人教版高中物理選修35 原子和原子核復習導學案

1、人教版高中物理選修3-5原子和原子核復習導學案量子化 理論 湯姆生棗糕模型 湯姆生發(fā)現(xiàn)電子玻爾原子理論 盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型盧瑟福粒子散射實驗原子可分 經(jīng)典電磁場理論半衰期 氫原子能級衰變（、衰變）天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)原子核人工轉(zhuǎn)變 能量裂變原子核可分聚變2愛因斯坦質(zhì)能方程E=mC1.粒子散射實驗19091911年，英國物理學家盧琴福和他的助手們進行了粒子散射實驗.（1）實驗裝置如圖所示：如圖所示，用粒子轟擊金箔，由于金原子中的帶電微粒對粒子有庫倉力作用，一些粒子穿過金箔后改變了運動方向，這種現(xiàn)象叫做粒子散射.熒光屏可以沿著圖中虛線轉(zhuǎn)動，用來統(tǒng)計向不同方向散射的粒子數(shù)目.全部設備裝在真空中.（

2、2）實驗結(jié)果：絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進，但有少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn).（3）現(xiàn)象解釋：認為原子中的全部正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中到一個很小的核上，由于核很小，大部分粒子穿過金箔時都離核很遠，受到的庫侖力很小，它們的運動幾乎不受影響.只有少數(shù)粒子從原子核附近飛過，明顯受到原子核的庫侖力而發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn).2.原子的核式結(jié)構(gòu)模型內(nèi)容：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，帶負電的電子在核外的空間運動.說明 核式結(jié)構(gòu)模型的實驗基礎是粒子散射實驗，從粒子散射的實驗數(shù)據(jù)，估計原子核半徑的數(shù)量級為10-14m10-15m，而原子半徑的數(shù)

3、量級是10-10m.3.玻爾的原子模型內(nèi)容：玻爾認為，圍繞原子核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值，這種現(xiàn)象叫軌道量子化；不同的軌道對應著不同的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，盡管電子做變速運動，卻不輻射能量，因此這些狀態(tài)是穩(wěn)定的；原子在不同的狀態(tài)中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的.理解要點：玻爾的原子模型是以假說的形式提出來的，包括以下三方面的內(nèi)容：n E/eV1 -13.63 -1.512 -3.45 -0.584 -0.85軌道假設：即軌道是量子化的，只能是某些分立的值.定態(tài)假設：即不同的軌道對應著不同的能量狀態(tài)，這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，不向外輻射能量.躍遷假設：原子在不同的狀態(tài)具有不

4、同的能量，從一個定態(tài)向另一個定態(tài)躍遷時要輻射或吸收一定頻率的光子，該光子的能量，等于這兩個狀態(tài)的能級差.4.三種射線的比較射線：是氦核（He）流，速度約為光速的十分之一，在空氣中射程幾厘米，貫穿本領小，電離作用強.射線：是高速的電子流，穿透本領較大，能穿透幾毫米的鋁板，電離作用較弱.射線：是高能光子流，貫穿本領強，能穿透幾厘米鉛板，電離作用小.說明 放射性元素有的原子核放出射線，有的放出射線，多余的能量以光子的形式射出.5.衰變定義：放射性元素的原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓Q為衰變.衰變規(guī)律：電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒.衰變：XY+He，衰變的實質(zhì)是某元素的原子核放出由兩個質(zhì)子和兩個中子

5、組成的粒子（即氦核）.衰變：XY+e，衰變的實質(zhì)是某元素的原子核內(nèi)的一個中子變?yōu)橐粋€質(zhì)子時放射出一個電子.衰變：衰變是伴隨衰變或衰變同時發(fā)生的.衰變不改變原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù).其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變時，產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量（核處于激發(fā)態(tài)）而輻射出光子.例3 U衰變后Rn共發(fā)生了 次衰變和 次衰變.解析 根據(jù)衰變規(guī)律，Rn的質(zhì)量數(shù)比U的質(zhì)量數(shù)減少了238-22216，而天然放射只有衰變才能使質(zhì)量數(shù)減少，且每次衰變減少質(zhì)量數(shù)為4，故發(fā)生了16÷44次衰變.因每次衰變核的電荷數(shù)減少2，故由于衰變核 的電荷數(shù)應減少4×28.而Rn核的電荷數(shù)僅比U核少了9

6、2-866，故說明發(fā)生了2次衰變（即92-8+286）.答案 發(fā)生了4次衰變，2次衰變.評價 在分析有關(guān)、衰變的問題時，應抓住每次衰變質(zhì)量數(shù)減4，電荷數(shù)減2和每次衰變時質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)加1這一衰變規(guī)律進行分析.6.半衰期定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間，叫這種元素的半衰期.說明 （1）半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)（如壓強、溫度等）或化學狀態(tài)（如單質(zhì)或化合物）無關(guān).（2）半衰期只對大量原子核衰變才有意義，因為放射性元素的衰變規(guī)律是統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核衰變不再起作用.（3）確定衰變次數(shù)的方法：設放射性元素X經(jīng)過n次衰變m次衰變后，變成穩(wěn)定

7、的新元素Y，則表示核反應的方程為：XY+nHe +me.根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程兩式聯(lián)立得：由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個二元一次方程組.7.放射性同位素的應用（1）利用它的射線如利用鈷60放出的很強的射線來檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼和裂紋，這叫射線探傷，利用放射線的貫穿本領了解物體的厚度和密度的關(guān)系，可以用放射性同位素來檢查各種產(chǎn)品的厚度、密封容器中的液面高度，從而自動控制生產(chǎn)過程，再如利用射線的電離作用，可以消除機器在運轉(zhuǎn)中因摩擦而產(chǎn)生的有害靜電，利用射線殺死體內(nèi)的癌細胞等.（2）做示蹤原子如在生物科學研究方面，同位素示蹤技術(shù)起著十分重要的作用，在人工方法合成牛胰島素的研制、驗證

8、方向、示蹤原子起著重要的作用.在輸油管線漏的檢查和對植物生長的檢測方面，示蹤原子都起著重要作用.例4 如圖所示是工廠利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置示意圖.（1）請你簡述自動控制的原理；（2）如果工廠生產(chǎn)的是厚度為1毫米的鋁板，在、和三種射線中，你認為哪一種射線在鋁板的厚度控制中起主要作用，為什么？解析 （1）放射線具有穿透本領，如果向前運動的鋁板的厚度有變化，則探測器接收到的放射線的強度就會隨之變化，這種變化被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎氲较鄳难b置，進而自動控制如上圖中右側(cè)的兩個輪間的距離，使鋁板的厚度恢復正常.（2）射線起主要作用，因為射線的貫穿本領很小，一張薄紙就能把它擋住，更穿不過1毫米的鋁板；

9、射線的貫穿本領非常強，能穿過幾厘米的鉛板，1毫米左右的鋁板厚度發(fā)生變化時，透過鋁板的射線強度變化不大；射線的貫穿本領較強，能穿過幾毫米的鋁板，當鋁板的厚度發(fā)生變化時，透過鋁板的射線強度變化較大，探測器可明顯地反應出這種變化，使自動化系統(tǒng)做出相應的反應.8.核能的計算（1）質(zhì)能方程：愛因斯擔的相對論指出，物體的質(zhì)量和能量存在著密切聯(lián)系，即E=mc2.這就是愛因斯坦的質(zhì)能方程.說明 質(zhì)能方程告訴我們質(zhì)量和能量之間存在著簡單的正比關(guān)系.物體的能量增大了，質(zhì)量也增大了；能量減小了，質(zhì)量也減小.且核反應中釋放的能量與質(zhì)量虧損成正比：（2）核能：核反應中放出的能量稱為核能.（3）核能的計算根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能

10、方程，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損（）的千克數(shù)乘以真空中光速的平方.即根據(jù)1原子質(zhì)量單位（u）相當于931.5MeV能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5MeV.即 MeV例5 已知氮核質(zhì)量mN=14.00753u，氧核質(zhì)量m0=17.00454u，氦核質(zhì)量mHe=4.00387u，質(zhì)子質(zhì)量u，試判斷核反應：N+HeO+H是吸能反應，還是放能反應，能量變化多少？解析 先計算出質(zhì)量虧損，然后由1u相當于931.5MeV能量代入計算即可.反應前總質(zhì)量 u反應后總質(zhì)量 u因為反應中質(zhì)量增加，所以此反應為吸能反應，所吸收能量為：=(18.01269-18.01140)×931.5 MeV=1.2 MeV例6 一個靜止的U（原子質(zhì)量為232.0372u），放出一個粒子（原子質(zhì)量為4.00260u）后，衰變成Th（原子質(zhì)量為228.0287u）.假設放出的結(jié)合能完全變成Th核和粒子的動能，試計算粒子的動能.剖析 由質(zhì)能方程可計算釋放的核能，然后結(jié)合動量守恒和能量關(guān)系可求解.解析 反應中產(chǎn)生的質(zhì)量虧損u反應中釋放的核能：MeV=5.5MeV在U核衰變過程中的動量守恒、能量守恒，則解以上兩式得：則粒子的動能MeV=5.