高中物理第三章核能3.2原子與原子核的結(jié)構(gòu)導(dǎo)學(xué)案新人教版選修

1、3.2原子與原子核的結(jié)構(gòu)學(xué)前拓展：美國實驗物理學(xué)家密立根說過“科學(xué)靠兩條腿走路,一是理論,一是實驗。有時一條腿走在前面,有時另一條腿走在前面?！痹谥凶拥陌l(fā)現(xiàn)過程中,是哪條腿走在了前面呢?提示:理論走在了前面,先是盧瑟福從理論上預(yù)言了中子的存在,然后被他的學(xué)生查德威克通過實驗加以證實。學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解粒子散射實驗,了解從分析實驗結(jié)果到提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的過程,知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型。2.知道原子核的組成,知道什么是同位素。3.知道什么是質(zhì)量虧損,了解愛因斯坦質(zhì)能方程的含義,會用愛因斯坦質(zhì)能方程計算核反應(yīng)中的核能。課前預(yù)習(xí)案：一、原子的核式結(jié)構(gòu)模型1.提出依據(jù)(粒子散射實驗)19091

2、911年,英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手們進(jìn)行了粒子散射實驗。實驗結(jié)果表明:絕大多數(shù)的粒子穿過金箔后仍大致沿原來的方向前進(jìn),但是少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)。2.模型內(nèi)容在原子的中心有一個很小的核,原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核內(nèi),這個核叫原子核,帶負(fù)電的電子在核外的空間運動著。二、原子核的組成1.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)1919年,盧瑟福用粒子轟擊氮原子核,并從中打出了氫原子核(叫作質(zhì)子),用11H表示。可見,質(zhì)子是原子核的組成部分。2.中子的發(fā)現(xiàn)盧瑟福猜想原子核內(nèi)存在著質(zhì)量跟質(zhì)子相同,但是不帶電的中子,后來被他的學(xué)生英國物理學(xué)家查德威克通過實驗證實。3.原子核的組成(1)組成:原子核是由質(zhì)子和中子組

3、成的,這兩種粒子統(tǒng)稱為核子,其中質(zhì)子帶正電,中子不帶電。(2)關(guān)系:原子核的質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的總和(即:核子數(shù));原子核的電荷數(shù)等于它的質(zhì)子數(shù),也就是這種元素的原子序數(shù);具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的原子互稱同位素。提示:相等,因為通常情況下原子不顯電性。三、質(zhì)能方程1.核反應(yīng)如果某種粒子與原子核發(fā)生相互作用,導(dǎo)致核的組成或核的狀態(tài)發(fā)生了變化,這樣的過程叫核反應(yīng)。2.核能核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時,都伴隨著巨大的能量變化。蘊藏在原子核中的能量稱為核能。3.質(zhì)能方程愛因斯坦的相對論指出,物體的能量與質(zhì)量之間存在著聯(lián)系,它們之間的關(guān)系是E=mc2。4.質(zhì)量虧損原子核的質(zhì)量比組成它的

4、所有質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和要略小一點,這個現(xiàn)象叫質(zhì)量虧損。實驗探究：原子的核式結(jié)構(gòu)與原子核的組成問題導(dǎo)引在粒子的散射實驗中,為什么不用考慮粒子與電子的碰撞?為什么從粒子發(fā)生的大角度散射現(xiàn)象,可以設(shè)想原子具有原子核?提示:粒子發(fā)生大角度散射,不可能是粒子與原子中電子碰撞的結(jié)果,因為電子質(zhì)量很小(相對粒子而言),由力學(xué)知識可以知道電子不會對粒子的運動產(chǎn)生什么影響;大角度散射,說明粒子撞到了質(zhì)量很大的帶正電物質(zhì);而發(fā)生這一現(xiàn)象的粒子很少,又說明那個“質(zhì)量很大的帶正電物質(zhì)”分布在很小的空間里,因此設(shè)想原子中的正電荷與原子的幾乎全部質(zhì)量一定集中在一個很小的核上。1.粒子散射實驗(1)實驗裝置(2)實驗過程

5、粒子從鉛盒射出,形成細(xì)射線打在金箔上,被散射的粒子打在熒光屏上產(chǎn)生閃光,用可轉(zhuǎn)動的顯微鏡從不同角度進(jìn)行觀察。(3)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),少數(shù)粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn),極少數(shù)粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)。(4)實驗分析由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于粒子質(zhì)量,所以電子不可能使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。實驗現(xiàn)象說明原子絕大部分是空的,除非原子的幾乎全部質(zhì)量和所有正電荷都集中在原子中心的一個很小的核上,否則,粒子大角度散射是不可能的。(5)實驗意義粒子散射實驗為盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型提供了實驗依據(jù),還進(jìn)一步估算出了原子核的大小。2.原子的核式結(jié)構(gòu)盧瑟福依據(jù)粒子散射實驗的結(jié)果,提出了原子的核式結(jié)構(gòu):在原子的中心有

6、一個很小的核,原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核內(nèi),這個核叫作原子核,帶負(fù)電的電子在核外的空間運動著。3.原子核的組成原子核是由質(zhì)子和中子組成的,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子。原子核所帶電荷都是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍,通常用這個整數(shù)表示原子核的電荷量,叫作原子核的電荷數(shù),用Z表示。原子核的質(zhì)量幾乎等于核內(nèi)質(zhì)子和中子質(zhì)量的總和。由于質(zhì)子和中子質(zhì)量幾乎相等,所以原子核的質(zhì)量近似等于核子質(zhì)量的整數(shù)倍,這個倍數(shù)叫作原子核的質(zhì)量數(shù),用A表示,原子核的符號可以表示為ZAX。其中X為元素符號,A為原子核的質(zhì)量數(shù),Z為核電荷數(shù),例如氦核,可表示為24He。表示氦核的質(zhì)量數(shù)為4,電荷數(shù)為2,核內(nèi)有2個質(zhì)子和2個中子。92

7、238U代表鈾核,質(zhì)量數(shù)為238,電荷數(shù)為92,質(zhì)子數(shù)為92,中子數(shù)為146,有時也寫為238U或簡稱為鈾238。4.原子核中的三個整數(shù)(1)核子數(shù):質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小,二者統(tǒng)稱為核子,所以質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫作核子數(shù)。(2)電荷數(shù)(Z):原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍,通常用這個整數(shù)表示原子核的電荷量,叫作原子核的電荷數(shù)。(3)質(zhì)量數(shù)(A):原子核的質(zhì)量幾乎等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和,而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相等,所以原子核的質(zhì)量近似等于核子質(zhì)量的整數(shù)倍,這個倍數(shù)叫作原子核的質(zhì)量數(shù)。【例題1】 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)的力主要是庫侖力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