题2】试计算处于基态的氢原子吸收波长为多少的光子，电子可以跃迁到n ＝2轨道上．温馨提示大于或小于这个能量均不能发生上述跃迁．记录空间【变式训练3】欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()①用10.2 eV的光子照射；②用11 eV的光子照射；③用14 eV的光子照射；④用动能为11 eV的电子碰撞．A．①②③B．①③④C．②③④D．①②④随堂演练1．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有极少数α粒子发生了大角度的偏转，其原因可能是()A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B．正电荷在原子中是均匀分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中2．关于玻尔的原子模型理论，下面说法正确的是()A．原子可以处于连续的能量状态中B．原子能量状态不可能是连续的C．原子中的电子在核外轨道上运动时，要向外辐射能量D．原子核外电子在轨道上运动时，不向外辐射能量3．卢瑟福通过α粒子散射实验，判断出原子中心有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构学说．如图所示的平面示意图中①、③两条线表示α粒子运动的轨迹，则沿②所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹是()第3题图A．轨迹a B．轨迹bC．轨迹c D．轨迹d4．已知氢原子的基态能量为－13.6eV，用能量为12.3eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受光子照射后，下列关于氢原子跃迁的说法中正确的是()A．原子能跃迁到n＝2的轨道上去B．原子能跃迁到n＝3的轨道上去C．原子能跃迁到n＝4的轨道上去D．原子不能跃迁到其他轨道上去5．(多选)(1)氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是()A．氢原子的能量增加B．氢原子的能量减少C．氢原子要吸收一定频率的光子D．氢原子要放出一定频率的光子(2)在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n＝2能级发出的谱线属于巴耳末线系，若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多发出__________一条不同频率的谱线．第59讲 原子的核式结构模型氢原子光谱 原子能级知识整合 基础自测一、1.汤姆孙 2.卢瑟福 原来 90° 3.正电荷 质量二、1.(1)波长 (2)亮线 光带 (3)R ⎝⎛⎭⎫122－1n 2 2.(1)不连续 稳定 (2)E m －E n (3)不连续的 不连续的 3.概率最大三、1.(1)1n2E 1 －13.6 eV (2)n 2r 1重点阐述【典型例题1】 (1)能量为E i 的光子照射基态氢原子，刚好可使该原子中的电子成为自由电子．这一能量E i 称为氢的电离能．现用一频率为ν的光子从基态氢原子中击出了一电子，该电子在远离核以后速度的大小为____________(用光子频率ν、电子质量m 、氢原子的电离能E i 和普朗克常量h 表示)．(2)氢原子在基态时轨道半径r 1＝0.53×10－10 m ，能量E 1＝－13.6 eV ，求氢原子处于基态时：①电子的动能； ②原子的电势能；③用波长是多少的光照射可使其电离？【答案】 (1)2（hν－E i ）m(2)①13.6eV ②－27.2eV ③9.14×10－8m 【解析】 (1)由能量守恒得12mv 2＝h ν－E i ，解得电子速度为v ＝2（hν－E i ）m.(2)①设处于基态的氢原子核外电子速度为v 1，则k e 2r 21＝mv 2r 1.所以电子动能E k1＝12mv 21ke 22r 1＝9×109×（1.6×10－19）22×0.53×10－10×1.6×10－19eV ＝13.6eV. ②因为E 1＝Ek 1＋Ep 1，所以Ep 1＝E 1－Ek 1＝－13.6eV －13.6eV ＝－27.2eV . ③设用波长为λ的光照射可使氢原子电离：hcλ＝0－E 1.所以λ＝－hc E 1＝－6.63×10－34×3×108－13.6×1.6×10－19m ＝9.14×10－8m. 【点评】 与能级有关的能量问题的规范求解1.一般解题步骤(1)分析已知量，根据库仑力提供核外电子做圆周运动的向心力列圆周运动动力学方程．(2)根据处于某定态原子的能量等于电子动能与电子电势能之和列方程，求电势能． (3)原子发生能级跃迁时能量与吸收或放出光子(或实物粒子)的能量相等，可列方程求光子的频率或相关物理量．2.对氢原子能级跃迁的进一步理解 (1)原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hν＝E末－E 初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E 初向高能级E 末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E 末－E 初时都不能被原子吸收．(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．(3)当光子能量大于或等于13.6 eV 时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV 时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．(4)原子还可以吸收外来实物粒子(例如自由原子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E ＝E m －E n )，均可使原子发生能级跃迁．(5)跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．变式训练1 (1)6种 (2)第4能级向第3能级跃迁 1.88×10－6m【解析】 (1)N ＝n （n －1）2＝4×（4－1）2种＝6种．(2)氢原子由第4能级向第3能级跃迁时，能量差最小，辐射的光子波长最长．由hν＝E 4－E 3 得：h cλ＝E 4－E 3所以λ＝hcE 4－E 3＝ 6.63×10－34×3×108[－0.85－（－1.51）]×1.6×10－19m≈1.88×10－6 m.变式训练2 (1)12.75eV (2)如图所示 【解析】 (1)氢原子从n ＞2的某一能级跃迁到n ＝2的能级，辐射光子的频率应满足hν＝E n －E 2＝2.55eV ，E n ＝hν＋E 2＝－0.85eV ，所以n ＝4，基态氢原子要跃迁到n ＝4的能级，应提供：ΔE ＝E 4－E 1＝12.75eV .(2)辐射跃迁图如图所示．【典型例题2】 试计算处于基态的氢原子吸收波长为多少的光子，电子可以跃迁到n ＝2轨道上．【答案】 1.22×10－7m【解析】 氢原子基态对应的能量E 1＝－13.6 eV ，电子在n ＝2的轨道上时，氢原子的能量为E 2＝E 122＝－3.4 eV ，氢原子核外电子从n ＝1轨道跃迁到n ＝2轨道需要的能量：ΔE ＝E 2－E 1＝10.2 eV ＝1.632×10－18J.由玻尔理论有：hν＝ΔE ，又ν＝c/λ，所以chλ＝ΔE.11 λ＝ch ΔE ＝3×108×6.63×10－341.632×10－18m ＝1.22×10－7m. 变式训练3 B 【解析】 由原子的跃迁条件知：氢原子在各能级间跃迁时，只有吸收能量值刚好等于某两能级能量之差的光子(即hν＝E 初－E 终)．由氢原子能级关系不难算出10.2 eV 刚好为氢原子n ＝1和n ＝2的两能级能量之差，而11 eV 则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后者．对于14 eV 的光子，其能量大于氢原子的电离能(13.6 eV)，足以使氢原子电离——使电子脱离核的束缚而成为自由电子，因而不受氢原子能级间跃迁条件的限制．由能的转化和守恒定律不难知道，氢原子吸收14 eV 的光子电离后产生的自由电子还应具有0.4 eV 的动能．另外，用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子激发，由以上分析知选项B 正确．随堂演练1.A 【解析】 卢瑟福根据α粒子散射实验提出核式结构模型：在原子的中心有一很小的核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间里绕核高速旋转．本题答案为选项A.2.BD 【解析】 根据玻尔模型中能级的量子化可知，A 错，B 正确；而原子核外电子处于不同能级时，电子虽然加速运动，但不向外辐射能量，C 错，D 正确．3.A 【解析】 α粒子的运动轨迹夹在速度与合力的方向之间并向合力的一侧偏转，沿②所示方向的α粒子所受原子核的作用力的合力方向向下，故轨迹为a ，即A 正确．4.D 【解析】 由E ＝13.6n 2 eV 可知： E 1＝－13.6 eV, E 2＝－3.4 eVE 3＝－1.51 eV, E 4＝－0.85 eV则：E 2－E 1＝10.2 eV<12.3 eVE 3－E 1＝12.09 eV<12.3 eVE 4－E 1＝12.75 eV>12.3 eV所以处于基态的氢原子不可能吸收该光子，因而氢原子不能跃迁到其他轨道上去．正确答案为选项D.5.(1)BD (2)6【解析】 (1)氢原子的核外电子离原子核越远，氢原子的能量(包括动能和势能)越大．当氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，原子的能量减少，氢原子要放出一定频率的光子．显然，选项B 、D 正确．(2)氢原子发出的光谱线中有2条属于巴耳末线系，说明电子是从n ＝4能级向低能级跃迁的，因此可发出的谱线条数为n ＝C 24＝6(条)．。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一节原子的核式结构原子核教学建议
本节教学主要包括两部分内容：
一.在α粒子散射实验的基础上提出原子的核式结构模型；
二.原子核的组成。
（1）原子的核式结构的发现的教学，共三层意思：电子的发现→汤姆生提出了枣糕模型→α粒子散射实验的结果否定了汤姆生模型，卢瑟福提出了核式结构。
这节教材的重点内容是α粒子散射实验和卢瑟福的核式结构学说。
要着重说明：α粒子具有相当大的质量和很大的动能，电子不可能使α粒子发生大角度的偏转，只有原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在狭小的空间里（形成原子核），并且α粒子十分接近它时，才能发生大角度的偏转。
本节末了讲到了由实验的数据还可以估计出原子核的大小，由于数据没介绍，估计也就不必详细补充了。
可告诉学生现在一般公认的数量级是多少。
学习原子结构，对原子的大小、原子核的大小，原子内部空虚到什么地步，应该有个大体的印象。
这也是中学生不可缺少的文化素养的一部分。
因为教材内容的理论性比较严密，教学中要注意问题交代的层次和条理性。
比如，根据汤姆生模型计算的结果，α粒子偏角应是很小的。
这是从电子的质量很小和正电荷的均匀分布这两方面分析得出的结论。
实验结果是：①绝大多数α粒子不偏转；②少数α粒子发生了较大的偏转；③极少数α粒子出现大角度的偏转（甚至被反弹回来）。
讲卢瑟福模型时，就必须前后呼应清楚地说明这“绝大多数、少数、极少数”之类表现的“所以然”，这对于训练学生读书和思考的能力，培养认真严谨的学风，都是有好处的。
教学中要注意不能把科学上的发现讲得过于简单，给学生造成这样的印象：科学家凭空一想，做个什么实验，就能有所发现了，要注意使学生领悟科学家发现新的规律，要有一定的客观条件，而且要进行创造性的思维，突破前人留下的错误观念的束缚，做出开拓性的实际努力，才能有所发现。
这一点，在以后各节的教学中也是应该注意的。
（2）原子核的组成的教学，可在复习初中已学的知识，知道原子核是由质子和中子组成的基础上提出。
质子和中子是怎样发现的问题让学生思考。
然后开始介绍卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的实验。
在教学中要注意把卢瑟福的实验装置、实验是怎样进行的以及得到了怎样的结果交代清楚。
还可以让学生了解，由于原子内部十分空虚，如果把原子比做半径为100m的大球，那么原子核是球中心半径仅1mm 的小沙粒，因此，用α粒子去轰击原子核，命中的机会是很少的（平均五万分之一）。
可见做轰击原子核的实验也是不容易的。
还可以举一些用α粒子轰击原子核产生质子的例子让学生熟悉，如：
关于中子的发现，如果时间容许，可以介绍一些中子发现的历史，让学生认识到能量守恒和动量守恒定律在核物理研究中的重要作用。
人们对中子的认识，经历了一个曲折的过程。
X射线的发现，几乎在一个晚上就完成了。
而当中子这个不速之客闯入物理学家的实验室时，人们用了两年的时间才认识了它。
这是因为中子跟以前发现的γ射线都具有穿透力强的特性，使人们暂时迷惑了。
应用了动量守恒和能量守恒这两个有力的武器，人们终于认清了中子的本来面目。
还应该使学生了解，中子的发现是物理学史上的一件大事。
由于中子不带电，跟其他粒子不会发生静电作用，比较容易打进原子核里去，是轰击原子核的好“炮弹”，特别是用它轰击重元素的原子核后，给原子核物理学带来了飞跃的发展。
中子的贯穿本领强，但电离本领极弱，在云室中见不到它的径迹。
在实验中发现质子和中子后，人们提出原子核是由质子和中子组成的。
它们统称为核子，然后讲清原子核的质量数、电荷数、核子数和同位素等的物理含义及这些数之间的数量关系。
并介绍核符号的写法及其表示的物理意义。