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1、第十一章第二讲原子结构与原子核本讲稿第一页，共五十页(3)核式结构模型：原子中心有一个很小的核式结构模型：原子中心有一个很小的 ，叫做原子核，原子，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的 在核外空间绕核旋转在核外空间绕核旋转一、原子结构一、原子结构1原子的核式结构原子的核式结构(1)19091911年年，英英国国物物理理学学家家 进进行行了了粒粒子子散散射射实实验验，提出了核式结构模型提出了核式结构模型(2)粒子散射实验粒子散射实验实验装置：如图所示实验装置：如图所示卢瑟福卢瑟福原方向原方向较大角度较大角度核核电
2、子电子实验结果：实验结果：粒子穿过金箔后，粒子穿过金箔后，绝大多数沿绝大多数沿 前进，少数前进，少数发生发生 偏转，极少数偏偏转，极少数偏转角度大于转角度大于90，甚至被弹回，甚至被弹回本讲稿第二页，共五十页本讲稿第三页，共五十页氢原子光谱有何特点？氢原子光谱有何特点？不连续的、线状谱不连续的、线状谱光谱分析：鉴别物质成分光谱分析：鉴别物质成分本讲稿第四页，共五十页特特别别提醒提醒氢光谱是线状的、不连续的，波长（频率）只能氢光谱是线状的、不连续的，波长（频率）只能是分立的值是分立的值本讲稿第五页，共五十页玻玻尔尔本讲稿第六页，共五十页3玻尔的原子模型玻尔的原子模型(1)玻尔理论玻尔理论轨道量子
3、化：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子轨道量子化：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是 的的能量量子化：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同能量量子化：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，因而具有不同的能量，即原子的能量是的状态，因而具有不同的能量，即原子的能量是 的的这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，原子是原子是 的，不向外辐射能量的，不向外辐射能量不连续不连续不连续不连续稳定稳定跃迁条件：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃跃迁条件
4、：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要迁时要 或或 一定频率一定频率的光子，光子的能量等于两个的光子，光子的能量等于两个状态的状态的 ，即，即h .放出放出吸收吸收能量差能量差EmEn本讲稿第七页，共五十页13.60.53本讲稿第八页，共五十页氢原子的能级E1=13.6eV氢原子的能级有何特点？氢原子的能级有何特点？1、总能量为负值、总能量为负值2、越往高能级，能级间隔越小、越往高能级，能级间隔越小问题问题1：一群氢原子从：一群氢原子从n=3的激的激发态跃迁到基态，可能放出几发态跃迁到基态，可能放出几种光子？种光子？本讲稿第九页，共五十页问题问题2：一群氢原子处于基态，：一群氢原子处于基
5、态，可以吸收下列哪种能量的光子而可以吸收下列哪种能量的光子而跃迁到激发态？跃迁到激发态？A、9eV B、12eV C、10.2eV D、12.75eVE、14eV问题问题3：有一个动能为：有一个动能为11eV的自由电子与一个处于基态的自由电子与一个处于基态的氢原子发生碰撞，氢原子是否可以吸收电子的能量的氢原子发生碰撞，氢原子是否可以吸收电子的能量而跃迁到激发态？而跃迁到激发态？本讲稿第十页，共五十页1 1氢原子从第五能级跃迁到第三能级时氢原子辐射的光子的氢原子从第五能级跃迁到第三能级时氢原子辐射的光子的频率为频率为v v，并且能使金属，并且能使金属A A发生光电效应现象。以下四种判发生光电效应
6、现象。以下四种判断正确的是：断正确的是：A A、氢原子做上述跃迁时，它的电子的轨道半径将、氢原子做上述跃迁时，它的电子的轨道半径将增大增大B B、氢原子从第三能级跃迁到第一能级时氢原子辐射的、氢原子从第三能级跃迁到第一能级时氢原子辐射的光子的频率也是光子的频率也是v vC C、氢原子从第三能级向第一能级跃迁时产生的光子，一、氢原子从第三能级向第一能级跃迁时产生的光子，一定能使金属定能使金属A A产生光电效应现象产生光电效应现象D D、氢原子从第五能级向第四能级跃迁时产生的光子，、氢原子从第五能级向第四能级跃迁时产生的光子，一定不能使金属一定不能使金属A A产生光电效应现象产生光电效应现象 C本
7、讲稿第十一页，共五十页例例1(双双选选)氢原子的部分能级如图氢原子的部分能级如图1122所示，所示，已知可见光的光子能量在已知可见光的光子能量在1.62 eV到到3.11 eV之间由之间由此可推知，氢原子此可推知，氢原子 ()A从高能级向从高能级向n1能级跃迁时发出的光的能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短波长比可见光的短B从高能级向从高能级向n2能级跃迁时发出的光均能级跃迁时发出的光均为可见光为可见光C从高能级向从高能级向n3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D从从n3能级向能级向n2能级跃迁时发出的光为可见光能级跃迁时发出的光为可见光AD本讲稿第十二页
8、，共五十页归纳领悟归纳领悟(1)原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足一个光子的能量满足hE末末E初初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级能级E初初向高能级向高能级E末末跃迁，而当光子能量跃迁，而当光子能量h大于或小于大于或小于E末末E初初时都不能被时都不能被原子吸收原子吸收(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量
9、差(3)当光子能量大于或等于当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氢原子电离，氢原子电离后，电子具有一定的初动能后，电子具有一定的初动能(4)原子还可吸收外来实物粒子原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子例如自由电子)的能量而被激发由于实物的能量而被激发由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值于两能级
10、的能量差值(EEmEn)，均可使原子发生能级跃迁，均可使原子发生能级跃迁本讲稿第十三页，共五十页本讲稿第十四页，共五十页1关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是 ()A用波长为用波长为60 nm的的X射线照射，可使处于基态的氢射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子原子电离出自由电子B用能量为用能量为10.2 eV的光子照射，可使处于基态的氢的光子照射，可使处于基态的氢原子发生电离原子发生电离C用能量为用能量为11.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态原子跃迁到激发态D用能量为用能量为12.5 eV的光子
11、照射，可使处于基态的氢的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态原子跃迁到激发态A本讲稿第十五页，共五十页本讲稿第十六页，共五十页2子与氢原子核子与氢原子核(质子质子)构成的原构成的原子称为子称为氢原子氢原子(hydrogen muon atom)，它在原子核物理的研究，它在原子核物理的研究中有重要作用图中有重要作用图1123所所示为示为氢原子的能级示意图假氢原子的能级示意图假定光子能量为定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于的一束光照射容器中大量处于n2能级的能级的氢原子，氢原子，氢原子吸收光子后，发出频率为氢原子吸收光子后，发出频率为1、2、3、4、5和和6的光，的光，且频率依次增大，
12、则且频率依次增大，则E等于等于()Ah(31)Bh(56)Ch3 Dh4C本讲稿第十七页，共五十页第第2课时：原子核课时：原子核3原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期()4放射性同位素放射性同位素 ()5核力、核反应方程核力、核反应方程 ()6结合能、质量亏损结合能、质量亏损 ()7裂变反应和聚变反应、裂变反应堆裂变反应和聚变反应、裂变反应堆 ()8射线的危害和防护射线的危害和防护 ()本讲稿第十八页，共五十页二、原子核二、原子核1原子核的组成原子核的组成(1)原子核由质子（原子核由质子（H）和中子）和中子(n)组成，质子和中子统称为核子组成，质
13、子和中子统称为核子(2)原子核的核电荷数原子核的核电荷数(Z)质子数，质子数，原子核的质量数原子核的质量数(A)质子数中子数质子数中子数核子数核子数，质子和中子都为一个单位质量质子和中子都为一个单位质量(3)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子同位素在元素周同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子同位素在元素周期表中的位置相同，因而具有相同的化学性质有些同位素具有放射期表中的位置相同，因而具有相同的化学性质有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素性，叫做放射性同位素第第2课时：原子核课时：原子核本讲稿第十九页，共五十页2原子核的衰变原子核的衰变(1)衰变和衰变和衰变的比较衰变的比较(天然放射
14、天然放射现象：现象：贝克勒尔贝克勒尔)本讲稿第二十页，共五十页本讲稿第二十一页，共五十页本讲稿第二十二页，共五十页本讲稿第二十三页，共五十页思路点拨思路点拨解答本题时应注意以下三个方面：解答本题时应注意以下三个方面：(1)、衰变的实质衰变的实质(2)衰变过程中电荷数和质量数所遵循的规律衰变过程中电荷数和质量数所遵循的规律(3)质量数与质子数和中子数的关系质量数与质子数和中子数的关系本讲稿第二十四页，共五十页答案答案B本讲稿第二十五页，共五十页本讲稿第二十六页，共五十页本讲稿第二十七页，共五十页答案：答案：B本讲稿第二十八页，共五十页4(2010福建高考福建高考)14C测年法是利用测年法是利用1
15、4C衰变规律对古生物进行衰变规律对古生物进行年代测定的方法若以横坐标年代测定的方法若以横坐标t表示时间，纵坐标表示时间，纵坐标m表示任意时表示任意时刻刻14C的质量，的质量，m0为为t0时时14C的质量下面四幅图中能正确反映的质量下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是衰变规律的是 ()本讲稿第二十九页，共五十页解析：解析：14C衰变过程中每经过一个半衰期，质量减少为原来的一半，衰变过程中每经过一个半衰期，质量减少为原来的一半，故其质量减少得越来越慢，故其质量减少得越来越慢，C项正确项正确答案：答案：C本讲稿第三十页，共五十页本讲稿第三十一页，共五十页答案：答案：B本讲稿第三十二页，共五十页3
16、核力与核能核力与核能(1)核力核力含义：原子核里的含义：原子核里的 间存在互相作用的核力，核力把间存在互相作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核特点特点a核力是核力是 相互作用的一种表现相互作用的一种表现b核力是短程力，作用范围在核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内之内c每个核子只跟邻近的核子发生核力作用每个核子只跟邻近的核子发生核力作用核子核子强强第三课时第三课时本讲稿第三十三页，共五十页(2)核能核能结合能：把构成原子核的结合在一起的结合能：把构成原子核的结合在一起的 分开所需的分开所需的能量能量质能方程：一定的能量和一定的
17、质量相联系，物体的总质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即能量和它的质量成正比，即E .核子在结合成原子核时出现质量亏损核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其能量也要相，其能量也要相应减少，即应减少，即E .核子核子mc2mc2质能方程的意义：质能方程的意义：质量和能量是物质的两种属性，质能质量和能量是物质的两种属性，质能方程揭示了质量和能量是不可分割的，它建立了两个属方程揭示了质量和能量是不可分割的，它建立了两个属性在数值上的关系性在数值上的关系聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大34倍倍本讲稿第三
18、十四页，共五十页4链式反应及核反应堆链式反应及核反应堆(1)链式反应链式反应一个铀核裂变时总要释放出一个铀核裂变时总要释放出23个中子，这些中子还会个中子，这些中子还会引起其他的铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越引起其他的铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的能量，这种反应叫做链式反应来越多的能量，这种反应叫做链式反应(2)核反应堆：目前正式运行的核电站都是应用核反应堆：目前正式运行的核电站都是应用 发电的，发电的，核电站的核心是核反应堆，核反应堆的主要组成是：核电站的核心是核反应堆，核反应堆的主要组成是：核燃料：用浓缩铀；核燃料：用浓缩铀；减速剂：用石墨、重水
19、或普通水；减速剂：用石墨、重水或普通水；控制控制棒：用镉做成；棒：用镉做成；冷却剂：用水或液态钠；冷却剂：用水或液态钠；水水泥防护层泥防护层裂变裂变本讲稿第三十五页，共五十页本讲稿第三十六页，共五十页思路点拨思路点拨解答本题时可按以下思路分析：解答本题时可按以下思路分析：本讲稿第三十七页，共五十页本讲稿第三十八页，共五十页本讲稿第三十九页，共五十页本讲稿第四十页，共五十页归纳领悟归纳领悟1核能的计算方法核能的计算方法(1)应用公式应用公式Emc2时应选用国际单位，即时应选用国际单位，即E的单位为的单位为J，m的单位的单位为为kg，c的单位为的单位为m/s.(2)1u相当于相当于931.5 Me
20、V，其中，其中u为原子质量单位：为原子质量单位：1u1.6605661027 kg,1 MeV106 eV,1 eV1.61019 J(3)应用公式应用公式E931.5m时，时，E的单位为兆电子伏的单位为兆电子伏(MeV)，m的单位的单位为原子质量单位为原子质量单位本讲稿第四十一页，共五十页2核反应的四种类型及核反应方程的书写核反应的四种类型及核反应方程的书写(天然放射天然放射现象：现象：贝克勒尔贝克勒尔)本讲稿第四十二页，共五十页(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接单向箭头表示反应方向，不能
21、用等号连接(2)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒本讲稿第四十三页，共五十页本讲稿第四十四页，共五十页解析：解析：由核反应中质量数、电荷数守恒可确定由核反应中质量数、电荷数守恒可确定X是是粒子粒子两个核反应中的质量亏损分别为两个核反应中的质量亏损分别为m1(1.007 812.000 013.005 7)u0.002 1 u，m2(1.007 815.000 112.000 04.002 6)u0.005 3 u，结合爱因斯坦质能方程，结合爱因斯坦质能方程Emc2知知Q1Q2，故，故B正确正确答案：答案：B本讲稿第四十五页，共五十页本讲稿第四十六页，共五十页答案：答案：B本讲稿第四十七页，共五十页本讲稿第四十八页，共五十页解析：解析：由爱因斯坦质能方程，质量的亏损伴随着能量的变化，由爱因斯坦质能方程，质量的亏损伴随着能量的变化，释放的核能是释放的核能是(mDmpmn)c2，释放的核能与光子的能量在反，释放的核能与光子的能量在反应后全部转化为反应物的动能，总动能是应后全部转化为反应物的动能，总动能是2Ek,2Ek(mDmpmn)c2E，选，选C.答案：答案：C本讲稿第四十九页，共五十页点击下图进入点击下图进入“创新演练创新演练大冲关大冲关”本讲稿第五十页，共五十页