原子物理(特長生強化輔導)(共9頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上原子和原子核 l 思維導圖第一課時 原子結構 能級 基礎知識一、原子的核式結構1.粒子散射現象絕大多數粒子穿過金箔后仍能沿原來方向前進，少數粒子發(fā)生了較大的偏轉，并且有極少數粒子偏轉角超過了90°，有的甚至被彈回，偏轉角幾乎達到180 °.2.原子的核式結構盧瑟福對粒子散射實驗結果進行了分析，于1911年提出了原子的核式結構學說：（請思考盧瑟福是怎樣根據粒子散射實驗推斷出原子的核式結構模型的）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所有的質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里繞著核旋轉.原子核所帶的單位正電荷數等于核外

2、的電子數.原子的半徑大約是10-10 m，原子核的大小約為10-15m10-14 m.二、玻爾的原子模型1.玻爾假說提出的背景：經典電磁理論在解釋原子結構時碰上了無法克服的困難，原子為什么是穩(wěn)定的？原子光譜為什么不是連續(xù)光譜？玻爾假說的貢獻，就是成功解釋了經典理論無法解釋的這些問題.玻爾假說的核心，是引入了量子化理論，從而找到了描繪微觀世界的一條重要規(guī)律.2.玻爾假說的內容：(1)軌道量子化：原子核外電子的可能軌道是某些分立的數值.(2)能量狀態(tài)量子化；原子只能處于與軌道量子化對應的不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中，原子是穩(wěn)定的，不輻射能量.(3)躍遷假說：原子從一種能級向另一種能級躍遷時，吸

3、收（或輻射）一定頻率的光子，光子能量E=h=E2-E1.三、氫原子能級氫原子在各個能量狀態(tài)下的能量值，叫做它的能級.最低的能級狀態(tài)，即電子在離原子核最近的軌道上運動的狀態(tài)叫做基態(tài)，處于基態(tài)的原子最穩(wěn)定.其他能級叫激發(fā)態(tài).四、原子光譜及應用1.原子光譜：元素在稀薄氣體狀態(tài)下的光譜是分立的線狀譜，由一些特定頻率的波組成，又叫原子光譜.2.原子光譜的應用：每種元素的原子光譜都有自己的一組特定譜線，應用光譜分析可以確定物質成分.五、電子云玻爾模型引入了量子化觀點，但不完善.在量子力學中，核外電子并沒有確定的軌道，玻爾的電子軌道，只不過是電子出現概率最大的地方.把電子的概率分布用圖象表示時，用小黑點的稠

4、密程度代表概率的大小，其結果如同電子在原子核周圍形成云霧，稱為“電子云”.難點辨析1.氫原子各定態(tài)的能量值，為電子繞核運動的動能Ek和電勢能Ep的代數和.由En和E1-13.6 eV可知，氫原子各定態(tài)的能量值均為負值.因此，不能根據氫原子的能級公式En得出氫原子各定態(tài)能量與n2成反比的錯誤結論.2.原子的躍遷條件：hE初E終只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況，對于光子和原子作用而使原子電離，則不受此條件的限制.如基態(tài)氫原子的電離能為13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過入射光子的能量越大，原子電離后產生的自由電子的動能越大.

5、3.原子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地向基態(tài)或其他較低能級躍遷.由于這種自發(fā)躍遷的隨機性，一個原子會有多種可能的躍遷.若是一群原子處于激發(fā)態(tài)，則各種可能躍遷都會發(fā)生，所以我們會同時得到該種原子的全部光譜線.典型例題題型解析【例題1】盧瑟福的粒子散射實驗中，有極少數粒子發(fā)生大角度偏轉，其原因是（ ）A原子的正電荷和絕大部分質量集中在一個很小的核上B正電荷在原子中是均勻分布的C原子中存在著帶負電的電子D原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中【例題2】用光子能量為E的單色光照射容器中處于基態(tài)的一群氫原子。停止照射后，發(fā)現該容器內的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，它們的頻率由低到高依次為1、2、3，由此

6、可知，開始用來照射容器的單色光的光子能量可以表示為：h1；h3；h(1+2)；h(1+2+3) 以上表示式中 A只有正確 B只有正確 C只有正確 D只有正確123v3v2v1【例題3】對于基態(tài)氫原子，下列說法正確的是（ ）A、它能吸收10.2eV的光子B、它能吸收11eV的光子C、它能吸收14eV的光子D、它能吸收具有11eV動能的電子的部分動能課堂練習1下列現象中，與原子核內部變化有關的是A粒子散射現象 B天然放射現象 C光電效應現象 D原子發(fā)光現象2.在盧瑟福的粒子散射實驗中，有少數粒子發(fā)生大角度偏轉，其原因是（ ）A.原子的絕大部分質量和全部正電荷集中在一個很小的核上B.正電荷在原子中是

7、均勻分布的C.原子中存在著帶負電的電子D.原子只能處在一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中3.氫原子輻射出一個光子后，根據玻爾理論，下列判斷正確的是（ ）A.電子繞核旋轉的半徑增大B.電子的動能減少C.氫原子的電勢能增大D.氫原子的能級減小3.氫原子能級的示意圖如圖所示，大量氫原子從n4的能級向n2的能級躍遷時輻射出可見光a，從n3的能級向n2的能級躍遷時輻射出可見光b，則（ ）A.氫原子從高能級向低能級躍遷時可能會輻射出射線B.氫原子從n4的能級向n3的能級躍遷時會輻射出紫外線C.在水中傳播時，a光較b光的速度小D.氫原子在n2的能級時可吸收任意頻率的光而發(fā)生電離5.氫原子能級圖的一部分如圖1513所示

8、，a、b、c分別表示氫原子在不同能級之間的三種躍遷途徑，設在a、b、c三種躍遷過程中，放出光子的能量和波長分別是Ea、Eb、Ec和a、b、c，則圖1513b=a+cb=a·cEb=Ea+Ec以上關系正確的是A.B.C.只有D. 6關于天然放射現象，敘述正確的是（ C ）A若使放射性物質的溫度升高，其半衰期將減少B衰變所釋放的電子是原子核外的電子電離形成的C在、這三種射線中，射線的穿透能力最強，射線的電離能力最強D鈾核（）衰變?yōu)殂U核（）的過程中，要經過8次衰變和10次衰變 7天然放射性元素（釷）經過一系列核衰變之后，變成（鉛）。下列論斷中正確的是：（ D ） A鉛核比釷核少23個中子；

9、 B鉛核比釷核少24個質子； C衰變過程中共有4次衰變和8次衰變； D衰變過程中共有6次衰變和4次衰變。8.氦氖激光器能產生三種波長的激光，其中兩種波長分別為=0.6328µm，=3.39µm，已知波長為的激光是氖原子在能級間隔為=1.96eV的兩個能級之間躍遷產生的。用表示產生波長為的激光所對應的躍遷的能級間隔，則的近似值為A.10.50eV B.0.98eV C. 0.53eV D. 0.36eV9.氫原子從第4能級躍遷到第2能級發(fā)出藍光，那么，當氫原子從第5能級躍遷到第2能級應發(fā)出（ ）A.射線B.紅光C.黃光D.紫光第二課時 原子核反應·核能基礎知識核反應

10、雖然有成千上萬，但是根據其特點可分為四種基本類型：衰變、人工轉變、輕核聚變和重核裂變.一、衰變原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ?放射性元素衰變時放出的射線共有三種：射線、射線和射線，其射線的本質和性質如下表：種類本質電離本領穿透本領射線He最強最弱(空氣中幾厘米或一張薄紙)射線e較弱很強(幾毫米的鋁板)射線光子最弱最強(幾厘米的鉛板)按照衰變時放出粒子不同又分為衰變和衰變，其核反應方程如：UThHe（衰變）ThPae（衰變)半衰期是放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變需要的時間.它表示放射性元素衰變的快慢.半衰期是由核本身的因素決定的，與它所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)無關.不

11、同的放射性元素半衰期不同.關于半衰期的幾個問題放射性元素衰變的快慢用半衰期來表示，（1）定義：放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變所需要的時間。（2）意義：反映了核衰變過程的統(tǒng)計快慢程度。（3）特征：只由核本身的因素所決定，而與原子所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)無關。（4）公式表示：，式中、分別表示衰變前的放射性元素的原子數和質量，、分別表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數和質量，t表示衰變時間，T表示半衰期。（5）理解： N0（大量）個某種放射性元素的核，經過時間t后剩下的這種核的個數為而對于少量的核（如4個），是無法確定其衰變所需要的時間的。這實質上就是“半衰期反映了核衰變過程的統(tǒng)計快慢程度”

12、的含義。二、人工轉變原子核在其他粒子作用下變成另一種原子核的變化稱為人工轉變.利用原子核的人工轉變，人們發(fā)現了質子、中子，認清了原子核的結構，并且制造了上千種放射性同位素，在工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療和科研的許多方面得到廣泛的應用.著名的方程式如：NHeOH（盧瑟福，發(fā)現質子）BeHe6CU (查德威克，發(fā)現中子)三、重核裂變重核裂變：是重核分裂成中等質量的核的反應過程.如：UU54XeSr10n.由于中子的增值使裂變反應能持續(xù)地進行的過程稱為鏈式反應.發(fā)生鏈式反應的條件是：裂變物質的體積臨界體積.裂變的應用：原子彈、原子反應堆.四、輕核聚變輕核聚變是輕核結合成質量較大的核的反應過程.如：HHHeU.發(fā)

13、生聚變反應的條件是：超高溫(幾百萬度以上)熱核反應.聚變的應用：氫彈、可控熱核反應.五、核能1.核力：為核子間作用力.其特點為短程強引力：作用范圍為2.0×10-15 m，只在相鄰的核子間發(fā)生作用.2.核能：核子結合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結合能，亦稱核能.3.質能方程、質量虧損愛因斯坦質能方程Emc2說明物體的質量和能量之間存在著一定的關系，一個量的變化必然伴隨著另一個量的變化.核子在結合成原子核時放出核能，因此，原子核的質量必然比組成它的核子的質量和要小m，這就是質量虧損.由質量虧損可求出釋放的核能Emc2；反之，由核能也可求出核反應過程的

14、質量虧損. 題型解析【例題1】原子核自發(fā)地放出電子的現象稱為衰變，開始時科學家曾認為衰變中只放出電子，即粒子，后來發(fā)現這個過程中除了放出電子以外，還放出一種叫做“反中微子”的高速粒子，反中微子不帶電，則A原子核能發(fā)生衰變，說明原子核內還有電子B發(fā)生衰變后的原子核的核子數不變，帶電量增加C原子核發(fā)生衰變時放出的能量等于粒子與衰變后的核的動能之和D靜止的原子核發(fā)生衰變時粒子與衰變后的核的運動速度方向一定相反【例題2】靜止在勻強磁場中的某種放射性元素的原子核放出一個粒子，其速度方向與磁場方向垂直，測得粒子與反沖核軌道半徑之比為30：1，如圖所示，則（ ）A、粒子和反沖核的動量大小相等、方向相反B、反

15、沖核的原子序數為62C、原放射性元素的原子序數是62D、反沖核與粒子的速率之比為1：62【例題3】兩種放射性元素的原子和，其半衰期分別為T和。若經過2T后兩種元素的核的質量相等，則開始時兩種核的個數之比為_；若經過2T后兩種核的個數相等，則開始時兩種核的質量之比為_。類型題： 核反應與核反應方程的書寫問題 1無論何種反應方程必須遵守電荷數守恒，質量數守恒規(guī)律，有些核反應方程還要考慮到能量守恒規(guī)律（如裂變和聚變方程常含有能量項）2核反應方程中的箭頭表示反應進行的方向，不能把箭頭寫成等號3寫核反應方程必須有實驗依據，決不能毫無根據地編造。4注意原子核表示為（A為質量數，z為核電荷數），要熟悉常見的

16、基本粒子的表達式，如中子，質子，氕，氘，氚，電子，正電子，氦核等。類型題： 核能的計算 1根據愛因斯坦質能聯系方程（或）計算2根據1原子質量單位（1u）對應931.5能量，即質量虧損1u相當于放出931.5能量。核反應時釋放的能量可用原子質量單位數乘以931.53利用動量和能量守恒計算參與核反應的粒子組成的系統(tǒng)在核反應過程中動量和能量是守恒的，在核反應所釋放的核能全部轉化為生成的新粒子的動能而無光子輻射的情況下，可以從動量和能量守恒角度計算核能的變化4由阿伏加得羅常數NA計算宏觀物質釋放的核能若要計算具有宏觀物質所有原子核都發(fā)生核反應所放出的總核能，應用阿伏加得羅常數計算核能比較方便現分別舉例

17、如下1、利用愛因斯坦的質能方程計算核能【例題4】一個鈾核衰變?yōu)殁Q核時釋放出一個粒子，已知鈾核的質量為 kg，釷核的質量為粒子的質量為，在這個衰變過程中釋放出的能量等于_J（保留兩位有效數字）。課堂練習 1.一個原子核經一次衰變和一次衰變生成穩(wěn)定的核Z，其衰變過程為，下面關系式中，正確的是（ ）a=e+4c=ed=f-1b=f+2A.B.C.D.2關于核力，下列說法中正確的是（ ）原子核內每個核子只跟與它們相鄰的核子間才有核力作用核力既可能是引力，又可能是斥力核力對核子做正功，原子核要釋放核能原子核內的某一核子與其他核子間都有核力作用A.B.C.D.3.勻強磁場中有一個靜止的氮核N，被與磁場方向

18、垂直、速度為v的粒子擊中形成復合核，然后沿相反方向釋放出一個速度也為v的質子，則（ ）質子與反沖核的動能之比為1725質子與反沖核的動量大小之比為15質子與反沖核的動量大小之比為817質子與反沖核在磁場中旋轉頻率之比為178以上說法正確的是A.B.C.D.4、Th（釷）經過一系列和衰變，變成Pb（鉛），下列說法正確的是A.鉛核比釷核少8個質子B.鉛核比釷核少16個中子C.共經過4次衰變和6次衰變D.共經過6次衰變和4次衰變5、假設兩個氘核在同一直線上相碰發(fā)生聚變反應生成氦同位素和中子，已知氘核的質量為2.0136u，中子的質量為1.0087u，氦的同位素的質量為3.0150u，求該聚變反應中釋放的能量（保留兩位有效數字）。課后練習1.下列說法正確的是w.w.w.k.s.5.u.c.o.m A.是衰變方程 B.是核聚變反應方程 C.是核裂變反應方程 D.是原子核的人工轉變方程2.表示放射性元素碘3 衰變的方程是A. B