高中优秀教案高三物理教案：《原子的核式结构》教学设计

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高三物理教案：《原子的核式结构》教学设计

本文题目：高三物理教案：原子的核式结构

原子的核式结构玻尔理论天然放射现象

一、学问点梳理

1、原子的核式结构

(1)粒子散射试验结果：绝大多数粒子沿原方向前进，少数粒

子发生较大偏转。

(2)原子的核式结构模型：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的质量都集中在原子核里，带

负电的电子在核外空间绕核旋转.

(3)原子核的大小：原子的半径大约是10-10米，原子核的半径

大约为10-14米～10-15米.

2、玻尔理论有三个要点：

(1)原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，在这些状态中

原子是稳定的.电子虽然绕核旋转，但并不向外辐射能量，这些状态

叫定态.

(2)原子从一种定态跃迁到另肯定态时，它辐射(或汲取)肯定频

率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差打算.即h=E2-E1

(3)原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动.原子

的定态是不连续的，因而电子的可能轨道是分立的.

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在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，各状态对应的能量

也是不连续的，这些不连续的能量值的能量值叫做能级。

3、原子核的组成核力

原子核是由质子和中子组成的.质子和中子统称为核子.

将核子稳固地束缚在一起的力叫核力，这是一种很强的力，而且

是短程力，只能在2.0X10-15的距离内起作用，所以只有相邻的核子

间才有核力作用.

4、原子核的衰变

(1)天然放射现象：有些元素自发地放射出看不见的射线，这种

现

象叫天然放射现象.

(2)放射性元素放射的射线有三种：、射线、射线，

这三种射线可以用磁场和电场加以区分，如图15.2-1所示

(3)放射性元素的衰变：放射性元素放射出粒子或粒子后，衰

变成新的原子核，原子核的这种改变称为衰变.

衰变规律：衰变中的电荷数和质量数都是守恒的.

(4)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间

称为半衰期.不同的放射性元素的半衰期是不同的，但对于确定的放

射性元素，其半衰期是确定的.它由原子核的内部因素所打算，跟元

素的化学状态、温度、压强等因素无关.

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(5)同位素：具有相同质子数，中子数不同的原子在元素周期表

中处于同一位置，互称同位素。

二、典型例题

例1如图15-2-2所示为卢瑟福和他的同事们做??粒子散射试验

装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四

个位置时，观查到的现象，下述说法中正确的是

A.放在A位置时，相同时间内观查到屏上的闪光次数最多

B.放在B位置时，相同时间内观查到屏上的闪光次数只比A位

置时稍少些

C.放在C、D位置时，屏上观查不到闪光

D.放在D位置时，屏上仍能观查一些闪光，但次数极少

[解析]依据粒子散射现象，绝大多数粒子沿原方向前进，少数

粒子发生较大偏转，本题应选择A、B、D

[点评]本题考查同学是否把握卢瑟福的粒子散射试验结果。

例2氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨

道过程中()

A.原子要汲取光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子

的能量增大

B.原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子

的能量也减小

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C.原子要汲取光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子

的能量增大

D.原子要汲取光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子

的能量增加

[解析]依据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运

动时，其能量越大，由能量公式En=(E1=-13.6eV)可知，电子从

低轨道(量子数n小)向高轨道(n值较大)跃迁时，要汲取肯定的能量

的光子.故选项B可排解.氢原子核外电子绕核做圆周运动，其向心力

由原子核对电子的库仑引力供应，即=，电子运动的动能Ek=mv2=.

由此可知：电子离核越远，r越大时，则电子的动能就越小，故选项

A、C均可排解.

由于原子核带正电荷，电子带负电荷，事实上异性电荷远离过程

中需克服库仑引力做功，即库仑力对电子做负功，则原子系统的电势

能将增大，系统的总能量增加，故选项D正确.

[点评]考查对玻尔理论、库仑定律、圆周运动规律及电场力做

功性质的综合运用的力量.

例3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上升，其半衰期将减小

B.衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的

C.在、、这三种射线中，射线的穿透力量最强，射线的电离力量

最强

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D.铀核()衰变为铅核()的过程中，要经过8次衰变和10次衰

变

[解析]半衰期是由放射性元素原子核的内部因素所打算，跟元素

的化学状态、温度、压强等因素无关.A错;衰变所释放的电子是原子

核内的中子转变为质子时所产生的，，B对;依据三种射线的物理性

质，C对;U的质子数为92，中子数为146，Pb的质子数为82，中

子数为124，因而铅核比铀核少10个质子，22个中子。留意到一次

衰变质量数削减4，故衰变的次数为x==8次。再结合核电荷数的改

变状况和衰变规律来判定衰变的次数y应满意2x-y+82=92，

y=2x-10=6次。故本题正确答案为B、C。

[点评]

1本题考查衰变、衰变的规律及质量数，质子数、中子数之间的

关系。

2衰变放出的电子并不是由核外电子跃迁出来的，而是从核中衰

变产生的。

例4、如图15-2-3K-介子衰变的方程为，其中K-介子和-介子

带负的基元电荷，0介子不带电。一个K-介子沿垂直于磁场的方向射

入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的-介子的轨迹为圆弧

PB，两轨迹在P点相切，它们的半径RK-与R之比为2∶1。0介子的

轨迹未画出。由此可知-介子的动量大小与0介子的动量大小之比为

A.1∶1B.1∶2C.1∶3D.1∶6

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[解析]依据题意，分别计算出带电粒子在磁场中作圆周运动的

轨道半径。依据动量的定义，分别求出两个介子的动量大小，再从图

中确定两个介子动量的方向，最终运用动量守恒，计算出粒子的动

量大小。qvKB=mK，RK=R，，pK=-p+p，

p。正确选项为(C)

[点评]这题以基本粒子的衰变为情景，涉及带电粒子在磁场中

运动规律和动量守恒等学问点，是一道综合性题目。带电粒子在磁场

中受到洛伦磁力作用，该力的方向与粒子的速度方向垂直，因此，带

电粒子作圆周运动。依据动量守恒，基本粒子衰变前后的总动量不变，

但计算过程要主留意动量的方向问题。

例5若原子的某内层电子被电离形成空位，其它的电子跃迁到

该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，此电磁辐

射就是原子的特征X射线。内层空位的产生有多种机制，其中的一种

称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放

的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位(被电离的

电子称为内转换电子)。的原子核从某一激发态回到基态时，可将能

量E0=1.416MeV交给内层电子(如K、L、M层电子，K、L、M标记原

子中最靠近核的三个电子层)使其电离。试验测得从原子的K、L、M

层电离出的动能分别为EK=1.323MeV、EL=1.399MeV、EM=1.412MeV.

则可能放射的特征X射的能量为

A0.013MeVB0.017MeVC0.076MeVD0.093MeV

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[解析]电子电离后的动能等于汲取的能量减去电子原来所处的

能级的能量，所以原子核的K层的能量为0.093MeV，原子核的L层

的能量为0.017MeV，原子核的M层的能量为0.004MeV。所以可能放

射的特征X射的能量为0.076MeV、0.087MeV、0.013MeV。故正确为A、

C

[点评]这是一道信息题要求同学能把题中所给的学问与已学学

问有机结合。同学首先要弄清电子的电离能、动能与汲取能量的关系。

三、过关测试

1、用a、b两束单色光分别照耀同一双缝干涉装置，在距双缝恒

定距离的屏上得到图示的干涉图样，其中甲图是a光照耀时形成的，

乙图是b光照耀时形成的。则关于a、b两束单色光，下述正确的是

B

A.a光光子的能量较大

B.在水中a光传播的速度较大

C.若用a光照耀某金属时不能打出光电子，则用b光照耀该金

属时肯定打不出光电子

D.若a光是氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时产生的，则

b光可能是氢原子从n=3的能级向n=2的能级跃迁时产生的

2、德国物理学家弗兰克林和赫兹进行过气体原子激发的试验讨

论。如图(1)他们在一只阴极射线管中充了要考察的汞蒸气。极射发

出的电子受阴极K和栅极R之间的电压UR加速，。电子到达栅极R

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时，电场做功eUR。此后电子通过栅极R和阳极A之间的减速电压UA。

通过阳极的电流如图(2)所示，随着加建电压增大，阳极电流在短时

间内也增大。但是到达一个特定的电压值UR后.观查到电流突然减

小。在这个电压值上，电于的能量刚好能够激发和它们碰撞的原子。

参与碰撞的电子交出其能量，速度减小，因此刻达不了阳极.阳极电

流减小。eUR即为基态气体原于的激发能。得到汞原子的各条能级比

基态高以下能量值：4.88eV,6.68eV,8.78eV,10.32eV(此为汞原子

的电离能)。若一个能量为7.97eV电子进入汞蒸气后测量它的能量大

约是

A.4.88eV或7.97eVB.4.88eV或6.68eV

C.2.35eV或7.97eVD.1.29eV或3.09eV或7.97eVD

3、某原子核的衰变过程是ABC，下述说法中正确的是，

A.核C比核B的中子数少2B.核C比核A的质量数少5

C.原子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子的电

子数多2

D.核C比核A的质子数少1

4、原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不放射光

子.例如在某种条件下，铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级

上时并不放射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子，

使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应.以这种方式脱离了原子的

电子叫做俄歇电子.已知铬原子的能级公式可简化表示为En=-，式

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中n=1，2，3表示不同能级，A是正的已知常数.上述俄歇电子的动

能是

(A)A(B)A(C)A(D)A

5、地球的年龄究竟有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变

规律，通过对目前发觉最古老的岩石中铀和铅含量来推算。测得该岩

石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，

铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间改变规律如图所

示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数.由此可以推

断出BD

A.铀238的半衰期为90亿年

B.地球的年龄大致为45亿年

C.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数

之比约为1∶4

D.被测定的古老岩石样品在90亿年时铀、铅原子数之

比约为1∶3

6.关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是()

A.用波长为60nm的伦琴射线照耀，可使处于基态的氢原子电离

出自由电子

B.用能量为10.2eV的光子照耀，可使处于基态的氢原子跃迁到

激发态

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C.用能量为11.0eV的自由电子轰击，可使处于基态的氢原子跃

迁到激发态

D.用能量为12.5eV的光子照耀，可使处于基态的氢原子跃迁到

激发态

7、氢原子从能级A跃迁到能级B时，辐射出波长为1的光子，

从能级A跃迁到能级C时，辐射出波长为入2的光子.若入1入2，

则氢原子从能级B跃迁到能级C时，将______光子，光子的波长为

_______。

8、太赫兹辐射(1THz=1012Hz)是指频率从0.3THz到10THz、波

长介于无线电波中的mm波与红外线之间的电磁辐射区域，所产生的

T射线在物体成像、医疗诊断、环境检测、通讯等方面具有宽阔的应

用前景.最近，科学家最终研制出以红外线激光器为基础的首台可产

生4.4THz的T射线激光器，从而使T射线的有效利用成为现实。已

知普朗克常数h=6.6310-34J?s，关于4.4THz的T射线，下列说法中

错误的是BC

A.它在真空中的速度为3.0108m/sB.它是某种原子核衰变

时产生的

C.它的波长比可见光短D.它的光子的能量约

为2.910-21J

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9、氢原子从能级A跃迁到能级B汲取频率为的光子，从能级A

跃迁到能级C释放频率为的光子，若，则当它从能级B跃迁到能级

C时，将

A.放出频率为的光子B.放出频率为的光子

C.汲取频率为的光子D.汲取频率为的光子

10、日光灯中有一个启动器，其中的玻璃泡中装有氖气。启动时，

玻璃泡中的氖气会发出红光，这是由于氖原子的