高考物理二輪復習原子和原子核教案?一、教學目標1.知識與技能目標理解原子的核式結構模型，掌握α粒子散射實驗現象及結論。了解玻爾原子理論的基本假設，能解釋氫原子光譜等相關現象。掌握氫原子的能級公式和躍遷規律，會計算氫原子躍遷時吸收或輻射光子的能量。理解原子核的組成，掌握放射性元素的衰變規律，能寫出衰變方程。理解半衰期的概念，能進行相關的簡單計算。掌握核反應方程的書寫原則，能正確書寫常見的核反應方程。理解質能方程，會計算核能的相關問題。2.過程與方法目標通過復習α粒子散射實驗，培養學生分析實驗數據、得出結論的能力。在學習玻爾原子理論過程中，體會模型構建和理論推理的科學方法。通過對氫原子躍遷問題的分析，提高學生運用數學知識解決物理問題的能力。通過研究放射性元素的衰變規律，培養學生歸納總結的能力。在核反應方程和核能計算的學習中，培養學生嚴謹的科學態度和邏輯思維能力。3.情感態度與價值觀目標通過對原子和原子核知識的學習，體會人類對微觀世界認識的不斷深入，培養學生對科學探索的興趣和熱情。認識核能的巨大潛力，培養學生正確的能源觀和科學精神。二、教學重難點1.教學重點氫原子的能級結構和躍遷規律。原子核的衰變規律及衰變方程的書寫。核反應方程的書寫和核能的計算。2.教學難點玻爾原子理論對氫原子光譜的解釋。半衰期概念的理解及相關計算。核能計算中質量虧損的確定和質能方程的應用。三、教學方法講授法、討論法、練習法相結合，通過典型例題分析和課堂練習鞏固所學知識，培養學生的解題能力和思維能力。四、教學過程（一）知識梳理1.原子的核式結構α粒子散射實驗實驗裝置：由放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡等組成。實驗現象：絕大多數α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但有少數α粒子發生了大角度偏轉，極少數α粒子甚至被反彈回來。實驗結論：原子具有核式結構，原子中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉。原子核的大小：原子核直徑的數量級為10?1?m～10?1?m，原子直徑的數量級約為10?1?m。2.玻爾原子理論玻爾理論的基本假設軌道量子化：原子中的電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運動，電子運動的軌道半徑只能是某些分立的數值，即軌道是量子化的。能量量子化：原子只能處于一系列不連續的能量狀態中，在這些狀態中原子是穩定的，電子雖然做加速運動，但并不向外輻射能量，這些狀態叫做定態。原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值叫做能級。躍遷假設：原子從一種定態躍遷到另一種定態時，會吸收或輻射一定頻率的光子，光子的能量等于這兩個定態的能量差，即hν=E?E?。氫原子的能級公式和軌道半徑公式能級公式：\(E_n=\frac{E_1}{n^2}\)（\(n=1,2,3,\cdots\)），其中\(E_1=13.6eV\)，為氫原子的基態能量。軌道半徑公式：\(r_n=n^2r_1\)（\(n=1,2,3,\cdots\)），其中\(r_1=0.53×10^{10}m\)，為氫原子的基態軌道半徑。氫原子光譜：氫原子光譜是線狀譜，其頻率滿足公式\(\frac{1}{\lambda}=R(\frac{1}{m^2}\frac{1}{n^2})\)（\(m\ltn\)，\(m,n=1,2,3,\cdots\)），其中\(R\)為里德伯常量。3.原子核的組成原子核的組成：原子核由質子和中子組成，質子和中子統稱為核子。原子核的電荷數、質量數電荷數（Z）：等于原子核內的質子數，也等于原子的核外電子數。質量數（A）：等于原子核內的質子數和中子數之和，即\(A=Z+N\)。同位素：具有相同質子數而中子數不同的原子核互稱為同位素。4.放射性元素的衰變衰變：原子核放出α粒子或β粒子，由于核電荷數變了，它在元素周期表中的位置就變了，變成另一種原子核，這種變化稱為原子核的衰變。α衰變：\(_{Z}^{A}X→_{Z2}^{A4}Y+_{2}^{4}He\)β衰變：\(_{Z}^{A}X→_{Z+1}^{A}Y+_{1}^{0}e\)γ射線：γ射線是伴隨著α衰變或β衰變產生的，γ射線不改變原子核的電荷數和質量數，其實質是原子核在發生α衰變或β衰變時，產生的新核處于高能級，向低能級躍遷時輻射出的光子。衰變規律：原子核衰變時電荷數和質量數都守恒。半衰期：放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期。半衰期由原子核內部自身的因素決定，跟原子所處的化學狀態和外部條件無關。5.核反應核反應：在核物理學中，原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程，稱為核反應。核反應方程的書寫：遵循質量數守恒和電荷數守恒。常見的核反應類型衰變：如α衰變、β衰變。人工轉變：\(_{2}^{4}He+_{7}^{14}N→_{8}^{17}O+_{1}^{1}H\)（盧瑟福發現質子的核反應）重核裂變：\(_{92}^{235}U+_{0}^{1}n→_{56}^{144}Ba+_{36}^{89}Kr+3_{0}^{1}n\)輕核聚變：\(_{1}^{2}H+_{1}^{3}H→_{2}^{4}He+_{0}^{1}n\)6.核能質量虧損：組成原子核的核子的質量與原子核的質量之差，叫做核的質量虧損。質能方程：\(E=mc2\)，其中\(E\)表示能量，\(m\)表示質量，\(c\)表示真空中的光速。核能的計算：根據質能方程\(\DeltaE=\Deltamc2\)，先計算質量虧損\(\Deltam\)，再代入公式計算核能\(\DeltaE\)。（二）典型例題分析1.α粒子散射實驗相關問題例1：在α粒子散射實驗中，當α粒子最接近金原子核時，α粒子符合下列哪種情況（）A.動能最小B.勢能最小C.α粒子與金原子核組成的系統能量最小D.所受金原子核的斥力最大解析：α粒子在接近金原子核的過程中，要克服庫侖力做功，動能減小，勢能增大，總能量不變。當α粒子最接近金原子核時，動能最小，勢能最大，庫侖力最大。故答案為AD。2.玻爾原子理論相關問題例2：根據玻爾理論，氫原子的電子由外層軌道躍遷到內層軌道后（）A.原子的能量增加，電子的動能減小B.原子的能量增加，電子的動能增加C.原子的能量減小，電子的動能減小D.原子的能量減小，電子的動能增加解析：氫原子的電子由外層軌道躍遷到內層軌道時，要向外輻射光子，原子的能量減小。根據\(k\frac{e2}{r2}=m\frac{v2}{r}\)，可得\(v=\sqrt{\frac{ke2}{mr}}\)，軌道半徑減小，電子的動能增加。故答案為D。3.氫原子躍遷相關問題例3：氫原子的能級如圖所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62eV～3.11eV。下列說法錯誤的是（）A.處于\(n=3\)能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發生電離B.大量氫原子從高能級向\(n=3\)能級躍遷時，發出的光具有顯著的熱效應C.大量處于\(n=4\)能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發出6種不同頻率的光D.大量處于\(n=4\)能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發出3種不同頻率的可見光解析：紫外線的能量大于3.11eV，處于\(n=3\)能級的氫原子吸收紫外線后能量大于0，可以發生電離，A正確；從高能級向\(n=3\)能級躍遷時，發出的光子能量小于1.51eV，屬于紅外線，具有顯著的熱效應，B正確；大量處于\(n=4\)能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發出\(C_{4}^{2}=6\)種不同頻率的光，C正確；從\(n=4\)能級向低能級躍遷時，發出的光子能量大于1.62eV的有3種，但只有從\(n=4\)能級躍遷到\(n=2\)能級時發出的光子能量在可見光范圍內，D錯誤。故答案為D。4.原子核的衰變相關問題例4：天然放射性元素\(_{90}^{232}Th\)（釷）經過一系列α衰變和β衰變之后，變成\(_{82}^{208}Pb\)（鉛）。下列論斷中正確的是（）A.鉛核比釷核少24個中子B.鉛核比釷核少8個質子C.衰變過程中共有4次α衰變和8次β衰變D.衰變過程中共有6次α衰變和4次β衰變解析：釷核的質子數為90，中子數為\(23290=142\)；鉛核的質子數為82，中子數為\(20882=126\)。鉛核比釷核少8個質子，少16個中子，A錯誤，B正確。設發生了\(x\)次α衰變，\(y\)次β衰變，則有\(4x=232208\)，\(2xy=9082\)，解得\(x=6\)，\(y=4\)，即衰變過程中共有6次α衰變和4次β衰變，C錯誤，D正確。故答案為BD。5.核反應方程及核能計算相關問題例5：一個質子和一個中子聚變結合成一個氘核，同時輻射一個γ光子。已知質子、中子、氘核的質量分別為\(m?\)、\(m?\)、\(m?\)，普朗克常量為\(h\)，真空中的光速為\(c\)。下列說法正確的是（）A.核反應方程是\(_{1}^{1}H+_{0}^{1}n→_{1}^{2}H+\gamma\)B.聚變反應中的質量虧損\(\Deltam=m?+m?m?\)C.輻射出的γ光子的能量\(E=(m?m?m?)c2\)D.γ光子的波長\(\lambda=\frac{h}{(m?+m?m?)c}\)解析：根據質量數守恒和電荷數守恒，核反應方程為\(_{1}^{1}H+_{0}^{1}n→_{1}^{2}H+\gamma\)，A正確；質量虧損\(\Deltam=m?+m?m?\)，B正確；輻射出的γ光子的能量\(E=\Deltamc2=(m?+m?m?)c2\)，C正確；由\(E=h\nu=h\frac{c}{\lambda}\)，可得\(\lambda=\frac{hc}{(m?+m?m?)c2}\)，D錯誤。故答案為ABC。（三）課堂練習1.在α粒子散射實驗中，α粒子以速度\(v\)與靜止的金原子核發生彈性正碰，碰后α粒子以\(v'\)沿原路返回，則金原子核獲得的速度大小為（）A.\(v\)B.\(v'\)C.\(v+v'\)D.\(vv'\)2.氫原子的能級是氫原子處于各個定態時的能量值，它包括氫原子系統的電勢能和電子在軌道上運動的動能。氫原子的電子由外層軌道躍遷到內層軌道時（）A.原子要吸收光子，電子的動能增大B.原子要放出光子，電子的動能增大C.原子要吸收光子，電子的動能減小D.原子要放出光子，電子的動能減小3.已知氫原子的基態能量為\(E?\)，激發態能量\(E_n=\frac{E_1}{n^2}\)，其中\(n=2,3,\cdots\)。用\(h\nu\)表示普朗克常量，\(c\)表示真空中的光速。能使氫原子從第一激發態電離的光子的最大波長為（）A.\(\frac{4hc}{3E_1}\)B.\(\frac{2hc}{E_1}\)C.\(\frac{4hc}{E_1}\)D.\(\frac{9hc}{E_1}\)4.放射性元素\(_{92}^{238}U\)衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成\(_{90}^{234}Th\)，而\(_{90}^{234}Th\)可以經一次衰變變成\(_{88}^{230}Ra\)，也可以經一次衰變變成\(_{91}^{234}Pa\)，\(_{91}^{234}Pa\)可以經一次衰變變成\(_{92}^{234}U\)，也可以經一次衰變變成\(_{89}^{230}Ac\)。上述衰變過程中，以下說法正確的是（）A.\(_{90}^{234}Th→_{88}^{230}Ra\)是α衰變B.\(_{90}^{234}Th→_{91}^{234}Pa\)是β衰變C.\(_{91}^{234}Pa→_{92}^{234}U\)是β衰變D.\(_{91}^{234}Pa→_{89}^{230}Ac\)是α衰變5.兩個氘核聚變產生一個中子和一個氦核（氦的同位素）。已知氘核的質量\(m_D=2.0136u\)，氦核的質量\(m_