人教版高中物理选修35 原子和原子核复习导学案

1、人教版高中物理选修3-5原子和原子核复习导学案量子化 理论 汤姆生枣糕模型 汤姆生发现电子玻尔原子理论 卢瑟福原子核式结构模型卢瑟福粒子散射实验原子可分 经典电磁场理论半衰期 氢原子能级衰变（、衰变）天然放射现象的发现原子核人工转变 能量裂变原子核可分聚变2爱因斯坦质能方程E=mC1.粒子散射实验19091911年，英国物理学家卢琴福和他的助手们进行了粒子散射实验.（1）实验装置如图所示：如图所示，用粒子轰击金箔，由于金原子中的带电微粒对粒子有库仓力作用，一些粒子穿过金箔后改变了运动方向，这种现象叫做粒子散射.荧光屏可以沿着图中虚线转动，用来统计向不同方向散射的粒子数目.全部设备装在真空中.（

2、2）实验结果：绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数粒子发生了较大的偏转.（3）现象解释：认为原子中的全部正电荷和几乎所有质量都集中到一个很小的核上，由于核很小，大部分粒子穿过金箔时都离核很远，受到的库仑力很小，它们的运动几乎不受影响.只有少数粒子从原子核附近飞过，明显受到原子核的库仑力而发生大角度偏转.2.原子的核式结构模型内容：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质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间运动.说明 核式结构模型的实验基础是粒子散射实验，从粒子散射的实验数据，估计原子核半径的数量级为10-14m10-15m，而原子半径的数

3、量级是10-10m.3.玻尔的原子模型内容：玻尔认为，围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫轨道量子化；不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的.理解要点：玻尔的原子模型是以假说的形式提出来的，包括以下三方面的内容：n E/eV1 -13.63 -1.512 -3.45 -0.584 -0.85轨道假设：即轨道是量子化的，只能是某些分立的值.定态假设：即不同的轨道对应着不同的能量状态，这些状态中原子是稳定的，不向外辐射能量.跃迁假设：原子在不同的状态具有不

4、同的能量，从一个定态向另一个定态跃迁时要辐射或吸收一定频率的光子，该光子的能量，等于这两个状态的能级差.4.三种射线的比较射线：是氦核（He）流，速度约为光速的十分之一，在空气中射程几厘米，贯穿本领小，电离作用强.射线：是高速的电子流，穿透本领较大，能穿透几毫米的铝板，电离作用较弱.射线：是高能光子流，贯穿本领强，能穿透几厘米铅板，电离作用小.说明 放射性元素有的原子核放出射线，有的放出射线，多余的能量以光子的形式射出.5.衰变定义：放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变.衰变规律：电荷数和质量数都守恒.衰变：XY+He，衰变的实质是某元素的原子核放出由两个质子和两个中子

5、组成的粒子（即氦核）.衰变：XY+e，衰变的实质是某元素的原子核内的一个中子变为一个质子时放射出一个电子.衰变：衰变是伴随衰变或衰变同时发生的.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衰变或衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子.例3 U衰变后Rn共发生了 次衰变和 次衰变.解析 根据衰变规律，Rn的质量数比U的质量数减少了238-22216，而天然放射只有衰变才能使质量数减少，且每次衰变减少质量数为4，故发生了16÷44次衰变.因每次衰变核的电荷数减少2，故由于衰变核 的电荷数应减少4×28.而Rn核的电荷数仅比U核少了9

6、2-866，故说明发生了2次衰变（即92-8+286）.答案 发生了4次衰变，2次衰变.评价 在分析有关、衰变的问题时，应抓住每次衰变质量数减4，电荷数减2和每次衰变时质量数不变，电荷数加1这一衰变规律进行分析.6.半衰期定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，叫这种元素的半衰期.说明 （1）半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定的，跟原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关.（2）半衰期只对大量原子核衰变才有意义，因为放射性元素的衰变规律是统计规律，对少数原子核衰变不再起作用.（3）确定衰变次数的方法：设放射性元素X经过n次衰变m次衰变后，变成稳定

7、的新元素Y，则表示核反应的方程为：XY+nHe +me.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程两式联立得：由此可见确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组.7.放射性同位素的应用（1）利用它的射线如利用钴60放出的很强的射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹，这叫射线探伤，利用放射线的贯穿本领了解物体的厚度和密度的关系，可以用放射性同位素来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度，从而自动控制生产过程，再如利用射线的电离作用，可以消除机器在运转中因摩擦而产生的有害静电，利用射线杀死体内的癌细胞等.（2）做示踪原子如在生物科学研究方面，同位素示踪技术起着十分重要的作用，在人工方法合成牛胰岛素的研制、验证

8、方向、示踪原子起着重要的作用.在输油管线漏的检查和对植物生长的检测方面，示踪原子都起着重要作用.例4 如图所示是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图.（1）请你简述自动控制的原理；（2）如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在、和三种射线中，你认为哪一种射线在铝板的厚度控制中起主要作用，为什么？解析 （1）放射线具有穿透本领，如果向前运动的铝板的厚度有变化，则探测器接收到的放射线的强度就会随之变化，这种变化被转变为电信号输入到相应的装置，进而自动控制如上图中右侧的两个轮间的距离，使铝板的厚度恢复正常.（2）射线起主要作用，因为射线的贯穿本领很小，一张薄纸就能把它挡住，更穿不过1毫米的铝板；

9、射线的贯穿本领非常强，能穿过几厘米的铅板，1毫米左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化不大；射线的贯穿本领较强，能穿过几毫米的铝板，当铝板的厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化较大，探测器可明显地反应出这种变化，使自动化系统做出相应的反应.8.核能的计算（1）质能方程：爱因斯担的相对论指出，物体的质量和能量存在着密切联系，即E=mc2.这就是爱因斯坦的质能方程.说明 质能方程告诉我们质量和能量之间存在着简单的正比关系.物体的能量增大了，质量也增大了；能量减小了，质量也减小.且核反应中释放的能量与质量亏损成正比：（2）核能：核反应中放出的能量称为核能.（3）核能的计算根据爱因斯坦质能

10、方程，用核子结合成原子核时质量亏损（）的千克数乘以真空中光速的平方.即根据1原子质量单位（u）相当于931.5MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV.即 MeV例5 已知氮核质量mN=14.00753u，氧核质量m0=17.00454u，氦核质量mHe=4.00387u，质子质量u，试判断核反应：N+HeO+H是吸能反应，还是放能反应，能量变化多少？解析 先计算出质量亏损，然后由1u相当于931.5MeV能量代入计算即可.反应前总质量 u反应后总质量 u因为反应中质量增加，所以此反应为吸能反应，所吸收能量为：=(18.01269-18.01140)×931.5 MeV=1.2 MeV例6 一个静止的U（原子质量为232.0372u），放出一个粒子（原子质量为4.00260u）后，衰变成Th（原子质量为228.0287u）.假设放出的结合能完全变成Th核和粒子的动能，试计算粒子的动能.剖析 由质能方程可计算释放的核能，然后结合动量守恒和能量关系可求解.解析 反应中产生的质量亏损u反应中释放的核能：MeV=5.5MeV在U核衰变过程中的动量守恒、能量守恒，则解以上两式得：则粒子的动能MeV=5.