【志鸿优化设计-赢在课堂】(人教版)2014-2015高中物理选修3-5课件18.2原子的核式结构模型讲义

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课堂合作探究
问题 导学
一、原子核的衰变
活动与探究 1 1 .从原子核中放出了 α 粒子,是不是原子核内本来就存在这些粒子? 答案:不是的。原子核内只有质子和中子 ,2 个质子和 2 个中子结合比较 牢固,所以它们会作为一个整体被抛出。
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2.每种元素只存在一种放射性,为什么将放射性物质放出的射线在 磁场或电场中探测时会出现三束呢? 答案:一种元素放射出一种射线后就衰变成另一种元素,这种新元 素会具有新的放射性。 3.发生 β 衰变时,新核的电荷数变化多少?新核在元素周期表中的位 置怎样变化? 答案:根据 β 衰变方程 90 Th
238
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解析:(1)设 92 U 衰变为 82 Pb 经过 x 次 α 衰变和 y 次 β 衰变,由质 量数守恒和电荷数守恒,可得 238=206+4x① 92=82+2x-y② 联立①②解得 x=8,y=6,即一共经过 8 次 α 衰变和 6 次 β 衰变。 (2)由于每发生一次 α 衰变质子数和中子数均减少 2,每发生一次 β 衰变中子数减少 1,质子数增加 1,故 82 Pb 比 92 U 质子数少 10,中子数 少 22。
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二、半衰期
1.定义 放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间,叫做这种元素 的半衰期。 2.公式 用希腊字母 τ 表示半衰期,剩余原子核数目:N 余=N 质量
1 t m 余=m 原( )τ 。 2 1 t 原( )τ ,剩余元素 2
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3.说明 统计规律,对大量原子核成立。 4.有关因素 半衰期由放射性元素的核内部自身的因素决定,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。 5.应用 利用半衰期非常稳定这一特点,可以测量其衰变程度,推断时间。

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专题归纳整合
ZHUANTIGUINAZHENGHE
专题一
专题二
2.(1)某定态时,核外电子的动能 Ek 总等于该定态总能量的绝对值; 原子的电势能 Ep 总等于该定态总能量值的两倍。
������������2 (2)电子动能 Ek= 随轨道半径 r 的减小而增大,随 r 的增大而减小; 2������
=
������������2 和电子轨道量子化条件 ������������2
2
mvnrn=n2π
ℎ
n2 h 联立可得:rn= 2 ② 4π ������������e2
把②代入①得:En=-
2π2 k me4 n2 h
2
2
≈
-13.6 eV(n=1,2,3,…)。 ������2
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2 1 2 ������������ Ek= mev = ; 2 2������
2π������ ������������ ������3 (3)电子运动周期 T= ������ =2π ������������2 ;
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专题归纳整合
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������������2 Ek=2 ������ 1
=
9×10 × (1.6×10 2×0.528×10
9
-19 2
)
-10
J≈2.18×10-18 J≈13.6 eV。
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专题归纳整合
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2
R 为里德伯常量,实验值为 R=1.10×107m-1。可以看出,n 只能取正整数, 不能连续取值,波长也只能是分立的值。
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3.其他线系 除了巴耳末线系,发现氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都 满足与巴耳末公式类似的公式。 4.巴耳末公式的意义 巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状谱,即辐射波长的 分立性。
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答案:太阳光吸收光谱上的暗线是因为太阳发出的光穿过温度比 太阳本身低得多的太阳大气层,而在这大气层里存在着从太阳里蒸发 出来的许多元素的气体,太阳光穿过它们的时候跟这些元素的标识谱 线相同的光都被这些气体吸收掉了。因此我们看到的太阳光谱是在连 续光谱的背景上分布着许多条暗线。这些暗线对应的元素为太阳大气 层的成分。
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三、经典理论的困难
1.卢瑟福核式学说的成就 卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核的存在, 很好地解释了 α 粒子散射实验。 2.经典理论的困难 经典的物理学既无法解释原子的稳定性,又无法解释原子光谱的 分立特征。
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预习交流 3
随着原子核式结构模型的建立与氢原子光谱规律的研究,经典理 论出现了哪些困难? 答案:(1)在核式结构模型中,电子绕原子核做圆周运动,电子具有加 速度。根据经典电磁理论,电子加速运动时,要向外辐射电磁波,要辐射 能量。这样,能量就会不断减少,轨道半径会越来越小,最终电子会坠入 原子核中,原子将不复存在! (2)根据经典电磁理论,电子辐射电磁波的频率,就是它绕核转动的 频率,电子越转能量越小,它离原子核就越来越近,转得也就越来越快,这 个变化是连续的,也就是说,我们应该看到原子辐射各种频率的光,即原 子的光谱应该总是连续的,而实际我们得到的氢原子光谱是分立的线 状谱。

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课堂合作探究
问题 导学
一、探究碰撞中的不变量
活动与探究 1 如图甲,用细线将两个滑块拉近,把弹簧压缩,然后烧断细线, 弹簧弹 开后落下,两个滑块由静止向相反方向运动。我们可以利用光电计时 器记录滑块穿过光电门时挡光片的挡光时间 ,从而求出滑块速度,讨论 不变的量。这是教材参考案例一提供的方法, 但同时案例一还给出乙、 丙两图对应的实验情况来进一步寻找不变量 ,这样做的目的是什么?
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(1)若已得到打点纸带如图所示,并测得各计数点间的距离标在图 上。 A 为运动起始的第一点,则应选 度,应选 “AB”“BC”“CD”或“DE”) 段来计算小车 A 碰前的速 段来计算小车 A 和小车 B 碰后的共同速度。(选填
(2)测得小车 A 的质量 mA=0.40 kg,小车 B 的质量 mB=0.20 kg,由以 上测量结果可得:碰前 mAvA+mBvB= kg· m/s。 kg· m/s;碰后 mAvA'+mBvB'=
DE
1 5× f
=
6.95×10-2 m/s=0.695 5×0.02
m/s
碰撞后小车 A 和小车 B 整体 (mA+mB)v 共=(0.20+0.40)× 0.695 kg·m/s=0.417 kg·m/s。 即碰后 mAvA'+mBvB'=0.417 kg·m/s。
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1.教材方案一:用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞 实验装置如图所示。不同的质量可以通过在滑块上加重物的办法 实现。应用气垫导轨很容易控制滑块碰撞前的速度或使它在碰撞前静 止。因此,这个方案是本实验的首选。
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答案:碰撞时难免有能量损失。在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞 架(图乙)可以得到能量损失很小的碰撞。 如果在两个滑块的碰撞端面上 分别装上撞针和橡皮泥(图丙),碰撞时撞针插入橡皮泥中,使两个滑块连 成一体运动,这样的碰撞中能量损失很大,只有在能量损失情况不同的 实验中都不变的量,才有可能是我们要寻找的不变量。

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碰撞的两物体在作用过程中是否遵守动量守恒定律,也需要从定 律的条件出发进行判断,若碰撞过程中系统所受的合外力不为零,则动 量不守恒。 在高中阶段所研究的碰撞一般情况下都是作用时间很短的过程, 这样的作用过程中一般内力都会比较大,我们可以按照内力远大于外 力来处理问题,遵守动量守恒定律。
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2.从动量方向上分类 (1)正碰(对心碰撞):碰撞前后物体的动量在同一个方向上。 (2)斜碰(非对心碰撞):碰撞前后物体的动量不在同一个方向上。
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预习交流 1
碰撞是我们日常生活中经常见到的,台球桌上台球的碰撞(图甲),因 为司机饮酒而造成汽车的碰撞(图乙)等,这些碰撞有哪些共同特点?又 有哪些不同?
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5.处理碰撞问题的依据 在所给的条件不足的情况下,碰撞结果有各种可能,但不管哪种结 果必须同时满足以下三条: (1)系统的总动量守恒; (2)系统的机械能不增加,即 Ek1'+Ek2'≤Ek1+Ek2; (3)符合实际情况,如碰后两者同向运动,应有 v 前≥v 后;若不满足,则 该碰撞过程不可能成立。 所以处理碰撞问题必须从以上三个方面考虑。
pA 2 2mA pB 2 + 2mB pA '2 2mA pB '2 mA + , 2mB mB pA ' mA , mA mB 3' pB '
由 vB'≥vA'得
pB' mB
≥
≥
=
8 =0.57 14
综上分析有 0.57≤
mA ≤0.69,所以选项 mB
B、C 正确。
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1.发生碰撞的物体间一般作用力很大,作用时间很短,各物体作用 前后各种动量变化显著,物体在作用时间内位移可忽略。 2.即使碰撞过程中系统所受合力不等于零,由于内力远大于外力, 作用时间又很短,所以外力的作用可忽略,认为系统的动量是守恒的。 3.若碰撞过程中没有其他形式的能转化为机械能,则系统碰后的总 机械能不可能大于碰前系统的机械能。 4.对于弹性碰撞,碰撞前后无动能损失;对非弹性碰撞,碰撞前后有 动能损失;对于完全非弹性碰撞,碰撞前后动能损失最大。

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预习交流 2
在 α 粒子散射实验中,偏转角大的 α 粒子与偏转角小的 α 粒子相比, 谁离原子核更近一些? 答案:α 粒子与原子核之间有相互作用的库仑斥力,偏转角大,意味 着库仑力大,因而也就越靠近原子核。
三、原子核的电荷与尺度
1.原子内的电荷关系 各种原子的原子核的电荷数与含有的电子数相等,非常接近于它 们的原子序数。
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2.原子核的组成 原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数就等于原子核中 的质子数。 3.原子核的大小 实验确定的原子核半径 R 的数量级为 10-15m,而原子的半径的数量级是 10-10m。因而原子内部十分“空旷”。
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课堂合作探究
问题 导学
一、α 粒子散射实验
活动与探究 1 1 .1909 年到 1911 年, 卢瑟福用 α 粒子轰击金箔,进行著名的 α 粒子 散射实验。如下图为 α 粒子散射实验的示意图。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的数目。实验设备装在真 空中。
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2.你认为 α 粒子散射实验的意义是什么? 答案:揭示了汤姆孙原子模型的局限性,为核式结构提供了实验基 础。 3.试分析 α 粒子与原子核发生对心碰撞达到最小距离前的动能、 电势能及加速度的变化情况。 答案:α 粒子与金原子核间存在着相互作用的库仑斥力,在靠近的过 程中,库仑力做负功,所以动能逐渐减少,电势能逐渐增加,加速度逐渐增 大。
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预习导引
一、汤姆孙的原子模型
汤姆孙于 1898 年提出了原子模型,他认为原子是一个球体,正电荷 弥漫性地均匀分布在整个球体内,电子镶嵌在球中。
汤姆孙的原子模型,小圆点代表正电荷,大圆点代表电子

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预习导引
一、光电效应的实验规律
照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出,这种现象称 为光电效应现象。逸出的电子又称为光电子。
研究光电效应的电路图
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1.实验规律之一——存在饱和电流 在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流存在一个 饱和值。也就是在电流较小时随着电压的增大而增大,当电流增大到一 定值之后,即使电压再增大,电流也不会增大了。 实验表明入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多。
2
光的粒子性
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课前预习导学
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学习目标 1. 认识光电效应现象 ,能说出光电效应的 实验规律。 2. 能用爱因斯坦光电效应方程对光电效应作 出解释,会用光电效应方程解决一些简单的问 题。 3.能说出康普顿效应及其意义。 律。 难点 :爱因斯坦光电效应方程 对光电效应实验规律的解 释。 重点难点 重点 :光电效应的实验规
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2.实验规律之二——存在着遏止电压和截止频率 对光电管加反向电压,光电流可以减小到零,使光电流恰好减小为 零的反向电压称为遏止电压。不同频率的光照射金属产生的光电效应, 遏止电压是不同的。 遏止电压与光电子的初速度存在的关系:
1 me������c 2 =eUc。 2
当入射光的频率减小到某一数值 νc 时,即使不加反向电压,也没有 光电流产生,表明没有光电子了,νc 称为截止频率。 实验表明:光电子的能量与入射光的频率有关,而与入射光的强弱 无关,当入射光的频率低于截止频率时,不能发生光电效应。
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4理论解释 困 难 1 困 难 2 困 难 3 按照光的波动理论,不论入射光的频率是 多少,只要光强足够大,总可以使电子获得 足够的能量从而发生光电效应 光强越大,电子可获得更多的能量,光电子 的最大初动能也应该越大,即出射电子的 初动能应该由入射光的能量即光强来决 定 光强大时,电子能量积累的时间就短;光强 小时,电子能量积累的时间就长 当入射光照射到光电管的阴 极时 , 无论光强怎样微弱 , 几 乎在一开始就产生了光电子 出射电子的初动能与光强无 关,与频率有关 光电效应的实验事实 如果光的频率小于金属的截 止频率 , 无论光强多大 , 都没 有光电效应发生

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迁移与应用 1 下列有关光的波粒二象性的说法中,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.大量光子的行为往往显示出粒子性 答案:C 解析:一切光都具有波粒二象性,光的有些行为(如干涉、衍射)表现 出波动性,有些行为(如光电效应)表现出粒子性,所以,不能说有的光是 波,有的光是粒子。 )
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ℎ ������
预习交流 1
光具有波动性是否说明光就是我们宏观意义上的波? 答案:不是。光具有粒子性,也具有波动性,所以我们说光具有波粒二象 性,这里的粒子不是我们平时所说的粒子,同样这里的波也不是我们宏 观意义上的波。
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二、粒子的波动性
1.物质的分类 物理学中把物质分为两类,一类是分子、原子、电子、质子及由这 些粒子组成的物质;另一类是场,像电场、磁场、电磁场这种看不见的, 不是由实物粒子组成的,而是一种客观存在的特殊物质。 2.德布罗意波 任何一种实物粒子都和一个波相对应,这种波被称为德布罗意波, 也叫物质波。
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3.物质波的波长和频率 波长公式:λ= ,频率公式:ν= 。
ℎ ������ ������ ℎ
三、物质波的实验验证
宏观物体的德布罗意波波长太小,很难观察到它们的波动性。微观 粒子则不同,可找到与其波长差不多的障碍物或孔。如 1927 年戴维孙 和 G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验,得到了明显的衍射图 样,从而证实了电子的波动性。
问题 导学
一、光的波粒二象性
活动与探究 1 1 .有一位记者曾向英国物理学家、诺贝尔奖获得者布拉格请教 :光 是波还是粒子?布拉格幽默地答道:“星期一、三、五它是一个波, 星期 二、四、六它是一个粒子,星期天物理学家休息。 ”你是如何理解布拉 格的回答的? 答案: 光既不同于宏观观念的粒子,又不同于宏观观念的波 ,但光既 具有粒子性,又具有波动性。粒子性、波动性是光本身的属性。

2MgR 2m2 gR ,v = 。 M+m 2 M(M+m) 1 2 1 2
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对于某一方向上合外力为零或内力远大于外力的情况,可在该方 向上应用动量守恒定律,但必须点明在该方向上应用动量守恒定律。对 整个过程而言,系统总动量可能不守恒。
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二、多物体系统中动量守恒定律的应用
活动与探究 2 你读过我国古典名著 《三国 演义》吗?其中有一个“草船借箭”的故事你一定 知道吧。如图所示,设草船的质量为 m1,草船以速 度 v1 返回时,曹兵万箭齐发,先后有 n 支箭射中草 船,箭的速度均为 v,方向与船行方向相同,由此可推算,草船的速度会增 加多少?(不计水的阻力)
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多个物体相互作用时,物理过程往往比较复杂,使用牛顿定律求解 很难奏效,但若系统不受外力或所受合力为零,却可以使用动量守恒定 律求解,使问题得以简化。在具体应用中要从以下几点去考虑: 1.正确分析作用过程中各物体状态的变化情况,建立运动模型; 2.分清相互作用的各个阶段,并找出联系各阶段的状态量,各个阶 段可分别建立方程;
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答案:n 支箭尽管不是同时与草船作用,但每一次作用过程中,在不 计水的阻力的条件下,箭与船组成的系统所受合外力均为零,所以总动 量守恒,因此将 n 支箭分别射到草船上和将 n 支箭一起同时射到草船上, 其效果相同,因此可以不考虑其复杂的作用过程。设船速增加 Δv,则船 速 v2=v1+Δv,由动量守恒知 m1v1+nmv=(m1+nm)v2 所以
第 2 课时 动量守恒定律的应用
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学习目标 1.加深对动量守恒定律的理解。 2. 能用动量守恒定律解决多物体组成系统 的综合问题。 3.能解决有关平均动量守恒的问题。 用。 难点 :多物体系统动量守恒定律 的应用。 重点难点 重 点 : 动量 守恒 定律 的应

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3.教材思考与讨论栏目中,电子比荷的测定:
(1)在 D1、 D2 间加电场后射线偏到 P2,由电场方向知,该射线带负电。 (2)在 D1、D2 间又加一磁场,电场与磁场垂直,让射线恰好不偏转, 该过程中射线受两个作用力:电场力和磁场力,两个力平衡,qvB=qE,得 v= 。 (3)撤去电场,只保留磁场,得射线做圆周运动,轨道半径为 r,根据洛 伦兹力充当向心力:qvB=m ,得出: = 两式联立得: =
第十八章 原子结构
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1
电子的发现
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学习目标 1.知道阴极射线是由电子组成的,电子是原子的组成 部分,是比原子更基本的物质单元。 2.体会电子的发现过程中蕴含的科学方法。 3.能说出汤姆孙是如何测定电子比荷的,记住电子的电荷 量和质量。 4.明白电荷是量子化的,即任何电荷只能是元电荷 e 的整 数倍。
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预习交流 1
电子的发现是与阴极射线的实验研究联系在一起的,而阴极射线 的发现和研究是从真空放电现象开始的。 1858 年,德国物理学家普吕克 在利用德国玻璃工盖斯勒发明的盖斯勒放电管研究气体放电时,发现 对着阴极的管壁上出现了美丽的绿色荧光。1876 年德国物理学家戈德 斯坦证实这种绿色荧光是由阴极上所产生的某种射线射到玻璃上产生 的,他把这种射线命名为“阴极射线”。“阴极射线”到底是什么?
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3.元电荷就是单位电荷,就是电子,对吗? 答案:元电荷是最小的电荷量单元,但并不是说电子就是元电荷。 4.密立根油滴实验取得了哪些成就? 答案:1913 年美国科学家密立根通过“油滴实验”精确测定了电子 电荷量,目前测定的元电荷的电荷量是 e=1.602176462(63)×10-19C,有关 计算中一般使用 e=1.6×10-19C。 该实验还发现:电荷是量子化的,即任何电荷只能是电子电荷量(元 电荷)e 的整数倍。 由比荷及 e 的数值确定电子的静质量为 me=9.109×10-31kg。