韋中燊

原子結(jié)構(gòu)、原子核部分的知識(shí)點(diǎn)相對(duì)零散,如果能夠以物理學(xué)家為紐帶,圍繞“什么時(shí)間什么人做出了什么重要的發(fā)現(xiàn),該發(fā)現(xiàn)在人類(lèi)認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)和原子核方面有著怎樣的重要意義”這條思維主線(xiàn),將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái),就可以建立起有效的知識(shí)網(wǎng)絡(luò),提高這部分內(nèi)容復(fù)習(xí)的效率和質(zhì)量．

1 原子結(jié)構(gòu)部分的幾位主要物理學(xué)家與相關(guān)的重要事件

原子到底有沒(méi)有結(jié)構(gòu)?曾經(jīng),在很長(zhǎng)的時(shí)間里,人們一直都把原子視為構(gòu)成物質(zhì)的最小單元．教材之中,關(guān)于原子結(jié)構(gòu)這部分內(nèi)容,正是按照人類(lèi)認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的順序展開(kāi)的．而這段歷史,恰是由幾位著名的物理學(xué)家推動(dòng)的．所以抓住重要人物,熟悉重要事件,有助于構(gòu)建知識(shí)認(rèn)知的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)．

1.1 湯姆孫、密立根與電子

原子結(jié)構(gòu)部分的開(kāi)篇就是電子的發(fā)現(xiàn)．關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn),主要涉及兩位物理學(xué)家:發(fā)現(xiàn)電子的湯姆孫和測(cè)定電子電荷量的密立根．湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線(xiàn)的研究,發(fā)現(xiàn)了電子,打破了原子不可分的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí),開(kāi)啟了人們研究原子結(jié)構(gòu)的大門(mén)．同時(shí),湯姆孫還提出了原子結(jié)構(gòu)的“棗糕模型”．密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定了電子的電荷量是1.6×10-19C．

抓住了湯姆孫和密立根,就可以將電子發(fā)現(xiàn)的相關(guān)知識(shí)聯(lián)系到一起,甚至可以將帶電粒子在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題融合到一起,提升知識(shí)復(fù)習(xí)的廣度和深度．

1.2 盧瑟福與原子的核式結(jié)構(gòu)模型

盧瑟福是湯姆孫的學(xué)生,他完成了α粒子散射實(shí)驗(yàn),推翻了“棗糕模型”,提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型.原子的核式結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為原子中間存在著一個(gè)核,集中了所有的正電荷,電子圍繞著原子核在做快速運(yùn)動(dòng)．

抓住了盧瑟福,進(jìn)而詳細(xì)了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象,以及實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致的對(duì)原子結(jié)構(gòu)的新認(rèn)識(shí),就可以把原子的核式結(jié)構(gòu)模型的相關(guān)知識(shí)聯(lián)系到一起．

1.3 玻爾與能級(jí)結(jié)構(gòu)理論

原子的核式結(jié)構(gòu)模型很好地解釋了α粒子散射實(shí)驗(yàn)所出現(xiàn)的現(xiàn)象,但是這種結(jié)構(gòu)模型卻遇到了用經(jīng)典電磁理論無(wú)法解釋的問(wèn)題．因?yàn)?按照經(jīng)典的電磁理論,繞核快速運(yùn)動(dòng)的電子會(huì)不停地向外釋放電磁波,結(jié)果必然會(huì)導(dǎo)致原子變得十分不穩(wěn)定,但是,這顯然與事實(shí)是不吻合的．所以,為了調(diào)和這個(gè)矛盾,玻爾提出了他的原子結(jié)構(gòu)模型,也就是能級(jí)結(jié)構(gòu)模型．玻爾在承認(rèn)核式結(jié)構(gòu)的前提下,給電子的運(yùn)行軌道做了限定,并且規(guī)定當(dāng)電子在特定軌道上運(yùn)行的時(shí)候并不向外釋放電磁波,只有在不同能級(jí)之間躍遷的時(shí)候才會(huì)出現(xiàn)能量的吸收或者釋放．

了解玻爾,不僅可以明確原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)理論,更有利于掌握電子在不同能級(jí)上的躍遷帶來(lái)的光子的吸收或者釋放問(wèn)題,進(jìn)而與光的相關(guān)問(wèn)題聯(lián)系到一起,構(gòu)建出一張?jiān)游锢砼c光學(xué)之間的宏大物理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)．

例1關(guān)于原子模型,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ).

A. 湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子,表明原子具有核式結(jié)構(gòu)

B. 盧瑟福完成的α粒子散射實(shí)驗(yàn),說(shuō)明了原子的“棗糕模型”是不正確的

C. 按照玻爾理論,氫原子核外電子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),輻射出光子

D. 按照玻爾理論,原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí),電子的動(dòng)能減小,原子總能量增加

分析原子結(jié)構(gòu)部分,以物理學(xué)家為紐帶,明確是誰(shuí)做了什么事情，具有什么意義，就可以十分輕松地完成本題．湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子,說(shuō)明原子不再是構(gòu)成物質(zhì)最小的單元,它也是有結(jié)構(gòu)的,但是原子結(jié)構(gòu)到底是什么樣子的?湯姆孫的確進(jìn)行了猜想,但是他的猜想是“棗糕模型”,而不是核式結(jié)構(gòu)模型．核式結(jié)構(gòu)模型是盧瑟福在完成α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的．在玻爾理論中,軌道半徑越大的軌道,對(duì)應(yīng)的能級(jí)也越高,核外電子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí),需要從外界吸收能量,同時(shí)電子要克服庫(kù)侖引力做功,所以到了新的軌道上之后,電子的動(dòng)能會(huì)降低,但是整體能量會(huì)增加,因?yàn)樵黾拥氖莿?shì)能,而且增加的勢(shì)能要比減少的動(dòng)能還多．反過(guò)來(lái),當(dāng)核外電子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷的時(shí)候,會(huì)以輻射光子的形式向外釋放能量．

2 原子核部分的幾位主要物理學(xué)家與相關(guān)的重要事件

電子的發(fā)現(xiàn)打開(kāi)了原子結(jié)構(gòu)的大門(mén)．事實(shí)上,人類(lèi)針對(duì)原子結(jié)構(gòu)提出的模型假設(shè),遠(yuǎn)不止上面提到的幾種．而隨著認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步加深,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)即便是構(gòu)成原子的原子核,其實(shí)也是存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)的．于是,人們對(duì)原子的認(rèn)識(shí)便從原子結(jié)構(gòu)層面深入到了原子核結(jié)構(gòu)層面．由外而內(nèi),不斷深入,更加微觀．同樣的,這段歷史過(guò)程,也離不開(kāi)物理學(xué)家們的奉獻(xiàn)．

2.1 貝克勒耳與天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

1896年,出生于科學(xué)世家的法國(guó)物理學(xué)家貝克勒耳發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象．當(dāng)然,貝克勒耳當(dāng)時(shí)并沒(méi)有把他所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象稱(chēng)為“天然放射現(xiàn)象”,給這個(gè)現(xiàn)象命名的是著名的物理學(xué)家居里夫人．

后來(lái),盧瑟福又進(jìn)一步研究了天然放射現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)所釋放出來(lái)的射線(xiàn)分為三類(lèi),他便將其分別命名為α射線(xiàn)、β射線(xiàn)和γ射線(xiàn)．因?yàn)閷?duì)這三種射線(xiàn)的深入研究,盧瑟福獲得了1907年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),充分說(shuō)明原子核其實(shí)也是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的．

三種射線(xiàn)各自的來(lái)源不同,本質(zhì)不同,表現(xiàn)出來(lái)的特征也不同.它們的穿透能力、電離能力、在電磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況,以及放射性物質(zhì)的半衰期、相關(guān)應(yīng)用等知識(shí)可以有機(jī)地融合在一起進(jìn)行復(fù)習(xí)．

2.2 盧瑟福、查德威克與兩種核子的發(fā)現(xiàn)

既然原子核也是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的,那么原子核里面到底有什么?

1919年,盧瑟福做了用α粒子轟擊氮原子核的實(shí)驗(yàn),根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn),他發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子．發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子之后,盧瑟福又大膽預(yù)言,原子核之中除了質(zhì)子之外,還應(yīng)該存在一種中性的粒子．1932年,查德威克在參考了前人工作的基礎(chǔ)上,宣布發(fā)現(xiàn)了中子．在發(fā)現(xiàn)中子的過(guò)程中,查德威克同樣也做了一個(gè)α粒子轟擊實(shí)驗(yàn),不過(guò)他轟擊的對(duì)象是鈹原子核．

抓住兩個(gè)重要的發(fā)現(xiàn),以及兩個(gè)發(fā)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的方程,再以方程為基礎(chǔ),構(gòu)建起另一個(gè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò),那就是“三類(lèi)六個(gè)方程”,具體如下:

第一類(lèi):人工核反應(yīng)方程，即質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)方程和中子的發(fā)現(xiàn)方程．

第二類(lèi):衰變方程,即α衰變方程和β衰變方程．

第三類(lèi):核裂變和核聚變方程．

以三類(lèi)六個(gè)方程為基礎(chǔ),原子核部分的相關(guān)內(nèi)容就完整地融入一個(gè)比較系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)之中.以網(wǎng)絡(luò)上的知識(shí)節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)展開(kāi),再聯(lián)系相關(guān)的細(xì)節(jié),整個(gè)復(fù)習(xí)就會(huì)變得既有條理性,又有豐富度．

例2下列核反應(yīng)方程中,屬于α衰變的是( ).

分析本題中涉及的四個(gè)核反應(yīng)方程,正是原子核部分所涉及的主要內(nèi)容．其中,選項(xiàng)A是一個(gè)α衰變方程,而選項(xiàng)C是一個(gè)β衰變方程,選項(xiàng)B是核聚變方程,D是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的人工核反應(yīng)方程．顯然,關(guān)于原子核部分的考查,不一定是以人物和歷史事件為考查對(duì)象,但是在復(fù)習(xí)的時(shí)候如果能夠抓住人物和事件,所謂的方程就像是知識(shí)鏈條上的“碩果”一樣，唾手可得．

3 小結(jié)

原子結(jié)構(gòu)和原子核部分的知識(shí)是近代物理學(xué)的基礎(chǔ),中學(xué)階段的學(xué)習(xí)要求主要在于了解和知道相關(guān)的重要物理學(xué)發(fā)現(xiàn)及其重要的歷史意義,所以相對(duì)來(lái)說(shuō),這部分知識(shí)就有些散碎.因此,尋找合理的串聯(lián)紐帶,是非常重要的復(fù)習(xí)方式．

當(dāng)然,如果單純地利用物理學(xué)家為紐帶串聯(lián)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí),還是有疏漏的．所以,在圍繞物理學(xué)家這條紐帶進(jìn)行學(xué)習(xí)的同時(shí),心里還要有主線(xiàn)意識(shí)，即原子結(jié)構(gòu)和原子核部分首先應(yīng)該抓住兩條明確的主線(xiàn):人類(lèi)探索原子結(jié)構(gòu)的歷史發(fā)展過(guò)程主線(xiàn)和人類(lèi)探索原子核結(jié)構(gòu)及相關(guān)發(fā)現(xiàn)的歷史過(guò)程．

第一條主線(xiàn),以物理學(xué)家為紐帶已經(jīng)基本上完成了所有知識(shí)的串聯(lián)，但還是遺漏了一些東西的．所以,在第二條主線(xiàn)中,在立足物理學(xué)家的前提下,還要抓住“三類(lèi)六個(gè)方程”．

抓住重要的物理學(xué)家,抓住重要的發(fā)現(xiàn)及其意義,抓住三類(lèi)六個(gè)方程,構(gòu)建有序的知識(shí)體系,可以很好地提高原子結(jié)構(gòu)和原子核部分知識(shí)的復(fù)習(xí)效率,所以復(fù)習(xí)的關(guān)鍵在于梳理．