專題十四 原子和原子核

1、1、原子結(jié)構(gòu)科學(xué)進(jìn)程科學(xué)進(jìn)程原子結(jié)構(gòu)的建立和修正原子結(jié)構(gòu)的建立和修正-13.6eVn=1n=2-3.4eVn=3-1.51eVn=4-0.85eVn= 0金金屬屬片片影影子子熒熒光光1、湯姆孫的實(shí)驗(yàn)、湯姆孫的實(shí)驗(yàn)2qEmB R證證明明了了射射線線帶帶負(fù)負(fù)電電qvBqEEvB2vqvBmRqvmBREEBB2、盧瑟福：、盧瑟福：粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)裝置由幾部分組成實(shí)驗(yàn)裝置由幾部分組成 放射源、金箔、熒光屏放射源、金箔、熒光屏 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：實(shí)驗(yàn)的結(jié)果： 絕大多數(shù)絕大多數(shù) 粒子基本上仍沿原粒子基本上仍沿原來的方向前進(jìn)。來的方向前進(jìn)。 少數(shù)少數(shù) 粒子粒子(約占八千分之一約占八千分之一)發(fā)生了

2、大角度偏轉(zhuǎn)，甚至超過發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至超過了了90o。 盧瑟福對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋盧瑟福對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋 核式結(jié)構(gòu)模型核式結(jié)構(gòu)模型 核式結(jié)構(gòu)的不足核式結(jié)構(gòu)的不足 認(rèn)為原子壽命的極短認(rèn)為原子壽命的極短 認(rèn)為原子發(fā)射的光譜應(yīng)該是連認(rèn)為原子發(fā)射的光譜應(yīng)該是連續(xù)的續(xù)的盧瑟福盧瑟福 粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn) 利用核式結(jié)構(gòu)解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果利用核式結(jié)構(gòu)解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果 電子對(duì)電子對(duì) 粒子的作用忽略不計(jì)。粒子的作用忽略不計(jì)。 因?yàn)樵雍撕苄?，大部分因?yàn)樵雍撕苄?，大部?粒粒子穿過原子時(shí)離原子核很遠(yuǎn)，子穿過原子時(shí)離原子核很遠(yuǎn)，受到較小的庫侖斥力，運(yùn)動(dòng)幾受到較小的庫侖斥力，運(yùn)動(dòng)幾乎不改變方向。乎不改變方向。 極少數(shù)極少

3、數(shù) 粒子穿過原子時(shí)離原粒子穿過原子時(shí)離原子核很近，因此受到很強(qiáng)的庫子核很近，因此受到很強(qiáng)的庫侖斥力，發(fā)生大角度散射。侖斥力，發(fā)生大角度散射。3、玻爾的原子模型、玻爾的原子模型 電子軌道量子化電子軌道量子化 電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)仍然服從電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)仍然服從經(jīng)典力學(xué)規(guī)律。但軌道不是任經(jīng)典力學(xué)規(guī)律。但軌道不是任意的，且不產(chǎn)生電磁輻射。意的，且不產(chǎn)生電磁輻射。 原子能量量子化原子能量量子化 電子在不同的軌道，原子具電子在不同的軌道，原子具有的能量不同。有的能量不同。基基態(tài)態(tài)激激發(fā)發(fā)態(tài)態(tài)激激發(fā)發(fā)態(tài)態(tài)定定態(tài)態(tài)能能級(jí)級(jí)-13.6eVn=1n=2-3.4eVn=3-1.51eVn=4-0.85eVn= 0

4、21nrn r 21/nEEn nkpEEE 玻爾的原子模型玻爾的原子模型 頻率條件頻率條件hvEE 初初末末吸收光子(單擊)放出光子(單擊)-13.6eVn=1n=2-3.4eVn=3-1.51eVn=4-0.85eVn= 0吸收光子放出光子 例題例題.如圖給出了氫原子的最低的四個(gè)能級(jí)如圖給出了氫原子的最低的四個(gè)能級(jí),氫原子在氫原子在這些能級(jí)之間躍遷這些能級(jí)之間躍遷,所輻射的光子的頻率最多幾種所輻射的光子的頻率最多幾種?其中最小頻率是多少其中最小頻率是多少?最小波長(zhǎng)又是多少最小波長(zhǎng)又是多少?1 12 23 34 4-13.6eV- 3.4eV-1.51eV-0.85eV(1)6(1)6種種(

5、2)最小頻率對(duì)應(yīng)能級(jí)差最小最小頻率對(duì)應(yīng)能級(jí)差最小(3)最小波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)最大能量最小波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)最大能量CEEh初終=9.7510-8m1.6hv-19（1.51-0.85）10141.6 10nvHz目的：目的：能根據(jù)能級(jí)圖畫出輻射光子的多種可能，并能根能根據(jù)能級(jí)圖畫出輻射光子的多種可能，并能根據(jù)能級(jí)差判斷出光子波長(zhǎng)的大小據(jù)能級(jí)差判斷出光子波長(zhǎng)的大小2、原子核、原子核帶電帶電性性氦核流氦核流穿透穿透能力能力構(gòu)成構(gòu)成速度速度實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)名稱名稱正正強(qiáng)強(qiáng)弱弱42HeC/10電離電離能力能力負(fù)負(fù)弱弱強(qiáng)強(qiáng)01e0.990.99C電子流電子流中中最弱最弱極強(qiáng)極強(qiáng)光子光子C光子流光子流1、天然放射射線及特點(diǎn)、天然放射

6、射線及特點(diǎn)衰變的本質(zhì)衰變的本質(zhì) 為什么說射線都來自于從原子核內(nèi)部？為什么說射線都來自于從原子核內(nèi)部？ 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果一種元素具有放射性，那么，無實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果一種元素具有放射性，那么，無論它是以單質(zhì)存在，還是以化合物形式存在，都論它是以單質(zhì)存在，還是以化合物形式存在，都具有放射性。放射性的強(qiáng)度也不受溫度，外界壓具有放射性。放射性的強(qiáng)度也不受溫度，外界壓強(qiáng)的影響。由于元素的化學(xué)性質(zhì)決定于原子核外強(qiáng)的影響。由于元素的化學(xué)性質(zhì)決定于原子核外的電子，這就說明射線與這些電子無關(guān)，也就是的電子，這就說明射線與這些電子無關(guān)，也就是說，射線來自原子核。這說明原子核內(nèi)部是有結(jié)說，射線來自原子核。這說明原子核內(nèi)部

7、是有結(jié)構(gòu)的。構(gòu)的。衰變的本質(zhì)衰變的本質(zhì) 衰變衰變4422XYHeAAZZ 規(guī)規(guī)律律 衰變：衰變：011XYeAAZZ 本本質(zhì)質(zhì)規(guī)規(guī)律律110011nHe 在發(fā)生在發(fā)生衰變和衰變和衰變時(shí)，若新核處于能量較高的衰變時(shí)，若新核處于能量較高的激發(fā)態(tài)，這時(shí)它就要向低能級(jí)越強(qiáng)，這能量就以激發(fā)態(tài)，這時(shí)它就要向低能級(jí)越強(qiáng)，這能量就以光子形式向外輻射出來。光子形式向外輻射出來。 原子核衰變過程，電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒。原子核衰變過程，電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒。半衰期半衰期 何為何為“半衰期半衰期”？ 放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間。2223.8氡氡的的半半衰衰期期天天2261620鐳鐳的的半半衰衰期期年年92

8、384.5 10 鈾鈾的的半半衰衰期期年年例：一個(gè)原子核例：一個(gè)原子核 經(jīng)過經(jīng)過2次次衰變和衰變和3次次衰變后衰變后變成穩(wěn)定的原子核變成穩(wěn)定的原子核 。其中。其中a、c的關(guān)系的關(guān)系a=_，b、d的關(guān)系是的關(guān)系是b=_。abXcdY8c 1d 2 42 23 1acbd 核反應(yīng)的類型核反應(yīng)的類型人工核反應(yīng)人工核反應(yīng)e422349023892HThUePaTh012349123490天然放射性衰變天然放射性衰變HOHeN1117842147質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)nCHeBe101264294中子的發(fā)現(xiàn)中子的發(fā)現(xiàn) nPHeAl103015422713 eSiP0130143015人工放射性同位素人工放

9、射性同位素n3KrBanU109236141561023592輕核的聚變輕核的聚變nHeHH10423121重核的裂變重核的裂變?nèi)私贪嫒私贪娼炭瓢娼炭瓢嫒私贪嫒私贪?、人工放射性的應(yīng)用、人工放射性的應(yīng)用 人工放射性同位素的特點(diǎn)人工放射性同位素的特點(diǎn) 放射強(qiáng)度容易控制放射強(qiáng)度容易控制 制成需要的各種形狀制成需要的各種形狀 半衰期短半衰期短 有何應(yīng)用？有何應(yīng)用？示示蹤蹤原原子子3 3、愛因斯坦質(zhì)能方程、愛因斯坦質(zhì)能方程 E=mc2 式中c是真空中的光速，m是物體的質(zhì)量，E是物體的能量。核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)的質(zhì)量虧損核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)的質(zhì)量虧損 mm，正表明它們?cè)诨ハ嘟Y(jié)合過程中放出了能量正

10、表明它們?cè)诨ハ嘟Y(jié)合過程中放出了能量 E=E= mm c c2 2例題一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘例題一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射一個(gè)光子核，同時(shí)輻射一個(gè)光子。已知質(zhì)子、中子、氘。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為普朗克常量為h,真真空中的光速為空中的光速為c。下列說法正確的是。下列說法正確的是B4、聚變和裂變、聚變和裂變?nèi)睾说牧炎?35113783192056360 Ba+Kr+16 n核裂變：核裂變： 鈾核在俘獲一個(gè)中子后，發(fā)生了一個(gè)重核鈾核在俘獲一個(gè)中子后，發(fā)生了一個(gè)重核分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的

11、核的反應(yīng)過程核反應(yīng)方程核反應(yīng)方程235190136192038540 r+Xe+10n235112193192051410 Sb+Nb+22 n鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng): : 鈾核裂變時(shí)鈾核裂變時(shí),同時(shí)放出幾個(gè)中子同時(shí)放出幾個(gè)中子,這些中子再這些中子再引起其它鈾核裂變引起其它鈾核裂變,就可以使裂變過程不斷就可以使裂變過程不斷地進(jìn)行下去地進(jìn)行下去,這種反應(yīng)過程叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng)這種反應(yīng)過程叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng)4.臨界體積臨界體積: 能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體積能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體積核反應(yīng)堆核反應(yīng)堆鈾棒：天然鈾或濃縮鈾組成鈾棒：天然鈾或濃縮鈾組成減速劑：減速劑： 石墨或重水、普通水石墨或重水、普通水作用：作用：裂變產(chǎn)生的速度很裂變產(chǎn)生的速度很大的中子跟這些物質(zhì)相碰大的中子跟這些物質(zhì)相碰后，速度很慢，變成容易后，速度很慢，變成容易被鈾被鈾235吸收的慢中子吸收的慢中子控制棒：控制棒：鎘棒鎘棒作用：作用：鎘棒吸收中子的能力鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng)，通過棒的深、淺吸收很強(qiáng)，通過棒的深、淺吸收中子，控制反應(yīng)速度中子，控制反應(yīng)速度。