光电效应、原子、原子核教案(含答案)
光电效应、原子、原子核
光电效应、原子、原子核知识要点
1. 波粒二象性
光的粒子性—光子说 E=hv h=6.63×10
－34焦·秒，称普朗克恒量。 光电效应 极限频率
爱因斯坦光电效应方程
21mv 2 = hv －W 其中W 为逸出功，2
1mv 2为光电子最大初动能。
2．原子结构
电子的发现
α粒子散射实验
氢原子光谱
氢原子的能级结构、能级公式
3. 原子核
原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期
放射性同位素
核力、核反应方程
结合能、质量亏损
裂变反应和聚变反应、裂变反应堆
射线的危害和防护
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题型一： 光电效应现象的规律，极限频率、逸出功的概念。
例1.对光电效应的解释，正确的是[ ]
A ．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属
B ．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电效应便不能发生了
C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同
Tips：光照射金属时，电子吸收一个的光子的能量后，动能立即增大，如满足光子的能量大于或等于该金属的逸出功即可发生光电效应现象，不需要能量积累。光电子的能量与最大初动能与入射光的强度无关,由入射光的频率决定，可由爱因斯坦光电效应方程计算。
Key：B D
小试牛刀：下列哪些说法是正确的是[]
A．光子说完全否定了波动说
B．光的波粒二象性是指光与宏观概念中的波与粒子很相似
C．光的波动说和光子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有不能解释的实验现象D．光的波粒二象性才是对光的本性的正确认识
Key： C D
题型二：用波尔理论解答氢原子能级跃迁
例2．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从半径为r a的圆周轨道上自发地直接跃迁到一个半径为r b的圆周轨道上，r a＞r b，在此过程中[]
A．原子要发出一系列频率的光子
B．原子要吸收一系列频率的光子
C．原子要发出某一频率的光子
D．原子要吸收某一频率的光子
Tips：由波尔理论氢原子从高能级跃迁到低能级时会辐射出一定频率的光子。
Key：选C
小试牛刀：处于基态的氢原子被一束单色光照射后，能辐射出三种频率分别为1、
、3的光子，且1＞2＞3，则λ射光的频率可能为[]
2
A．1B．2+ 3 C．2D．3
Key：选AB
题型三：原子的核式结构、α粒子散射实验
例3．关于α粒子散射实验的下述说法中正确的是（）
A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°；
B．使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的推斥力使α粒子发生明显偏转，当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转；
C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分；
D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及全部质量。
Tips：应了解α粒子散射实验的表现与机理：少数α粒子发生大角度偏转甚至反弹，绝大多数α粒子穿过原子不发生偏转。α粒子距金原子核越近因库仑斥力越大，偏转角度就越大，且原子核与原子相比非常小。
Key：选 A C
小试牛刀：卢瑟福对α粒子散射实验的解释是（）A．使α粒子产生偏转的主要力是原子中电子对α粒子的作用力。
B．使α粒子产生偏转的力主要是库仑力。
C．原子核很小，α粒子接近它的机会很少，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进。
D．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子。
Tips：分析方法与例3相同。
Key：BCD
题型四：天然放射现象规律及原子结构
例4.天然放射现象显示出（）A．原子不是单一的基本粒子 B．原子核不是单一的基本粒子
C．原子内部大部分是空的 D．原子有一定的能级
Tips：天然放射现象是原子核自发的物理现象，该现象的发现证明了原子核还有更小的粒子结构。
Key：B
小试牛刀：．关于γ射线的说法中，错误的是（）A．γ射线是处于激发状态的原子核放射的
B．γ射线是从原子内层电子放射出来的
C．γ射线是一种不带电的中子流
D．γ射线是一种不带电的光子流
Tips：应熟知α、β、γ三种射线各自的性质。
Key：BC
题型五：原子核放射性衰变的规律
例五．下列关于放射性元素衰变的描述，哪些是错误的（）A．原子核放出电子后，它的质量数不变而电荷数却减少1。
B．核衰变时放出的射线都是由带电粒子所组成的
C．半衰期表示放射性元素衰变的快慢，它和外界的温度、压强无关。
D．γ衰变不改变元素在周期表上的位置
Tips：根据原子核的衰变规律原子核辐射出β射线即电子流后质子数即正电荷数增加1，而不是减少1，天然放射性衰变辐射出的三种射线中的γ射线为不带电的光子流。
Key：AB
小试牛刀：β衰变中所放出的电子，来自（）A．原子核外内层电子 B．原子核内所含电子
C．原子核内中子衰变为质子放出的电子 D．原子核内质子衰变为中子放出的电子
Tips：根据原子核的衰变规律,原子核辐射出β射线即电子流是原子核中的中子转变为质子时所辐射出的电子流。
Key：C
题型六：放射性同位素、放射性物质的半衰期，核裂变与核聚变的质量亏损。
例六．下列说法错误的是( )
A.半衰期表示放射性元素衰变的快慢，半衰期越长，衰变越慢
B.同位素的核外电子数相同，因而具有相同的化学性质
C.阴极射线和β射线都是电子流，它们的产生机理是一样的
D.重核裂变过程中一定伴随着质量亏损
Tips：β衰变是原子核中的中子转变为质子辐射出一个电子的核衰变，阴极射线是金属导体的原子的最外层电子在热激发与电场作用下形成的电子射线流。
Key：BC
U的裂变，则下列说法中正确的小试牛刀：目前，核反应产生的核能主要来源于235
92
是
U原子核中有92个质子、143个核子
A．235
92
U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，核反应方程为 B．235
92
，说明U是由Ba和Kr组成的
U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短C．235
92
D．若一个铀核在裂变前后的质量亏损为，则其释放的核能为
U”中的“92”为铀235原子核的质子数或核电荷数，“235”为铀235原Tips：“235
92
子核的质量数即中子数与质子数的总和。铀235核在中子的轰击下裂变为中等质量的原子核，本质上是重核不稳定在中子轰击下发生了裂变，并非是“U是由Ba和Kr组成的”。放射性衰变的半衰期与温度、压强等物理条件无关。
Key：选D
题型七：核裂变与核聚变反应中的质量数与电荷数守恒
例七．原子核聚变可以给人类未来提供丰富的洁净能源.当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量.这几种反应的总效果可以表示
，由平衡条件可知（）
A. K=1，d=4
B.K=2，d=2
C.K=1，d=6
D.K=2，d=3
Tips：根据核聚变规律，由电荷数、质量数守恒分析计算。
Key：B
小试牛刀：前段时间，伊朗及朝鲜的“核危机”引起了全球的瞩目，其焦点问题就是双方核电站采用轻水堆还是重水堆，重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239（239
Pu），这种钚239（Pu）可由铀239（23992U）经过n次β衰变而产生，则n为94
A．2 B．239 C．3 D．1
Key ： B
题型八：核裂变、核聚变、核能的利用及核辐射防护
例八．2011年3月11日，日本大地震引发了福岛核电站核泄漏事故，下列关于核电站的说
法正确的是（）
A．核电站利用核聚变反应时释放的能量进行发电
B．核电站利用海洋的潮汐能发电
C．核能是可再生能源
D．核泄漏释放的放射性物质发出的射线对人体是有危害的
Tips：核电站是利用核裂变可控的链式裂变反应时释放的能量进行发电。核能不是可再生能源。
Key：D.
小试牛刀：《不扩散核武器条约》缔约国第八次审议大会在纽约联合国总部召开，消除核武器与和平利用核能成为参会国讨论的焦点。关于原子弹与核电站的叙述正确的是A．原子弹对聚变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速率
B．原子弹对聚变的链式反应不加控制，核电站控制聚变的链式反应速率
C．原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站不控制裂变的链式反应速率
D．原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制聚变的链式反应速率
Key： A
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1. 光电效应
1)“光子”与“光电子”
光子是指光在空间传播时的每一份能量(即能量是不连续的)，光子不带电，是微观领域中的一种粒子；而光电子是金属表面受到光照时发射出来的电子，因此其本质就是电子。
2)“光子的能量”与“入射光的强度”
光子的能量是一份一份的，每一份的能量为ε=hν，其大小由光的频率决定；而入射光的强度是指单位时间内入射光中包含光子数的多少，入射光的强度可表示为I=nhν，其中n为单位时间内的光子数。
3)“光电子的最大初动能”与“光电子的动能”
光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，只需克服原子核的引力做功就能从金属表面逸出，那么这些光电子具有最大初动能，其值为E k=hν-W0(式中W0为金属的逸出功)。而不从金属表面发射的光电子，在逸出的过程中损失的能量会更多，所以此时光电子的动能E k′ 由于光子的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一份一份地吸收光子的能量，而且这个传递能量的过程只能是一个光子对一个电子的行为。如果光的频率低于极限频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原子的束缚，就不能发生光电效应。 4)而当光的频率高于极限频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一部分能量，剩余的能量以光电子的动能形式存在，这样光电子的最大初动能E k=1/2mv m2=hν-W0，其中W0为金属的逸出功，可见光的频率越高，电子的初动能越大。 5).电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光电效应的发生几乎是瞬时的。 6)发生光电效应时，单位时间内逸出的光电子数与光强度成正比，光强度越大意味着单位时间内打在金属上的光子数越多，那么逸出的光电子数目也就越多，饱和光电流也就越大。 2.波尔的氢原子理论 1)氢原子能级 对氢原子而言，核外的一个电子绕核运动时，若半径不同，则对应着的原子能量也不同，若使原子电离，外界必须对原子做功，使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚，所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高。我们把原子电离后的能量记为零，即选取电子离核无穷远处时氢原子的能量为零，则其他状态下的能量值就是负的。 原子各能级的关系为：E n= 2 1E n (n =1,2,3,…) E 1=-13.6eV 对于氢原子而言，基态能量：E 1= -13.6 eV 。 其他各激发态的能量为: E 2=-3.4 eV ，E 3=-1.51 eV …… 2)能级图 氢原子的能级图如右图所示。 3）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h ν=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h ν大于或小于E 末 -E 初时都不能被原子吸收。 4)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。 5)当光子能量大于或等于13.6 eV 时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV ，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N =n (n -1)/2 。 6)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差值(E =Em -En 且m>n )，均可使原子发生能级跃迁。 7)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。 原子在各能级间跃迁时，所吸收的光子的能量只能等于两能级间的能级差。原子电离时所吸收的光子的能量可以大于或等于某一能级的能量绝对值，即ΔE ≥E ∞ -En 。 3.原子核 1）α衰变和β衰变的比较 衰变类型 α衰变 β衰变 2个质子和2个中子结合成一个氦核射出 衰变方程 中子转化为质子和电子 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 2）γ衰变：γ衰变是伴随着α衰变或β衰变同时发生的，γ衰变不改变原子核的电荷数和质量数。其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子。 (1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接。 (2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程。 (3)核反应方程遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒。 4)半衰期 He Y X M Z M Z 4242+→--e Y X M Z M Z 011-++→He n H 42101122→+e H n 01111 0-+→ 用N 0、m 0分别表示衰变前的原子核数目和质量，N 、m 分别表示衰变后剩余的原子核的数目和质量，τ为半衰期，t 表示衰变过程所经历的时间，则 4.核力与结合能 1）核力的特点： ①核力是强相互作用(强力)的一种表现。在原子核的尺度内，核力比库伦力大得多； ②核力是短程力，作用范围在1.5×10 ﹣15m 以内。 距离大于0.8×10 ﹣15m 时，核力表现为吸引，且随距离增大而减小； 距离超过1.5×10 ﹣15m 时，核力急剧下降几乎消失； 距离小于0.8×10﹣15 m 时，核力表现为排斥，因此核子不会融合在一起。 ③每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。 2）结合能 平均结合能 结合能：核子结合成原子核时会放出一定的能量，把这个能量叫做原子核的结合能。 平均结合能：原子核的结合能与核子数之比为该原子的平均结合能。 3）质量亏损： 爱因斯坦质能方程：E ＝mc 2 质量亏损：ΔE ＝Δmc 2 iv.魔法小测＜建议用时10分钟！＞ （10分钟小测试，满分80分，每空10分） 1.用频率为6.00×1014Hz 的光照射钠片，恰可使钠发生光电效应，现改用频率为8.00×1014Hz 的紫外线照射，飞出的光电子的最大初动能应该为多少？ Key ：1.33×10-19J t t m m N N )21(,)21(00== 2.. 2.下列能揭示原子具有核式结构的实验是（） A．光电效应实验 B．伦琴射线的发现 C．α粒子散射 D．氢原子光谱的发现 Key：选C。 3. 卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是 A. α粒子的散射实验 B.对阴极射线的研究 C. 天然放射性现象的发现 D.质子的发现 Key：选 A 4关于天然放射现象，下列说法正确的是 A．放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期 B．放射性物质放出的射线中，α粒子动能很大．因此贯穿物质的本领很强 C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生β哀变 D．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线Key：选 D 5.天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知 A．②来自于原子核外的电子 B．①的电离作用最强，是一种电磁波 C．③的电离作用较强，是一种电磁波 D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子 Key 选D 6. 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（235 92U）衰变为铅核（206 82 Pb）的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变 Key BC 7. 某一放射性元素放出的射线通过电场后分成三束，下列说法正确的是： A.射线1的电离作用在三种射线中最强 B.射线2具有很强的穿透性，工业上常用来检查金属内部的裂纹 C.一个原子核放出一个射线3的粒子后，质子数和中子数都比原来少2 D.一个原子核放出一个射线1的粒子后，形成的新核比原来的电荷数少1 Key BC 8. 氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是（） A．核力、万有引力、库仑力 B．万有引力、库仑力、核力 C．库仑力、核力、万有引力 D．核力、库仑力、万有引力 Key 选D 光电效应实验 一定频率的光照射在金属表面时, 会有电子从金属表面逸出,这种现象称为光电效应。1887年赫兹发现了光电效应现象，以后又经过许多人的研究，总结出一系列实验规律。1905年，爱因斯坦在普朗克能量子假设的基础上，提出了光量子理论，成功地解释了光电效应的全部规律。 实验原理 光电效应的实验原理如图1所示。用强度为P 的单色光照射到光电管阴极K 时，阴极释放出的光电子在电场的加速作用下向阳极板A 迁移，在回路中形成光电流。 图1 实验原理图 图2 光电管同一频率不同光强的 伏安特性曲线 用实验得到的光电效应的基本规律如下： 1、 光强P 一定时，改变光电管两端的电压AK U ，测量出光电流I 的大小，即可得 出光电管的伏安特性曲线。随AK U 的增大，I 迅速增加，然后趋于饱和，饱和 光电流m I 的大小与入射光的强度P 成正比。 2、 当光电管两端加反向电压时，光电流将逐步减小。当光电流减小到零时，所对 应的反向电压值，被称为截止电压U 0（图2）。这表明此时具有最大动能的光 电子刚好被反向电场所阻挡，于是有 0202 1eU mV =（式中m 、V 0、e 分别为电子的质量、速度和电荷量）。（1） 不同频率的光，其截止电压的值不同（图3）。 3、 改变入射光频率ν时，截止电压U 0随之改变，0U 与ν成线性关系（图4）。实 验表明，当入射光频率低于0ν(0ν随不同金属而异，称为截止频率)时，不论光 的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。 图3光电管不同频率的伏安特性曲线 图4截止电压U 0与频率ν的关系 4、光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于0ν，在开始照射后立即有光电子产生，延迟时间最多不超过910-秒。 经典电磁理论认为，电子从波阵面上获得能量，能量的大小应与光的强度有关。因此对于任何频率，只要有足够的光强度和足够的照射时间，就会发生光电效应，而上述实验事实与此直接矛盾。显然经典电磁理论无法解释在光电效应中所显示出的光的量子性质。 按照爱因斯坦的光量子理论，光能是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为ν的光子具有能量ν=h E ，h 为普朗克常数。当光束照射金属时，是以光粒子的形式打在它的表面上。金属中的电子要么不吸收能量，要么就吸收一个光子的全部能量νh ，而无需积累能量的时间。只有当这能量大于电子摆脱金属表面约束所需的逸出功A 时，电子才会以一定的初动能逸出金属表面。按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程： A mV hv +=2021 （2） 式中，A 为金属的逸出功，202 1mV 为光电子获得的初始动能。 由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大。光子的能量A h 0<ν时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。产生光电效应的最低频率（截止频率）是h A 0=ν。 将（2）式代入（1）式中可得： A h eU 0-ν= （3） )(00v v e h U -= 此式表明截止电压0U 是频率ν的线性函数。只要用实验方法得出不同的频率的截止电压，由直线斜率和截距，就可分别算出普朗克常数h 和截止频率0ν。基于此，在爱因斯坦光量子理论提出约十年后，密立根用实验证实了爱因斯坦的光电效应方程，并精确地测定了普朗克常数。两位物理大师在光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921 右图中，锌板带正电，验电器也带正电。 光电效应中，金属板发射出来的电子叫光电子，光电子的定向移动可以形成光电流。 相关知识：电磁波按照频率依次增大（波长依次减小）的顺序排列： 无线电波→红外线→可见光→紫外线→x射线→γ射线 可见光又分为7中颜色：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。 光的频率和颜色是对应关系，一个频率对应一种光的颜色。单色光就是单一频率的光。 光照强度：单位时间内照射到单位面积上的光的能量。（光线和接收面垂直时） 通俗讲，光照强度大就是光线密集的意思。房间里开一盏灯时没有开两盏灯光照强度大。 光电效应的规律：（右图为研究光电效应的电路图） 1．光电管中存在饱和电流。当光照强度、光的颜色一定时，光电流随着AK极之间的电压增大而增大，但是当电压增大到一定程度以后，光电流就不再增大了，光电流能达到的最大值叫饱和电流。 控制光的颜色，饱和电流与光照强度有关，光照越强则饱和电流越大。 2．光电管两端存在着遏止电压。当A、K极之间电压为零时，光电流并不为零。当在A、K极加反向电压时，即A极为负极板，K极为正极板时，光电子在两极之间减速运动。反向电压越大，光电流越小，当反向电压达到某一值时，光电流消失，能够使光电流消失的反向电压叫遏止电压，用U C表示。 遏止电压与光照强度无关，只与入射光的频率有关，频率越大则遏止电压越大。 右图中，甲乙丙三种光的频率大小关系？ 甲、乙的光照强度大小关系？ 乙、 3．金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与光照强度和光照时间无关。 当入射光的频率低于某一值时，无论光照多强，时间多长都不会发生光电效应。而这一值叫做截止频率，又叫极限频率，用νc表示。 4．如果入射光的频率超过了截止频率，无论光照强度多么弱，发生光电效应仅需10-9s。 爱因斯坦为了解释光电效应，提出了光子说： 1．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E=hν。ν指光的频率。 2．金属中的自由电子吸收光子能量时，必须是一次只能吸收一个光子，而且不能累计吸收。 3．光子不能再分，自由电子吸收光子时要么是全部吸收，要么不吸收。 4．自由电子吸收光子仅需10-9s。 一、浅谈光的粒子性 序 人类的认识往往是在曲折中前进的，对光的认识也是如此。最初，人们对光的本质的认识有两种观点，一种认为光是一种波，而另一种观点认为光是一种粒子，即有光的粒子说和波动说两种说法并存。牛顿认为光是一种匀质硬性小球，这种观点能够较好地解释光的反射、折射及光的直线传播现象。但随着光的干涉、衍射现象的发现，使光的波动说又占了上风；而光电效应的发现，使光的粒子说又重新登上了历史的舞台。但麻烦随之而来，因为光的粒子说无法解释干涉、衍射现象，而光的波动说也无法解释光电效应。于是，有聪明人把波动性和粒子性这两种截然不同的特性揉在一起，创造出了所谓的光的波粒二象性，并且自以为对物质的认识又前进了一大步，这还不算，他们又进而推广认为一切物质都有波粒二象性，这恐怕也是没有办法的办法。就在人们为波粒二象性这种新提法而洋洋自得的时候，殊不知，却丧失了一次认识光子内部结构的极好机会。而此后，人们若要揭示光的本性，就要承受更大的压力，排除更多的干扰，做更多不必要的工作。本文将从光的干涉、衍射现象入手，全面揭示光的本性－－粒子性…… 1、光的本性――粒子性 光的本性是什么？这个问题似乎无需讨论。物理学家会告诉你，光具有波粒二象性，是一种物质波；实际上一切物体都具有波动性，只不过宏观物质的物质波较短，更多时候其表现出粒子性而已。这样 的回答不禁使人想起一个幽默： 有人问：“地球为什么是圆的？” 答曰：“因为它在转” 又问：“地球为什么在转？” 答曰：“因为它是圆的” 光是什么？━━光是一种物质波。 光为什么是物质波？━━因为它有波粒二象性。 光为什么有波粒二象性呢？━━因为它是一种物质波。 我们痛心地发现，这个简单的近乎无聊的逻辑被人滥用到了令人吃惊的程度，在当今物理学中，似乎不谈物质波、相对论就显得落伍、水平不高什么的。那么，物质波是什么东西呢？恐怕只有极少数的聪明人才知道！我从来就认为光是一种粒子。这种观点可以解释光的直线传播、反射等等现象，但是光子说的确“无法解释光的干涉、衍射现象”。长久以来，我一直在思考如何解释这个问题，而光的干涉现象、衍射现象无疑是建立光子说的最大障碍。所以要想建立光子说，必须首先突破干涉现象、衍射现象的瓶颈。如何认识光的干涉现象、衍射现象呢？我们认为需要从两个方面入手，一方面是光子内部结构问题，另一方面是引力场的问题，这两方面要统筹考虑。。牛顿的光子说仅仅把光子看作一种简单的匀质硬性小球，这实际上是对光子的内部复杂结构认识不足，我们认为，光子并不是“匀质硬性小球”，它有极其复杂的内部结构，而光的干涉现象和衍射现象实际上是我们通过引力场认识光子内部结构的极好机会。 【课题名称】：原子核的组成 【教材和学情分析】 教材选择了化学史中人类对原子认识的不断深入、原子结构模型的不断演变的过程来引入原子结构的内容，这样安排水到渠成地把学生带入完全的化学微观世界，又为整个专题“化学家眼中的物质世界”作了恰到好处的诠释，同时也为化学2的学习做好铺垫。在初中化学的学习中，学生已经接触过原子的构成和同位素的相关知识，本单元中有关“原子核的组成”的内容就是在这个基础上引导学生让学生明白化学学习和研究必须进入原子、分子等微观世界。 【教学目标】 知识与技能： 了解原子由原子核和核外电子构成，认识、使用符号原子的组成。及质子数、电子数和质量数之间的关系； 过程与方法： 通过阅读教材内容，归纳出其中的一些规律；通过对微观粒子的认识，逐步形成抽象思维。培养学生观察能力、分析综合能力和抽象思维能力；理解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、质量数、核外电子数之间的关系；通过复习元素的概念，认识元素、核素、同位素的概念，并区分它们。 情感态度与价值观： 世界的物质性、物质的可分性的辨证唯物主义观点的教育。 【教学重难点】： 质量数、核数、同位素的概念及质子数、中子数、电子数、和质量数之间的关系 【教学方法】：启发、诱导、拟人、讲述、练习、比较 【教学过程】： 【回顾提问】：通过前面的学习我们已经知道原子是可以再分的，它可以被分为原子核和核外电子。 【回顾提问】：上节课我们学习了原子核外电子的排布。我们了解到了原子组成是什么样的呢？（学生回答） 原子核 【板书】原子 【引入】仅仅知道原子可以再分，是不是就可以满足人类不断探索，不断进取的求知欲 呢？ 【情境创设】： 1.据报道，人类研制出了在一些西方阴谋家眼中具备“摧毁地球”能力的大型强子对撞机（LHC）。新型加速器——大型质子对撞机（LHC）能重新建立一些条件，其中包括能量 密度——在约150亿年前宇宙诞生之后仅仅10亿分之一秒宇宙中存在的能量密度。有些人 甚至认为它能造成人造黑洞并毁灭地球，当然，这是不可信的。 2.中子星的密度为10的11次方千克/立方厘米，也就是每立方厘米的质量竟为一亿吨之巨！在中子星里，压力是如此之大（白矮星中的简并电子压再也承受不起了：电子被压缩 到原子核中，同质子中和为中子）使原子变得仅由中子组成。（而整个中子星就是由这样的 原子核紧挨在一起形成的。可以这样说，中子星就是一个巨大的原子核。中子星的密度就是 原子核的密度） 【过渡】例子中所说的质子，中子又是怎样的粒子呢？他们和原子核又有怎样的联系呢。 前面我们主要研究对象是核外电子这部分，那么本节课我们将把目光对准对原子核部分 进行剖析（圈出板书上的“原子核”），探寻原子核内部的组成。 【陈述】其实，早在20世纪，卢瑟福也和我们一样把目光投向了原子核。他的想法其实很简单，就是打破原子核去观察内部的结构。就跟我们打破鸡蛋的壳可以观察到鸡蛋的内部一样。当然，对于微观粒子，我们不可能直接去打破，卢瑟福采用了α粒子轰击N原子核的实验方法，最终发现了质子。 1918年他任卡文迪許實驗室主任時，用α粒子轟擊氮原子核，注意到在使用α粒子轰击氮气时他的闪光探测器纪录到氢核的迹象（碳核+氢核）。卢瑟福认识到这些氢核唯一可能的来源是氮原子，因此氮原子必须含有氢核。他因此建议原子序数为1的氢原子核是一个基本粒子。盧瑟福發現質子以後，又預言了不帶電的中子存在。后来，查德威克通过研究约里奥·居里夫妇石蜡在“铍射线”照射下产生大量质子实验，发现了卢瑟福所预言的中子，发现了这是一种不带电荷的粒子。 质子（+） 原子核(+) 【板书】原子中子（0） 核外电子（-） 【自主学习】同学们请观察教材上的表1-7，注意电子，质子，中子的电荷，质量和相 对质量的大小。相对质量的概念可以参考课本本页下方的注释。 第二节光的粒子性 一、教学目标 1．应该掌握的知识方面． (1)光电效应现象具有哪些规律． (2)人们研究光电效应现象的目的性． (3)爱因斯坦的光子说对光电效应现象的解释． 2．培养学生分析实验现象，推理和判断的能力方面． (1)观察用紫外线灯照射锌板的实验，分析现象产生的原因． (2)观察光电效应演示仪的实验过程，掌握分析现象所得到的结论． 3．结合物理学发展史使学生了解到科学理论的建立过程，渗透科学研究方法的教育． 二、重点、难点分析 1．光电效应现象的基本规律、光子说的基本思想和做好光电效应的演示实验是本节课的重点． 2．难点是(1)对光的强度的理解，(2)发生光电效应时光电流的强度为什么跟光电子的最大初动能无关，只与入射光的强度成正比． 三、教具 锌板、验电器、紫外线灯、白炽灯、丝绸、玻璃棒、光电效应演示仪． 四、主要教学过程 (一)新课的引入 光的波动理论学说虽然取得了很大的成功，但并未达到十分完美的程度．光的有些现象波动说遇到了很大的困难，请观察光电效应现象． (二)教学过程的设计 1．演示实验． 将锌板与验电器用导线连接，用细砂纸打磨锌板表面．把丝绸摩擦过的玻璃棒放在锌板附近，用紫外线灯照射锌板． 边演示边提问：紫外线灯打开前后，验电器指针有什么变化？这一现象说明了什么问题？引导学生分析并得出结论：光线照射金属表面，金属失去了电子导致验电器指针张开一角度．明确指出光电效应是光照射金属表面，使物体发射电子的现象．照射的光可以是可见光，也可以是不可见光．发射出的电子叫光电子． 说明：这个实验如果按照课本上的装置进行效果很不理想，因为紫外线照射锌板飞出电子时锌板带正电，在锌板附近形成电场又将电子吸附回去．锌板电势升到很小的值就使逸出和返回的电子达到动态平衡，很难使验电器指针明显地张开． 2．进一步研究光电效应． 以上实验改用很强的白炽灯照射，却不能发生光电效应．向学生提出问题：光电效应的发生一定是有条件的，存在着一定规律．有什么规律呢？让我们进一步研究． 向学生介绍光电效应演示仪．在黑板上画一示意图，如图所示．S为抽成真空的光电管，C 是石英窗口，光线可通过它照射到金属板K上，金属板A和K组成一对电极与外部电路相连接．光源为白炽灯，在光源和石英窗口C之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节． 课时作业(四十一) [第41讲光电效应原子的跃迁] 基础热身 1．2012·汕头模拟如图K41－1所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是( ) 图K41－1 A．有光子从锌板逸出 B．没有电子从锌板逸出 C．验电器指针张开一个角度 D．锌板带负电 2．用频率为ν1的单色光照射某种金属的表面，发生了光电效应现象，现改用频率为ν2的另一单色光照射该金属的表面．下列说法正确的是( ) A．如果ν2>ν1，则能够发生光电效应 B．如果ν2<ν1，则不能发生光电效应 C．如果ν2>ν1，则逸出的光电子最大初动能增大 D．如果ν2>ν1，则逸出的光电子最大初动能不变 3．入射光照到某金属表面发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则( ) A．从光照射到金属表面上到金属发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B．逸出的光电子的最大初动能减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D．有可能不发生光电效应 4．下列说法正确的是( ) A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子与电子是同样的一种粒子 C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性 技能强化 5．2012·荆州质检关于光电效应，下列说法正确的是( ) A．极限频率越大的金属材料的逸出功越大 B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应 C．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小 D．入射光的强度一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 6．利用光子说对光电效应进行解释，下列说法正确的是( ) A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子 B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子 浅淡普朗克常数的重大意义 雷力峰 （雁北师范学院物理系大同 037000） 摘要该文从普朗克常数的提出，它导致量子论建立和发展的过程，它所诱发的物理学领域和许多其它各科领域的发展以及它所带给人们思想影响方面，探讨了它的划时代的重大意义． 关键词普朗克常数量子 分类号 N09 就普朗克常数h的意义，物理学家金斯曾说过这样一段话：“虽然h的数值很小，但是我们应当承认它是关系到保证宇宙的存在的．如果说h严格地等于零，那么宇宙间的物质能量将在十亿万之一秒的时间内全部变为辐射．”普朗克常数引入后，以普朗克常数为根本特征的量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法，物理学理论发生了巨大变革，使人类认识由低速宏观领域扩展到高速微观领域．h的提出引出了一系列解释性假说，促进了量子论的建立与推广，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础，并且这些科研成果在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用．可以说，h的出现具有划时代的重大意义．本文就此作一简要论述． １普朗克其人 普朗克（Max Planck 1858-1947），近代伟大的德国物理学家、量子论的奠基人．1854年4月23日生于德国基尔．1874-1877年在慕尼黑大学学习物理和数学．1877-1878年间，到柏林大学，在赫尔姆霍兹和基尔霍夫指导下学习．1879年，以《论热力学的第二定律》的论文获得慕尼黑大学博士学位．1880年，普朗克任慕尼黑大学物理讲师．1885年，任基尔霍夫大学理论物理学特约教授，．1889年，受聘于柏林大学继任基尔霍夫的职位，并兼任新设立的物理研究所所长，在那里一直工作到1926年退休为止．1900年，他在黑体辐射研究中引入能量量子，由于这一发现对物理学的发展作出的贡献，他获得者1918年诺贝尔物理学奖．1947年10月4日在格丁根逝世． ２普朗克常数的提出 普朗克长期从事热力学的研究工作，从1894年起，他的注意力转移到黑体辐射问题上．辐射问题是在1859年到1860年间提出的．当时，基尔霍夫第一个强调指出：“黑体发射率是一个由波长和温度决定的函数—至少与迄今已发现的一样，是一个简单的函数．”1896年，帕邢与维恩合作，以辐射空腔模拟黑体，作了特殊假设之后，得到维恩辐射定律： 元素周期表——核素 人教版《化学2》第9至10页 1 课程标准、教材以及学生分析 1．课程标准和教材分析 对于《元素周期表——核素》的教学，《课程标准》要求知道元素、核素的涵义。活动与探究建议：查阅资料并讨论放射性元素、放射性同位素在能源、农业、医疗、考古等方面的应用。《课程标准教学要求》（江苏）提出这样的学习要求，知道元素、核素、同位素、质量数的涵义。 人教版《化学2》根据新课标要求和新课改精神，必修内容要求学生具备化学学科的基本知识，具备必须的学科素养。化学是在原子、分子水平上研究物质组成、结构、性质及其变化和应用的科学。要研究物质的宏观性质，必须从微观粒子入手，才能寻找到原因。核素这部分知识内容属于结构理论的基础知识，理解难度并不大，学生通过本节了解原子构成、核素、同位素概念，了解质子数、中子数和质量数间的关系，为后续元素周期律的学习打好基础。同时通过本节内容的学习，学生对结构理论有初步的了解，为进一步学习选修内容做好铺垫。 2．学生分析 学生在九年级化学学习中，已经学习了原子的构成和原子的相对原子质量，知道构成原子的粒子以及它们的电性和相对质量，知道相对原子质量是以一种碳原子质量的1/12为标准的。在学习核素之前，学习了元素周期表，碱金属元素和卤族元素的主要性质等知识，学生对元素周期表有了初步的了解，并对碱金属元素和卤族元素为代表的同主族元素性质的相似性和递变性有了初步的认识。本课教学内容起点低，强调知识与应用的融合，让学生在已有知识的基础上，一方面进一步深化认识原子的构成，使学生知道核素、同位素等涵义，并知道同位素和同素异形体的区别。另一方面从同位素在生活、工农业生产、科研、考古等方面广泛应用出发，介绍同位素的放射性，再从同位素的放射性角度分析接触和使用它的风险性，让学生分析如何进行风险的预防控制和一旦发生事故的应急处理，完善学生的认知结构，提升学生对知识的应用能力。 2 教学目标 17.2 光电效应现象 班级：姓名： 【教学目标】 1．知道什么是光电效应现象； 2．知道光电效应的实验规律； 3．体会经典电磁理论不能完全解释光电效应现象，会用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应现象； 4．会推导光子动量表达式； 【教学重点】 1．光电效应规律及其产生的原因分析； 2．光的粒子性 【预学单】 1、在研究微观粒子能量时，焦耳（J）这个单位太大了，人们常用eV来表示能量的单位。一个带电量等于元电荷e的粒子，经1V电压加速获得的能量即为1eV，试推导1eV等于多少焦耳？ 2、光的本质是什么？ 【研学单】 主题一：认识光电效应现象； 实验：把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用 紫外线灯照射锌板（如图所示），观察验电器指针的变化。 这个现象说明了什么问题？ 活动小结： 1、光电效应现象：在光(包括不可见光)的照射下，金属中的从表面逸 出的现象叫做光电效应现象。逸出的叫做。 主题二：光电效应规律； 实验： （1）存在截止频率： 如图所示电路，AK间电场方向由级指向级。 当入射光的颜色（频率）高于某个值时，打开窗口，发现电流表示数， 这表明在光的照射下K级电子溢出（填“有”或“无”）。 当入射光的颜色（频率）低于某个值时，打开窗口，发现电流表示数， 这表明在光的照射下K级电子溢出（填“有”或“无”）。 这个值称为截止频率。 （2）存在饱和电流： 实验表明：对于一定颜色（频率）的光，强度一定时，光电流随所加电压的增大而，当电压增大到一定程度后，光电流趋于一个；入射光越强，饱和电流。 （3）存在遏止电压： 将AK 反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用， 光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 U c 时，光电流恰为0， Uc 称遏止电压。 思考：遏止电压与哪些因素有关？ 实验表明：对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电 压都是 ；光的频率变高时，遏止电压 。这表明，光 电子的能量只与入射光的 有关，与入射光的 无 关。 （4）具有瞬时性： 当入射光频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在光照射 到K 级的瞬间立刻产生光电流，精确测量表明，时间不超过 s 。 当入射光频率低于截止频率时，无论入射光有多强，照射时间有多长，都不会产生光电流。 主题三：光电效应现象的解释； ①经典物理学解释： 问题一：如图所示，电子绕原子核做圆周运动，思考是什么力提供向心力？若电 子运动速度增大，电子将怎样运动？事实上在金属表面，有无数个原子，不同原 子中的电子绕原子核运动的轨道半径不同，逃离原子核束缚时需克服静电力做功 不同，我们把电子脱离金属表面所做功的最 值叫 。 问题二：经典物理学有哪些观点？与实验所得到的规律一致吗？ ②爱因斯坦光子说解释： 光子：光由一个个不可分割的能量子组成的，这个能量子后来称为光子，光在发射、吸收和传播时都是以光子形式一份一份进行的。 若光的频率为γ，则光子能量为E= 。 思考：①光子说如何解释极限频率？ 光电效应方程： ②光子说如何解释瞬时性？ ③光子说如何解释饱和电流？ Uc 光电效应、原子、原子核 光电效应、原子、原子核知识要点 1. 波粒二象性 光的粒子性—光子说 E=hv h=6.63×10 －34焦·秒，称普朗克恒量。 光电效应 极限频率 爱因斯坦光电效应方程 21mv 2 = hv －W 其中W 为逸出功，2 1mv 2为光电子最大初动能。 2．原子结构 电子的发现 α粒子散射实验 氢原子光谱 氢原子的能级结构、能级公式 3. 原子核 原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期 放射性同位素 核力、核反应方程 结合能、质量亏损 裂变反应和聚变反应、裂变反应堆 射线的危害和防护 20分钟！＞ 题型一： 光电效应现象的规律，极限频率、逸出功的概念。 例1.对光电效应的解释，正确的是[ ] A ．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属 B ．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电效应便不能发生了 C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同 Tips：光照射金属时，电子吸收一个的光子的能量后，动能立即增大，如满足光子的能量大于或等于该金属的逸出功即可发生光电效应现象，不需要能量积累。光电子的能量与最大初动能与入射光的强度无关,由入射光的频率决定，可由爱因斯坦光电效应方程计算。 Key：B D 小试牛刀：下列哪些说法是正确的是[] A．光子说完全否定了波动说 B．光的波粒二象性是指光与宏观概念中的波与粒子很相似 C．光的波动说和光子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有不能解释的实验现象D．光的波粒二象性才是对光的本性的正确认识 Key： C D 题型二：用波尔理论解答氢原子能级跃迁 例2．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从半径为r a的圆周轨道上自发地直接跃迁到一个半径为r b的圆周轨道上，r a＞r b，在此过程中[] A．原子要发出一系列频率的光子 B．原子要吸收一系列频率的光子 C．原子要发出某一频率的光子 D．原子要吸收某一频率的光子 Tips：由波尔理论氢原子从高能级跃迁到低能级时会辐射出一定频率的光子。 Key：选C 小试牛刀：处于基态的氢原子被一束单色光照射后，能辐射出三种频率分别为1、 、3的光子，且1＞2＞3，则λ射光的频率可能为[] 2 A．1B．2+ 3 C．2D．3 Key：选AB 电子的发现、原子的核式结构导学案 【新课标学习要求】 1、了解人类发现电子的过程。 2、知道早期的原子结构模型，体会模型化方法。 3、知道α粒子散射实验的原理及实验结果。 4、通过卢瑟福原子核式结构模型的建立过程，体会科学家进行科学探究的方法。 【自主学习】 一、阴极射线 1、电离：（1）条件：在_______中，气体能够被电离而导电。（2）实质：气体分子中的正、负电荷被_______，气体中出现了_______电荷。 2、气体放电：（1）通常大气中分子的_____很大，电离后的自由电荷运动时会与空气分子碰撞，正负电荷重新______，所以难以形成稳定的气体_____电流。（2）阴极射线：稀薄气体导电可以看到______放电现象。将玻璃管内的气体压强降到约0.1Pa以下，也就是管内成为通常所说的_______，这时虽看不到辉光，但在阳极上钻一个小孔后，在孔外的玻璃管壁上可看到______，其实质是由于玻璃受到_______发出的某种射线的撞击而引起，这种射线叫做_______ 二、电子的发现 1、汤姆孙的探究方法：（1）让阴极射线分别通过电场或磁场，根据_______现象，证明它是_______的粒子流并求现了其比荷。（2）换用不同材料的阴极和不同的_______做实验，所得粒子的_______相同。（3）粒子带负电，比荷是氢离子比荷的近两千倍，说明阴极射线粒子的质量远小于氢离子的质量。（4）组成阴极射线的粒子称为_______。 2、结论：（1）研究的新现象：光电效应、_______、β射线。它们都包含电子。（2）结论：强电场电离、正离子轰击、紫外光照射、金属受灼热、入射性物质的自发辐射，都能发射_______的带电粒子—电子。电子是原子的_______，是比原子更_______的物质单元。 3、电子电荷的量子化：（1）电子电荷可根据密立根油滴实验测定，数值为：e=__________ （2）带电体所带电荷量具有____的特点，即任何带电体所带电荷只能是电子电荷的______。 三、α粒子散射实验 1、实验方法：用从放射源发射的α粒子束轰击_______，利用荧光接收，探测通过金箔后的α粒子_______情况。 2、实验目的：α粒子通过金箔时，由于金原子中的带电粒子对α粒子有_______作用，一些α粒子的_______改变，也就是发生了α粒子散射，统计散射到各个方向的α粒子_______，即可推知原子中_______的分布情况 3、实验结果：实验发现，α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有_______α粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，偏转的角度甚至_______900，也就是说它们几乎被______________。 四、原子核的电荷与尺度 1、原子内的电荷关系：各种元素的原子核的电荷数与含有的_______相等，非常接近于它们的_______。 2、原子核的组成：原子核是由_____和___组成的，原子核的电荷数就是核中的_____数。 3、原子核的大小：实验确定的原子核半径R的数量级为______m，而整个原子半径的数量级是10-10m，可见原子内部是十分“空旷”的。 【典型例题】 例1、如图所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若 在管的正下方，放一通电直导线AB时，发现射线径迹向下偏， 浅析武汉光电子信息产业发展的机遇与挑战 ［摘要］在经济全球化、信息化时代背景下,光电子信息产业作为一个新兴的高技术产业,对我国的经济发展和国际竞争力提高起着重要的作用。武汉光电子信息产业在迅速发展的同时,也面临着机遇与挑战。发展武汉光电子信息产业必须要充分运用自身的优势资源,抓住来之不易的机遇,不断迎接新的挑战。 ［关键词］武汉；光电子信息产业；机遇与挑战 1武汉光电子信息产业发展历程 自我国首先在武汉东湖高新技术开发区创建武汉·光谷以来,光电子信息产业就作为武汉的四大产业之一开始迅速发展。近几年来,东湖高新技术开发区正对武汉国家光电子信息产业基地的基础设施建设进行全力推进,形成了一批以光纤通信、移动通信为主导,激光、光电显示、消费电子、集成电路等竞相发展的产业格局,而光电子信息产业也逐渐发展为武汉市四大主导产业之一。武汉光电子信息技术及产业水平在国内渐渐占据了领先地位,在全球市场上,武汉·光谷也成为了我国在光电子信息领域中与世界强国相竞争的知名品牌。发展到2010年,武汉的光电子信息产业已成为继武汉汽车产业后,第二个资产规模过千亿的产业。到2011年,武汉光电子信息产业总收入高达1440亿元,在世界产业集群中占到了一个举足轻重的地位。 东湖高新技术开发区在2009年光电子信息企业有800多家,总收入达到8356亿元,净利润高达525亿元,出口创汇约120亿元,从事光电子信息产业的人员近10万人。最近几年,武汉·光谷几乎承担了中国所有的光通信系统的建设和90%以上的国家863光纤通信项目。随着东湖高新技术开发区涌现出一大批拥有自主知识产权的光纤光缆顶尖技术和光电子元件制造技术,光纤通信技术与电视、电话、移动通信和互联网等一同进入了中国家庭。有关数据显示,到目前为止,武汉·光谷共生产光纤1518万芯公里,销售2077万芯公里,产销率高达1368%；共生产光缆722万芯公里,销售1242万芯公里,产销率高达172%。其中,长飞光纤产量仍稳居全球首位,光纤预制棒产量居世界前三位。特别是烽火通信光纤预制棒生产线投产,从此打破了国外对光纤预制棒技术的垄断,使武汉·光谷光纤产业的整条产业链被打通。 在这近十多年来的发展过程中,武汉·光谷的光电子信息产业在全球产业分工中逐渐占有一席之地。其光谷光纤光缆生产规模成为全球第一；光电器件在国内市场的占有率达到60%,国际市场的占有率达到12%；激光产品在国内的市场占有率也一直保持在50%左右。 2武汉光电子信息产业发展的机遇 (1)光纤入户活动的开展。随着时代的发展,信息的传播速度成为一个国家是 学业要求核心素养对接 1.了解质量数的定义。 2．了解原子的表示方法。 3．了解原子的核外电子能量高低与分层排布的关系。 4．了解核外电子分层排布的规律。 5．知道元素、核素的概念。 通过原子结构的学习、通过对 核外电子排布规律的学习，提 高学生宏观辨识与微观辨析的 素养水平。 版新教材高中化学第4章第1节第1课时原子结构核素教案新人 教版必修第一册 [知识梳理] 知识点一原子的构成、质量数 如图1：原子结构的发现史，通过本图我们可以知道原子结构的认知是逐步深入的，图2表示原子结构，结合本图完成下列知识点： 1．原子的构成 (1)构成 原子 ?? ? ??原子核 ?? ? ??质子（相对质量近似为1，带一个单位正电荷） 中子（相对质量近似为1，不带电荷） 核外电子（带一个单位负电荷） 原子显电中性 (2)原子的表示方法 →元素符号，如3717Cl表示质量数为37、核电荷数为17的氯原子。 阳离子：质子数＞核外电子数阴离子：质子数＜核外电子数 2．质量数 (1)质量数 质子和中子的相对质量都近似为1，忽略电子的质量，将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加所得的数值即为质量数，用符号A表示。 (2)两个关系 ①质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)(质量关系)。约为相对原子质量 ②原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数(数量关系)。 知识点二原子核外电子的排布 如图所示，核外电子在原子核外的排布规律是用电子云来表示的，在高中阶段为了好理解，出现了最后一图排布方式，结合上图，完成下列知识点： 1．核外电子的分层排布 在多电子的原子里，电子的能量并不相同。能量低的，通常在离核近的区域运动；能量高的，通常在离核远的区域运动。核外电子的分层运动，又叫核外电子的分层排布。其关系如下： 2.原子核外电子的排布规律 尝试自己写一下Na的核外电子排布 知识点三核素、同位素 （2）光电效应的基本规律 2012-4-3 命题人：邓老师 学号________. 姓名________. 第Ⅰ卷（选择题） 一．选择题 （请将你认为正确的答案代号填在Ⅱ卷的答题栏中，本题共25小题） 1. 已知某单色光的波长为λ,在真空中的传播速度为c,普朗克常量为h,则该电磁波辐射的能量子的值为（ ） A.hcλ B. c h λ C. λ h D. λhc 2. 在做光电效应实验中,某金属被光照射发生了光电效应,实验测出了光电子的最大初动能E K 与入射光的频率ν的关系如图所示,由实验图像可求出（ ） A.该金属的逸出功 B.该金属的极限频率 C.单位时间内逸出的光电子数 D.普朗克恒量 3. 某金属在一束绿光的照射下发生了光电效应（ ） A.若增加绿光的照射强度,则单位时间内逸出的光电子数不变 B.若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子最大初动能增加 C.若改用紫光照射,则逸出的光电子的最大初动能增加 D.若改用紫光照射,则单位时间内逸出的光电子数目一定增加 4. 下列说法正确的是（ ） A.光的干涉现象说明光具有粒子性,能发生光电效应现象说明光有波动性 B.电磁波谱中波长最长的γ射线,波长最短的是无线电波 C.光子具有波粒二象性,实物粒子只具有粒子性,不具有波动性 D.通常说光波是一种概率波,意思是光子在空间分布的概率是受波动规律支配的 5. 表1给出了各色光在真空中的波长和频率，表2给出了几种金属的极限频率υ0和极限波长λ0，请你判断下列说法正确的是（ ） 表1 A.用黄光和绿光照射金属钾表面时都能发生光电效应 B.用绿光照射钾发射出的某光电子P 与用紫光照射钾发射出的某光电子Q 相比，P 的动能一定小于Q 的动 能 C.黄光能使表中的4种金属发生光电效应 D.用蓝光照射铯和钾时，发射出光电子的最大初动能分别为E k 1和E k2，E k 1一定大于E k 2 6. 一束细平行光经过玻璃三棱镜后分解为互相分离的三束光(如图所示),分别照射到相同的金属板a 、b 、c 上,如图所示,已知金属板b 有光电子放出,则可知（ ） A.板a 一定不放出光电子 B.板a 一定放出光电子 C.板c 一定不放出光电子 D.板c 一定放出光电子 7. 某单色光从真空射入某介质时（ ） A.波长变长,速度变小,光量子能量变小 B.波长变长,速度变大,光量子能量不变 C.波长变短,速度变小,光量子能量不变 D.波长变短,速度变小,光量子能量变大 8. 分别用波长为λ和 34 λ的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为1:2,以h 表示普朗克 常量,c 表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为（ ） a c b 课时1 原子核 核素 目标与素养：1.了解原子的结构。(微观探析)2.知道质量数和A Z X 的含义，掌握构成原子的各微粒间的关系。(微观探析) 3．了解元素、核素、同位素的含义。(宏观辨识与微观探析) 一、原子的构成 1．原子及构成微粒 原子??? 原子核? ?? ?? 质子：带有一个单位正电荷中子：不带电核外电子：带有一个单位负电荷 对于一个确定的原子存在关系： 核电荷数＝核内质子数＝核外电子数。 2．质量数 3．原子的表示方法 一般用符号A Z X 表示，字母表示意义如下： 表示质量数——A 表示质子数——Z X ——表示元素符号 如37 17Cl 表示质量数为37、质子数为17、中子数为20的氯原子。 微点拨：(1)原子中不一定含有中子，且中子数不一定等于质子数，如1 1H 。 (2)同种元素的原子与其相应离子的质量数相等，如23 Na 与 23 Na ＋ 。 二、核素 1．元素 具有相同质子数(核电荷数)的同一类原子的总称。 2．核素 具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。 3．同位素 质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素互为同位素。 如氢元素的三种核素 11 H 21 H 31 H 俗称 － 重氢 超重氢 符号 H D T 质子数 1 1 1 中子数 1 2 4(1)作为相对原子质量和阿伏加德罗常数测定用的标准原子为 12 6 C ；考古中常测量14 6C 的数量来推断生物体的存在年代。 (2)制造氢弹的原料为2 1H 、3 1H 。 (3)核反应堆的燃料是235 9292U 。 微点拨： 同位素的两个特点 (1)相同存在形态的同位素，化学性质几乎完全相同，物理性质不同。 (2)天然存在的某种元素，不论是化合态还是游离态，各种同位素所占的原子个数百分比 一、光电效应和氢原子光谱 知识点一：光电效应现象 1.光电效应的实验规律 (1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应． (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，其随入射光频率的增大而增大． (3)大于极限频率的光照射金属时，光电流强度(反映单位时间发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比． (4)金属受到光照，光电子的发射一般不超过10－9 _s. 2．光子说 爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光 子具有的能量与光的频率成正比，即：ε＝hν，其中h ＝6.63×10－34 J·s. 3．光电效应方程 (1)表达式：hν＝E k ＋W 0或E k ＝hν－W 0. (2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来 克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k ＝12 mv 2 . 知识点二： α粒子散射实验与核式结构模型 1.卢瑟福的α粒子散射实验装置(如图13－2－1所示) 2．实验现象 绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来．如图13－2－2所示． α粒子散射实验的分析图 3．原子的核式结构模型 在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转． 知识点三：氢原子光谱和玻尔理论 1.光谱 (1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(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亮线，这样的光谱叫做线状谱． 有的光谱是连在一起的光带，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＝R (122－1 n 2)(n ＝3,4,5，…)， R 是里德伯常量，R ＝1.10×107 m －1，n 为量子数． 《2 原子的核式结构模型》教学设计 一、教材分析： 这一节是本章的重点，高考的热点，尤其是α粒子散射实验及其现象。让学生认识到实验对理论发展的重要作用，知道物理模型建立的意义及其局限性。从汤姆孙的原子结构模型到卢瑟福的原子的核式结构模型的建立，既渗透科学探究的因素教学，又进行了模型法的教学，并将卢瑟福的原子的核式结构模型与行星结构相类比，使学生有更清晰的直观形象、生动的认识，指出大自然的和谐统一的美，渗透哲学教育。通过学生对α粒子散射实验现象的讨论与交流，顺理成章地否定了枣糕模型，并建立新的模型。 原子的结构非常紧密，用一般的方法是无法探测它的内部结构的，要认识原子的结构，需要用高速粒子对它进行轰击，用高速的α粒子穿过原子的散射情况，是研究原子结构的有效手段。二、教学目标： （一）知识与技能 1．了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据。 2．知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型的主要内容。 （二）过程与方法 1．通过对α粒子散射实验结果的讨论与交流，培养学生对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力。 2．通过核式结构模型的建立，体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用。 3．了解研究微观现象。 （三）情感、态度与价值观 1．通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神。 2．通过对原子结构的认识的不断深入，使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的，领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。 3、让学生参与问题的解决，参与科学研究的良好学习习惯，逐步积蓄探究热情，培养学生勇于探究的精神，探究能力和合作精神。 三、教学重点难点： 重点：1．引导学生小组自主思考讨论在于对α粒子散射实验的结果分析从而否定汤姆孙的枣糕模型，得出原子的核式结构； 2．在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法，渗透三个物理学方法：模型方法，黑箱方法和微观粒子的碰撞方法； 难点：引导学生小组自主思考讨论在于对ɑ粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构 四、学情分析： 根据学生的具体情况设计教案、设计难度梯度，努力保证课堂时效性。学生观察ɑ粒子散射实验现象进行讨论和通过观察实验现象推理出卢瑟福的原子的结构模型会有一定的困难，因此对提出的3个问题，前二个问题放手让学生进行小组讨论，对于问题3采用先让学生猜想，师生共同分析(整理)5光电效应实验.
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