原子的核式结构 原子核

【本课教学目标】
本章是中学物理教材的结尾部分，是近代物理的第二章，学习物质的微观结构——原子和原子核的初步知识，内容较以前的教材更粗浅，但对认识物质世界的本质，进一步学习现代高科技却有极其重要的意义．新教材更注重知识与生活的联系，处处渗透着辨证唯物主义的思想，时时闪现着人类认识事物的规律：思维——实验——理论．
1．了解原子的核式结构，原子核的结构．
2．了解天然放射现象，知道核反应的类型，会写核反应方程．
3．知道探测射线的方法．
4．了解质量亏损现象，会用爱因斯坦质能方程进行简单的计算．
5．了解获得核能的途径：重核裂变和轻核聚变．
6．知道几种粒子．
对原子结构的学习，重点要正确认识原子的核式结构，其前提是弄清楚α粒子散射实验．天然放射性现象的发现，揭开了人类认识原子核结构的序幕，这部分内容主要是了解这种现象的实质——原子核的自发转变，并要求能写出有关衰变方程，知道三种射线的本质及两种衰变，会解决本章知识与电场和磁场相联系的问题．
“探测射线的方法”虽是选学内容，但其涉及的方法是科学研究的一种重要手段，学习“放射线的应用与保护”时应认真体会物理知识与生活、生产的紧密联系．核能的学习是本章的重点之一，质量亏损和爱因斯坦质能方程把反应中能量的变化与反应前后质量变化联系起来，从而对核能释放的理解更具体，可以定量计算有关核能．通过学习粒子物理，可以对微观世界组成有初步的认识．
本章知识与前面的联系主要集中在与电场、磁场、动量守恒、能量守恒几个方面，另外学习本章内容还要加强本学科与其他学科的综合．
【基础知识导引】
1．知道卢瑟福的α粒子散射实验．
2．知道原子的枣糕式模型，理解原子的核式结构模型．
3．了解原子核的组成，知道原子核的表示方法．
【教材内容全解】
1897年汤姆生发现了电子，揭开了人类认识原子结构的序幕，诞生了原子的枣糕式模型，不久，卢瑟福的α粒子散射实验否定了这一模型，初步建立了原子结构的正确图景——原子的核式结构模型(行星式模型)，随着质子、中子的被发现，人类对原子、原子核的结构有了更正确的认识，本节教材便是沿着人类对原子结构认识的过程而展开的．通过本节内容的学习，我们不仅要掌握一些最基本的物理知识，更要从中领悟物理学中研究问题的方法和手段，了解原子物理学的发展过程．
本节主要内容可概括为：
(一)汤姆生的原子模型又称枣糕式模型，是建立在理论思维基础上的，实际上并不正确．
(二)卢瑟福的原子核式结构模型
1．α粒子散射实验
(1)实验装置(了解)
(2)实验现象(掌握)
(3)实验结论(上升为理论)
2．内容：在原子中心有一个很小的核，叫原子核，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．
3．电子绕核运转与行星绕太阳运转相似，原子内部“空旷”类似于太空，故有人又把原子的核式结构模型叫做行星式模型．
(三)原子核的组成
1．1919年卢瑟福发现质子，1930年查德威克发现中子．
2．原子核由质子和中子组成．质子和中子又统称为核子．
3．核子紧紧地结合成原子核靠的是核力，核力是一种短程(在m 1510
2-⨯以内)的强相
互作用力，仅存在于相邻的核子之间．
4．原子核用符号X A Z 表示，X 为元素符号，A 为原子核的质量数，Z 为质子数(核电荷数)．
5．具有相同质子数而中子数不同的原子互称同位素，如C 12
6和C 146即为碳的两种同位
素．
【难题巧解点拨】
例1 原子核式结构模型的提出是以____________为基础的．
解析 卢瑟福为解释α粒子散射实验现象提出了原子核式结构模型．
答案 α粒子散射实验．
点评 α粒子散射实验的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后基本仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转．为解释该现象，卢瑟福提出了原子核式结构模型，α粒子穿越金箔时，只有当α粒子十分接近原子核时，才会受到很大的库仑斥力，从而发生大角度偏转．
例2 质子和中子“牢牢抱成团”组成原子核靠的是( )
A ．万有引力
B ．库仑力
C ．核力
D ．万有引力和核力
解析 质子带正电，中子不带电，故B 是错误的；根据估算可知由于质子和中子的质量很小，因而万有引力很小，不足以将质子和中子结合成“稳固”的原子核．
答案 C
点评 该题要求知道一种新的力：核力．核力是一种短程的强相互作用力，只发生在相邻的核子之间．
例3 在α粒子散射实验中，当在α粒子最接近原子核时，关于描述α粒子的有关物理量符合下列哪种情况( )
A ．动能最小
B ．势能最小
C ．α粒子与金原子核组成的系统能量最小
D ．α粒子所受金原子核的斥力最大
解析 α粒子和金原子核都带正电，库仑力表现为斥力，两者距离减小时，库仑力做负功，故α粒子动能减小，电势能增加；系统的能量守恒，由库仑定律可知随着距离的减小，库仑斥力逐渐增大．
答案 A 、D
点评 该题涉及到能量守恒以及电场力做功和能量转化关系的知识，学习时就应注意前后知识的联系及知识的灵活应用．
【拓展延伸探究】
课题：对原子核式结构的认识．
目的：理解α粒子散射实验．
问题：1．α粒子散射实验的装置如何、现象是什么?(见课本内容)
2．在α粒子散射实验中，为什么用金箔而不用锡(铝等)箔?
提示：金的延展性好，易做得很薄，特别是，比较而言金原子的核电荷数高(所带的电量多)．
3．原子核式结构模型为什么又常叫做行星式模型?
提示：电子绕核运转与行星绕太阳运转相似，原子内部“空旷”类似于太空．
【课本习题解答】
1．答：卢瑟福由散射实验中观察到，绝大多数α粒子穿过金属箔后仍沿原来的方向前进，只有少数粒子发生了较大角度的偏转，从而得出只有当原子中的正电荷和质量集中在一个很小的核上时，才会发生这样的散射现象，进而提出了原子核式结构模型．
2．答：以钠元素(Na 2311)为例，它的质量数为23，而钠原子内只有11个质子，显然与
原子核的质量不符，所以说原子核不可能只有质子组成．
3．答：碳14核内有6个质子，8个中子．
【同步达纲练习】
1．原子核式结构学说是根据下列哪个实验或现象提出来的( )
A ．光电效应实验
B ．氢原子光谱实验
C ．α粒子散射实验
D ．天然放射现象
2．卢瑟福α粒子散射实验的结果证明了( )
A ．质子的存在
B ．原子核是由质子和中子组成的
C ．电子只能在某些轨道上运动
D ．原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核上
3．关于α粒子散射实验的装置，下列说法正确的是( )
A ．全部设备都放在没有尘埃的洁净的空气中
B ．荧光屏和显微镜能围绕金箔在一个圆周上转动
C ．若将金箔改为银箔，就不能发生散射现象
D ．金箔的厚度不会影响实验结果
4．同一元素的几种同位素，它们的( )
A ．中子数一定相同
B ．质子数一定相同
C．原子序数一定相同 D．核外电子数一定相同
参考答案
【同步达纲练习】
1．C(点评：物理学是一门自然学科，其许多理论是建立在可靠的实验基础上的，因此知道一些物理学事实是非常必要的．)
2．D(点评：α粒子散射实验很著名，但不能夸大其作用．)
3．B(点评：参见课本实验装置介绍，如将金箔换成金块，则不能观察到α粒子散射实验现象了．)
4．B、C、D(点评：中性原子的质子数、核电荷数、核外电子数、原子序数都相同．)。