韦中燊

原子结构、原子核部分的知识点相对零散,如果能够以物理学家为纽带,围绕“什么时间什么人做出了什么重要的发现,该发现在人类认识原子结构和原子核方面有着怎样的重要意义”这条思维主线,将相关知识点串联起来,就可以建立起有效的知识网络,提高这部分内容复习的效率和质量．

1 原子结构部分的几位主要物理学家与相关的重要事件

原子到底有没有结构?曾经,在很长的时间里,人们一直都把原子视为构成物质的最小单元．教材之中,关于原子结构这部分内容,正是按照人类认识原子结构的顺序展开的．而这段历史,恰是由几位著名的物理学家推动的．所以抓住重要人物,熟悉重要事件,有助于构建知识认知的系统网络．

1.1 汤姆孙、密立根与电子

原子结构部分的开篇就是电子的发现．关于电子的发现,主要涉及两位物理学家:发现电子的汤姆孙和测定电子电荷量的密立根．汤姆孙通过对阴极射线的研究,发现了电子,打破了原子不可分的传统认识,开启了人们研究原子结构的大门．同时,汤姆孙还提出了原子结构的“枣糕模型”．密立根通过油滴实验测定了电子的电荷量是1.6×10-19C．

抓住了汤姆孙和密立根,就可以将电子发现的相关知识联系到一起,甚至可以将带电粒子在磁场和电场中运动的问题融合到一起,提升知识复习的广度和深度．

1.2 卢瑟福与原子的核式结构模型

卢瑟福是汤姆孙的学生,他完成了α粒子散射实验,推翻了“枣糕模型”,提出了原子的核式结构模型.原子的核式结构模型认为原子中间存在着一个核,集中了所有的正电荷,电子围绕着原子核在做快速运动．

抓住了卢瑟福,进而详细了解α粒子散射实验的现象,以及实验导致的对原子结构的新认识,就可以把原子的核式结构模型的相关知识联系到一起．

1.3 玻尔与能级结构理论

原子的核式结构模型很好地解释了α粒子散射实验所出现的现象,但是这种结构模型却遇到了用经典电磁理论无法解释的问题．因为,按照经典的电磁理论,绕核快速运动的电子会不停地向外释放电磁波,结果必然会导致原子变得十分不稳定,但是,这显然与事实是不吻合的．所以,为了调和这个矛盾,玻尔提出了他的原子结构模型,也就是能级结构模型．玻尔在承认核式结构的前提下,给电子的运行轨道做了限定,并且规定当电子在特定轨道上运行的时候并不向外释放电磁波,只有在不同能级之间跃迁的时候才会出现能量的吸收或者释放．

了解玻尔,不仅可以明确原子的能级结构理论,更有利于掌握电子在不同能级上的跃迁带来的光子的吸收或者释放问题,进而与光的相关问题联系到一起,构建出一张原子物理与光学之间的宏大物理知识网络．

例1关于原子模型,下列说法错误的是( ).

A. 汤姆孙发现电子,表明原子具有核式结构

B. 卢瑟福完成的α粒子散射实验,说明了原子的“枣糕模型”是不正确的

C. 按照玻尔理论,氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁时,辐射出光子

D. 按照玻尔理论,原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子总能量增加

分析原子结构部分,以物理学家为纽带,明确是谁做了什么事情，具有什么意义，就可以十分轻松地完成本题．汤姆逊发现了电子,说明原子不再是构成物质最小的单元,它也是有结构的,但是原子结构到底是什么样子的?汤姆孙的确进行了猜想,但是他的猜想是“枣糕模型”,而不是核式结构模型．核式结构模型是卢瑟福在完成α粒子散射实验的基础上提出的．在玻尔理论中,轨道半径越大的轨道,对应的能级也越高,核外电子从低能级跃迁到高能级,需要从外界吸收能量,同时电子要克服库仑引力做功,所以到了新的轨道上之后,电子的动能会降低,但是整体能量会增加,因为增加的是势能,而且增加的势能要比减少的动能还多．反过来,当核外电子从高能级向低能级跃迁的时候,会以辐射光子的形式向外释放能量．

2 原子核部分的几位主要物理学家与相关的重要事件

电子的发现打开了原子结构的大门．事实上,人类针对原子结构提出的模型假设,远不止上面提到的几种．而随着认识的进一步加深,科学家们发现即便是构成原子的原子核,其实也是存在内部结构的．于是,人们对原子的认识便从原子结构层面深入到了原子核结构层面．由外而内,不断深入,更加微观．同样的,这段历史过程,也离不开物理学家们的奉献．

2.1 贝克勒耳与天然放射现象的发现

1896年,出生于科学世家的法国物理学家贝克勒耳发现了天然放射现象．当然,贝克勒耳当时并没有把他所发现的现象称为“天然放射现象”,给这个现象命名的是著名的物理学家居里夫人．

后来,卢瑟福又进一步研究了天然放射现象,发现放射性物质所释放出来的射线分为三类,他便将其分别命名为α射线、β射线和γ射线．因为对这三种射线的深入研究,卢瑟福获得了1907年的诺贝尔物理学奖．天然放射现象的发现,充分说明原子核其实也是有内部结构的．

三种射线各自的来源不同,本质不同,表现出来的特征也不同.它们的穿透能力、电离能力、在电磁场中的偏转情况,以及放射性物质的半衰期、相关应用等知识可以有机地融合在一起进行复习．

2.2 卢瑟福、查德威克与两种核子的发现

既然原子核也是有内部结构的,那么原子核里面到底有什么?

1919年,卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验,根据这个实验,他发现了质子．发现了质子之后,卢瑟福又大胆预言,原子核之中除了质子之外,还应该存在一种中性的粒子．1932年,查德威克在参考了前人工作的基础上,宣布发现了中子．在发现中子的过程中,查德威克同样也做了一个α粒子轰击实验,不过他轰击的对象是铍原子核．

抓住两个重要的发现,以及两个发现相对应的方程,再以方程为基础,构建起另一个知识网络,那就是“三类六个方程”,具体如下:

第一类:人工核反应方程，即质子的发现方程和中子的发现方程．

第二类:衰变方程,即α衰变方程和β衰变方程．

第三类:核裂变和核聚变方程．

以三类六个方程为基础,原子核部分的相关内容就完整地融入一个比较系统的知识网络之中.以网络上的知识节点为基础展开,再联系相关的细节,整个复习就会变得既有条理性,又有丰富度．

例2下列核反应方程中,属于α衰变的是( ).

分析本题中涉及的四个核反应方程,正是原子核部分所涉及的主要内容．其中,选项A是一个α衰变方程,而选项C是一个β衰变方程,选项B是核聚变方程,D是卢瑟福发现质子的人工核反应方程．显然,关于原子核部分的考查,不一定是以人物和历史事件为考查对象,但是在复习的时候如果能够抓住人物和事件,所谓的方程就像是知识链条上的“硕果”一样，唾手可得．

3 小结

原子结构和原子核部分的知识是近代物理学的基础,中学阶段的学习要求主要在于了解和知道相关的重要物理学发现及其重要的历史意义,所以相对来说,这部分知识就有些散碎.因此,寻找合理的串联纽带,是非常重要的复习方式．

当然,如果单纯地利用物理学家为纽带串联相关知识进行学习,还是有疏漏的．所以,在围绕物理学家这条纽带进行学习的同时,心里还要有主线意识，即原子结构和原子核部分首先应该抓住两条明确的主线:人类探索原子结构的历史发展过程主线和人类探索原子核结构及相关发现的历史过程．

第一条主线,以物理学家为纽带已经基本上完成了所有知识的串联，但还是遗漏了一些东西的．所以,在第二条主线中,在立足物理学家的前提下,还要抓住“三类六个方程”．

抓住重要的物理学家,抓住重要的发现及其意义,抓住三类六个方程,构建有序的知识体系,可以很好地提高原子结构和原子核部分知识的复习效率,所以复习的关键在于梳理．