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1、专题二 原子和原子核第1页，本讲稿共31页1.1.实验基础：实验基础：粒子散射实验粒子散射实验.（3）原子和原子核的大小：原子的大小数量级大约是）原子和原子核的大小：原子的大小数量级大约是10-10m，原子核的大小数量级在，原子核的大小数量级在10-1510-14 m之间之间.一、原子的核式结构一、原子的核式结构（1）粒子散射实验结果：粒子散射实验结果：绝大多数绝大多数粒子沿原方向前粒子沿原方向前进，进，少数少数粒子发生较大偏转。粒子发生较大偏转。（2）原子的核式结构模型：在原子的中心原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小有一个很小的核的核，叫做原子核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全
2、部的原子的全部正电荷和几乎全部的质量质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转绕核旋转 第2页，本讲稿共31页定态假设定态假设原子只能处于一系列原子只能处于一系列不连续不连续的能量状态的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但不向外动，但不向外辐射能量辐射能量.这些状态叫定态这些状态叫定态2.玻尔的轨道量子化模型玻尔的轨道量子化模型.(1)三个假设：三个假设：定态假设定态假设第3页，本讲稿共31页跃迁假设跃迁假设原子从一种定态（设能量为原子从一种定态（设能量为E E初初）跃迁）跃
3、迁到另一种定态（设能量为到另一种定态（设能量为E E终终）时，它）时，它辐射（或吸收）辐射（或吸收）一一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即即h h=E E初初-E-E终终.2.玻尔的轨道量子化模型玻尔的轨道量子化模型.(1)三个假设：三个假设：跃迁假设跃迁假设定态假设定态假设第4页，本讲稿共31页轨道量子化假设轨道量子化假设原子的不同能量状态跟电子原子的不同能量状态跟电子沿不同的沿不同的圆形轨道圆形轨道绕核运动相对应，原子的定态是绕核运动相对应，原子的定态是不连续不连续的，因此的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的电子的可能
4、轨道的分布也是不连续的.2.玻尔的轨道量子化模型玻尔的轨道量子化模型.(1)三个假设：三个假设：跃迁假设跃迁假设定态假设定态假设轨道量子化假设轨道量子化假设第5页，本讲稿共31页 在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，各在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，各状态对应的能量也是不连续的，这些状态对应的能量也是不连续的，这些不连续的能量值不连续的能量值叫做能级。叫做能级。对于氢原子，其能级公式为：对于氢原子，其能级公式为：E En n=E=E1 1/n/n2 2(n=1(n=1、2 2、3 3)轨道公式：轨道公式：r rn n=n=n2 2r r1 1(n=1(n=1、2 2、3 3)n n
5、为量子数，只能取正整数，为量子数，只能取正整数，E En n是半径为是半径为r rn n的轨道的的轨道的能量值，它等于核外电子在该轨道上运转时动能和原子能量值，它等于核外电子在该轨道上运转时动能和原子的电势能总和，若规定无限远处为零电势点，则的电势能总和，若规定无限远处为零电势点，则E E1 1=-=-13.6eV.13.6eV.(2)两个公式：两个公式：第6页，本讲稿共31页1.1.第一次发现电子的科学家是第一次发现电子的科学家是 ，他提出了，他提出了 原子模型原子模型.2.2.原子的核式结构学说是根据以下哪个实验或现象提原子的核式结构学说是根据以下哪个实验或现象提出来的（出来的（）A.A.
6、光电效应光电效应 B.B.氢原子光谱实验氢原子光谱实验C.C.粒子散射实验粒子散射实验 D.D.天然放射现象天然放射现象汤姆生汤姆生枣糕式枣糕式第7页，本讲稿共31页2.2.卢瑟福提出的原子的核式结构学说的根据卢瑟福提出的原子的核式结构学说的根据是在是在粒子散射实验中发现粒子（粒子散射实验中发现粒子（）A.A.全部穿过或发生很小的偏转全部穿过或发生很小的偏转B.B.全部发生很大的偏转全部发生很大的偏转C.C.绝大多数穿过金箔后前进方向几乎不变，绝大多数穿过金箔后前进方向几乎不变，只有少数发生很大偏转只有少数发生很大偏转D.D.绝大多数发生偏转，甚至被弹回绝大多数发生偏转，甚至被弹回第8页，本讲
7、稿共31页3.3.玻尔在他的原子模型中所做的假设有玻尔在他的原子模型中所做的假设有()()A.A.原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量动，但并不向外辐射能量B.B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C.C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子（或吸收）一定频率的光子D.D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核运电子跃
8、迁时辐射的光子的频率等于电子绕核运转的频率转的频率第9页，本讲稿共31页二、原子核的组成核力二、原子核的组成核力1.1.原子核由质子和中子组成原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为，质子和中子统称为核子。核子。.使核子紧密结合在一起的力叫核力，核力是使核子紧密结合在一起的力叫核力，核力是很强的短距离作用力；原子核内只有相邻的核很强的短距离作用力；原子核内只有相邻的核子间才有核力作用子间才有核力作用.第10页，本讲稿共31页.核子的发现核子的发现.(1)(1)发现质子的核反应方程（发现质子的核反应方程（19191919年，卢瑟福）：年，卢瑟福）：(2)(2)发现中子的核反应方程（发现中子的核反
9、应方程（19321932年，查德威克）：年，查德威克）：中子首先是卢瑟福预言了其存在，而居里夫妇最先中子首先是卢瑟福预言了其存在，而居里夫妇最先做出这一实验，发现了中子，但居里夫妇没有注意到卢做出这一实验，发现了中子，但居里夫妇没有注意到卢瑟福的预言，当初认为它是一种波长极短的电磁波瑟福的预言，当初认为它是一种波长极短的电磁波.第11页，本讲稿共31页三、天然放射性三、天然放射性 1.1.贝克勒尔首先发现了某些矿物中能发出贝克勒尔首先发现了某些矿物中能发出某种看不见的射线，此射线可以穿透黑纸使照某种看不见的射线，此射线可以穿透黑纸使照相底片感光。相底片感光。物质发射这种射线的性质叫放射物质发射
10、这种射线的性质叫放射性，具有这种性质的物质称作放射性元素。性，具有这种性质的物质称作放射性元素。通通过研究发现，原子序数大于过研究发现，原子序数大于8383的所有天然存在的所有天然存在的元素都具有这种性质，这种能自发的放射出的元素都具有这种性质，这种能自发的放射出射线的现象叫天然放射现象射线的现象叫天然放射现象.第12页，本讲稿共31页2.2.三种射线：三种射线：射线：本质是氦核流，速度约为光速的射线：本质是氦核流，速度约为光速的十分之一，贯穿本领弱，电离作用极强；十分之一，贯穿本领弱，电离作用极强；射线：电子流，速度接近光速，贯穿本领射线：电子流，速度接近光速，贯穿本领强，电离作用弱；强，电
11、离作用弱；射线：本质量波长极短的电磁波，就是光子，射线：本质量波长极短的电磁波，就是光子，贯穿本领最强，电离作用最弱。贯穿本领最强，电离作用最弱。注：注：这三种射线可以用这三种射线可以用磁场和电场磁场和电场加以区别加以区别 第13页，本讲稿共31页 第14页，本讲稿共31页3.3.原子核的衰变：原子核自发的放出某种粒子而转变成为新原子核的衰变：原子核自发的放出某种粒子而转变成为新核的过程叫原子核的衰变核的过程叫原子核的衰变.衰变：衰变：，同时放出，同时放出 射线；射线；衰变：衰变：，同时放出，同时放出 射线；射线；衰变规律：衰变中的电荷数和质量数都是守恒的。衰变规律：衰变中的电荷数和质量数都是
12、守恒的。典型衰变：典型衰变：第15页，本讲稿共31页 半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间变所需的时间.半衰期由核内部的因素决定的，与原子的半衰期由核内部的因素决定的，与原子的物理状态和化学状态无关，即与外部条件无关物理状态和化学状态无关，即与外部条件无关.、同位素：具有相同质子数，中子数不同的原子、同位素：具有相同质子数，中子数不同的原子在元素周期表中处于同一位置，互称同位素。在元素周期表中处于同一位置，互称同位素。第16页，本讲稿共31页1.1.下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构()()A.A.粒子的
13、散射实验粒子的散射实验 B.B.天然放射现象天然放射现象C.C.阴极射线的发现阴极射线的发现 D.D.伦琴射线的发现伦琴射线的发现2.2.放射性元素的半衰期是放射性元素的半衰期是()()A.A.质量减小一半需要的时间质量减小一半需要的时间B.B.原子量减少一半需要的时间原子量减少一半需要的时间C.C.原子核全部衰变所需时间的一半原子核全部衰变所需时间的一半D.D.原子核有半数发生衰变需要的时间原子核有半数发生衰变需要的时间第17页，本讲稿共31页4.4.有关科学家和涉及的事实，正确的说法是（有关科学家和涉及的事实，正确的说法是（）A.A.居里夫妇用粒子轰击铝箔时发现了正电子居里夫妇用粒子轰击铝
14、箔时发现了正电子B.B.卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象象C.C.麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验方法给予了证实验方法给予了证实D.D.玻尔建立了量子理论，解释了各种原子发光现象玻尔建立了量子理论，解释了各种原子发光现象3.3.射线的本质是射线的本质是()()A.A.电子流电子流 B.B.高速电子流高速电子流C.C.光子流光子流 D.D.高速氦核流高速氦核流第18页，本讲稿共31页第19页，本讲稿共31页1、放射性元素、放射性元素 经过经过次次 衰变和衰变和次次 衰变后变成了
15、稳定的元素衰变后变成了稳定的元素64课课 前前 热热 身身2.2.下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构()()A.A.粒子的散射实验粒子的散射实验 B.B.天然放射现象天然放射现象C.C.阴极射线的发现阴极射线的发现 D.D.伦琴射线的发现伦琴射线的发现第20页，本讲稿共31页一、核能一、核能 1.1.核能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核核能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能称核能.获得核能的两个基本途径是重核裂变和轻核聚获得核能的两个基本途径是重核裂
16、变和轻核聚变变.2.质量亏损：组成原子核的核子质量之和与原子核的质量亏损：组成原子核的核子质量之和与原子核的质量之差叫做质量亏损；质量之差叫做质量亏损；注注:任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子质量之和核子质量之和.第21页，本讲稿共31页3.3.爱因斯坦质能方程：爱因斯坦质能方程：凡具有质量的物体都具有能量，物体的质量和凡具有质量的物体都具有能量，物体的质量和能量间的关系为：能量间的关系为：E=mcE=mc2 2若原子核质量亏损为若原子核质量亏损为mm，对应释放的能量为，对应释放的能量为E=mcE=mc2 2.在非国际单位里，可以用在非国际单位
17、里，可以用1u=931.5MeV1u=931.5MeV。它表示。它表示1 1原子质量单位的质量跟原子质量单位的质量跟931.5MeV931.5MeV的能量相对应。的能量相对应。而而1eV=1.61eV=1.61010-19-19J J第22页，本讲稿共31页 4.4.注意注意：核反应过程中需遵循三个守恒核反应过程中需遵循三个守恒律：电荷数守恒定律、质量数守恒定律和动律：电荷数守恒定律、质量数守恒定律和动量守恒定律；量守恒定律；质量亏损，并不是质量损失质量亏损，并不是质量损失也不是质量消失了，因此不能说与质量守恒也不是质量消失了，因此不能说与质量守恒定律相矛盾；定律相矛盾；不能理解为质量转化为能
18、量，不能理解为质量转化为能量，质量和能量分别是物质的属性之一，不能等质量和能量分别是物质的属性之一，不能等同同.第23页，本讲稿共31页二、核反应二、核反应1.1.重核的裂变：重核俘获一个中子后分裂成中等质量重核的裂变：重核俘获一个中子后分裂成中等质量的核，同时的核，同时释放出核能的反应，释放出核能的反应，叫重核的裂变。叫重核的裂变。(1)(1)链式反应：重核裂变时放出几个中子，再引起其他链式反应：重核裂变时放出几个中子，再引起其他重核裂变而使裂变反应不断进行下去（原子弹原理）。重核裂变而使裂变反应不断进行下去（原子弹原理）。为使裂变的链式反应容易发生，最好利用铀为使裂变的链式反应容易发生，最
19、好利用铀235.235.(2)(2)临界体积：能发生链式反应的最小体积临界体积：能发生链式反应的最小体积.(3)(3)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层.第24页，本讲稿共31页2.2.轻核的聚变：某些轻核结合成质量较大的核，同时释放轻核的聚变：某些轻核结合成质量较大的核，同时释放出更多核能的反应，叫轻核的聚变。出更多核能的反应，叫轻核的聚变。聚变反应释放的能聚变反应释放的能量比裂变释放的能量更多。量比裂变释放的能量更多。（需要几百万度高温）（需要几百万度高温）3.3.热核反应：在极高温度下轻核产生的聚变反应，为氢弹热核反应：在极高温度下轻核产生的
20、聚变反应，为氢弹的工作原理的工作原理.第25页，本讲稿共31页1.1.关于核能，下列说法中正确的是（关于核能，下列说法中正确的是（）A.A.核子结合成原子核时，需吸收的能量核子结合成原子核时，需吸收的能量B.B.核子结合成原子核时，能放出的能量核子结合成原子核时，能放出的能量C.C.不同的核子结合成原子核时，所需吸收的能不同的核子结合成原子核时，所需吸收的能 量相同量相同D.D.使一个氘核分解成一个中子和一个质子时，使一个氘核分解成一个中子和一个质子时，吸收的能量是一个恒定值吸收的能量是一个恒定值练习第26页，本讲稿共31页2.2.质子的质量为质子的质量为m mp p，中子的质量为，中子的质量
21、为m mn n，它们结合成，它们结合成质量为质量为m m的氘核，放出的能量应为的氘核，放出的能量应为()()A.A.（m mp p+m+mn n-m-m）c c2 2 B.(m B.(mp p+m+mn n)c)c2 2 C.m C.mc c2 2 D.(m-mD.(m-mp p)c)c2 2第27页，本讲稿共31页3.3.下列核反应属于裂变反应的是下列核反应属于裂变反应的是()()A.A.B.B.C.C.D.D.衰变衰变衰变衰变人工核转变人工核转变裂变裂变第28页，本讲稿共31页4.质子、中子和氘核的质量分别为质子、中子和氘核的质量分别为、，质子和，质子和中子结合成氘核时，发出中子结合成氘核
22、时，发出射线，已知普朗克恒量为，真空射线，已知普朗克恒量为，真空中光速为，则中光速为，则射线的频率射线的频率 _ 解析：质子和中子结合成氘核：解析：质子和中子结合成氘核：这个核反应的质量亏损为：这个核反应的质量亏损为：根据爱因斯坦质能方程：根据爱因斯坦质能方程：此核反应放出的能量此核反应放出的能量：以以射线形式放出，射线形式放出，第29页，本讲稿共31页5.有一物理现象的发现与研究对现代社会的发展产生了有一物理现象的发现与研究对现代社会的发展产生了重大的影响：它改变了原有的能源结构，改变了国家间重大的影响：它改变了原有的能源结构，改变了国家间军事斗争的策略，给人类带来了喜也带来了忧。这一发军事斗争的策略，给人类带来了喜也带来了忧。这一发现指的是（现指的是（）A.电磁波的发现电磁波的发现B.X射线的发现射线的发现C.重核的裂变的发现重核的裂变的发现D.轻核的聚变的发现轻核的聚变的发现第30页，本讲稿共31页6.太阳内部持续不断地发生着太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为个质子聚变为1个氦核的热核反应，这种核反应释放的大个氦核的热核反应，这种核反应释放的大量能量就是太阳的能源。量能量就是太阳的能源。（1）写出这个核反应方程）写出这个核反应方程（2）这种热核反应我们称为（）这种热核反应我们称为（）A.聚变聚变 B.裂变裂变 C.衰变衰变 D.链式反应链式反应A第31页，本讲稿共31页