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1、专题二专题二 原子和原子核原子和原子核1、氢原子得能级结构，氢原子的电子云，光子的发射、氢原子得能级结构，氢原子的电子云，光子的发射和吸收。和吸收。A2、天然放射现象，天然放射现象，射线，半衰期。射线，半衰期。A3、质子的发现，中子的发现，原子核的组成。质子的发现，中子的发现，原子核的组成。A4、核能，质量亏损，爱因斯坦的质能方程。核能，质量亏损，爱因斯坦的质能方程。A5、重核的裂变，链式反应，轻核的聚变。重核的裂变，链式反应，轻核的聚变。A6、核反应堆，放射型污染核防护。核反应堆，放射型污染核防护。A注：不要求计算有关半衰期的问题。注：不要求计算有关半衰期的问题。1.1.实验基础：实验基础：
2、粒子散射实验粒子散射实验.2.2.结论：结论：3.原子和原子核的大小：原子的大小数量级大约原子和原子核的大小：原子的大小数量级大约是是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.原子核所带的正电荷数等于核外电子数，所原子核所带的正电荷数等于核外电子数，所以整个原子是中性的，电子绕核运动的向心力就以整个原子是中性的，电子绕核运动的向心力就是核对它的库仑力是核对它的库仑力.一、原子的核式结构一、原子的核式结构定态假设定态假设原子只能处于一系列不连续的能量原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做状态中，在这些状态中原子是稳
3、定的，电子虽然做加速运动，但不向外辐射能量加速运动，但不向外辐射能量.这些状态叫定态这些状态叫定态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）跃迁到另一种定态（设能量为迁到另一种定态（设能量为E E终终）时，它辐射（或吸）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即能量差决定，即h h=E E初初-E-E终终.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圆形轨道绕核运动相对应，原子的定态是沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，原子的定态是不连续的，因此
4、电子的可能轨道的分布也是不连续不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的的.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 能级公式：原子各定态的能量叫做原子的能级，能级公式：原子各定态的能量叫做原子的能级，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
5、 rn n的轨的轨道的能量值，它等于核外电子在该轨道上运转时动道的能量值，它等于核外电子在该轨道上运转时动能和原子的电势能总和，若规定无限远处为零电势能和原子的电势能总和，若规定无限远处为零电势点，则点，则E E1 1=-13.6eV.=-13.6eV.(2)两个公式：两个公式：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，他提出了了 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（提出来的（）A.A.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
6、放射现象天然放射现象汤姆生汤姆生枣糕式枣糕式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，虽然电子做加原子
7、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速运动，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运动相对应，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一、天然放射性一、天然放射性 1.1.贝克勒尔首先发现了某些矿物中能发贝克勒尔首先发现了某些矿
8、物中能发出某种看不见的射线，此射线可以穿透黑纸出某种看不见的射线，此射线可以穿透黑纸使照相底片感光。物质发射这种射线的性质使照相底片感光。物质发射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叫放射性，具有这种性质的物质称作放射性元素。通过研究发现，原子序数大于元素。通过研究发现，原子序数大于8383的所的所有天然存在的元素都具有这种性质，这种能有天然存在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自发的放射出射线的现象叫天然放射现象.2.2.三种射线的比较：三种射线的比较：射线：本质是氦核流，速度约为光速射线：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
9、用极强；的十分之一，贯穿本领弱，电离作用极强；射线：电子流，速度接近光速，贯穿射线：电子流，速度接近光速，贯穿本领强，电离作用弱；本领强，电离作用弱；射线：本质量波长极短的电磁波，就射线：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；是光子，贯穿本领最强，电离作用最弱；3.3.原子核的衰变：原子核自发的放出某种粒子而转原子核的衰变：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变成为新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；半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所半衰期：放射性元素的原子核
10、有半数发生衰变所需的时间需的时间.剩余的原子核数和质量，剩余的原子核数和质量，N N0 0、m m0 0为最初原核子数为最初原核子数和质量和质量.半衰期由核内部的因素决定的，与原子的物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，即与外部条件无关理状态和化学状态无关，即与外部条件无关.二、原子核的组成二、原子核的组成 1.1.原子核由质子和中子组成，质子和中原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子，质子数相同，中子数不同的子统称为核子，质子数相同，中子数不同的元素称为同位素。使核子紧密结合在一起的元素称为同位素。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；原力叫
11、核力，核力是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核内只有相邻的核子间才有核力作用.2.2.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先做出这一实验，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到卢瑟福的预言，当初认为它是一种波长极短的
12、电磁波波.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
13、的事实，正确的说法是（）A.A.居里夫妇用居里夫妇用粒子轰击铝箔时发现了正电子粒子轰击铝箔时发现了正电子B.B.卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象光现象C.C.麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用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【例】【例】将天然放射性物质放将
14、天然放射性物质放入顶端开有小孔的铅盒入顶端开有小孔的铅盒S S里，里，放射线便从小孔中射出，沿放射线便从小孔中射出，沿带电平行金属板带电平行金属板A A、B B之间的之间的中线垂直于电场方向进入电中线垂直于电场方向进入电场，轨道如图场，轨道如图1 1-2-1-2-1所示，所示，则轨迹则轨迹 是是 射线，轨迹射线，轨迹 是是 射线，轨迹射线，轨迹 是是 射线射线.板带正电，板带正电，板带负电板带负电.图图1 1-2-1-2-1一、核能一、核能 1.1.核力：为核子间作用力核力：为核子间作用力.其特点为短程强引力，其特点为短程强引力，只在相邻的核子间发生作用，与核子的电性无关只在相邻的核子间发生作
15、用，与核子的电性无关.2.2.核能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核能：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，核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能亦称核能.获得核能的两个基本途径是重核裂变和轻获得核能的两个基本途径是重核裂变和轻核聚变核聚变.3.质量亏损：组成原子核的核子与原子核的质量之质量亏损：组成原子核的核子与原子核的质量之差叫做质量亏损；需说明的是任何一个原子核的质差叫做质量亏损；需说明的是任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量和量总是小于组成它的所有核子的质量和.4.4.爱因斯坦质能方程：凡具有质量的物体都具有
16、爱因斯坦质能方程：凡具有质量的物体都具有能量，物体的质量和能量间的关系为：能量，物体的质量和能量间的关系为：E=mcE=mc2 2若若原子核质量亏损为原子核质量亏损为m m，对应释放的能量为对应释放的能量为E=mcE=mc2 2.5.5.注意：注意：核反应过程中需遵循三个守恒律：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量守恒定电荷数守恒定律、质量数守恒定律和动量守恒定律；律；质量亏损，并不是质量损失也不是质量消质量亏损，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定律相矛盾；失了，因此不能说与质量守恒定律相矛盾；不不能理解为质量转化为能量，质量和能量分别是物能理
17、解为质量转化为能量，质量和能量分别是物质的属性之一，不能等同质的属性之一，不能等同.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为几个重核的裂变：重核俘获一个中子后分裂为几个中等质量的核的反应过程叫重核的裂变中等质量的核的反应过程叫重核的裂变.2.2.链式反应：重核裂变时放出几个中子，再引起链式反应：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（原子弹其他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，最好利用原理）。为使裂变的链式反应容易发生，最好利用铀铀235.235.3.临界体积：能发生链式反应的最小体积临界体积：能发
18、生链式反应的最小体积.4.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.5.5.轻核的聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反轻核的聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，该过程能释放出更多的量应过程，该过程能释放出更多的量.（需要几百万度高温）（需要几百万度高温）6.6.热核反应：在极高温度下轻核产生的聚变反应，热核反应：在极高温度下轻核产生的聚变反应，为氢弹的工作原理为氢弹的工作原理.所有核反应的反应前后都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.
19、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为m mn n，它们结它们结 合成质量为合成质量为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 23.3.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.