原子与原子核的结构

第二节原子与原子核的结构学习目标1.知道卢瑟福的α粒子散射实验和原子的核式结构及原子核的组成．2.知道原子核的组成及同位素的概念．3.知道什么叫质量亏损，理解质能方程．4.知道什么是核能并能计算核反应中放出的核能．第二节核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练课前自主学案学习目标课前自主学案一、原子的核式结构模型1．α粒子散射实验用α粒子照射金箔后，绝大多数α粒子仍大致沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了_____的偏转．2．核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫_______，原子的全部_______和几乎全部_____都集中在原子核里，带负电的_____在核外的空间绕核运动．原子直径的数量级为______m，原子核直径的数量级为_______m.较大原子核正电荷质量电子10－1010－15二、原子核的组成1．质子：1919年_______用α粒子轰击氮核，打出一种粒子，并测定出了它的电荷与质量，知道它是氢原子核，把它叫做质子，用符号___表示．2．中子：质量非常接近质子的_______粒子，用符号___表示．3．核子：质子和中子通称为核子，原子核由核子组成．4．同位素：具有相同_____数而_____数不同的原子，互称为同位素．同位素具有相同的化学性质．卢瑟福不带电pn质子中子三、质能方程1．核反应：如果某种粒子与原子核发生相互作用，导致核的组成或核的状态发生了变化的过程叫核反应．2．核能：蕴藏在_______中的能量称为核能．3．质能方程：E＝_____，其中c表示_____．4．质量亏损：原子核的质量比组成它的所有质子和中子的质量之和略__的现象．原子核mc2光速小科目一考试年科目一模拟考试题科目二考试年科目二考试技巧、考试内容、考试视频核心要点突破一、α粒子散射实验与核式结构的建立1909～1911年卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔的实验，获得了重要的发现．1．实验装置：(如图3－2－1)由放射源、金箔、荧光屏等组成．图3－2－12．实验现象与结果绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大角度的偏转；极少数α粒子偏转角超过90°，有的几乎达到180°，沿原路返回．α粒子散射实验令卢瑟福万分惊奇．按照汤姆孙的原子结构模型：带正电的物质均匀分布，带负电的电子质量比α粒子的质量小得多．α粒子碰到电子就像子弹碰到一粒尘埃一样，其运动方向不会发生什么改变．但实验结果出现了像一枚炮弹碰到一层薄薄的卫生纸被反弹回来这一不可思议的现象．卢瑟福通过分析，否定了汤姆孙的原子结构模型，提出了核式结构模型．3．原子的核式结构卢瑟福依据α粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构：在原子的中心有一个很小的核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核内，这个核叫做原子核，带负电的电子在核外的空间运动着．4．核式结构对散射实验现象的解释α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到的库仑斥力就很小，运动方向也就改变很小．只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大的库仑斥力，发生大角度的偏转．由于原子核很小，α粒子十分接近它的机会很小，因此绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进，只有极少数发生大角度的偏转．二、原子核的组成1．原子核由质子和中子组成．质子和中子统称核子．2．质子数：原子核中的质子个数，叫做原子核的质子数．3．电荷数：原子核所带的电荷等于核内质子所带电荷的总和，所以原子核所带的电荷都是质子电荷的整数倍，这个整数叫做原子核的电荷数．用Z表示．4．质量数：原子核的质量等于核内质子和中子的质量之和，质子和中子的质量几乎相等，所以原子核的质量近似等于核子质量的整数倍，这个整数叫做原子核的质量数，用A表示．5．原子核的常用符号是X；X为元素符号，Z为电荷数，A为质量数．核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数．质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．课堂互动讲练例1对α粒子散射实验理解关于α粒子散射实验，下述不正确的是()A．α粒子发生大角度散射的主要原因是原子中有正电荷的作用B．α粒子发生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用C．只有少数α粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上D．相同条件下，换用原子序数越小的物质做实验，沿同一偏转角散射的α粒子越少【精讲精析】原子显电中性，电子带负电，所以原子中一定存在带正电的物质，但是汤姆生的原子模型就不能解释α粒子的散射现象，所以α粒子发生大角度散射的主要原因不能直接说是原子中有正电荷的作用，而是正电荷集中在原子核中的原因，故A选项错误，B选项正确；只有少数α粒子发生大角度散射，证明原子存在一个集中全部正电荷和几乎全部质量的很小的原子核，即C选项正确；使α粒子发生大角度散射的原因是受到原子核的库仑斥力，所以为使散射实验现象更明显，应采用原子序数大的物质，若改用原子序数小的物质做实验，α粒子受到原子核的库仑斥力小，发生大角度散射的α粒子越少，则D选项正确，所以符合题意的选项是A.【答案】A变式训练1在α粒子散射实验中，我们并没有考虑到α粒子跟电子碰撞，这是因为()A．电子体积非常小，以至于α粒子碰不到它B．电子质量远比α粒子的小，所以它对α粒子运动的影响极其微小C．α粒子跟各个电子碰撞的效果相互抵消D．电子在核外均匀分布，所以α粒子受到电子作用的合外力为零解析：选B.α粒子的质量大约是电子质量的7300倍，它们之间发生相互作用时，动量的改变相等，因此α粒子与电子碰撞就像飞行的子弹碰到一粒尘埃，电子对α粒子的作用是微不足道的，可以忽略．原子核的组成元素X的原子核可用符号X表示，其中a、b为正整数，下列说法中正确的是()A．a等于此原子核中的质子数，b等于此原子核中的中子数B．a等于此原子核中的中子数，b等于此原子核中的质子数C．a等于此元素的原子处于中性状态时核外电子数，b等于此原子核中的质子数加中子数D．a等于此原子核中的质子数，b等于此原子核中的核子数例2【精讲精析】这是原子核表述的基本形式，很容易识别a等于此原子核中的质子数，b等于此原子核的质量数，即既是原子核中的质子数加中子数之和，又是原子核中的核子数，故C、D两项正确【答案】CD【方法总结】知道原子核的表示符号及各个字母所代表的物理量，是解题的依据．变式训练2136C核磁共振)可以用于含碳化合物的结构分析，有关136C的说法正确的是()A．质子数为6B．电子数为13C．中子数为6D．质量数为6解析：选A.因为对于原子核的常用符号是AZX；X为元素符号，Z为质子数，A为质量数．核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数；质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数，由此可以判定．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，真空中光速为c，当质子和中子结合成氘核时，放出的能量是()A．m3cB．(m1＋m2)c2C．(m3－m2－m1)c2D．(m1＋m2－m3)c2【精讲精析】质子和中子结合成氘核时，总质量减小了，即质量亏损Δm＝(m1＋m2－m3)．依据质能方程可知，放出的能量为ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2.【答案】D质能方程的理解和应用例３变式训练3为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是()A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D．E＝mc2中的E是发生核反应中释放的核能解析：选D.爱因斯坦质能方程E＝mc2，定量地指出了物体能量和质量之间的关系，A正确；由质能方程可知，若物体的质量减少了，则物体的能量降低，向外释放了能量；反之，若物体的质量增加了，则物体的能量升高，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故B、C正确，D错误．