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文檔簡介

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_

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