新编鲁科版高中物理选修3-5全册导学案

鲁科版高中物理选修3-5

全册导学案

目录

1.1《动量定理》

1.2《动量守恒定律_》

1.3《科学探究--维弹性碰撞》

2.1《电子的发现与汤姆孙模型》

2.2《原子的核式结构模型》

2.3《波尔的原子模型》

2.4《氢原子光谱与能级结构》

3.1《原子核结构》

3.2《原子核衰变及半衰期》

3.3《放射性的应用与防护》

4.1《核力与核能》

4.2《核裂变》

4.3《核聚变》

4.4《核能的利用与环境保护》

5.1《光电效应》

5.2《康普顿效应》

5.3《实物粒子的波粒二象性》

5.4《“基本粒子”与恒星演化》

鲁科版高中物理选修3-5导学案

1.1《动量定理》学案3

【学习目标】

1.理解和掌握动量的概念，强调动量的矢量性，并能正确计算一维空间内

物体动量的变化。

2.理解和掌握冲量的概念，强调冲量的矢量性。

3.学习动量定理，理解和掌握冲量和动量改变的关系

【学习重点】

理解动量、冲量的概念；掌握使用动量定理

【知识要点】

1.动量

运动物体的质量和速度的乘积叫动量。动量通常用字母p表示。

p=mv

(1)单位：kg•m,

(2)动量是矢量，动量的方向就是速度的方向。

如果物体沿直线运动，动量的方向可用正、负号表示。

2.动量定理

1).冲量

力和时间的乘积在改变物体运动状态方面，具有一定的物理意义。

力F和力作用时间t的乘积，叫做力的冲量。用I表示冲量，I=Ft。

(1)单位：N-So(2)冲量是矢量

2).动量定理

物理意义是：物体动量的改变，等于物体所受外力冲量的总和。

这就是动量定理。用公式表示：I=p'-p

动量定理反映了物体受到所有外力的冲量总和和物体动量的改变在数值和

方向上的等值同向关系。在使用时一定要注意方向。

【典型例题】

例1：质量为机的小球，从沙坑上方自由下落，经过时间外到达沙坑表面，又经

过时间勿停在沙坑里。求：⑴沙对小球的平均阻力F;⑵小球在沙坑里下落过程

所受的总冲量/。

解：设刚开始下落的位置为A,刚好接触沙的位置为8,在沙中到达的最低点为

Co⑴在下落的全过程对小球用动量定理：重力作用时间为力+勿而阻力作用时

间仅为殳，以竖直向下为正方向，有：

mg(h+t2)-Ft2=O,解得：一一痴+人)

，2

⑵仍然在下落的全过程对小球用动量定理：在人时间内只有重力的冲量，在

/2时间内只有总冲量(已包括重力冲量在内)，以竖直向下为正方向，有：

mgt\"/=0,/.I=mgt]

【达标训练】

1.以初速度V0竖直向上抛出一物体，空气阻力不可忽略。关于物体受到的冲

量，以下说法中正确的是[]

A.物体上升阶段和下落阶段受到重力的冲量方向相反

B.物体上升阶段和下落阶段受到空气阻力冲量的方向相反

1

鲁科版高中物理选修3-5导学案

C.物体在下落阶段受到重力的冲量大于上升阶段受到重力的冲量

D.物体从抛出到返回抛出点，所受各力冲量的总和方向向下

2.质量为〃?的质点以速度。绕半径R的圆周轨道做匀速圆周运动，在半个周期

内动量的改变量大小为（）

A.0B.mvC.2mi）D.条件不足，无法确定

3.如图所示质量为机的物块沿倾角为。的斜面由底端向上滑去，

经过时间。速度为零后又下滑，经过时间打回到斜面底端，在

整个运动过程中，重力对物块的总冲量为（）

A.0B.mgsinOQi+a）C.mgsinOQi-勿）D.

4.在距地面高为力，同时以相等初速内分别平抛，竖直上抛，竖直下抛一质量

相等的物体〃2,当它们从抛出到落地时，比较它们的动量的增量Z\P,有（）

A.平抛过程较大B.竖直上抛过程较大

C.竖直下抛过程较大D.三者一样大

5.从同样高度落下的玻璃杯，掉在水泥地上容易打碎，而掉在草地上不容易打

碎，其原因是（）

A.掉在水泥地上的玻璃杯动量大，而掉在草地上的玻璃杯动量小

B.掉在水泥地上的玻璃杯动量改变大，掉在草地上的玻璃杯动量改变小

C.掉在水泥地上的玻璃杯动量改变快，掉在草地上的玻璃杯动量改变慢

D.掉在水泥地上的玻璃杯与地面接触时，相互作用时间短，而掉在草地上

的玻璃杯与地面接触时间长。

6.如图所示，一恒力P与水平方向夹角为仇作用在置于光滑水平面上，质

量为机的物体上，作用时间为则力尸的冲量为（）

A.FtB.mgtC.FcosOtD.（mg-FsinO）t

答案：

1、BCD2、C3、D4、B5、CD6、A

【反思】

收

获

疑

2

鲁科版高中物理选修3-5导学案

1.2《动量守恒定律》学案3

【学习目标】

1.知道动量守恒定律的内容，掌握动量守恒定律成立的条件，并在具体问

题中判断动量是否守恒。

2.会应用动量守恒定律解决反冲物体相互作用的问题

【学习重点】

动量守恒康律及其守恒条件

【知识要点】

1.动量守恒吗？

一个系统不受外力或者所受外力的和为零，这个系统的总动量保持不变。这

个结论叫做动量守恒定律。

7Z

公式：m,V,+m2u2=ni1v»1+m2u2

2.动量守恒定律的推导

设碰撞过程中两球相互作用力分别是E和R,力的作用时间是t。根据动量

定理，oh球受到的冲量是Fit=miv'nh球受到的冲量是F2t=m2v'2-m2V2。

根据牛顿第三定律，M和艮大小相等，方向相反，即Fit=-Fzt。

,

板书：F1t=m1v-niiV)①

,

F2t=m2v2-m2V2②

F|t=-F2t③

将①、②两式代入③式应有nV,「miVi=-(m2V'2-m2V2)

整理后可得mN'i+m2V'2=mNi+m2V2

或写成p'i+P'2=Pi+Pz就是p'=p

(1)动量守恒的条件：系统不受外力或合外力为零时系统的动量守恒。

(2)动量守恒定律适用的范围：适用于两个或两个以上物体组成的系统。动

量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律，对高速或低速运动的物体系统，对宏

观或微观系统它都是适用的。

3.反冲运动与火箭

当物体的一部分以一定的速度离开物体时，剩余部分将获得一个反向冲量

而向相反方向运动，这种向相反方向的运动，通常叫做反冲运动。

在反冲现象中，系统所做的合外力一般不为零；

但是反冲运动中如果属于内力远大于外力的情况，可以认为反冲运动中系统动量

守恒

【典型例题】质量为30kg的小孩以8m/s的水平速度跳上一辆静止在水平轨

道上的平板车，已知平板车的质量是80kg,求小孩跳上车后他们共同的速度。

解析：对于小孩和平板车系统，由于车轮和轨道间的滚动摩擦很小，可以不

予考虑，所以可以认为系统不受外力，即对人、车系统动量守恒。

跳上车前系统的总动量p=mv

跳上车后系统的总动量p'=(m+M)V

由动量守恒定律有mv=(m+M)V

3

鲁科版高中物理选修3-5导学案

解得

mv30X8

v=---TV=工_—m/s=3m/

m+M30+50

【达标训练】

1.把一支枪水平固定在小车上，小车放在光滑的水平地面上，枪发射出子弹时,

关于枪、子弹、车的下列说法中正确的是

()

A.枪和子弹组成的系统动量守恒

B.枪和车组成的系统动量守恒

C.若忽略不计子弹和枪筒之间的摩擦，枪、车和子弹组成系统的动量才近

似守恒

D.枪、子弹、车组成的系统动量守恒

2.如图1所示，A、5两物体质量如=2/”B，水平面光滑，当烧断细线后(原来

弹簧被压缩)，则下列说法正确的是

()

A.弹开过程中A的速率小于8的速率

B.弹开过程中A的动量小于8的动量\ApvvwwvlB\

C.A,8同时达到速度最大值......

D.当弹簧恢复原长时两物体同时脱离弹簧图।

3.下列说法中，违反动量守恒定律的是

()

A,两个运动物体A和8相碰后合为一体，A减少的动量等于8增加的动量

B.质量相等的两个物体，以相同速率相向运动，做正碰后以原来的速率分

开

C.质量不等的两个物体，以相同的速率相向运动，做正碰以后以某一相同

速率向同一方向运动

D.质量不等的两个物体，以相同的速率相向运动，做正碰后各以原来的速

率分开

4.如图2所示，人站在小车上，不断用铁锤敲击小车的一端.下列各种说法哪些

是正确的

()

①如果地面水平、坚硬光滑，则小车将在原地附近做往复无一

②如果地面的阻力较大，则小车有可能断断续续地水平向彳”

③因为敲打时，铁锤跟小车间的相互作用力属于内力，小斗।

能发生运动丹

④小车能否运动，取决于小车跟铁锤的质量之比，跟其他因素无关图2

A.①②B.只有①C.只有③D.只有④

5.如图3所示，在光滑水平面上，有一质量为M=3kg的薄板和质量为m=1kg

的物块.都以v=4m/s的初速度朝相反方向运动，它们之间有摩擦，薄板足够

长，当薄板的速度为2.4m/s时，'而.的片"佳歹亘

()________J叫j

A.彳故力口I束二衣互力'，，，，，〉,，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，*，，，，

B.做减速运动图3

C.做匀速运动

D.以上运动都可能

4

鲁科版高中物理选修3-5导学案

6.质量相同的三个小球。、b.c,在光滑水平面上以相同的速率分别与原来静

止的三个小球A、B.C发生正碰；。与A碰后，a球继续沿原来方向运动；

匕与3相碰后，b球静止不动；c与C碰后，c球被弹回而反向运动.可知碰

后A、8、C三球动量大小的关系是（）

A.PA<PB<PCB.pA>Pi3>PcC.pis>Pc>PA

D.PA=PB=PC

7.机关枪重8kg,射出的子弹质量为20克，若子弹的出口速度是1000m/s,

则机枪的后退速度是多少？

参考答案

1•【解析】枪和子弹组成的系统，在发射子弹的过程中，受到车施加的水平外

力，故动量不守恒，A选项错.枪和车组成的系统，在发射子弹时，受到子弹的

作用力，故动量不守恒.B选项错.对枪、子弹和车组成的系统中，子弹和枪间的

作用力为内力，不影响系统的动量守恒.C选项错.枪、子弹和车组成的系统，水

平方向不受外力，竖直方向上重力和支持力的合力为零，动量守恒.D选项对.

2.【解析】整个过程中，A、B系统动量守恒.二者动量大小相等、方向相反，

由于%=2〃勿所以臣=迎2.当弹簧恢复原长时，弹簧对两物体的推力消失，A、B

的速度达到最大，之后均匀速运动.

3.【解析】两运动物体碰后合为一体，A减少的动量等于8增加的动量，知总动

量不变；B选项叙述的情景，碰撞前后总动量为零，也符合动量守恒定律；质量

不等的两个物体，速率不同且相向运动，系统的总动量不为零，故碰后二者以相

等速率运动的方向必与系统总动量的方向一致，C选项不违反动量守恒定律；质

量相等的两物体，以相同速率相向而行，其总动量必与速率大的物体同向，若正

碰后各以原速率返回，则系统的总动量方向发生了改变，不再守恒.

4.【解析】如果地面水平且坚硬光滑，据铁锤下摆过程中系统水平方向动量守恒

可以判断小车向左移动；敲击后铁锤弹起上摆时，小车向右运动，即小车做往复

运动.如果地面的阻力足够大，小车可能不运动；如果阻力不太大，而铁锤打击

力较大，致使小车受向右的合外力而断断续续地水平向右运动.

5【解析】薄板足够长，则最终物块和薄板达到共同速度M,由动量守恒定

律得（取薄板运动方向为正）.Mv-mv=CM+m）v'

丫,="/“串=（3二1）><4m/s=2m/s.共同运动速度的方向与薄板初速度的

Mm3+1

方向相同.

在物块和薄板相互作用过程中，薄板一直做匀减速运动，而物块先沿负方向

减速到速度为零，再沿正方向加速到2m/s.当薄板速度为修=2.4m/s时，设

物块的速度为也，由动量守恒定律得Mv-mv=Mv\+mv2

-ni）v-Mv,2x4-3x2.4八仆

V2=-------------------=-----------------m/s=0.8m/s

-m1

5

鲁科版高中物理选修3-5导学案

即此时物块的速度方向沿正方向，故物块正做加速运动，A选项正确.

6.【答案】A【解析】对a、A：mv=mva'+PA.对b、B：mv-pB.

对c、C：mv=-mvc'+pc.所以PC>PB>PA.

7.解:设子弹速度v,质量m；机枪后退速度V,质量M。

则由动量守恒有MV=mv

mv0.02X1000,

V=--=---------------m/s=2.5m/s

M8

【反思】

收

获

疑

6

鲁科版高中物理选修3-5导学案

第三节科学探究一一维弹性碰撞学案

【学习目标】

认识弹性碰撞与非弹性碰撞，认识对心碰撞与非对心碰撞；

【学习重点】

用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题

【知识要点】

碰撞过程是物体之间相互作用时间非常短暂的一种特殊过程，因而碰撞具有如下特点:

（1）碰撞过程中动量守恒。（因相互作用时间短暂，因此一般满足F内＞＞F外的条件）

（2）碰撞过程中，物体没有宏观的位移，但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变。

（3）碰撞过程中，系统的总动能只能不变或减少，不可能增加。

在一光滑水平面上有两个质量分别为mI、加2的刚性小球{和氏以初速度匕、叱运

动，若它们能发生碰撞（为一维弹性碰撞），碰撞后它们的速度分别为匕和匕。我们的任务

是得出用机I、加2、%、匕表达A和心的公式。

匕、乙、打、心是以地面为参考系的，将1和8看作系统。

由碰撞过程中系统动量守恒，有肛4+m2v2-+m2v2...①

iclcl.21.2—

有弹性碰撞中没有机械能损失，有2mH+］机2田=］叫匕+/机2匕...②

v-v

由①得m］（匕一4）=加2（22）

222

由②得叫（V,-V,）=m2{yl-v2）

将上两式左右相比，可得匕+%=，+为

即%-X=~（v2_yJ或匕_%=_（匕一彩）...③

碰撞前6相对于A的速度为v21=v2-v,,碰撞后6相对于A的速度为v2l=为一匕，

同理碰撞前4相对于6的速度为匕2=Vj-v2,碰撞后4相对于6的速度为匕2=V］-v2,

故③式为V21--V2|或%=—%，

其物理意义是：

碰撞后8相对于A的速度与碰撞前8相对于A的速度大小相等，方向相反；

碰撞后力相对于6的速度与碰撞前［相对于占的速度大小相等，方向相反；

【典型例题】

例题1：如图所示，乒乓球质量为如弹性钢球质量为物（必＞加，它们一起自高度方高处自

7

鲁科版高中物理选修3-5导学案

由下落，不计空气阻力，设地面上铺有弹性钢板，球与钢板之间的碰撞及乒乓球与钢球之间

的碰撞均为弹性碰撞，试计算钢球着地后乒乓球能够上升的最大高度。

解析：乒乓球和弹性钢球自状态1自由下落，至弹性钢球刚着地（状态2）时，两者速度相

等/=2gh则v=12gh

弹性钢球跟弹性钢板碰撞后瞬间（状态3）,弹性钢球速率仍为右方向变为竖直向上,

紧接着，弹性钢球与乒乓球碰，碰后瞬间（状态4）乒乓球速率变为v'弹性钢球与乒乓球

碰后弹性钢球速度保持不变（速率仍为心

方向为竖直向上）；

弹性钢球与乒乓球碰前瞬间（状态3）

乒乓球相对于弹性钢球的速度为2%方向

为竖直向下，弹性钢球与乒乓球碰后瞬间

（状态4）乒乓球相对于弹性钢球的速度

为2%方向为竖直向上。

则：/=3r

由v--2gH

得："=匚=①t=9。

2g2g

【达标训练】

1.如图1所示，与轻弹簧相连的物体A停放在光滑的水平面上。物体B沿水平方向向右运

动，跟与4相连的轻弹簧相碰。在8跟弹簧相碰后，对于4、8和轻弹簧组成的系统,

下列说法中正确的是（）

A.弹簧压缩量最大时，A、8的速度相同

B.弹簧压缩量最大时，A、B的动能之和最小

C.弹簧被压缩的过程中系统的总动量不断减小

D.物体A的速度最大时，弹簧的弹性势能为零

2.如图2所示，一轻弹簧左端固定在长木板M的左端，右端

与小木块机连接，且相、例及M与地面间接触光滑。开始时，机和M均静止，现同时

对小〃施加等大反向的水平恒力吊和从两物体开始运动以后的整个运动过程中，

弹簧形变不超过其弹性限度，对于m、M和弹簧组成的系统（）

A.由于人、尸2等大反向，故系统机械能守恒n广

B.当弹簧弹力大小与Q、尸2大小相等时，胆、M各自的动能最大.

C.由于丹、尸2大小不变，所以加、“各自一直做匀加速运动,矛"少"力J

D.由于为、尸2图2

3.如图3所示，小车在光滑水平面上向左匀速运动，轻质弹簧左端固定在A点，物体用线

拉在A点将弹簧压缩，某时刻线断了，物体沿车滑动到8端粘在8端的油泥上，则下

8

V/////?//////////////////

鲁科版高中物理选修3-5导学案

述说法中正确的是（）

①若物体滑动中不受摩擦力，则全过程机械能守恒

②若物体滑动中有摩擦力，则全过程动量守恒

③两种情况下，小车的最终速度与断线前相同

④两种情况下，系统损失的机械能相同

A.①②③B.②③④C.①③④D.①②③④

4.在光滑水平地面上有两个相同的弹性小球A、B,质量都为九现8球静止，A球向B球

运动，发生正碰.已知碰撞过程中总机械能守恒，两球压缩最紧时的弹性势能为昂，则碰前

A球的速度等于（）

5.在光滑水平面上，动能为&）、动量的大小为po的小钢球1与静止小钢球2发生碰撞，碰

撞前后球1的运动方向相反.将碰撞后球1的动能和动量的大小分别记为2、0,球2

的动能和动量的大小分别记为E2、a，则下列说法中不正确的是

（）

A.Ei<£oB.pi〈poC.E2>EQD.P2>PO

6.甲、乙两个小孩各乘一辆冰车在水平冰面上游戏，如图6所示.甲和她的冰车质量共为30

kg,乙和他的冰车质量也是30kg.游戏时，甲推着一个质量为15kg的箱子，共同以2m/s

的速度滑行.乙以同样大小的速率迎面滑来.为避免相撞，甲突然将箱子沿冰面推给乙.

箱子滑到乙处时乙迅速把它抓住.若不计摩擦.甲要以如下哪个速度（相对于冰面）将箱

子推出，才能避免与乙相撞（）

①4m/s②5m/s③6m/s④7m/s

A.①②③④都可以

B.②③④都可以

C.③④都可以

D.只有④可以

7.如图7所示，A、B两小球在光滑水平面上分别以动量pi=4kg.m/s和p2=6kg.m/s（向右

为参考正方向）做匀速直线运动，则在A球追上B球并与之碰撞的过程中，两小球的

动量变化量Api和AP2可能分别为

A.-2kg-m/s,3kg-m/sp0

B.-8kg-m/s,8kg-m/s十K

C.1kg-m/s,-1kg-m/s7777x77777777^

AR

D.-2kg-m/s,2kg-m/s

8.质量为4.0kg的物体A静止在水平桌面上，另一个疆为2.0kg的物体8以5.0m/s的

水平速度与物体4相撞，碰撞后物体B以1.0m/s的速度反向弹回.相撞过程中损失的机

械能为.

参考答案图8

1.ABD2.BD3,B4.C5.C6.C

7.【解析】考虑到碰撞过程动量必须是守恒的，对于选项A,有△pi+Ap2=-2kg・m/s+3

kg.m/s=lkg-m/s^O可以判断A选项是错误的.考虑到碰撞过程中，两球的动能不可能增

9

鲁科版高中物理选修3-5导学案

加，对选项B,碰撞前两球的总动能为瓦=2」+—=-§-+曳碰后两球的总动能为

2mx2m2m}fn2

，2，2

p!-P\Pi(〃1+Ap>+A〃2)898

□k------1-----=------------1------------=----1----

2W]2m22m]2m2m}m2

由于瓦'>Ek，可以判断B选项是错误的.从动力学的角度出发考虑，碰撞过程中43

所受的力应分别向左和向右，这样应有：ApiVOAp2>0显然C选项是错误的.

8.【解析】取物体8碰撞前速度的方向为正方向，由题意知，〃以=4.0kg,加〃=2.0kg,疗

5.0m/s,VB'=-1.0m/s,疗0,令碰后A的速度为匕「，据动量守恒定律，

1

有mAvA+tnRV[i=tnAvA+加加'代入数值解得以'=3m/s

据能量守怛，有一"7呼8~=一也在/+—〃?6口8'?+△E

222

解得损失的机械能为E=6J

【学后反思】

收

获

疑

10

鲁科版高中物理选修3-5导学案

第一节电子的发现与汤姆孙模型学案

【学习目标】

(1)了解阴极射线及电子发现的过程；

(2)知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导。

【学习重点】

阴极射线的研究，汤姆孙发现电子的理论推导。

【知识要点】

1、阴极射线

气体分子在高压电场下可以发生电离，使本来不带电的空气分子变成具有等量正、负电

荷的带电粒子，使不导电的空气变成导体。

2、汤姆孙的研究

英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。实验装置如图所示，从高压电场的

阴极发出的阴极射线，穿过G&后沿直线打在荧光屏A'上。

(1)当在平行极板上加一如图所示的电场，域现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则

可判定，阴极射线带有负电荷。

(2)为使阴极射线不发生偏转，则请思考可在平行极板区域采取什么措施。

在平行极板区域加一磁场，且磁场方向必须垂直纸面向外。当满足条件：qv0B=qE

F

时，则阴极射线不发生偏转。贝v0=-

B

(3)根据带电的阴极射线在电场中的运动情况可知，其速度偏转角为：tan6=%

♦%

又因为：tan^=--------—

则：L―学—

M(D+|)B2L

根据已知量，可求出阴极射线的比荷。汤姆生把新发现的这种粒子称之为电子。电子的

电荷量e=L60217733X10T9c

【典型例题】

汤姆生用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示，真空管

内的阴极K发出的电子(不计初速、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过

4中心的小孔沿中心轴00的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P间的区域.当

11

鲁科版高中物理选修3-5导学案

极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心。点处，形成了一个亮点；加上偏转电

压U后，亮点偏离到0"点，（O'与0点的竖直间距为d,水平间距可忽略不计.此时，在尸

和尸'间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场.调节磁场的强弱，当磁感应强

度的大小为B时，亮点重新回到。点.已知极板水平方向的长度为L”极板间距为b,极

板右端到荧光屏的距离为心（如图所示）.

（1）求打在荧光屏。点的电子速度的大小。

（2）推导出电子的比荷的表达式

解：（1）当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回复

到中心O点，设电子的速度为V,则evB=eE……①

pI]

得v=—……②即v=—……③

BBb

（2）当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入后，竖直方向作匀加速运动，加速

度为a="...④

mb

水平作匀速运动，在电场内时间t1=—……⑤

V

这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为彳=且匕……⑥

22mvb

离开电场时竖直向上的分速度为匕=。4=也〃……⑦

mvl

电子离开电场后做匀速直线运动，经々时间到达荧光屏t、="……⑧

V

时间内向上运动的距离为d,=VLt2=----.......⑨

mvb

iiL

这样，电子向上的总偏转距离为d=4+d）=「e-Li（L,+」）……⑩

mvb2

e_Ud

可解得

~m~2)

【学后反思】

收

获

疑

12

鲁科版高中物理选修3-5导学案

13

鲁科版高中物理选修3-5导学案

第二节原子的核式结构模型学案

【学习目标】

(1)了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据；

(2)知道a粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型的主要内容。

【学习重点】

思考讨论在于对a粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结

构；

【知识要点】

1、a粒子散射实验原理、装置

(1)a粒子散射实验原理：

需要用高速粒子对它进行轰击。而a粒子具有足够的能量，可以接近原子中心。它还

可以使荧光屏物质发光。

(2)a粒子散射实验装置

a粒子散射实验的装置，主要由放射源、金箔、荧光屏、望远镜和转动圆盘几部

分组成。

(3)实验的观察结果

明确：入射的a粒子分为三部分。大部分沿原来的方向前进，少数发生了较大偏转，极少

数发生大角度偏转。

小结：实验中发现极少数a粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些a粒子在原

子中某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用，可见原子中的正电荷、质

量应都集中在一个中心上。

①绝大多数a粒子不偏移一原子内部绝大部分是“空”的。

②少数a粒子发生较大偏转一原子内部有“核”存在。

③极少数a粒子被弹回表明：作用力很大；质量很大；电量集中。

3、原子核的电荷与大小

原子的半径在10%左右，原子核的大小在10"〜io'左右，原子核的半径只相当于原子

半径的万分之一，体积只相当于原子体积的万亿分之一。

【典型例题】

例题1.卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是()

A.解释a粒子散射现象

B.用a粒子散射的实验数据估算原子核的大小

C.结合经典电磁理论，解释原子的稳定性

D.结合经典电磁理论，解释氢原子光谱

答案：AB

例题2：右图为卢瑟福和他的同事们做a粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜

一起分别放在图中的A、3、C、。四个位置时，关于观察到的现象，下述说法中正确

的是()

A.相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多

B.相同时间内放在8位置时观察到屏上的闪光次数比放在A

14

鲁科版高中物理选修3-5导学案

位置时少得多

C.放在C、£＞位置时屏上观察不到闪光

D.放在。位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少

答案：ABD

【达标训练】

1、在用a粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的a粒子的运动情况是

A、全部a粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进

B、绝大多数a粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少

数甚至被弹回

C、少数a粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至

被弹回

D、全部a粒子都发生很大偏转

2、卢瑟福a粒子散射实验的结果

A、证明了质子的存在

B、证明了原子核是由质子和中子组成的

C、说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上

D、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动

3、.如图是原子的核式结构模型。下面平面示意图中的四条线表示a粒子运动的可能轨

迹，在图中完成中间两条a粒子的运动轨迹。

答案：1。B2。C3。a粒子散射，图略~辐

【反思】

蚊

获

疑

回

15

鲁科版高中物理选修3-5导学案

第三节波尔的原子模型学案

【学习目标】

（1）了解玻尔原子理论的主要内容；

（2）了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念。

【学习重点】

玻尔原子理论的基本假设，玻尔理论对氢光谱的解释。

【知识要点】

1、玻尔的原子理论

（1）能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状

态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态。

（本假设是针对原子稳定性提出的）

（2）跃迁假设：原子从一种定态（设能量为跃迁到另一种定态（设能量为

E.）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差

决定，即为『=纥,-纥（h为普朗克恒量）（本假设针对线状谱提出）

（3）轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动

相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。（针

对原子核式模型提出，是能级假设的补充）

2、玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的电子的各条可能轨道半径

和电子在各条轨道上运动时的能量（包括动能和势能）公式：

轨道半径：n=l,2,3……能量：纥n=l,2,

n

3……式中打、5、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在

这条轨道上运动时的能量，仁、£,分别代表第〃条可能轨道的半径和电子在第〃

条轨道上运动时的能量，〃是正整数，叫量子数。

3、氢原子的能级图

从玻尔的基本假设出发，运用经典电磁学和经典力学的理论，可以计算氢原

子中电子的可能轨道半径和相应的能量。

（1）氢原子的大小：氢原子的电子的各条可能轨道的半径r.：；=nY,

n代表第一条（离核最近的一条）可能轨道的半径r^O.53X1010m

（2）氢原子的能级：

原子在各个定态时的能量值E”称为原子的能级。它对应电子在各条可能轨

道上运动时的能量E”（包括动能和势能）E=E,/n2n=l,2,3,.....

Ei代表电子在第一条可能轨道上运动时的能量，E,=-13.6eV

注意：计算能量时取离核无限远处的电势能为零，电子带负电，在正电荷的场中

为负值，电子的动能为电势能绝对值的一半，总能量为负值。

氢原子的能级图如图所示：

16

鲁科版高中物理选修3-5导学案

4、玻尔理论对氢光谱的解释

(1)基态和激发态

基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，

这种定态，叫基态。

激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，这种定态，

叫激发态。

【典型例题】

例题1：氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，

下列说法中正确的是()

A.核外电子受力变小B.原子的能量减少

C.氢原子要吸收一定频率的光子D.氢原子要放出一定频率的光子

解析：由玻尔理论知，当电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，要

放出能量，故要发射一定频率的光子；电子的轨道半径小了，由库仑定律知,

它与原子核之间的库仑力大了，故AC错，BD正确.

【达标训练】

(1)对玻尔理论的下列说法中，正确的是(ACD)

A.继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设

B.对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同

C.用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系

D.玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来

的

(2)下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是(C)

A.原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量

B.原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向

外辐射能量

C.原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子

D.原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的

(3)根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列说法中正确的是

(ACD)

17

鲁科版高中物理选修3-5导学案

A.电子轨道半径越大B.核外电子的速率越大

C.氢原子能级的能量越大D.核外电子的电势能越大

（4）根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（D）

A.可以取任意值B.可以在某一范围内取任意值

C.可以取一系列不连续的任意值D.是一系列不连续的特定值

（5）按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃

迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb,则在此过程中（C）

A.原子要发出一系列频率的光子B.原子要吸收一系列频率的光子

C.原子要发出某一频率的光子D.原子要吸收某一频率的光子

【学后反思】

收

获

疑

回

18

鲁科版高中物理选修3-5导学案

第四节氢原子光谱与能级结构学案

【学习目标】

（1）了解光谱的定义和分类；

（2）了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系；

（3）了解经典原子理论的困难。

【学习重点】

氢原子光谱的实验规律。

【知识要点】

］、光谱

早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得

到的彩色光带叫做光谱。

（1）发射光谱

物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。

发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。

稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态

的原子发射的，所以也叫原子的光谱。实践证明，原子不同，发射的明线光谱也

不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的谱线也

叫原子的特征谱线。

（2）吸收光谱

高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某

些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。各种原子的吸收光谱中的

每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温

气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗

谱线，也是原子的特征谱线。

（3）光谱分析

由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定的

化学组成。这种方法叫做光谱分析。原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连

续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。

2、氢原子光谱的实验规律

氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。（课件展示）

1=衣年_*）

7

巴耳末公式R=l.10IO7///-1里德伯常量

4、玻尔理论对氢光谱的解释

（1）基态和激发态

基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，

这种定态，叫基态。

激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，这种定态，叫激

19

鲁科版高中物理选修3-5导学案

发态。

(2)原子发光：原子从基态向激发态跃迁

的过程是吸收能量的过程。原子从较高的激

发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是

辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐

射出去，吸收或辐射的能量恰等于发生跃迁

的两能级之差。

5、玻尔理论的局限性

玻尔理论虽然把量子理论引入原子领域，提出定态和跃迁概念，成功解释了

氢原子光谱，但对多电子原子光谱无法解释，因为玻尔理论仍然以经典理论为基

础。如粒子的观念和轨道。量子化条件的引进没有适当的理论解释。

【典型例题】

例题1：氢原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氮离子。已知基态的氢离

子能量为&=-54.4eV,氮离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的

光子中，不能被基态氢离子吸收而发生跃迁的是()

A40.8eVB43.2

eV

C.51.0eVD.54.4eV

解析：根据玻尔理论，氢原子吸收光子能量发生跃迁时光子的能量需等于能级差

或大于基态能级的绝对值.氢离子的跃迁也是同样的.

因为E2-EF-13.6-(-54.4)eV=40.8eV,选项A是可能的.

E3-EF-6.0-(-54.4)eV=48.4eV

E-E,=-3.4-(-54.4)eV=51.0eV,选项C是可能的.

E^-EFO-(-54.4)=54.4eV,选项D是可能的.所以本题选B.

【达标训练】

1.氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，一条红色、一条蓝色、两条紫色，

它们分别是从n=3、4、5、6能级向n=2能级跃迁时产生的，则()

(A)红色光谱是氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时产生的

(B)蓝色光谱是氢原子从n=6能级或n=5能级向n=2能级跃迁时产生的

(C)若从n=6能级向n=l能级跃迁时，则能够产生紫外线

(D)若原子从n=6能级向n=l能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电

效应，则原子从n=6能级向n=2能级跃迁时将可能使该金属发生光电效应

2.如图是氢原子能级图。有一群氢原子由〃力能级向低能级跃迁，已知普朗克常

数加6.63X10-MJ•s,求:

(1)这群氢原子的光谱共有几条谱线；

20

鲁科版高中物理选修3-5导学案

（2）这群氢原子发出光的最大波长.

答案：LC

2.解析：（1）必二12=生?二0=6条（或画图得出6条）

22

（2）光子的能量越小，则频率越小，波长越大。从n=4能级向n=3跃迁时,

辐射的光子能量最小

AE=用一片=-0-85eV-<-1.5leV)=0.66eV=1.056x10-19J

山工V曰1/dhe6.63x10-34x3x10s

光子1的l最大波长为2n=—加=1.88x10-6机

\E1.056x10-2

【反思】

收

获

疑

21

鲁科版高中物理选修3-5导学案

第一节原子核结构学案

【学习目标】

知道原子核的组成，知道核子和同位素的概念。

【学习重点】

原子核的组成。

【知识要点】

1、质子的发现

质子（proton）带正电荷，电荷量与一个电子所带电荷量相等，

啊,=1.672623lxION依

2、中子的发现

查德威克发现中子。

27

中子（nucleon）不带电，mn-1.6749286x10kg

数据显示：质子和中子的质量十分接近，统称为核子，组成原子核。

3、原子核的组成

原子核的电荷数=质子数=核外电子数=原子序数

原子核的质量数=核子数=质子数+中子数

符号-X表示原子核，X：元素符号；A：核的质量数；Z：核电荷数

4、同位素（isotope）

（1）定义：具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周