物理選修3-5內(nèi)容精編2

1、湯姆生原子結(jié)構(gòu)模型湯姆生原子結(jié)構(gòu)模型 原子是一個球體，正電荷均勻地分布在原子是一個球體，正電荷均勻地分布在整個球內(nèi)，電子像棗糕里的棗子那樣鑲整個球內(nèi)，電子像棗糕里的棗子那樣鑲嵌在原子里面。嵌在原子里面。 用什么方法去研究象原子這樣的微觀粒子的內(nèi)部用什么方法去研究象原子這樣的微觀粒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)呢？結(jié)構(gòu)呢？用其他微觀粒子或一些射線轟擊用其他微觀粒子或一些射線轟擊 19091911年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手們進行了 粒子散射實驗問題：問題：粒子散射實驗的結(jié)果是：粒子散射實驗的結(jié)果是： 粒子穿過金箔后粒子穿過金箔后幾乎仍沿原幾乎仍沿原來的方向前進或偏轉(zhuǎn)很小來的方向前進或偏轉(zhuǎn)很??； 粒子粒子發(fā)生了

2、較大的偏轉(zhuǎn)，發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)， 粒子粒子偏轉(zhuǎn)角超過了偏轉(zhuǎn)角超過了9090， 被彈回，偏角幾乎達到被彈回，偏角幾乎達到180180。絕大多數(shù)絕大多數(shù)少數(shù)少數(shù)極少數(shù)極少數(shù)有的甚至有的甚至盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型：盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個很小的核，叫做原在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外的空間運動。核外的空間運動。盧瑟福盧瑟福粒子散射實驗的解釋粒子散射實驗的解釋盧瑟福原子的核式結(jié)構(gòu)模型的建立過程盧瑟福原子的核式結(jié)構(gòu)模型的建立過程湯姆生發(fā)現(xiàn)電子

3、湯姆生發(fā)現(xiàn)電子湯姆生原子模型湯姆生原子模型棗糕式棗糕式盧瑟福原子核式模盧瑟福原子核式模型型粒子散射實驗粒子散射實驗行星式18.4玻爾的原子模型玻爾的原子模型湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子湯姆孫模型湯姆孫模型不能解釋不能解釋粒子散射實驗粒子散射實驗盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型存在困難：原子的穩(wěn)定性存在困難：原子的穩(wěn)定性原子光譜的分立特征原子光譜的分立特征1、圍繞原子核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的圍繞原子核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值數(shù)值且電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動是穩(wěn)定的（電子的且電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動是穩(wěn)定的（電子的軌道是量子化的），不產(chǎn)生電磁輻射。軌道是量子化的

4、），不產(chǎn)生電磁輻射。2、原子在不同的軌道上運動時，原子處于、原子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)波爾指出，原子的不同的狀不同的狀態(tài)波爾指出，原子的不同的狀態(tài)中具有不同的能量，所以原子的能量也態(tài)中具有不同的能量，所以原子的能量也量子化的量子化的19131913年玻爾提出了自己的年玻爾提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說原子結(jié)構(gòu)假說玻爾玻爾針對原子的核式結(jié)構(gòu)模型針對原子的核式結(jié)構(gòu)模型針對原子的穩(wěn)定性針對原子的穩(wěn)定性21nEEn 12rnrn能級：量子化的能量值能級：量子化的能量值定態(tài)：原子中具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)定態(tài)：原子中具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)量子數(shù)基態(tài)：能量最低的狀態(tài)（離核最近）基態(tài)：能量最低的狀

5、態(tài)（離核最近）基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)：其他的狀態(tài)激發(fā)態(tài)：其他的狀態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)123定態(tài)定態(tài)注：原子的能量指電子繞核動能和電子-原子核系統(tǒng)的勢能之和3、當電子從能量較高的定態(tài)軌道（其、當電子從能量較高的定態(tài)軌道（其能量記為能量記為m）躍遷到能量較低的定）躍遷到能量較低的定態(tài)軌道（能量記為態(tài)軌道（能量記為n，mn）時，會）時，會放出能量為放出能量為h的光子（的光子（h是普朗克常是普朗克常量），這個光子的能量由前后兩個能量），這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即級的能量差決定，即hm-n稱為稱為頻率條件，又稱輻射條件頻率條件，又稱輻射條件注：當電子吸收光子時會從較低能量態(tài)躍遷注：當電子吸收光子時會

6、從較低能量態(tài)躍遷到較高的能量態(tài)，吸收的光子同樣由頻率條到較高的能量態(tài)，吸收的光子同樣由頻率條件決定。（吸收光譜）件決定。（吸收光譜）19131913年玻爾提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說年玻爾提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說玻爾玻爾針對原子光譜是線狀譜提出針對原子光譜是線狀譜提出-躍字包含“不連續(xù)”的意思nmr053. 01 12rnrneVE6 .131 21nEEn 0 EnmEEhv 說明：由于能級是分立的，說明：由于能級是分立的，所以放出的光子的能量也是所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。譜只有一些分立的亮線。nmEEhvnEEhv nEhv

7、即：氫原子光譜圖氫原子光譜圖nmH1 .786nmH1 .434nmH3 .656nmH2 .410特點：光譜是幾條分離的亮線特點：光譜是幾條分離的亮線 有什么規(guī)律？有什么規(guī)律？18851885年瑞士中學(xué)數(shù)學(xué)教師巴爾末年瑞士中學(xué)數(shù)學(xué)教師巴爾末巴爾末系公式巴爾末系公式221111()3,4,5,.2Rnnm7巴耳末公式 R=1.10 10里德伯常量氫原子光譜的其他線系.4 , 2 , 1),131(122nnR.4 , 2 , 1),111(122nnR.4 , 2 , 1),141(122nnR19141914年年萊曼系（在紫外區(qū)）萊曼系（在紫外區(qū)）19081908年年帕邢系（在近紅外區(qū)）帕邢

8、系（在近紅外區(qū)）19221922年年布喇開系（在紅外區(qū)）布喇開系（在紅外區(qū)）19241924年年普豐德系（在紅外區(qū)）普豐德系（在紅外區(qū)）.4 , 2 , 1),151(122nnR 人們通過什么現(xiàn)象或?qū)嶒灠l(fā)現(xiàn)原子核是人們通過什么現(xiàn)象或?qū)嶒灠l(fā)現(xiàn)原子核是由更小的微粒構(gòu)成的？由更小的微粒構(gòu)成的？ 人們認識原子人們認識原子核的結(jié)構(gòu)就是核的結(jié)構(gòu)就是從從天然放射性天然放射性開始的。開始的。放射型物質(zhì)發(fā)出的射線有三種：放射型物質(zhì)發(fā)出的射線有三種：氦原子核氦原子核高速高速電子流電子流高能量高能量電磁波電磁波1/101/10光速光速接近光速接近光速光速光速弱弱較強較強很強很強很容易很容易較弱較弱更小更小閱讀課文

9、填寫表格：閱讀課文填寫表格：原子核的組成1142235 92AZ一、衰變一、衰變 原子核放出原子核放出 粒子或粒子或 粒子粒子轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ冝D(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ?衰變：放出衰變：放出粒子的衰變，如粒子的衰變，如 衰變：放出衰變：放出 粒子的衰變，如粒子的衰變，如 HeThU422349023892ePaTh0123491234901.1.定義：定義：2.2.種類：種類：原子核發(fā)生衰變時，衰變前后原子核發(fā)生衰變時，衰變前后的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒 3 3規(guī)律：規(guī)律：衰變：衰變： 衰變：衰變： HeYXAZAZ4242eYXAZAZ011說明：說明

10、：1. 1. 中間用單箭頭，不用等號；中間用單箭頭，不用等號；2. 2. 是質(zhì)量數(shù)守恒，不是質(zhì)量守恒是質(zhì)量數(shù)守恒，不是質(zhì)量守恒; ;3. 3. 方程及生成物要以實驗為基礎(chǔ)，不能杜撰。方程及生成物要以實驗為基礎(chǔ)，不能杜撰。衰衰變變方方程程4. 4. 本本質(zhì)質(zhì)： ： 衰衰變變： ：原子核內(nèi)減少兩個原子核內(nèi)減少兩個質(zhì)質(zhì)子和兩個中子子和兩個中子 衰衰變變： ：原子核內(nèi)的一個中子原子核內(nèi)的一個中子變變成成質(zhì)質(zhì)子，子， 同同時時放出一個放出一個電電子子 放射性表明原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的。放射性表明原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的。說明：說明：5 5注意：注意： 一 種 元 素 只 能 發(fā) 生 一 種 衰 變 ，一 種

11、元 素 只 能 發(fā) 生 一 種 衰 變 ，但在但在一塊一塊放射性放射性物質(zhì)物質(zhì)中可以同時放出中可以同時放出、和和三種射線。三種射線。HeThU422349023892ePaTh012349123490半數(shù)（半數(shù)（50%50%）發(fā)生衰變）發(fā)生衰變nmm 210半衰期的長短是由原子核內(nèi)部本身的半衰期的長短是由原子核內(nèi)部本身的因素決定的，與原子所處的物理、化學(xué)因素決定的，與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)狀態(tài)無關(guān) “單個的微觀事件是不可預(yù)測的單個的微觀事件是不可預(yù)測的”，所以，放射性元素的半衰期是一個所以，放射性元素的半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律統(tǒng)計規(guī)律 只對大量的原子核才適用，只對大量的原子核才適用， 對少數(shù)

12、原子核不適用對少數(shù)原子核不適用核力：核力：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強大的力叫做強大的力叫做核力核力核力具有怎樣的特點呢？核力具有怎樣的特點呢？二、核力：二、核力： 2. 核力是短程力核力是短程力。約在。約在 10-15m量級時起作用，距離量級時起作用，距離大于大于0.810-15m時為引力時為引力, 距離為距離為1010-15m時核力幾乎時核力幾乎消失，距離消失，距離小于小于0.810-15m時為斥力時為斥力。 3. 核力具有飽和性核力具有飽和性。核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)。核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。生較強的引力，

13、而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。 4. 核力具有電荷無關(guān)性核力具有電荷無關(guān)性。對給定的相對運動狀態(tài)，。對給定的相對運動狀態(tài)，核力與核子電荷無關(guān)。核力與核子電荷無關(guān)。 1. 核力是四種相互作用中的核力是四種相互作用中的強相互作用（強力）強相互作用（強力）的的一種表現(xiàn)。一種表現(xiàn)。 由于核子間存在著強大的核力，所以核子由于核子間存在著強大的核力，所以核子結(jié)合結(jié)合成原子核成原子核或原子核或原子核分解分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化為核子時，都伴隨著巨大的能量變化 nHHHHn101121211110例如：可見，由于核子間存在強大的核力，要把原子核拆散成核可見，由于核子間存在強大的核力，要把原子核拆散

14、成核子，要克服核力做功，必須吸收一定的能量反之，根據(jù)子，要克服核力做功，必須吸收一定的能量反之，根據(jù)能量守恒，核子結(jié)合成原子核時，也會放出同樣多的能量。能量守恒，核子結(jié)合成原子核時，也會放出同樣多的能量。這個能量叫做這個能量叫做原子核的結(jié)合能。原子核的結(jié)合能。結(jié)合能可以以光子的形式放出來。結(jié)合能可以以光子的形式放出來。三、結(jié)合能三、結(jié)合能nHHHHn101121211110例如：分解：分解：結(jié)合：結(jié)合：為光子，其能量為光子，其能量2.2MeV，反應(yīng)才能發(fā)生，反應(yīng)才能發(fā)生結(jié)合能結(jié)合能并并不是不是由于核子結(jié)合成原子核而由于核子結(jié)合成原子核而具有具有的的能量，能量，而是而是為把核子分開而為把核子分開

15、而需要需要的能量或者結(jié)的能量或者結(jié)合成原子核需要合成原子核需要放出放出的能量。的能量。平均結(jié)合能平均結(jié)合能：結(jié)合能與核子數(shù)之比：結(jié)合能與核子數(shù)之比說明：說明： 比結(jié)合能越大，表示原子核中核子比結(jié)合能越大，表示原子核中核子 結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。從圖象上看，哪一種原子的平均結(jié)合能更大？從圖象上看，哪一種原子的平均結(jié)合能更大？四、質(zhì)量虧損四、質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損：原子分解為核子時，質(zhì)量增加；核子結(jié)：原子分解為核子時，質(zhì)量增加；核子結(jié)合成原子核時，質(zhì)量減少。合成原子核時，質(zhì)量減少。原子核的質(zhì)量小于組成原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子的質(zhì)量之和，叫做質(zhì)量虧損原子核的核子的質(zhì)量之和，叫做質(zhì)量虧損。核反應(yīng)前后，總質(zhì)量并不相等！核反應(yīng)前后，總質(zhì)量并不相等！中子質(zhì)子氘核2.2MeV（ ）核反應(yīng)放出的能量叫做核能愛因斯坦愛因斯坦 物體的能量和物體的能量和質(zhì)量之間存在密切質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系，他們的關(guān)的聯(lián)系，他們的關(guān)系是：系是：2mcE 核子在結(jié)合成核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損，要放出能量，虧損，要放出能量，大小為：大小為：2mcE質(zhì)能方程質(zhì)能方程核核反反應(yīng)應(yīng)吸收能量吸收能量放出能量放出能量核子結(jié)合成原子核核子結(jié)合成原子核有些重核分裂成中等質(zhì)量的核有些重核分裂成中等質(zhì)量的核有些輕核結(jié)合成中等質(zhì)量的核有些輕核結(jié)合成中等