《原子基本知识点.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《原子基本知识点.pdf（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、原子物理原子物理一、原子物理一、原子物理1.1.在对阴极射线进行一系列的实验后，在对阴极射线进行一系列的实验后，18971897 年英国科学家汤姆年英国科学家汤姆e生确认阴极射线是带负电的粒子，并测出了它的荷质比生确认阴极射线是带负电的粒子，并测出了它的荷质比m，他还发，他还发e现不同物质组成的阴极都有相同的现不同物质组成的阴极都有相同的m值。值。这表明不同物质都能发射这表明不同物质都能发射这种粒子，它是构成各种物质的共有成分，后来被称为电子。这种粒子，它是构成各种物质的共有成分，后来被称为电子。2 219091909 年到年到 19111911 年，在英国物理学家卢瑟福指导下，他的年，在英国
2、物理学家卢瑟福指导下，他的合作者们做了用合作者们做了用粒子轰击金箔的实粒子轰击金箔的实验，发现绝大多数验，发现绝大多数粒子仍沿原来方粒子仍沿原来方向前进，少数向前进，少数粒子发生了较大的偏粒子发生了较大的偏转，并有极少数转，并有极少数粒子的偏转超过了粒子的偏转超过了9090，个别的甚至几乎达到，个别的甚至几乎达到 180180。粒。粒子十分接近原子核时才有大角度偏转子十分接近原子核时才有大角度偏转卢瑟福的原子核式结构模型是：卢瑟福的原子核式结构模型是：在原在原子的中心有一个很小的原子核，子的中心有一个很小的原子核，原子的全原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子部正电荷和几乎全部质量都集中在
3、原子核里，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转。核里，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转。原子半径大约是原子半径大约是 1010 m m，核的大小约为，核的大小约为1010 1010 m m，假如把原，假如把原子核比作一个乒乓球，子核比作一个乒乓球，那么整个原子就有一个足球场大；那么整个原子就有一个足球场大；原子核集原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，最小的原子核是氢原子中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，最小的原子核是氢原子核，其质量是核外电子质量的核，其质量是核外电子质量的 18401840 倍；电子绕核高速旋转，就如倍；电子绕核高速旋转，就如太阳系中行星绕着太阳运转一样。太阳系中行
4、星绕着太阳运转一样。电子做圆周运动所需要的向心力电子做圆周运动所需要的向心力是原子核对电子的库仑力。是原子核对电子的库仑力。根据原子的核式结构学说，根据原子的核式结构学说，粒子穿过原子时，如果离核较粒子穿过原子时，如果离核较-10-10-15-15-14-140 00 0远，受到的库仑斥力就很小，运动方向基本不远，受到的库仑斥力就很小，运动方向基本不变变.只有当只有当 粒子与核十分接近时，才会受到粒子与核十分接近时，才会受到很大的库仑斥力，发生大角度的偏转，产生散很大的库仑斥力，发生大角度的偏转，产生散射射.根据根据 粒子散射实验的数据可估计出原子粒子散射实验的数据可估计出原子核大小的数量级为
5、核大小的数量级为 1010 1010 m m，原子直径的数量级约为，原子直径的数量级约为 1010 m m，可，可见整个原子是十分“空旷”的见整个原子是十分“空旷”的.3 318961896 年，法国物理学家贝克勒耳发现，铀和含铀的矿物能发年，法国物理学家贝克勒耳发现，铀和含铀的矿物能发出某种看不见的射线，出某种看不见的射线，它能穿透黑纸使里面的相底片感光。它能穿透黑纸使里面的相底片感光。物质发物质发射这种射线的性质，射这种射线的性质，叫做放射性；叫做放射性；具有放射性的元素，具有放射性的元素，叫做放射性叫做放射性元素。原子序数大于元素。原子序数大于 8383 的所有天然存在的元素都具有放射性
6、。这的所有天然存在的元素都具有放射性。这种能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象种能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象（1 1）放射性物质进行天然衰变时放射出的放射性物质进行天然衰变时放射出的、三种射三种射线，它们的本质和性质如表下所示。线，它们的本质和性质如表下所示。-14-14-15-15-10-10本质本质高速氦高速氦核流核流高速电高速电子流子流高能光高能光子流子流速度速度电量电量质量质量穿透本穿透本电离本电离本2e2e4u4u最弱一最弱一最强最强C/10C/10C Ce eC C0 0u1840张薄纸张薄纸较强能较强能穿透几穿透几最强能最强能穿透几穿透几较弱较弱最弱最弱0 0在电场作
7、用下射线分成三束。在电场作用下射线分成三束。（2 2）三种射线的来源，它们都来源于原子核，）三种射线的来源，它们都来源于原子核，射线来源于原子射线来源于原子核的分裂，核的分裂，射线来源于原子核的中子转化成质子时放出的电子，射线来源于原子核的中子转化成质子时放出的电子，射线来源于产生的新的原子核。射线来源于产生的新的原子核。放射性元素的放射性元素的衰变和衰变和衰变及其衰变方程衰变及其衰变方程（3 3）衰变衰变:原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。各种粒子的符号：原子核的衰变。各种粒子的符号：粒子粒子42HeHe粒子粒子01e e正
8、电子正电子01e e质子质子11H H电子电子01e e中子中子01n n氘氘核核21H H原子核的衰变满足：电荷守恒；质量数守恒；能量守恒。原子核的衰变满足：电荷守恒；质量数守恒；能量守恒。A44在在 衰变中，其核反应方程是衰变中，其核反应方程是ZAXZ2Y2He；0e.在在 衰变中，其核反应式是衰变中，其核反应式是:ZAXZA1Y1注意：天然放射现象揭示了原子核内部还有复杂结构注意：天然放射现象揭示了原子核内部还有复杂结构.因为这三种因为这三种射线都不可能来源于原子核外部，只可能来源于原子核内部射线都不可能来源于原子核外部，只可能来源于原子核内部.粒粒子带正电，核外没有带正电的粒子；虽然子
9、带正电，核外没有带正电的粒子；虽然粒子带负电，但速度之粒子带负电，但速度之大是核外不可能存在的；大是核外不可能存在的；光子的能量光子的能量 E=hE=h，核外能级的跃迁达不核外能级的跃迁达不到这种能量值到这种能量值.（4 4）半衰期（）半衰期（T T）：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫做半衰期；间叫做半衰期；不同的放射性元素有不同的半衰期，不同的放射性元素有不同的半衰期，甚至差别很大；甚至差别很大；半衰期的大小是由原子核内部因素决定的半衰期的大小是由原子核内部因素决定的.设设N N0 0为衰变前的原子核数，为衰变前的原子核数，N N为衰变后
10、的原子核数，为衰变后的原子核数，T T为半衰为半衰期，期，t t为衰变时间，则为衰变时间，则 N N N N0 0（1/21/2）4 419191919 年卢瑟福做了用年卢瑟福做了用粒子轰粒子轰击氮原子核的实验，发现了质子。击氮原子核的实验，发现了质子。（1 1）发现质子的实验装置。先）发现质子的实验装置。先粒子源 t T抽去抽去 C C 内空气调节铝内空气调节铝（银）（银）箔箔 F F 的厚度使粒子正好穿不过，的厚度使粒子正好穿不过，再再 通通入氮气，入氮气，从荧光屏从荧光屏 S S 上看到闪光点，上看到闪光点，那是粒子击中氮核后产生的那是粒子击中氮核后产生的质子透过铝箔引起的。质子透过铝箔
11、引起的。（2 2）意义：不仅发祥了质子，而且在世界上第一次实现了原子）意义：不仅发祥了质子，而且在世界上第一次实现了原子核的人工转变。核的人工转变。1741（3 3）发现质子的核反应方程为：）发现质子的核反应方程为：147N N2HeHe 8O O1H H。注意：核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程注意：核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程.核反应方程：核反应方程：abEGX cdY FZ HA方程两边方程两边ac E G;bd F H5 519301930 年发现，用年发现，用射线轰击铍（射线轰击铍（BeBe）产生一种射线（速度不）产生一种射线（速度不到到c，贯穿
12、本领极强，能穿透，贯穿本领极强，能穿透10几厘米的铅）几厘米的铅）。19321932 年英国物年英国物理学家查德威克仔细研究了理学家查德威克仔细研究了这种射线，它不带电，质量与这种射线，它不带电，质量与氢核差不多，取名中子（氢核差不多，取名中子（01n）（1 1）发现中子的实验装置，不可见粒子为中子。）发现中子的实验装置，不可见粒子为中子。1（2 2）发现中子的核反应方程：）发现中子的核反应方程：49Be24He126C0n6 6放射性同位素的应用放射性同位素的应用（1 1）19321932 年科学家发现正电子。年科学家发现正电子。19341934 年约里奥居里和伊丽芙年约里奥居里和伊丽芙居里
13、夫妇用粒子轰击铝箔时除了得到预料中的中子外还探测居里夫妇用粒子轰击铝箔时除了得到预料中的中子外还探测30P有放射性，象天然放射性元素一样发生衰有放射性，象天然放射性元素一样发生衰到正电子，这是由于到正电子，这是由于15274301Al2He15P0n变，衰变时放出正电子。变，衰变时放出正电子。133030015P14Si1e,（2 2）利用其射线：射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄）利用其射线：射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可出，从而消除有害静电。射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可
14、使各种射线均可使 DNADNA 发生突变，发生突变，可用于生物工可用于生物工程，基因工程。程，基因工程。（3 3）作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺）作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。（4 4）进行考古研究。利用放射性同位素碳）进行考古研究。利用放射性同位素碳 1414，判定出土木质文物，判定出土木质文物的产生年代。的产生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，（种类齐全，各种元素都各种元素都有人工制造的放射性同位。有人工制造的放射性同位
15、。半衰期短，半衰期短，废料容易处理。废料容易处理。可制成各种可制成各种形状，强度容易控制）形状，强度容易控制）。7 7核能：核能：（1 1）核反应过程释放出来的能量）核反应过程释放出来的能量.根据爱因斯坦质能方程根据爱因斯坦质能方程E mc，2一个核反应要释放出核能，一个核反应要释放出核能，这个核反应要发生质量亏损，这个核反应要发生质量亏损，即参与反即参与反应的粒子，应的粒子，反应前的总质量反应前的总质量m要大于反应所得到的所有粒子的总质要大于反应所得到的所有粒子的总质0量量 m m，即，即m m0m释放的能量释放的能量E mc2.当质量单位是当质量单位是 kgkg 时，时，E E 的单位的单
16、位是是J J，当当 质质 量量 单单 位位 是是931.5Mev=931.5931.5Mev=931.5106，即即1释释 放放 的的 能能 量量 相相 当当 于于eV15，故有，故有E m931.5MeV(m单位为）.（2 2）核力：当）核力：当 r r10m时，核子间相互作用力起作用时，核子间相互作用力起作用.注意：注意：太阳向外辐射大量的能量是靠太阳内部进行的热核反应产太阳向外辐射大量的能量是靠太阳内部进行的热核反应产生的生的.1141921重核的裂变：重核的裂变：23592U0n56Ba36Kr30n在一定条件下（超过临界体积，中子的再生率大于在一定条件下（超过临界体积，中子的再生率大
17、于 1 1），裂变，裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。1轻核的聚变：轻核的聚变：21H31H42He0n（需要几百万度高温，所以又叫热核（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）反应）所有核反应的反应前后都遵守：所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、质量数守恒、电荷数守恒。电荷数守恒。（注意：（注意：质量并不守恒。质量并不守恒。）（3 3）.热核反应：聚变反应又叫热核反应热核反应：聚变反应又叫热核反应.（4 4）轻核聚变与重核裂变的区别）轻核聚变与重核裂变的区别.重核的裂变是重核裂变成几个中等质量的原子核，重核的裂变是重核裂变成几个中等质量的
18、原子核，放出能量；放出能量；聚聚变是几个轻核聚变变是几个轻核聚变（结合）（结合）成一个质量较大的原子核，成一个质量较大的原子核，放出巨大的放出巨大的能量能量.放出能量的大小不同：放出能量的大小不同：重核裂变时，重核裂变时，平均每个核子释放的能量约平均每个核子释放的能量约为为 1 1 MeVMeV 左右，而轻核的聚变，平均每个核子释放出左右，而轻核的聚变，平均每个核子释放出 3 3 MeVMeV 以上的以上的能量能量.相同质量的核燃料，热核反应比裂变反应释放的能量大得相同质量的核燃料，热核反应比裂变反应释放的能量大得多多.裂变反应速度可以比较容易地进行人工控制，裂变反应速度可以比较容易地进行人工控制，因此现在国际上的因此现在国际上的核电站都是利用裂变放出能量，而聚变反应的可控制性比较困难，核电站都是利用裂变放出能量，而聚变反应的可控制性比较困难，目前世界上还处于实验阶段目前世界上还处于实验阶段.因此，并不是所有轴核都能俘获中因此，并不是所有轴核都能俘获中子子.注意：无论是裂变还是哀变，都是放出核能的反应注意：无论是裂变还是哀变，都是放出核能的反应.