物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)

1、第十二章 物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)A、 原子的核式結(jié)構(gòu)【知識點(diǎn)1】了解電子的發(fā)現(xiàn)1、英國物理學(xué)家湯姆遜對陰極射線進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究，1897年，他確認(rèn)陰極射線是由質(zhì)量小于氫原子質(zhì)量千分之一的帶負(fù)電的粒子組成的，湯姆遜把這種粒子叫電子。以后美國物理學(xué)家密立根精確地測定了電子的電量，電子的電量是e=1.6×10-19C；電子的質(zhì)量是m=0.91×10-30kg。2、湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子，是物理學(xué)史上的重要事件。電子比已知的最小的原子還要小，它說明原子不是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒，原子本身也具有結(jié)構(gòu)，原子還可以再分，這樣“原子不可分”的觀念就徹底被否定了。通常情況下，原子是電中性的，而電子是原子的

2、組成部分，電子帶負(fù)電且質(zhì)量又很小，那么原子里一定還有帶正電的且集中了原子幾乎所有質(zhì)量的部分。電子和原子中帶正電的部分是怎樣組成原子的呢？科學(xué)家們曾提出了幾種原子模型，湯姆遜提出的原子模型是：原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子則鑲嵌在球內(nèi)（“棗糕型”）?！局R點(diǎn)2】知道粒子散射實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河锢韺W(xué)家盧瑟福想證明湯姆遜原子模型的正確性，1911年起做了“粒子散射實(shí)驗(yàn)”。所謂“粒子散射實(shí)驗(yàn)”是用放射性元素釙放出的粒子束，轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻否定了湯姆遜原子模型。2、為什么用粒子轟擊金箔？原子的結(jié)構(gòu)非常緊密，要認(rèn)識原子的組成，需要用高速粒子對它進(jìn)行轟擊，以便對產(chǎn)生的物理現(xiàn)象

3、進(jìn)行分析。由于粒子具有足夠的能量，有可能接近原子的中心，并且粒子還可以使熒光物質(zhì)發(fā)光，如果粒子因與其它粒子發(fā)生相互作用而改變了運(yùn)動(dòng)的方向，便可在熒光屏上顯示出它的方向變化，因此盧瑟福用粒子散射的方法來研究原子的結(jié)構(gòu)。圖12-A-1粒子源閃爍屏閃爍屏金箔定向障礙板3、實(shí)驗(yàn)裝置：主要由：放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡和轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤幾部分組成，如圖12-A-1所示。放射源釙放出粒子；為避免氣體分子對粒子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，整個(gè)裝置放在真空中；使用金箔的目的有二個(gè)：（1）金有極好的延展性，便于制成很薄的金箔，使粒子在穿過金箔的過程中只與某一個(gè)金原子發(fā)生相互作用，（2）金的原子序數(shù)很大，這樣金原子跟粒子有足夠大的

4、庫侖力，使產(chǎn)生的物理現(xiàn)象更為明顯。實(shí)驗(yàn)過程中，熒光屏和顯微鏡能夠圍繞金箔在一個(gè)圓周上轉(zhuǎn)動(dòng)，可以觀察到穿過金箔后偏轉(zhuǎn)角度不同的粒子的徑跡。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及對結(jié)果分析：實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：粒子穿過金箔后“絕大多數(shù)”沿原來的方向前進(jìn)； “少數(shù)”發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)； “極少數(shù)”發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)；“有的甚至”被反彈。對結(jié)果分析：由于電子帶負(fù)電，其質(zhì)量約為粒子的17300，不可能使動(dòng)能較大的粒子產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)。若按湯姆遜原子模型，原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布在整個(gè)球內(nèi)，粒子穿過原子時(shí)由于粒子周圍正電荷對它的斥力有相當(dāng)一部分互相抵消，使粒子偏轉(zhuǎn)的力也不會很大，因此粒子的大角度偏轉(zhuǎn)說明湯姆遜模型與實(shí)驗(yàn)事實(shí)不符。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)

5、象中的“絕大多數(shù)”粒子穿過金箔后方向沒有明顯改變，表明粒子在穿過時(shí)基本上沒有受到力的作用，說明原子中的絕大部分幾乎是空的，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中的“極少數(shù)”粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，“有的甚至”反彈回來，說明粒子在原子中的某些地方受到了質(zhì)量、電量均比粒子本身大得多的原子核的作用。 【知識點(diǎn)3】知道盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說是：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎所有的質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核高速旋轉(zhuǎn)。原子半徑大約是10-10m，核的大小約為10-1410-15m，假如把原子核比作一個(gè)乒乓球，那么整個(gè)原子就有一個(gè)足球場大；原子核集中了原子的全部正

6、電荷和幾乎全部質(zhì)量，最小的原子核是氫原子核，其質(zhì)量是核外電子質(zhì)量的1840倍；電子繞核高速旋轉(zhuǎn)，就如太陽系中行星繞著太陽運(yùn)轉(zhuǎn)一樣。電子做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力是原子核對電子的庫侖力。根據(jù)原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，粒子穿過原子時(shí)，如果離核較遠(yuǎn)，受到的庫侖斥力就很小，運(yùn)動(dòng)方向基本不變.只有當(dāng)粒子與核十分接近時(shí)，才會受到很大的庫侖斥力，發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生散射.根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可估計(jì)出原子核直徑的數(shù)量級為10-1410-15m，原子直徑的數(shù)量級約為10-10m，可見整個(gè)原子是十分“空曠”的?！镜湫屠}】圖12-A-2(3)(1)(4)(2)例1：粒子散射實(shí)驗(yàn)中，圖12-A-2所示的粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡中

7、不可能能存在的是（ ） （A）（l）； （B）（2）； （C）（3）； （D）（4）。分析與解 粒子是氦原子核，帶正電，金核也帶正電，因而它們間的庫侖力是斥力。所以圖12-A-2中的軌跡（2）和（3）是不可能的，故應(yīng)選（B）、（C）。解題關(guān)鍵理解粒子散射的原因。 例2：下列敘述中，不屬于盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說內(nèi)容的，或有錯(cuò)誤的是（ ） （A）原子的全部正電荷集中在一個(gè)很小的核上。 （B）原子的全部質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上。 （C）電子在核外繞核做圓周運(yùn)動(dòng)。 （D）電子運(yùn)動(dòng)的可能軌道對應(yīng)一系列不連續(xù)的能量。分析與解 盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說解決了原子中正電荷的分布問題，（A）顯然正確。負(fù)電荷的分

8、布問題在核式結(jié)構(gòu)學(xué)說中只提及電子在核外繞核運(yùn)動(dòng)，沒有涉及可能軌道的問題，因而（D）是不屬于盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說內(nèi)容的，（C）是正確的。又電子在核外，因而原子的質(zhì)量只是幾乎全部集中在核內(nèi)，核外還有電子的質(zhì)量，選項(xiàng)（B）是錯(cuò)誤的，故應(yīng)選（B）、（D）。解題關(guān)鍵 要全面、正確地理解盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的內(nèi)容。練習(xí)題1下列的說法正確的是（ ）（A）陰極射線管的陰極與電源的正極相連接；（B）陰極射線管的電源使用交流電；（C）陰極射線垂直電場方向進(jìn)入電場后會發(fā)生偏轉(zhuǎn)；（D）陰極射線是由帶負(fù)電的電子組成的。2.盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的根據(jù)是，在用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)粒子（ ）（A）全部穿過

9、或發(fā)生很小的偏轉(zhuǎn)；（B）絕大多數(shù)穿過，只有少數(shù)發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)，甚至極少數(shù)被彈回；（C）絕大多數(shù)發(fā)生很大的偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回，只有少數(shù)穿過；（D）全部發(fā)生很大的偏轉(zhuǎn)。3. 根據(jù)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型，下列說法正確的是（ ）（A）原子中的正電荷均勻分布在整個(gè)原子范圍內(nèi)。（B）原子中的質(zhì)量均勻分布在整個(gè)原子范圍內(nèi)。（C）原子中的正電荷和質(zhì)量都均勻分布在整個(gè)原子范圍內(nèi)。（D）原子中的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在很小的區(qū)域內(nèi)。4盧瑟福對粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋是（ ）（A）使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的主要力是原子中電子對粒子的作用力；（B）使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力主要是庫侖力；（C）原子核很小，粒子接近它的機(jī)會很少，所以絕大多數(shù)

10、的粒子仍沿原來的方向前進(jìn)；（D）能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的粒子是穿過原子時(shí)離原子核近的粒子。5在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，如果一個(gè)粒子跟金箔中的電子相撞，則（ ）（A）粒子的動(dòng)能幾乎沒有損失； （B）粒子將損失大部分動(dòng)能；（C）粒子不會發(fā)生顯著的偏轉(zhuǎn)； （D）粒子將發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)。6在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)粒子最接近金核時(shí)（ ）（A）粒子動(dòng)能最?。?（B）粒子受到的庫侖力最大；（C）粒子電勢能最??； （D）粒子速度的變化率最小。圖12-A-3（A）（B）（C）（D）7圖12-A-3所示，各圖表示盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)的原子核和兩個(gè)粒子的徑跡，其中可能正確的是（ ）8發(fā)現(xiàn)電子的科學(xué)家是_，他提出了_原子模型。9. 盧

11、瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)容是 。10原子半徑的數(shù)量級是 m，原子核半徑的數(shù)量級是 m。B、物質(zhì)的放射性及其應(yīng)用【知識點(diǎn)1】知道、射線的本質(zhì)和性質(zhì)1、天然放射現(xiàn)象：放射性元素不斷自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，這種射線來自于原子核，原子序數(shù)大于83的所有天然存在的元素都具有放射性；原子序數(shù)小于83的天然存在的元素也有一些具有放射性。天然放射現(xiàn)象是法國物理學(xué)家貝克勒爾首先發(fā)現(xiàn)的。2、三種射線：放射性物質(zhì)天然衰變時(shí)放射出的射線有三種，即、射線，它們的本質(zhì)和性質(zhì)如表下所示。本質(zhì)速度電量質(zhì)量數(shù)穿透本領(lǐng)電離本領(lǐng)射線高速氦核流C/102e4u最弱最強(qiáng)射線高速電子流Ce0較強(qiáng)較弱射線高能光子流C00最強(qiáng)最弱表中所列穿

12、透本領(lǐng)，射線的穿透本領(lǐng)很弱，在空氣中只能前進(jìn)幾厘米，一張薄鋁箔或一張薄紙就能擋住它。射線的貫穿本領(lǐng)較強(qiáng)，可以穿透幾厘米的鋁板；射線貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)，能穿透幾厘米的鉛板?！局R點(diǎn)2】知道放射性元素的衰變和衰變及其衰變方程1、衰變:原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ儭８鞣N粒子的符號：粒子 He 粒子 e 正電子 e 質(zhì)子 H 電子 e 中子n 氘核 H以上粒子符號中左下角的下標(biāo)表示粒子電量數(shù)，左上角的上標(biāo)表示粒子的質(zhì)量數(shù)。2、原子核的衰變滿足：電荷守恒；質(zhì)量數(shù)守恒；能量守恒。3、在衰變中，其核反應(yīng)方程是；4、在衰變中，其核反應(yīng)式是:.5、輻射：原子核發(fā)生衰變和衰變時(shí)產(chǎn)生的新核有的

13、具有過多的能量，這時(shí)它會輻射光子，射線是伴隨射線和射線產(chǎn)生的?！局R點(diǎn)3】知道半衰期半衰期（T）：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間叫做半衰期；不同的放射性元素有不同的半衰期，甚至差別很大；半衰期的大小是由原子核內(nèi)部因素決定的.跟這種元素所處的物理狀態(tài)和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。半衰期長短反映了放射性元素衰變的快慢。設(shè)衰變前的原子核數(shù)為N0，衰變后的原子核數(shù)為N，T為半衰期，t為衰變時(shí)間，則 N N0（1/2）【典型例題】例1：（1）鈾238具有放射性，放出一個(gè)粒子變成什么，寫出衰變方程（2）釷234具有放射性，放出一個(gè)粒子變成什么，寫出衰變方程分析與解（1）鈾238（）放出一個(gè)粒子變成釷234（

14、），衰變方程是。（2）釷234（）放出一個(gè)粒子變成鏷234（），衰變方程是例2：U（鈾）衰變?yōu)镽n（氡），共發(fā)生了 次衰變， 次衰變。分析與解設(shè)共發(fā)生了x次衰變，y次衰變，則可寫出其衰變的核反應(yīng)方程式為 U RnxHeye根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，有： 2382224X 92862Xy 解得 x4，y2 所以共發(fā)生了4次衰變和2次衰變。解題關(guān)鍵 關(guān)鍵是要抓住衰變的核反應(yīng)方程及衰變前后質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒的規(guī)律。例3：關(guān)于衰變所釋放的電子，下列說法中正確的是（ ）（A）由于它是從原子核中釋放出來的，所以它是原子核的組成部分（B）它是原子核的核外電子（C）當(dāng)它通過空氣時(shí)電離作用很強(qiáng)（D）它的穿透本

15、領(lǐng)很強(qiáng)分析與解 衰變所釋放的電子來源于原子核，但電子不是原子核的組成部分。（在以后的學(xué)習(xí)中我們會理解衰變的實(shí)質(zhì)）選項(xiàng)A、B錯(cuò)；射線的穿透本領(lǐng)很強(qiáng)但電離作用弱故選項(xiàng)C錯(cuò)，選項(xiàng)D正確。解題關(guān)鍵 記住三種射線的本質(zhì)和性質(zhì)例4：一放射性物質(zhì)的半衰期是3天，用計(jì)數(shù)器探測得一小瓶裝有該物質(zhì)的放射源每分鐘發(fā)生衰變的次數(shù)為24000次，則經(jīng)過12天，該放射源每分鐘衰變的次數(shù)為多少？分析與解放射性物質(zhì)單位時(shí)間內(nèi)衰變的次數(shù)跟尚未發(fā)生衰變的放射性物質(zhì)的質(zhì)量成正比。要根據(jù)MM0（1/2）推算出剩余質(zhì)量與原有質(zhì)量的比值，也就可求出該放射源在每分鐘發(fā)生衰變的次數(shù)。經(jīng)過12天剩余的放射性物質(zhì)的質(zhì)量與原有質(zhì)量的比值M /M0

16、（1/2）（12/3）1/16 。所以經(jīng)過12天每分鐘衰變的次數(shù)為24000×（1/16）1500（次）解題關(guān)鍵要明確半衰期的意義和衰變規(guī)律。練習(xí)題1. 在天然放射性元素的放射線中，已經(jīng)查明，射線是 ，射線是 。2. 在、三種射線中，穿透本領(lǐng)由強(qiáng)到弱的順序是 。3. 在、三種射線中，電離本領(lǐng)由強(qiáng)到弱的順序是 。圖12-B-14. 在圖12-B-1所示的實(shí)驗(yàn)示意圖中，下部是一個(gè)鉛盒，把微量的放射源放在鉛盒底部，由于射線不能穿透很厚的鉛板，因此由放射源放出的射線就沿鉛盒上方的小孔向外射出。將整個(gè)裝置放在電場中，可以從照相底片感光的位置發(fā)現(xiàn)，射線在電場的作用下分成了三束。試在圖中標(biāo)出三種射

17、線的名稱5完成下列衰變方程式（1）鐳（）自發(fā)衰變?yōu)闉楹ず碗?；?）釷230（）發(fā)生衰變；（3）鈁223（）發(fā)生衰變；6射線的本質(zhì)是 （ ）（A）電子流； （B）高速電子流； （C）光子流； （D）高速氦核流。7. 以下幾個(gè)原子核反應(yīng)式中，X代表粒子的反應(yīng)式是（ ） （A）He+Be C+X （B）Th Pa+X（C）H+H n+X （D）P Si+X8. U經(jīng)3次衰變和2次衰變，最后得到的原子核中的電量數(shù)為（ ）（A）92； （B）88； （C）138； （D）236。9.放射性探傷是利用了（ ）（A）射線的電離本領(lǐng)； （B）射線的貫穿本領(lǐng)；（C）射線的貫穿本領(lǐng)； （D）放射性元素的示蹤本領(lǐng)。

18、10. 若元素A的半衰期為4天，元素B的半衰期為5天，則相同質(zhì)量的A和B，經(jīng)過20天后，剩下的質(zhì)量之比（ ） （A）30:31 ； （B）31:30； （C）1:2； （D）2:1。11的半衰期是5天，10克鉍210經(jīng)過20天還剩下多少？ 12放射性同位素Na的樣品經(jīng)過6小時(shí)后還剩下1/8沒有衰變，它的半衰期是多少？ C、 原子核的組成【知識點(diǎn)1】了解原子核的人工轉(zhuǎn)變、質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)問題的提出：原子核的天然衰變現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)以后，使人們認(rèn)識到原子核仍然具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并且原子核是能夠發(fā)生變化的。人們自然聯(lián)想到是否能用人工的方法使原子核發(fā)生變化，原子核到底是由什么組成的？原子核的人工轉(zhuǎn)變：人為地用高能粒子

19、撞擊原子核，使它轉(zhuǎn)變成另一種新原子核，這個(gè)過程叫原子核的人工轉(zhuǎn)變。盧瑟福實(shí)驗(yàn)：1919年盧瑟福做了用粒子轟擊氮核的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，首次完成了原子核的人工轉(zhuǎn)變的實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為：NHe OH。【知識點(diǎn)2】了解中子的發(fā)現(xiàn)盧瑟福預(yù)言中子的存在：質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)，使人們對原子核中包含質(zhì)子成為共識，但如果原子核只是由質(zhì)子組成，它的電荷數(shù)（以基本電荷為單位）應(yīng)該與質(zhì)量數(shù)（單位u）相等，但是實(shí)際上原子核的電荷數(shù)只是質(zhì)量數(shù)的一半或者還少一些，盧瑟福根據(jù)這一事實(shí)，預(yù)言原子核內(nèi)還有質(zhì)量跟質(zhì)子相等的不帶電的中性粒子（中子）存在。中子的發(fā)現(xiàn)：1930年人們在用由釙放射出的射線轟擊鈹時(shí)產(chǎn)生了一種不知名的射線，它

20、的貫穿能力極強(qiáng)，能夠穿透幾厘米厚的鉛.后來用這種射線去轟擊石蠟(含有大量氫原子)，竟能從石蠟中打出質(zhì)子來。1932年英國物理學(xué)家查德威克經(jīng)過仔細(xì)的研究和分析，發(fā)現(xiàn)這種射線在磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可見它是中性粒子流.又測出射線的速度約為十分之一光速，排除了它是射線的可能.他又用這種射線轟擊氫原子和氮原子，結(jié)果打出了一些氫核(質(zhì)子)和氮核.他測出了被打出的氫核和氮核的速度，并由此計(jì)算出了這種射線粒子的質(zhì)量， 發(fā)現(xiàn)與氫核質(zhì)量差不多，這樣中子被發(fā)現(xiàn)了?！局R點(diǎn)3】了解原子核的組成中子發(fā)現(xiàn)后，物理學(xué)家海森伯和伊凡寧柯創(chuàng)立了原子核的質(zhì)子中子結(jié)構(gòu)學(xué)說，即原子核是由質(zhì)子和中子組成的理論。質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。例：

21、原子核（鈾）中有238個(gè)核子、92個(gè)質(zhì)子、146個(gè)中子?！镜湫屠}】例：用粒子轟擊硼10，產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)具有放射性的核，這新核是；這新核可放出一個(gè)正電子，衰變所成的核為，其核反應(yīng)方程式為.分析與解原子核的人工轉(zhuǎn)變與原子核的衰變一樣滿足：電荷數(shù)守恒；質(zhì)量數(shù)守恒；能量守恒，由新核可知，新核的電荷數(shù)（原子序數(shù)）為7，它的質(zhì)量數(shù)為13，故這種原子核為氮13，；由新核可知，新核的電荷數(shù)（原子序數(shù)）為6，質(zhì)量數(shù)為13，是碳13，其核反應(yīng)方程式為。解題關(guān)鍵 原子核的人工轉(zhuǎn)變遵守電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒鞏固練習(xí) 1. 用粒子轟擊鈹時(shí)得到原子核，同時(shí)放出一種射線，關(guān)于這種射線的說法與事實(shí)不符的是（ ）（A）它來自原子核； （B）它能穿透幾厘米的鉛板；（C）它在電場中不受力的作用； （D）它是一種帶電粒子。2. 科學(xué)家常用中子轟擊原子核，這是因?yàn)橹凶樱?）（A）質(zhì)量較小； （B）質(zhì)量較大；（C）能量較大； （D）顯電中性。圖12-C-1釙石蠟B鈹粒子A3. 如圖12-C-1所示為查德威克發(fā)現(xiàn)中子實(shí)驗(yàn)示意圖，由天然放射性元素釙（Po）放出的射線轟擊鈹時(shí)產(chǎn)生粒子流A，用粒子流A轟擊石蠟時(shí)，會打出粒子流B，經(jīng)研究知道（ ）（A）A為中子，B為質(zhì)子；（B）A為質(zhì)子，B為中子