原子結(jié)構(gòu)原子核

1、1.愛因斯坦提出的光子說愛因斯坦提出的光子說光子說光子說: 在普朗克提出的電磁波的能量是不連續(xù)的基礎(chǔ)上，愛因斯坦提出了光子說，即空間傳播著的光是一份一份的，每一份叫一個光子，一個光子的能量為 ， 為光的頻率. hE 2.光電效應(yīng)光電效應(yīng) w(1)光電效應(yīng)：光電效應(yīng)：在光(包括不可見光)的照射下從物體表面發(fā)射出電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)，發(fā)射出的電子常稱為光電子w(2)光電效應(yīng)的規(guī)律：光電效應(yīng)的規(guī)律：每種金屬都存在極限頻率，只有入射光頻率等于或大于極限頻率，才會發(fā)生光電效應(yīng)；光電子的最大初動能與入射光強度無關(guān)，而隨入射光頻率的增大而增大；從入射光照向金屬到光電子發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過109 S。

2、w(3)光子說對光電效應(yīng)的解釋光子說對光電效應(yīng)的解釋wa.當(dāng)光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中的某個電子全部吸收，電子吸收光子的能量后，動能就立即增加了，無需積累過程，如果電子動能足夠大，能克服內(nèi)部原子核的引力，就可能逃逸出來成為光電子，電子吸收光子的能量后，可向各個方向運動，即使向金屬表面運動的電子，路徑不同，損失的能量不同唯獨金屬表面上的電子，只要克服原子核引力做功，就有可能從金屬中逸出，這個功叫做金屬的逸出功W. b.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程: mV2/2 為最大初動能 c.金屬對應(yīng)的極限頻率:不同的金屬逸出功W不同，因此不同的金屬對應(yīng)的極限頻也不相同WhmV2210hW d.光電子

3、的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，隨入射光的頻率增大而增大e.光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎是瞬間的f.飽和光電流與入射光強度成正比g.一般情況下，在發(fā)生光電效應(yīng)時，一個電子接收雙光子的幾率是非常小的 ,所以設(shè)想一金屬中的一個電子只能吸收一份光子的能量，一個光子也只能與一個電子相作用h.電子吸收一個光子的能量后，可以向各個方向運動，因而克服其他原子核的引力做功多少不同，從金屬逸出時，初動能大小也不同，只有直接從金屬表面逸出的光電子才具有最大初動能。 3.光的波粒二象性光的波粒二象性(1)內(nèi)容：內(nèi)容：光的波動性和粒子性是光在不同條件下的具體表現(xiàn)，光的波動性和粒子性是光在不同條件下的具體表現(xiàn)，具有統(tǒng)一性具有統(tǒng)一

4、性(2)特點：特點：從數(shù)量上看從數(shù)量上看,大量光子表現(xiàn)出波動性大量光子表現(xiàn)出波動性,個別光子表現(xiàn)出粒子個別光子表現(xiàn)出粒子性性從頻率上看，頻率高、波長短的光粒子性強，頻率低、波從頻率上看，頻率高、波長短的光粒子性強，頻率低、波長長的光波動性強長長的光波動性強當(dāng)光子和其他物質(zhì)發(fā)生相互作用時更多地體現(xiàn)為粒子性，當(dāng)光子和其他物質(zhì)發(fā)生相互作用時更多地體現(xiàn)為粒子性，當(dāng)光子在傳播時更多地表現(xiàn)為波動性當(dāng)光子在傳播時更多地表現(xiàn)為波動性(3)理解要點：理解要點：w不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，也不可把光當(dāng)成微觀觀不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，也不可把光當(dāng)成微觀觀念中的粒子念中的粒子w光波是概率波，即光子在某處出現(xiàn)的概

5、率受波動規(guī)律支光波是概率波，即光子在某處出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配配4.盧瑟福的原子模型盧瑟福的原子模型核式結(jié)構(gòu) w粒子散射實驗粒子散射實驗w粒子散射實驗的結(jié)果：盧瑟福在粒子轟擊金箔的實驗中，絕大多數(shù)粒子不偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)；極個別的甚至反彈回來w原子的核式結(jié)構(gòu)原子的核式結(jié)構(gòu)w盧瑟福依據(jù)粒子的散射實驗的結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)：在原子中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)5玻爾原子理論玻爾原子理論w(1)三條假說三條假說w定態(tài)假說：定態(tài)假說：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀況中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖做加速運動，

6、但并不向外輻射能量。一個能量值對應(yīng)一種狀態(tài)，這些狀態(tài)叫做定態(tài)w 躍遷假說：躍遷假說：原子從一個定態(tài)(原子能量記為E初)躍遷到另一種定態(tài)(原子能量記為E末)時，原子輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定太的能量差決定。w軌道假說：軌道假說：原子的不同能量狀態(tài)對應(yīng)于電子的不同運行軌道由于原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的，因此電子運動的可能軌道也是不連續(xù)的，即電子不能在任意的軌道上運動。初末EEhw(2)能級能級w能級：能級：在玻爾理論中，原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的，因此各狀態(tài)對應(yīng)的能量也是不連續(xù)的，這些能量值叫做能級。w氫原子能級公式 ：w其中n為能量量子數(shù)，E1=-136eV這里的定態(tài)能En是

7、指核外電子動能及電子與核之間的靜電勢能之和，En為負(fù)值，是因為取電子自由態(tài)為能量零點w基態(tài)與激發(fā)態(tài)：基態(tài)與激發(fā)態(tài)：原子處于最低能級的定態(tài)稱為基態(tài)；原子處于較高能級的定態(tài)稱為激發(fā)態(tài)，即除基態(tài)之外的其它能級都稱為激發(fā)態(tài) 121EnEn6氫原子能級結(jié)構(gòu)氫原子能級結(jié)構(gòu) 用玻爾量子理論討用玻爾量子理論討論原子躍遷時釋放論原子躍遷時釋放光子的頻率種數(shù)光子的頻率種數(shù)氫原子處于氫原子處于n=k能能級向較低激發(fā)態(tài)或級向較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時，可能基態(tài)躍遷時，可能產(chǎn)生的光譜線條數(shù)產(chǎn)生的光譜線條數(shù)的計算公式為：的計算公式為：2) 1(2kkCNk7原子躍遷時需注意的幾個問題原子躍遷時需注意的幾個問題w(1)注意一群

8、原子和一個原子注意一群原子和一個原子w氫原子核外只有一個電子，這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上，由某一軌道躍遷到另一個軌道時，情況只有一種，但是如是大量的氫原子，核外電子躍遷時就會有各種情況出現(xiàn)w(2)注意直接躍遷與間接躍遷注意直接躍遷與間接躍遷w原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種狀態(tài)時，有時可能是直接躍遷，有時可能是間接躍遷兩種情況輻射(或吸收)光子的頻率可能不同w(3)注意躍遷與電離注意躍遷與電離w原子躍遷時，不管是吸收還是輻射光子，光子能量都必須等于這兩個能級的能量差若想把處于某一定態(tài)上的電子電離出去，就需要給原子一定的能量如基態(tài)氫原子電離(即上升至n=)，其電離能為136eV，

9、只要能量不低于13.6eV的光子，基態(tài)氫原子都會吸收，并發(fā)生電離，多余的能量以電子的動能形式出現(xiàn) 8.電子云電子云(electron cloud)w玻爾模型引入了量子化觀點，但不完善在玻爾模型引入了量子化觀點，但不完善在量子力學(xué)中，核外電子并沒有確定的軌道，量子力學(xué)中，核外電子并沒有確定的軌道，玻爾的電子軌道只不過是電子出現(xiàn)概率較大玻爾的電子軌道只不過是電子出現(xiàn)概率較大的地方，把電子的概率分布用圖像表示時，的地方，把電子的概率分布用圖像表示時，用小黑點的稠密程度代表概率的大小，其結(jié)用小黑點的稠密程度代表概率的大小，其結(jié)果如同電子在原子核周圍形成云霧，稱為果如同電子在原子核周圍形成云霧，稱為“電

10、子云電子云”9.知道即可知道即可1.康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng):在研究電子對在研究電子對x射線的散射時發(fā)現(xiàn)：有些散射波的波長比人射線的散射時發(fā)現(xiàn)：有些散射波的波長比人射波的波長略大康普頓認(rèn)為這是因為光子不僅有能射波的波長略大康普頓認(rèn)為這是因為光子不僅有能量也具有動量實驗結(jié)果證明這個設(shè)想是正確的因此量也具有動量實驗結(jié)果證明這個設(shè)想是正確的因此康普頓效應(yīng)也證明了光具有粒子性康普頓效應(yīng)也證明了光具有粒子性2.德布羅意波德布羅意波:任何一個運動的物體，都有一種波與之對應(yīng)，其波長為宏任何一個運動的物體，都有一種波與之對應(yīng)，其波長為宏觀物體也存在波動性，只是波長太短，難以觀測觀物體也存在波動性，只是波長太短，難

11、以觀測3.概率波概率波:光子在空間出現(xiàn)的可能性大小光子在空間出現(xiàn)的可能性大小(概率概率)，可以用波動規(guī)律來描，可以用波動規(guī)律來描述，概率大的地方，到達(dá)的光子就多，反之則少，因此，述，概率大的地方，到達(dá)的光子就多，反之則少，因此，光波實質(zhì)上是一種概率波。光波實質(zhì)上是一種概率波。10天然放射現(xiàn)象、三種射線天然放射現(xiàn)象、三種射線(1)元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，天然放射現(xiàn)象的象首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明了原子核還有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)，說明了原子核還有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。(2)具有放射性的元素叫放射性元素一般原子序具有放射性

12、的元素叫放射性元素一般原子序數(shù)大于數(shù)大于83的所有天然存在的元素都具有放射的所有天然存在的元素都具有放射性，原子序數(shù)小于性，原子序數(shù)小于83的天然存在的元素有些的天然存在的元素有些也有放射性，它們放射出來的射線共有三種：也有放射性，它們放射出來的射線共有三種：射線射線 ，射線射線 ，射線射線 三種射線的性質(zhì)三種射線的性質(zhì)種類 射線 射線 射線 組成高速氦核流 高速電子流 光子流帶電量 2e-e0質(zhì)量 4mp靜止質(zhì)量為零 在電磁場中 偏轉(zhuǎn) 與射線反向偏轉(zhuǎn) 不偏轉(zhuǎn) 穿透本領(lǐng) 最弱 較強 最強 通過膠片感光感光感光電離作用 很強 較弱 很弱 1840pm11原子核的衰變原子核的衰變 衰變類型衰變類型

13、 衰變衰變 衰變衰變 衰變衰變衰變方程衰變方程 衰變是伴隨著衰變是伴隨著衰變和衰變和衰變同時衰變同時發(fā)生的，其實質(zhì)發(fā)生的，其實質(zhì)是放射性原子是放射性原子核在發(fā)生核在發(fā)生衰變或衰變或衰變時，產(chǎn)生的衰變時，產(chǎn)生的某些新核由于具某些新核由于具有過多的能量而有過多的能量而處于高能級，在處于高能級，在向低能級躍遷的向低能級躍遷的過程中放出射線。過程中放出射線。衰變實質(zhì)衰變實質(zhì) 2個質(zhì)點和個質(zhì)點和2個中子個中子結(jié)合成一整體射出結(jié)合成一整體射出 中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子 衰變規(guī)律衰變規(guī)律 電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒 HeYXAZAZ4242eYXAZAZ011HenH421

14、01122eHn01111012.半衰期半衰期w半衰期：半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間半衰期由核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，個別原子核經(jīng)多長時間衰變無法預(yù)測。w決定因素：決定因素：半衰期的大小由放射性元素的原子核內(nèi)部的本身因素決定，跟原子所處的物理狀態(tài)（如強壓、溫度等）或化學(xué)狀態(tài)（如單質(zhì)或化合物）無關(guān)。13原子核的人工轉(zhuǎn)變原子核的人工轉(zhuǎn)變原子核的人工轉(zhuǎn)變是用高速運動的粒子轟擊原子核，產(chǎn)生另一種新核的方法應(yīng)用原子核的人工轉(zhuǎn)變的三大發(fā)現(xiàn)的核反應(yīng)如下：(1)1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子年盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子(2)1932年查德

15、威克發(fā)現(xiàn)了中子年查德威克發(fā)現(xiàn)了中子 (3)1934年約里奧年約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)正電子居里夫婦發(fā)現(xiàn)正電子 14寫核反應(yīng)方程的方法寫核反應(yīng)方程的方法(1)必須遵守電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒定律有些核反必須遵守電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒定律有些核反應(yīng)方程還要考慮到能量守恒及動量守恒定律應(yīng)方程還要考慮到能量守恒及動量守恒定律(2)核反應(yīng)方程中的箭頭核反應(yīng)方程中的箭頭“”表示核反應(yīng)進(jìn)行的方向，表示核反應(yīng)進(jìn)行的方向，不能把箭頭寫成等號不能把箭頭寫成等號“=“(3)寫核反應(yīng)方程必須要有實驗依據(jù)，不能毫無根據(jù)地寫核反應(yīng)方程必須要有實驗依據(jù)，不能毫無根據(jù)地編造編造(4)在寫核反應(yīng)方程時，應(yīng)先將已知原子核和已知粒子在寫核

16、反應(yīng)方程時，應(yīng)先將已知原子核和已知粒子的符號填入核反應(yīng)方程一般形式的適當(dāng)位置上，然的符號填入核反應(yīng)方程一般形式的適當(dāng)位置上，然后根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒規(guī)律計算出未知核后根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒規(guī)律計算出未知核(或未知粒子或未知粒子)的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，最后根據(jù)未知核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，最后根據(jù)未知核(或未知粒子或未知粒子)的電荷數(shù)確定它們是哪種元素的電荷數(shù)確定它們是哪種元素(或哪種或哪種粒子粒子)，并在核反應(yīng)方程一般形式中的適當(dāng)位置填寫，并在核反應(yīng)方程一般形式中的適當(dāng)位置填寫上它們的符號上它們的符號15原子核的組成、同位素、核力原子核的組成、同位素、核力w原子核由質(zhì)子和中子組成質(zhì)子和中子統(tǒng)稱

17、為核子核子. 質(zhì)子和中子可以相互轉(zhuǎn)化， w質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的元素互稱同位素。同位素。w核子之間的作用力稱為核力核力(nuclear force)核力與核子是否帶電無關(guān)，質(zhì)子和質(zhì)子、質(zhì)子和中子、中子和中子之間均可以有核力作用。核力是短程力，2.1 的距離內(nèi)存在，超過該距離迅速減為零，故每個核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用，核力很強大。m1510enH011011eHn01111016核能核能 核能核能w核子結(jié)合成原子核需要放出能量，這叫原子的結(jié)合能，稱為核能質(zhì)量虧損：質(zhì)量虧損：w組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差(或者參加核反應(yīng)的原子核總質(zhì)量與生成新原子核的總質(zhì)量之差)叫質(zhì)量虧損愛

18、因斯坦質(zhì)能方程愛因斯坦質(zhì)能方程w凡具有質(zhì)量的物體都具有能量，物體的質(zhì)量和能量間的關(guān)系為：w若原子核質(zhì)量虧損m對應(yīng)釋放的能量為:w說明：質(zhì)量虧損并不是質(zhì)量損失(消失)也不是與質(zhì)量守恒定律相矛盾，而是虧損的質(zhì)量以能量的形式輻射出去了。 2mcE 2mcE17正確認(rèn)識質(zhì)量虧損正確認(rèn)識質(zhì)量虧損w質(zhì)量虧損不是質(zhì)量變成能量 .按相對論，物體的質(zhì)量是與速度有關(guān)的量，當(dāng)物體的速度越大時，物體的質(zhì)量越大物體運動時的運動質(zhì)量與物體靜止時的靜止質(zhì)量之間存在一定關(guān)系當(dāng)物體以遠(yuǎn)小于光速運動時，質(zhì)量的這一變化很不明顯上述所說的質(zhì)子、中子、原子核的質(zhì)量都是指靜質(zhì)量質(zhì)量虧損是靜止質(zhì)量發(fā)生了變化，如一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核

19、的這一過程中，2.22MeV的能量是以輻射光子形式放出的光子的靜質(zhì)量為零，但這個光子的運動質(zhì)量(光子能量)為： 由此可見，當(dāng)計算光子的質(zhì)量后，雖說反應(yīng)前后發(fā)生了質(zhì)量虧損，但這部分虧損恰好與光子的運動質(zhì)量是相同的反應(yīng)前后的質(zhì)量仍是守恒的，質(zhì)量虧損并非這部分質(zhì)量消失當(dāng)然，也就不存在質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量的問題。2/ ch 18獲取核能的途徑獲取核能的途徑w(1)重核裂變重核裂變.裂變：重核分裂成兩個質(zhì)量較小的原子核的核反應(yīng)叫裂變 .核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)和各部分作用：鈾棒：吸收慢中子而發(fā)生裂變減速制：用來減速裂變產(chǎn)生的快中子而使其易被鈾棒俘獲,原料一般用石墨,重水或普通水控制棒：由鎘做成,因其吸收中子的能力強,用

20、其插入反應(yīng)堆的深淺控制反應(yīng)速度.插入深,吸收中子多,反應(yīng)減慢;插入淺;吸收中子少,反應(yīng)加快。裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)需重核塊的體積至少達(dá)到臨界體積 才能進(jìn)行，原子彈便是由這一反應(yīng)原理制成。 (2)輕核聚變輕核聚變聚變：輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核的核反應(yīng)稱為聚變 A.與重核的裂變相比，輕核的聚變所釋放的核能 更多。B.要使輕核達(dá)到發(fā)生聚變的距離（10-15m）就必須使其具有很大的動能來克服核間的庫侖斥力，其方法就是把它們加熱到很高的溫度（幾百萬攝氏度以上），因此聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)。C.熱核反應(yīng)在宇宙中是很普通的，太陽內(nèi)部及許多恒星內(nèi)部都進(jìn)行著激烈的熱核反應(yīng)氫彈的爆炸原理就是輕核的聚變目前除了氫彈以外，人類還不能控制聚變反應(yīng)，但世界上許多國家都在積極研究可控?zé)岷朔磻?yīng) 19核能的計算方法核能的計算方法