原子与原子核的关系

原子的组成与结构梳理

在我们生活的这个物质世界里，原子是构成万物的基本单位。从微小的细菌到庞大的星球，从清新的空气到珍贵的金属，无一不是由原子组成的。那么，原子到底是由什么组成的？它的结构又是怎样的呢？让我们一起来梳理一下。

首先，我们来了解一下原子的中心部分——原子核。原子核位于原子的中心，体积非常小，但却集中了原子几乎全部的质量。原子核由质子和中子组成。

质子带正电荷，一个质子所带的电荷量与一个电子所带的电荷量大小相等，但电性相反。不同元素的原子核中质子的数量是不同的，这个数量被称为原子序数。例如，氢原子的原子核中只有一个质子，而氧原子的原子核中有 8 个质子。

中子是不带电的粒子。它的质量与质子相近。在原子核中，质子和中子通过一种强大的相互作用紧密地结合在一起。

原子核周围是广阔的空间，其中存在着电子。电子带负电荷，它们围绕着原子核高速运动。电子的运动轨迹并不是像行星绕着太阳那样有固定的轨道，而是处于一种叫做“电子云”的概率分布状态。

电子在原子中的分布遵循一定的规律。这些规律由一系列的量子数来描述。不同的量子数决定了电子的能量、角动量等物理量，从而决定了电子在原子中的可能位置和状态。 原子的结构可以用一个简单的模型来描述。比如，以氢原子为例，它就像一个小小的太阳系，原子核是太阳，电子就是围绕太阳运转的行星。但需要注意的是，这只是一个非常简化的模型，实际情况要复杂得多。

原子的组成和结构决定了它的化学性质。元素的化学性质主要取决于原子的最外层电子数。当原子之间发生化学反应时，实际上是它们的外层电子在相互作用和重新组合。

我们再来看一下原子的大小。原子的半径通常在 10⁻¹⁰ 米左右。但不同元素的原子半径大小会有所不同。一般来说，同一周期的元素，从左到右原子半径逐渐减小；同一主族的元素，从上到下原子半径逐渐增大。

原子的质量主要集中在原子核上。质子和中子的质量大致相等，而电子的质量非常小，几乎可以忽略不计。因此，原子的质量可以近似地看作是原子核中质子和中子质量的总和。

第1页/共11页 《原子与原子核的结构》教学设计

学时：2学时，第1学时完成原子的核式结构模型;第2学时完成原子核的组成和质能方程。

一、教材结构框图

二、教学目标设计

(一)知识与技能

1.了解卢瑟福a粒子散射实验，核式结构模型的建立，了解从分析实验结果到提出原子的核式结构学说的过程;

2.知道质子和中子的发现过程及原子核的组成;了解原子物理的研究方法是在实验的基础上进行科学分析;

3.了解原子核的表示方法，了解同位素;了解爱因斯坦质能方程的含义，感受它的科学之美。

(二)过程与方法

通过对原子结构的认识过程的学习，体会物理学解决“黑箱问题”的方法，并理解人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的科学探究永无止境;

(三)情感态度与价值观

通过阅读史料，感受前辈科学家为探究真理而毕生奋斗的科学精神。

三、学习重点

卢瑟福的α粒子散射实验的现象及所说明的问题。

四、教学过程设计

第一环节：回顾历史，提出问题 第2页/共11页 (播放1964年我国第一颗原子弹爆炸成功的视频)

1945年7月16日，美国在新墨西哥州沙漠中阿拉莫戈多的“三一”试验场内30米高的铁塔上，进行了人类有史以来的第一次核试验;1954年建在前苏联的卡卢加州奥布宁斯克城的世界首座核电站;1964年我国第一颗原子弹爆炸成功。说明人类已经开始利用原子的核能。

1893年道尔顿(J. Dalton)提出了原子学说：一切物质都由极小的微粒──原子组成。不同的物质，含有不同的原子，不同原子的大小、质量和性质不同。随后被许多实验所证实，并且对许多现象给予了定量的解释。科学的发展证实了原子的存在。当原子学说逐渐被人们接受以后，人们又面临着新的问题：原子到底有多大?原子是如何构成的?内部结构如何?原子是最小的粒子吗……

(出示鸡蛋或者鸡蛋的图片)

问题1：假如你以前从未吃过鸡蛋，甚至没有见过鸡蛋，现在你想知道这东西里面究竟有什么，有什么办法吗?

原子和原子核

1.α粒子散射实验

1909～1911年，英国物理学家卢琴福和他的助手们进行了α粒子散射实验.

（1）实验装置如图所示：

如图所示，用α粒子轰击金箔，由于金原子中的带电微粒对α粒子有库仓力作用，一些α粒子穿过金箔后改变了运动方向，这种现象叫做α粒子散射. 汤姆生发现电子 汤姆生枣糕模型

卢瑟福α粒子散射实验 卢瑟福原子核式结构模型

经典电磁场理论 量子化

理玻尔原子理论

天然放射现象的发现 原子可分

原子核可分 衰变（α、β衰变）

原子核人工转变

裂变

聚变

爱因斯坦质能方程E=mC 能量 氢原子能级 半衰期

2

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）实验结果：

绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α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α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α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α粒子散射实验，从α粒子散射的实验数据，估计原子核半径的数量级为10-14m～10-15m，而原子半径的数量级是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：

1 / 6 第一章 核物理基础

说起来，每年物理师上岗证考试前三章的基础内容都是重点复习内容，尽管在日常工作中应用不多，但作为一个物理师，顾名思义，与“物理”是有着紧密关系的，这就少不了一个物理师对物理学知识必须了解一些基本的东东。

总的来说，前三章内容以记忆为主，另加一些理解！

前三章的概念比较多，类似的、相同性质的 ，比较分析会对理解记忆有帮助，注意区分那些不同点！

原子结构

原子结构这部分内容较少，知识点也较明确。相对容易掌握。

1、原子结构的数量级10(-10),原子和原子核的数量级关系：10000倍；

2、每个电子的电量约为1.6×10(-19)；

3、核素：具有确定质子数和中子数的原子的整体；

4、同位素：原子序数相同而质量数不同的核素，在元素周期表中处于同一位置；

5、轨道电子数：每个壳层最多容纳2n(2)个电子，各壳层的顺序依次为K、L、M、N、O、P、Q；每个次壳层最多容纳2（2l+1）个电子；《肿瘤放射物理学》第二页表1-1：电子的壳层结构是要多加记忆的。

原子、原子核能级

1、电子在原子核库仑场中所具有的势能主要由主量子数n和轨道量子数l决定，并随n和l的增大而提高；

2、基态的定义

3、由于高原子序数的原子核比低原子序数的原子核对电子的吸引力大，因此对于同一个能级，当所属原子的原子序数增大时，他的能量更低；

4、能量值得大小等于壳层能级能量的绝对值，这些能量程为相应壳层的结合能；

5、特征辐射、特征X线、俄歇电子

6、当核获得能量，可以从基态跃迁到某个激发态。当它再跃迁回基态时，以r射线形式辐射能量，能量值等于跃迁能级之差。

原子、原子核的质量

1、1u=1/12C（12，6）原子质量------描述方法不好输入，凑合着看吧。

2、NA=6.02×10（23）

3、1u=1/NA=1.66×10（-27）kg

质量：中子>质子>>电子

质量和能量的关系

1、E=mC(2)