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《原子物理学》教学大纲课程性质：专业基础课程先修课程：力学、电磁学、光学总学时：60 学分：3.5理论学时：60 实验学时：实验纳入《近代物理实验》课程开课学院：物电学院适用专业：物理学大纲执笔人：凤尔银大纲编写时间：2007年元月教研室主任审核：凤尔银教学院长审定：一、说明1、课程的性质、地位和任务原子物理学为物理学专业的必修课，是物理学专业的一门重要基础课。
本课程的主要目标和任务是：以原子结构为中心，以实验事实为线索，了解原子和原子核层次的物质结构及运动和变化规律，揭示宏观现象与规律的本质。
介绍有关问题所需要的量子力学基本概念，阐述物质微观结构三个层次的物理过程、研究方法，培养创新思维。
使学生对物质世界有更深入的认识，获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力。
2、课程教学的基本要求通过本课程的学习，力图使学生初步建立描述微观世界的物理图像，理解适应微观世界的新概念，掌握处理微观世界物理问题的新方法，为后续《量子力学》课程的学习打下一定的基础；本课程涉及知识面较广，讲授时要针对实际情况，对内容加以选择，尽量做到详略得当，让学生既能较全面，又能较深刻地理解和掌握。
课程教学中，要结合有关内容，适当将一些背景材料和物理学史引入教学，以利于加深对新知识的理解和把握。
同时，通过介绍二十世纪初物理学家，在解决经典物理学应用于微观粒子体系遇到困难时的大胆探索、勇于出新的思想脉络，使学生受到创新意识和创新精神方面的熏陶和教育，提高学生分析问题和解决问题的能力。
使学生了解物理学家对物质结构的实践——理论——再实践的认识过程，引导学生养成严谨、活跃、创新的思维方式和学习方法。
3、本课程的重点与难点重点：培养学生初步建立微观世界的物理图像，掌握描述原子结构的基本概念、基本原理和方法；掌握认识原子世界的基本规律，以便从思想和方法上做好准备，为今后学习量子力学打下基础。
难点：由于原子物理学课程是学生第一次系统的接触到的近代物理学的理论体系，它的许多概念、观点与学生长期形成的观念不相符合。
原子物理 知识要点第一节 电子的发现与汤姆孙模型 1、阴极射线 2、汤姆孙的研究3. 汤姆生发现电子，根据原子呈电中性，提出了原子的葡萄干布丁模型。
第二节 原子的核式结构模型 1、粒子散射实验原理、装置 （1）粒子散射实验原理：（2）粒子散射实验装置 主要由放射源、金箔、荧光屏、望远镜几部分组成。
（3）实验的观察结果 入射的粒子分为三部分。
大部分沿原来的方向前进，少数发生了较大偏转，极少数发生大角度偏转。
2、原子的核式结构的提出三个问题：用汤姆生的葡萄干布丁模型能否解释粒子大角度散射？（1）粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？（2）按照葡萄干布丁模型，粒子在原子附近或穿越原子内部后有没有可能发生大角度偏转？小结：实验中发现极少数粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些粒子在原子中某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用，可见原子中的正电荷、质量应都集中在一个中心上。
①绝大多数粒子不偏移→原子内部绝大部分是“空”的。
②少数粒子发生较大偏转→原子内部有“核”存在。
③极少数粒子被弹回 表明：作用力很大；质量很大；电量集中。
3、原子核的电荷与大小4.卢瑟福原子核式结构模型 第三节 波尔的原子模型卢瑟福原子核式结构学说与经典电磁理论的矛盾丹麦物理学家玻尔，在1913年提出了自己的原子结构假说。
1、玻尔的原子理论（1）能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。
这些状态叫定态。
（本假设是针对原子稳定性提出的）（2）跃迁假设：原子从一种定态（设能量为En ）跃迁到另一种定态（设能量为E m ）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即（h 为普朗克恒量）（本假设针对线状谱提出）（3）轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。
原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。
【课堂新坐标】（教师用书）20212021学年高中物理第2章第2节原子的核式结构模型课后知能检测鲁科版选修351．下列能揭示原子具有核式结构的实验是( )A．光电效应实验B．伦琴射线的发觉C．α粒子散射实验D．氢原子光谱的发觉【解析】光电效应现象证明了光的粒子性本质，与原子结构无关，选项A错误；伦琴射线的发觉以及氢原子光谱的发觉都与原子的能级结构有关，差不多上原子能级跃迁的结论，选项B、D错误；卢瑟福的α粒子散射实验证实了原子的核式结构模型，选项C正确．【答案】 C2．关于α粒子散射实验装置，下列说法正确的是( )A．实验装置应放在真空中B．金箔的厚度对实验无阻碍C．假如把金箔改为铝箔，更容易观看到大角度散射现象D．实验时，金箔、荧光屏和显微镜均能在圆周上运动【解析】依照α粒子散射实验装置的要求，不在真空中实验可能会受到空气中尘埃等微粒的阻碍，A对．当金箔偏厚时，α粒子可能无法穿过，B错，金箔改为铝箔，由于铝原子核质量较小，而不容易观看到大角度散射，C错误．实验中金箔、荧光屏不动，显微镜沿圆周运动，D错．【答案】 A3．卢瑟福用α粒子散射实验探究原子结构说明( )A．能够用人工的方法产生放射现象B．电子是原子的组成部分C．α粒子带正电D．原子具有核式结构【解析】依照α粒子散射实验现象分析，原子应具有核式结构，故选D.【答案】 D4．(2020·汉中检测)卢瑟福原子核式结构理论的要紧内容有( )A．原子的中心有个核，叫原子核B．原子的正电荷平均分布在整个原子中C．原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里D．带负电的电子在核外绕核旋转【解析】由卢瑟福依据α粒子散射实验建立的原子的核式结构模型可知，A、C、D 正确．【答案】ACD5．(2020·漳州检测)在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其缘故是( )A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个专门小的核上B．正电荷在原子中是平均分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子中的质量平均分布在整个原子范畴内【解析】原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个专门小的核上，才使在α粒子散射实验中，只有少数的α粒子离核专门近，受到较大的库仑斥力，发生大角度的偏转，因此选项A正确．【答案】 A图2－2－46．(2020·青岛二中检测)如图2－2－4所示，实线表示金原子核电场的等势线，虚线表示α粒子在金核电场中散射时的运动轨迹．设α粒子通过a、b、c三点时速度分别为v a、v b、v c，电势能分别为εa、εb、εc，则( )A．v a＞v b＞v c，εb＞εa＞εcB．v b＞v c＞v a，εb＜εa＜εcC．v b＞v a＞v c，εb＜εa＜εcD．v b＜v a＜v c，εb＞εa＞εc【解析】金原子核和α粒子都带正电，α粒子在接近金核过程中需不断克服库仑力做功，它的动能减小，速度减小，电势能增加；α粒子在远离金核过程中库仑力不断对它做功，它的动能增大，速度增大，电势能减小．因此这三个位置的速度大小关系和电势能大小关系为v b＜v a＜v c，εb＞εa＞εc.【答案】 D7．(2020·福建高考)在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核能够看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是( )【解析】 明白得α粒子散射实验现象，关键是弄清α粒子遇到金原子核时受到强大的斥力作用，才能发生大角度散射，选项C 正确．【答案】 C8．已知电子质量为×10－31 kg ，带电荷量为－×10－19 C ，若氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为×10－10 m ，电子绕核运动的线速度v ＝______ m/s.【解析】 库仑力提供电子做圆周运动的向心力， 由ke 2r 2＝mv 2r ，得 v ＝ek mr ＝×10－19× 9×109×10－10××10－31 m/s ＝×106 m/s.【答案】 ×1069．如图2－2－5所示，M 、N 为原子核外的两个等势面，已知U NM ＝100 V ．一个α粒子以×105 m/s 从等势面M 上的A 点运动到等势面N 上的B 点，求α粒子在B 点时速度的大小．(已知m α＝×10－27 kg)图2－2－5【解析】 α粒子在由A 到B 的过程中，依照动能定理－2eU NM ＝12m αv 2－12m αv 20 由此得v ＝v 20－4eU NM m α ＝×1052－4××10－19×100×10－27 m/s ＝×105 m/s.【答案】 ×105m/s10．α粒子散射实验是让α粒子射向金箔去碰撞金原子，结果发觉：大部分α粒子穿过金箔后不发生偏转，少数α粒子发生偏转，有的偏转角度专门大，问：(1)什么缘故有的α粒子会发生大角度的偏转？(2)已知金的原子序数为79，当α粒子距原子中心为×10－13 m 时受到的库仑力多大？【解析】 (1)按照卢瑟福的原子核式结构模型，原子中全部正电荷和几乎全部质量都集中在专门小的原子核上，核外分布着带负电荷的电子，当α粒子穿过金原子时，假如离核专门远，受到原子核的库仑力就专门小，运动方向的改变就专门小．然而，有少数α粒子穿过金原子时，离核专门近，这些α粒子受到的库仑力就较大，因此，它们的偏转角度也就越大．(2)由库仑定律F ＝kQq r 2得：α粒子受到的库仑力 F ＝错误! N＝ N.【答案】 (1)见解析 (2) N11．卢瑟福的原子核式结构模型认为，核外电子绕核运动．设想氢原子的核外电子绕核做匀速圆周运动，氢原子中电子离核最近的轨道半径r 1＝×10－10 m ，用经典物理学的知识，试运算在此轨道上电子绕核转动的加速度．【解析】 因为电子在原子核外绕核高速运转，此即带负电的电子绕带正电的原子核做圆周运动，电子所需的向心力恰好由电子和原子核间的库仑力来提供．设电子绕核运转的加速度为a ，已知：电子质量m e 等于×10－30 kg电子电量q e 等于质子电量q H ＝×10－19 C. 因为F 库＝F 向，因此kq e q H r 21＝m e a因此a ＝kq e q H m e r 21＝9×109××10－19××10－19×10－30××10－102 m/s 2 ＝×1022 m/s 2.【答案】 ×1022 m/s 2。
人教版高中物理选修3-5第18章第二节原子的核式结构一、教学任务分析电子的发现、α粒子散射实验、原子的核式结构模型的提出，这些都是人类探求物质微观结构的认识过程的起点，其中涉及到的实验、逻辑推理方法也都是人类认识自然规律的典型的科学方法。
因此这些内容不仅是本章的核心内容，而且也为后面继续学习人类对微观世界认知过程打下重要的思维与方法的基础。
学习本节内容需要以库仑定律、带电粒子在电场磁场中的运动等电、磁场知识为基础。
从介绍汤姆孙的阴极射线实验入手，通过实验现象分析得到阴极射线是由电子组成的，揭示了原子是可分的。
介绍卢瑟福α粒子散射实验，通过分析实验结果，对汤姆孙建立的“葡萄干蛋糕模型”提出质疑，在此基础上介绍卢瑟福提出的核式结构模型，。
并运用该模型解释α粒子散射实验结果。
在介绍卢瑟福α粒子散射实验的实验设计思想时，使学生了解研究微观世界的一种重要有效的方法与手段是利用其他的高能粒子去碰撞原子，引起某些可能观察到的现象，从分析这些现象的过程中逐步探索认识原子的内部结构和规律。
从而使学生理解人类是如何在实验的基础上认识原子结构；怎样在实验与理论的相互推动下，使认识不断发展不断深入的。
在介绍卢瑟福核式结构模型时，可通过比较该模型、汤姆孙的原子模型与实验结论的相互印证关系，使学生感受到物理模型是一种高度抽象的理想客体和形态；物理学的研究通常需通过提出假设、建立物理模型、实验验证等几个过程；物理学的发展过程，可以说就是一个不断建立物理模型和用新的物理模型代替旧的或不完善的物理模型的过程。
这些认识都将提高学生的科学意识与科学品质。
二、教学目标1．知识与技能（1）知道卢瑟福α粒子散射实验。
（2）知道原子的核式结构模型。
（3）理解卢瑟福的原子核式结构学说对α粒子散射实验的解释。
2．过程与方法（1）通过分析卢瑟福α粒子散射实验的结果，感受物理学的研究方法——提出假设、建立物理模型、实验验证等方法。
（2）通过了解人类探索认识原子结构的历史，认识人类通过收集、处理和分析微观现象所发出的各种信息，来认识不能直接感知的微观世界的认知手段与方法。
人教版选修3《原子的核式结构模型》教案及教学反思本文主要介绍人教版选修3《原子的核式结构模型》的教案及教学反思。
这是一门重要的高中物理课程，在理解和掌握原子核的基本原理方面起到了至关重要的作用。
教学目标通过本课程的学习，学生应该能够：1.掌握原子核的基本结构和核力的作用；2.了解原子核的基本性质，包括质量数、原子序数和同位素概念；3.掌握原子核的衰变过程，并了解主要的衰变方式；4.了解核反应和核能源的基本原理。
教学重难点本课程的重点和难点如下：1.原子核的基本结构和核力的作用；2.质量数、原子序数和同位素的概念；3.核衰变和主要衰变方式；4.核反应和核能源的基本原理。
教学内容第一节：原子核的基本结构和核力的作用教学目标1.理解原子核的基本结构；2.掌握原子核的基本性质；3.了解核力的作用。
1.原子核的基本结构；2.原子核的基本性质。
教学难点核力的作用。
教学方法讲解和实验演示相结合，让学生通过观察和实验来理解原子核的基本结构和核力的作用。
教学过程1.讲解原子核的基本结构和性质；2.实验演示，让学生观察和探究原子核的基本性质；3.讲解核力的作用。
第二节：质量数、原子序数和同位素的概念教学目标1.掌握质量数、原子序数和同位素的概念；2.了解同位素的性质和应用。
教学重点1.质量数、原子序数和同位素的概念；2.同位素的性质和应用。
教学难点同位素的性质和应用。
教学方法讲解和实验演示相结合，让学生通过观察和实验来掌握质量数、原子序数和同位素的概念，并了解同位素的性质和应用。
1.讲解质量数、原子序数和同位素的概念；2.实验演示，让学生通过观察和探究来了解同位素的性质和应用。
第三节：核衰变和主要衰变方式教学目标1.掌握核衰变的基本原理；2.了解主要的核衰变方式。
教学重点1.核衰变的基本原理；2.主要的核衰变方式。
教学难点主要的核衰变方式。
教学方法讲解和实验演示相结合，让学生通过实验来了解核衰变的基本原理，并掌握主要的核衰变方式。
教材习题点拨教材问题全解思考与讨论1．α粒子射入金箔时难免与电子碰撞。
试估计这种碰撞对α粒子速度影响的大小。
2．按照汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。
请分析：α粒子穿过金箔受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进。
解析：(1)电子的质量只有α粒子的七千三百分之一，对α粒子的速度影响很小，α粒子与电子碰撞后速度几乎不变。
(2)按照汤姆孙的枣糕模型，由于原子是电中性的，正电荷在原子内部是均匀分布的，α粒子穿过原子时，α粒子两侧的正电荷将对它的库仑斥力大部分互相抵消，不会使α粒子有大的偏转，α粒子沿原路线运动的可能性较大；不可能发生大角度散射，最不可能出现被反弹的情况。
教材习题全解1．请绘制一幅简图，说明卢瑟福进行α粒子散射实验所用的仪器装置，他是怎样用这个装置观察α粒子散射现象的？描述他曾观察到的现象。
答：简图参见教科书图18.2－2。
放射源：放出α粒子。
金箔：被α粒子轰击的物质。
带有荧光屏的放大镜：用来观察α粒子轰击金箔后的轨迹。
整个装置置于真空中，α粒子打在荧光屏上有微弱的闪光。
由于放大镜能围绕金箔在一个圆周内转动，因此可以通过它观察到穿过金箔后偏转角度不同的α粒子。
观察到的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上沿原来方向前进，少数α粒子发生了大角度偏转，偏转超过了90°甚至几乎达到180°，像是被弹了回去。
2．汤姆孙模型为什么不能解释α粒子的大角度散射？答：电子的质量很小，比α粒子的质量小得多，α粒子碰到金箔原子内的电子，运动方向不会发生明显变化。
汤姆孙模型认为正电荷在原子内是均匀分布的，因此当α粒子穿过原子时，它受到两侧正电荷的斥力有相当大一部分互相抵消，使α粒子偏转的力不会很大，不会有大角度偏转。
所以汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射。
3．卢瑟福提出的原子结构的模型是怎样的？他提出这种模型的依据是什么？答：卢瑟福的原子核式结构模型是：在原子的中间有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中于原子核，带负电的电子在核外空间是绕核旋转。
