原子和原子核

關(guān)于原子和原子核第一頁，共四十四頁，2022年，8月28日教學(xué)目標(biāo)1.說出對(duì)原子認(rèn)識(shí)的幾種模型。2.說出玻爾原子模型的內(nèi)容，會(huì)計(jì)算電子不同軌道間的躍遷。第二頁，共四十四頁，2022年，8月28日索線2湯姆遜原子結(jié)構(gòu)模型盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型粒子散射實(shí)驗(yàn)核式結(jié)構(gòu)模型

湯姆生發(fā)現(xiàn)電子建立無核結(jié)構(gòu)模型主要內(nèi)容

能級(jí)圖

計(jì)算

H光譜的了解玻爾原子理論薛定鄂模型電子云模型核外第三頁，共四十四頁，2022年，8月28日無核結(jié)構(gòu)模型無核結(jié)構(gòu)模型第四頁，共四十四頁，2022年，8月28日盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)放射源盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)+++

粒子散射情景絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn),極少數(shù)反彈第五頁，共四十四頁，2022年，8月28日盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個(gè)很小的核,叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型(可見光區(qū))氫原子光譜第六頁，共四十四頁，2022年，8月28日波爾的原子理論一.原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然作加速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫做定態(tài)。

En

=E1

/n

2

（n

=1，2，3，……）二.原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為E2）躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)能量為E1）時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量（hν

）由這兩種定態(tài)的能量差決定。⊿E＝

E2－E1＝

hν

三.原子的不同能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)于電子的不同運(yùn)行軌道，電子的可能軌道也是不連續(xù)的，即電子不能在任意的軌道上運(yùn)行。rn

=n

2

r1

波爾原子理論第七頁，共四十四頁，2022年，8月28日r1

r2

r3

r4

rn

能級(jí)圖1E11nE(量子數(shù))(能級(jí))2E2E33∞4E40eV

（-13.6）（-3.4）（-1.51）（-0.85）放出

吸收

10.21.890.66(基態(tài))(第一激發(fā)態(tài))(第二激發(fā)態(tài))原子的狀態(tài)與電子的軌道、能級(jí)都是一一對(duì)應(yīng)的。在某兩個(gè)確定能級(jí)間輻射出來的光子（能量）與吸收的光子（能量）是相同的。能級(jí)圖第八頁，共四十四頁，2022年，8月28日基態(tài)能級(jí)：E1＝－13.6eV能級(jí)計(jì)算定態(tài)能級(jí)的計(jì)算：

En

=E1

/n

2

（n

=1，2，3，……）記

二.

能級(jí)差的計(jì)算：

⊿E＝

E2－E1

【可求得躍遷時(shí)輻射或吸收的能量（或光子的頻率）】＝

hν

※

三.可能軌道計(jì)算：rn

=n

2

r1

（n

=1，2，3，……）

可能輻射或吸收的光子數(shù)目計(jì)算：

C

2k

第九頁，共四十四頁，2022年，8月28日熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜．例如電燈絲發(fā)出的光、熾熱的鋼水發(fā)出的光都形成連續(xù)光譜．第十頁，共四十四頁，2022年，8月28日玻爾理論的局限性：玻爾理論能夠十分圓滿地解釋氫光譜并且預(yù)言了氫原子輻射電磁波譜的問題，其成功之處在于引進(jìn)了量子化的觀點(diǎn)；但是，在解釋其它原子光譜時(shí)遇到了很大的困難，因?yàn)椴柪碚撨^多地保留了經(jīng)典理論。牛頓力學(xué)只適用于低速運(yùn)動(dòng)（相對(duì)于光速）的宏觀物體，對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，牛頓力學(xué)不適用了。第十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日+

r電子云電子云模型薛定鄂模型第十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日1、關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是（）A．只有極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度散射B．α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說明了帶正電的物質(zhì)只占整個(gè)原子的很小空間C．α粒子在靠近金原子核的過程中電勢(shì)能減小D．α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果否定了湯姆生給出的原子“棗糕模型”ABD第十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日2．氫原子的核外電子由一個(gè)軌道躍遷到另一軌道時(shí)，可能發(fā)生的情況是()A．放出光子，電子動(dòng)能減少，原子的能量增加B．放出光子，電子動(dòng)能增加，原子的能量減少C．吸收光子，電子動(dòng)能減少，原子的能量增加D．吸收光子，電子動(dòng)能增加，原子的能量減少BC第十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日3．如圖是類氫結(jié)構(gòu)的氦離子能級(jí)圖。已知基態(tài)的氦離子能量為E1=-54.4eV。在具有下列能量的光子中，能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是()A．40.8eVB．41.0eVC．43.2eVD．54.4eVE∞E4E3E2E10-3.4eV-6.0eV-13.6eV-54.4eVAD第十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日4．右圖為汞原子的能級(jí)圖，一個(gè)總能量為9eV的自由電子，與處于基態(tài)的汞原子發(fā)生碰撞后（不計(jì)汞原子動(dòng)量的變化），電子剩下的能量可能為（碰撞系統(tǒng)無能量損失）()A.0.2eV

B.1.3eV

C.2.3eV

D.5.5eVn=2n=3n=4n=1

-5.5eV

-2.7eV

-1.6eV-10.4eVAB第十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日5．圖1所示為氫原子的四個(gè)能級(jí)，其中E1為基態(tài)，若一群氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2，一群氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3，則下列說法正確的是()A．原子A可能輻射出3種頻率的光子B．原子B可能輻射出3種頻率的光子C．原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級(jí)E4D．原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級(jí)E4E4E3E2E1圖1B第十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日6.氫原子在某三個(gè)相鄰能級(jí)間躍遷時(shí)，可發(fā)出三種不同波長的輻射光。已知其中的兩個(gè)波長分別為λ1和λ2，且λ1＞λ2，則另一個(gè)波長可能是（）

A.λ1＋λ2

B.λ1－λ2C.

D.CD解見下頁第十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日解：由玻爾原子模型的躍遷假設(shè)E初－E終＝hν及λ＝c/ν可得：E3E2E1λ1λ2λ3所以得：故C選項(xiàng)正確另一種情況:E3E2E1λ1λ3λ2所以得：D選項(xiàng)也正確。第十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日

7、μ子與氫原子核（質(zhì)子）構(gòu)成的原子稱為μ氫原子（hydrogenmuonatom），它在原子核物理的研究中有重要作用。圖為μ氫原子的能級(jí)示意圖。假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n=2能級(jí)的μ氫原子，μ氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5、和ν6的光，且頻率依次增大，則E等于()A、h（ν3-ν1）

B、

h（ν5+ν6）

C、hν3

D、hν4

n∞23451E（eV）

-632.4

-281.1-158.1-101.20-2529.6C第二十頁，共四十四頁，2022年，8月28日衰變放射性元素天然放射現(xiàn)象

衰變?chǔ)?/p>

β

γ

新元素貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射性現(xiàn)象天然放射現(xiàn)象：某些元素能自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象。這些元素稱為放射性元素。第二十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日α衰變規(guī)律

衰變時(shí)放出α

粒子的，叫

α

衰變?chǔ)了プ円?guī)律：核的質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2。α

粒子即氦原子核——

He42MZ

XM-4Z-2

Y42He第二十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日β衰變規(guī)律

衰變時(shí)放出β

粒子的，叫

β

衰變?chǔ)?/p>

衰變規(guī)律：核的質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)增加±1。β

粒子即電子——

e0－10

1或正電子：eMZ

X

MZ+1

Y0-1e第二十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日三種射線的性質(zhì)和實(shí)質(zhì)帶電量質(zhì)量數(shù)符號(hào)電離性穿透性實(shí)質(zhì)來源α射線+2e4很強(qiáng)很?。ㄒ粡埰胀垼└咚俚暮ず肆?v≈0.1c)兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合成團(tuán)從原子核中放出β射線-e0弱很強(qiáng)（幾毫米鋁板）高速的電子流(v≈c)原子核中的中子轉(zhuǎn)換成質(zhì)子時(shí)從原子核中放出γ射線00γ很小更強(qiáng)（幾厘米鉛板）波長極短的電磁波原子核受激發(fā)產(chǎn)生的第二十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日三種射線在勻強(qiáng)磁場、勻強(qiáng)電場、正交電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況比較：βαOαγβγ⑶⑵⑴

如⑴、⑵圖所示，在勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場中都是β比α的偏轉(zhuǎn)大，γ不偏轉(zhuǎn)；區(qū)別是：在磁場中偏轉(zhuǎn)軌跡是圓弧，在電場中偏轉(zhuǎn)軌跡是拋物線。⑶圖中γ肯定打在O點(diǎn)；

第二十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日2、關(guān)于半衰期的幾個(gè)問題（1）定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間。（2）意義：反映了核衰變過程的統(tǒng)計(jì)快慢程度。半衰期短的元素衰變得快，放射性較強(qiáng)（3）特征：半衰期只與元素本身有關(guān),與所處的物理、化學(xué)狀態(tài)及周圍環(huán)境、溫度等都無關(guān)。（4）兩種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)：a.N0（大量）個(gè)放射性元素的核，經(jīng)過一個(gè)半衰期T，衰變了一半，再經(jīng)過一個(gè)半衰期T，全部衰變完。b.若有4個(gè)放射性元素的核,經(jīng)一個(gè)半衰期,將衰變2個(gè)。事實(shí)上，N0（大量）個(gè)某種放射性元素的核，經(jīng)過時(shí)間t后剩下的這種核的個(gè)數(shù)為而對(duì)于少量的核（如4個(gè)），是無法確定其衰變所需要的時(shí)間的。這實(shí)質(zhì)上就是“半衰期反映了核衰變過程的統(tǒng)計(jì)快慢程度”的含義。第二十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日N2粒子盧瑟福的粒子轟擊氮核實(shí)驗(yàn)

—質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)粒子轟擊氮核產(chǎn)生了可以穿透鋁箔的質(zhì)子147

N178O42HeH11盧瑟福的粒子轟擊氮核實(shí)驗(yàn)第二十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日

(中子)94

Be126C42Hen10原子核的人工轉(zhuǎn)變核衰變

核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均守恒中子的發(fā)現(xiàn)1932年查德威克第二十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日原子核的組成中子質(zhì)子統(tǒng)稱核子

原子核的組成電荷數(shù)=

電子數(shù)=

原子序數(shù)UHeH114223592XAZ（核）電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)=電荷數(shù)＋中子數(shù)質(zhì)量數(shù)原子核的基本情況原子核直徑10－14m第二十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日94

Be126C42Hen10原子核的人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯まD(zhuǎn)變

147

N178O42HeH112713

Al3015P42Hen10第三十頁，共四十四頁，2022年，8月28日裂變重核

裂變

n

10

U＋n→

Ba

+

Kr+3n

235929236141561010鏈?zhǔn)椒磻?yīng)第三十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日情景

H＋H

He

+

n

2142

3110輕核聚變聚變熱核反應(yīng)第三十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日核力強(qiáng)大的核力才能組成原子核核力與核能核力在<10－15

m才起作用

無論使核分解或組成核,

都需要很大的能量!

與＞核能的應(yīng)用

——

核電站

愛恩斯坦的質(zhì)能方程：

E=m

c

2

核反應(yīng)的能量變化與質(zhì)量虧損：⊿E=⊿m

c

2

⊿m＝

∑m核子－m核

原子質(zhì)量單位：1u=931.5

M

e

V

核能第三十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日反應(yīng)堆水管鈾棒鎘棒石墨水泥防護(hù)層減速劑核原料冷卻劑熱交換

控制反應(yīng)速度防輻射

快中子

→慢中子

吸收慢中子

核反應(yīng)堆第三十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日1．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了()A．原子是不可分割的B．原子具有核式結(jié)構(gòu)C．原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)D．原子核由質(zhì)子和中子組成C第三十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日2．以下哪些現(xiàn)象與原子核的變化有關(guān)（）A．α粒子散射B．光電效應(yīng)C．熱核反應(yīng)D．天然放射現(xiàn)象CD第三十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日

3．一置于鉛盒中的放射源發(fā)射的、和射線，由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔后，鋁箔后的空間有一勻強(qiáng)電場。進(jìn)入電場后，射線變?yōu)閍、b兩束，射線a沿原來方向行進(jìn)，射線b發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，如圖所示，則圖中的射線a為________射線，射線b為_______________射線。放射源

帶電極板

射線a照相底片

鉛盒鋁箔

帶電極板

射線b

第三十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日

4．衰變?yōu)橐?jīng)過m次衰變和n次衰變，則m，n分別為(

)（A）2，4 （B）4，2 （C）4，6 （D）16，6B第三十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日5.（1）放射性物質(zhì)和的核衰變方程為：

方程中的X1代表的是______________，

X2代表的是______________。

解:⑴X1代表的是（或α