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1、原子与原子核的结构 (一)引入 新课 复习提问： 1. 卢瑟福通过什么实验产生了质子？试写出这个实验的核反应方程 式. 质子的发现引导人们更进一步去研究原子核的内部结构，10多年后， 科学家经过深入研究发现了原子核中另一种新的基本粒子中子. (二)教学过程设计 1. 中子的发现 . (1) 卢瑟福的假说 . 质子发现后，有人提出原子核可能是由带正电的质子组成的. 但这设 想在解释除氢原子核外的其他原子核时遇到了困难，大多数原子核的 电荷数与质量数不相等，如铀238的电荷数为 92，若都由质子组成， 其质量数也应是 92，而除质子外剩下 146的质量数是什么呢？ 1920年，根据以上分析， 卢瑟
2、福曾预言：可能有一种质量与质子相近 的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子. (2) 约里奥居里夫妇的实验 . 1930年发现，用钋(Po) 放出的 粒子轰击铍 (Be) 时产生一种射线， 这 种射线贯穿能力极强， 能穿透十几厘米厚的铅板， 当时人们已知的射 线中只有 射线能穿透铅板，所以认为这种射线为射线. 1932年约里奥居里夫妇用这种射线去轰击石蜡(含有大量氢原子 ) ， 竟从石蜡中打出质子，如图1(用投影幻灯片打出 )，由于被打出质子 能量很大，与射线的能量不符合，但这射线究竟是什么？约里奥 居 里夫妇没有得出最后的结论. (3) 查德威克实验 . 1932年英国物理学家查德威克仔细研
3、究了这种射线，发现它是中性粒 子流，在磁场中不偏转，它的速度不到光速的十分之一，因此排除了 它是射线的可能 . 后查德威克用这种射线轰击氢原子和氮原子，结果打击了一些氢核 (质子) 和氮核，并测量出被打出的氢核和氮核的速度，由此推算出这 种射线的质量 . 测量结果表明， 被打出的原子核的速度是不同的，如被打出的氢核的 速度有大有小，查德威克认为其中速度最大的氢核是由于未知射线中 的粒子与它正碰的结果，其他速度较小的是由于斜碰的结果. (4) 中子的发现 . 分析：查德威克认为它们之间的碰撞是弹性正碰；设未知粒子质量为 m ，速度为v，氢核的质量为 mH ，最大速度为 vH，并认为氢核在打出 前
4、为静止的，那么根据动量守恒和能量守恒可知： mv=mv mH vH， (1) 其中v是碰撞后未知粒子的速度，由此可得： 同样可求出未知射线与氮原子碰撞后，打出的氮核的速度 查德威克在实验中测得氢核的最大速度为vH=3.3109cm s， 氮核 的最大速度为 vN=4.7108cm/s (5) (6) 将速度的最大值代入方程(6) ，可得： (7) 可得： m=1.15mH. 查德威克还用别的物质代替氢和氮重做这个实验，可得到同样的结 果. 后来更精确实验测出， 此粒子质量非常接近于质子质量，只比后者大 千分之一多 (此粒子质量是 1.67492010-27kg，质子质量是 1.67261 41
5、0-27kg). 查德威克发现的这种与质子质量差不多的粒子，由于不带电，所以 发现中子的核反应方程式为 实验证实，从许多原子核里都能打出中子，可见中子也是原子核的组 成部分 . 中子的发现是物理学发展史上的一件大事，由于中子不带电， 所以更 容易接近或打进原子核 .不少科学家用中子轰击原子核，进一步揭示 了物质的微观结构，对近代物理学的发展起了很大作用. 由此也可看出科学的预言和假说的重要作用，它可引导人们发现新的 事实和规律 . 中子的发现的历史事实也使我们明确，在科学研究中要 时刻保持严谨的态度，否则会像约里奥. 居里夫妇一样与中子这样重 要的发现失之交臂 .由于发现了中子，查德威克获得1
6、935年诺贝尔物 理学奖 . 中子的发现是科学假设和理论推证相结合的产物，也是查德 威克与许多物理学家共同努力的结果. 查德威克事后说：“先进的科 学知识通常是很多人劳动的成果. ” 2. 原子核的组成 . 中子发现后，原子核是由质子和中子组成的看法很快得到了公认. 质子和中子统称为 核子.质子带一个单位正电荷， 质量数为 1；中子不 带电，质量数也是 1. 在核中：电荷数 =质子数=核外电子数 . 质量数 =质子数 +中子数. 个质子，质量数为 14，所以中子数为 147=7，则氮核是由 7个质子和 7个中子组成的 . 同位素：具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素.如氘 在天然放射
7、现象中，放射出的三种射线：粒子是氦核，它是由 2个 质子和 2个中子结合在一起从核中发射出来的，其核反应方程式为： 粒子是电子，这是由中子转化为质子和电子，其核反应方程式为： 射线是由光子组成，后面会讲到. (三)课堂小结 1. 在原子核由质子组成的说法遇到困难时，卢瑟福预言： 原子核中可 能存在着与质子质量差不多的不带电粒子，称为中子. 2. 查德威克通过对许多实验的分析， 并运用动量守恒和能量守恒的规 律，测量并计算出被一些人误认为射线的粒子的电性和质量， 从而 发现了质量与质子差不多，不带电的中性粒子中子. 3. 原子核是由质子和中子组成的.它的电荷数等于质子数，它的质量 数等于质子数加中子数 . 4. 了解同位素的意义 . 知道天然放射现象中 粒子和 粒子的形成及 核反应方程式 . (四)复习提问 2. 一个中子以速度 V0与一静止的原子核作正面弹性碰撞，原子核的质 量为A，则该原子核得到的能量E2与中子的起始能量 E0之比为 (1) 证明上述关系式 . 根据弹性碰撞的规律可列出动量守恒和动能守恒的方程：若中子质量 为m0.原子核质量为 mA=Am0. (1)m0v0=m0 vmAv ， (1) (2) (2) 因为A=12 ，则可求 (五)作业 练习二： (2) 、(3) 、(4) 、(5) 、(6).