原子和原子核-PPT課件

1、原子和原子核原子是質(zhì)量均勻分布的球體一、原子模型粒子的散射實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)裝置2.實(shí)驗(yàn)原理：用粒子轟擊金箔，通過觀察金原子 對(duì)粒子產(chǎn)生的作用效果來推測(cè)原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果.a.絕大多數(shù)粒子基本上未發(fā)生偏轉(zhuǎn)說明原子內(nèi)部很空虛b.少數(shù)粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)說明這些粒子遇到了較大的靜電力和質(zhì)量較集中的區(qū)域。c.極少數(shù)粒子甚至被反彈說明原子內(nèi)部的正電荷集中在一個(gè)很小的區(qū)域。4.盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型（行星式模型）粒子散射實(shí)驗(yàn)是用粒子轟擊金箔，結(jié)果是絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但是有少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)。這說明原子的正電荷和質(zhì)量一定集中在一個(gè)很小的核上。盧瑟福由粒子散射實(shí)驗(yàn)提出：在原

2、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全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間運(yùn)動(dòng)。由粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還可以估算出原子核大小的數(shù)量級(jí)是10-15m。原子核的大?。涸影霃綌?shù)量級(jí)為10-10 m, 原子核大小數(shù)量級(jí)為10-14 m二、天然放射現(xiàn)象 1、天然放射現(xiàn)象：某些元素能自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象。這些元素稱為放射性元素。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),使人們認(rèn)識(shí)到原子核也有復(fù)雜結(jié)構(gòu)2、種類和性質(zhì)射線高速的粒子流，粒子是氦原子核，速度 約為光速1/10，貫穿能力最弱，電離能力最強(qiáng)。 射線高速的電子流，粒子是速度接近光速的負(fù) 電子，貫穿能力稍強(qiáng)，電離能力稍弱。 射

3、線能量很高的電磁波，粒子是波長極短的 光子, 貫穿能力最強(qiáng),電離能力最弱。 3.三種射線的來源： 粒子是核內(nèi)兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子抱成團(tuán)一起射出。粒子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時(shí)放出的。射線經(jīng)常是伴隨射線和射線產(chǎn)生的。4. 三種射線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)、勻強(qiáng)電場(chǎng)、正交電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況比較：O如、圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中都是比的偏轉(zhuǎn)大，不偏轉(zhuǎn)； 區(qū)別是：在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)軌跡是圓弧， 在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)軌跡是拋物線。圖中肯定打在O點(diǎn)； 如果也打在O點(diǎn)，則必打在O點(diǎn)下方； 如果也打在O點(diǎn)，則必打在O點(diǎn)下方。 5. 三種射線的性質(zhì)和實(shí)質(zhì)帶電量質(zhì)量數(shù)符號(hào)電離性穿透性實(shí) 質(zhì)來 源射線+2e4很強(qiáng)很?。ㄒ粡埰胀垼└咚?/p>

4、的氦核流(v 0.1c)兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合成團(tuán)從原子核中放出射線-e0弱很強(qiáng)（幾毫米鋁板）高速的電子流(vc)原子核中的中子轉(zhuǎn)換成質(zhì)子時(shí)從原子核中放出射線00很小更強(qiáng)（幾厘米鉛板）波長極短的電磁波原子核受激發(fā)產(chǎn)生的三、天然衰變中核的變化規(guī)律1、衰變規(guī)律在核的天然衰變中，核變化的最基本的規(guī)律是質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。（1） 衰變：隨著衰變，新核在元素周期表中位置向前移2位，即質(zhì)量數(shù)-4,電荷數(shù)-2（2） 衰變：隨著 衰變，新核在元素周期表中位置向后移1位，即質(zhì)量數(shù)不變,電荷數(shù)+1（3） 衰變：隨著 衰變，變化的不是核的種類,而是核的能量狀態(tài)。但一般情況下， 衰變總是伴隨衰 變或 衰變進(jìn)行的。

5、 2、關(guān)于半衰期的幾個(gè)問題（1）定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需 要的時(shí)間。（2）意義：反映了核衰變過程的統(tǒng)計(jì)快慢程度。半衰期短的元素衰變得快，放射性較強(qiáng)（3）特征：半衰期只與元素本身有關(guān),與所處的物理、化學(xué)狀態(tài)及周圍環(huán)境、溫度等都無關(guān)。（4）兩種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)：a. N0（大量）個(gè)放射性元素的核，經(jīng)過一個(gè)半衰期T，衰變了一半，再經(jīng)過一個(gè)半衰期T，全部衰變完。b. 若有4個(gè)放射性元素的核,經(jīng)一個(gè)半衰期, 將衰變2個(gè)。事實(shí)上，N0（大量）個(gè)某種放射性元素的核，經(jīng)過時(shí)間t后剩下的這種核的個(gè)數(shù)為而對(duì)于少量的核（如4個(gè)），是無法確定其衰變所需要的時(shí)間的。這實(shí)質(zhì)上就是“半衰期反映了核衰變過程的統(tǒng)計(jì)快

6、慢程度”的含義。四、原子核的人工轉(zhuǎn)變和原子核的組成用高速運(yùn)動(dòng)的粒子去轟擊原子核，是揭開原子核內(nèi)部奧秘的要本方法。轟擊結(jié)果產(chǎn)生了另一種新核，其核反應(yīng)方程的一般形式為其中 是靶核的符號(hào)，x為入射粒子的符號(hào)， 是新生核的符號(hào)，y是放射出的粒子的符號(hào)。1. 發(fā)現(xiàn)質(zhì)子:1919年盧瑟福首先做了用a粒子轟擊氮原子核的實(shí)驗(yàn)。核反應(yīng)方程式這是人類第一次發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程。2.發(fā)現(xiàn)中子：1930年查德威克發(fā)現(xiàn)中子，核反應(yīng)方程式值得指出的是，查德威克在對(duì)不可見粒子的判斷中，運(yùn)用了能量和動(dòng)量守恒定律,科學(xué)地分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,排除了 射線的可能性,確定了是一種粒子中子. 3、原子核的組成：質(zhì)子 + 中子（質(zhì)子和中子統(tǒng)

7、稱為核子）質(zhì)子的質(zhì)量mp=1.672 623 110-27 kg=1.007227u中子的質(zhì)量mn=1.674 928 610-27 kg=1.008665u四、核反應(yīng) 所有核反應(yīng)的反應(yīng)前后都遵守： 質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。（注意：質(zhì)量并不守恒。）1.核反應(yīng)類型衰變：衰變：（核內(nèi)）衰變：（核內(nèi)）+衰變：（核內(nèi)）衰變：原子核處于較高能級(jí),輻射光子后躍遷到低能級(jí).人工轉(zhuǎn)變：（發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)）（發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)）（人工制造放射性同位素）重核的裂變：在一定條件下（超過臨界體積），裂變反應(yīng)會(huì)連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，這就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。輕核的聚變：（需要幾百萬度高溫，所以又叫熱核反應(yīng)）2.放射性同位素的應(yīng)用利用

8、其射線：射線電離性強(qiáng)，用于使空氣電離，將靜電泄出，從而消除有害靜電。射線貫穿性強(qiáng)，可用于金屬探傷，也可用于治療惡性腫瘤。各種射線均可使DNA發(fā)生突變，可用于生物工程，基因工程。作為示蹤原子。用于研究農(nóng)作物化肥需求情況，診斷甲狀腺疾病的類型，研究生物大分子結(jié)構(gòu)及其功能進(jìn)行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木質(zhì)文物的產(chǎn)生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（種類齊全，各種元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，廢料容易處理?？芍瞥筛鞣N形狀，強(qiáng)度容易控制） 五、核能1.核能: 核反應(yīng)中放出的能叫核能。2.質(zhì)量虧損核子結(jié)合生成原子核，所生成的原子核的質(zhì)量比生成它的核子的總質(zhì)量要小些，這種現(xiàn)象

9、叫做質(zhì)量虧損。3.質(zhì)能方程（1）愛因斯坦的相對(duì)論指出：物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系，它們的關(guān)系是：E = mc2，這就是愛因斯坦的質(zhì)能方程。（2）質(zhì)能方程的另一個(gè)表達(dá)形式是：E=mc2。以上兩式中的各個(gè)物理量都必須采用國際單位。在非國際單位里，可以用1u=931.5MeV。它表示1原子質(zhì)量單位的質(zhì)量跟931.5MeV的能量相對(duì)應(yīng)。對(duì)質(zhì)能方程的理解（3）一定的質(zhì)量m總是跟一定的能量mc2對(duì)應(yīng)。核子在結(jié)合成原子核時(shí)的總質(zhì)量減少了,相應(yīng)的總能量也要減少,根據(jù)能量守恒定律，減少的這部分能量不會(huì)憑空消失，它要在核子結(jié)合過程中釋放出去。反過來,把原子核分裂成核子,總質(zhì)量要增加，總能量也要增加,增加

10、的這部分能量也不會(huì)憑空產(chǎn)生,要由外部來供給。能量總是守恒的,在原子核反應(yīng)伴隨有巨大的放能和吸能現(xiàn)象。物體的質(zhì)量減少了，它的能量也減少；物體的質(zhì)量增加了，它的能量也增加；不能錯(cuò)誤地認(rèn)為質(zhì)量和能量發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化。4.釋放核能的途徑凡是釋放核能的核反應(yīng)都有質(zhì)量虧損。核子組成不同的原子核時(shí)，平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損是不同的，所以各種原子核中核子的平均質(zhì)量不同。核子平均質(zhì)量小的，每個(gè)核子平均放的能多。鐵原子核中核子的平均質(zhì)量最小,所以鐵原子核最穩(wěn)定.凡是由平均質(zhì)量大的核，生成平均質(zhì)量小的核的核反應(yīng)都是釋放核能的。 5.核反應(yīng)堆目前的所有正式運(yùn)行的核電站都是應(yīng)用裂變發(fā)電的。核反應(yīng)堆的主要組成是：反應(yīng)堆示意圖

11、核燃料。用濃縮鈾(能吸收慢中子的鈾235占3%4%)減速劑。用石墨或重水（使裂變中產(chǎn)生的中子減速,以便被鈾235吸收）?？刂瓢?。用鎘做成（鎘吸收中子的能力很強(qiáng)）。冷卻劑。用水或液態(tài)鈉（把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去用于發(fā)電，同時(shí)使反應(yīng)堆冷卻，保證安全）。水泥防護(hù)層。用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線。例題一近幾年，我國北京、上海、山東、廣州等地引進(jìn)了十多臺(tái)刀，治療患者5000余例，效果極好，成為治療腦腫瘤的最佳儀器。令人感嘆的是，用刀治療時(shí)不用麻醉，病人清醒，時(shí)間短，半小時(shí)可完成手術(shù)，無需住院，因而刀被譽(yù)為“神刀”。據(jù)報(bào)道，我國自己研制的旋式刀性能更好，即將進(jìn)入各大醫(yī)院為患者服務(wù)。問：刀治療腦腫瘤主要是

12、利用（ ）A射線具有很強(qiáng)的貫穿本領(lǐng) B射線具有很強(qiáng)的電離作用C射線具有很高的能量 D射線很容易繞過障礙物 射線在電磁波譜中的頻頻率最高光子能量最大。穿透能力最強(qiáng)AC例題二如圖所示，兩個(gè)相切的圓表示一個(gè)靜止的原子核發(fā)生某種核變化后，產(chǎn)生的兩種運(yùn)動(dòng)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，可能是（ ）A原子核發(fā)生了衰變B原子核發(fā)生了衰變C原子核放出了一個(gè)正電子D原子核放出了一個(gè)中子 衰變過程動(dòng)量守恒m1V1m2V2由圖可知，兩粒子均帶正電。AC例題四處于靜止?fàn)顟B(tài)的原子核X，經(jīng)歷了一次衰變后變成質(zhì)量為M的Y原子核，放出的粒子垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。測(cè)得其做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，已知粒子的質(zhì)量為m，電量為q

13、，求此衰變過程虧損的質(zhì)量。 例題分析與解答 mV2=MV1r=mV2/qB mC2 =例題五氫原子核外電子在第一軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，能量E1=13.6eV，軌道半徑r1=0.531010m。這時(shí)電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能是多少eV？電勢(shì)能是多少eV？ EK1+EP1=E1=-13.6eV，EP1=-27.2eV.1、下列說法正確的是（） A22688Ra衰變?yōu)?2286Rn要經(jīng)過1次衰變和1次衰變B23892U衰變?yōu)?3491Pa要經(jīng)過1次哀變和1次衰變C23290Th衰變?yōu)?0882Pb要經(jīng)過6次衰變和4次衰變D23892U衰變?yōu)?2286Rn要經(jīng)過4次衰變和4次衰變 應(yīng)該先根據(jù)質(zhì)量數(shù)算哀變的次數(shù)。知道為什么

14、嗎？再根據(jù)電荷數(shù)計(jì)算衰變的次數(shù)BC3、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mA:mB（ ）A30:31 B31:30 C1:2 D2:1C4、關(guān)于、三種射線，下列說法中正確的是（ ）A射線是原子核自發(fā)放射出的氦核，它的穿透能力最強(qiáng)。B射線是原子核外電子電離形成的電子流，它具有中等的穿透能力。C射線一般伴隨著或射線產(chǎn)生，它的穿透能力最強(qiáng)。D射線是電磁波，它的穿透能力最弱。 三種射線中， 射線的穿透能力最強(qiáng)。三種射線中， 射線的電離能力最強(qiáng)。C5、圖中P為放在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的天然放射源，其放出的射線在電場(chǎng)的作用下分成a、b、c三束，以下判斷正確

15、的是（）A為射線、b為射線B為射線、b為射線C為射線、C為射線D為射線、C為射線 BC6、目前普遍認(rèn)為，質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成。u夸克帶電量為2e/3，d夸克帶電量-e/3，e為基元電荷。下列論斷可能正確的是（）A質(zhì)子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成B質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成C質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成D質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成 B質(zhì)子帶電量為e，中子不帶電。7、氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道

16、的過程中（ ）A原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增大，原子的電勢(shì)能增大B原子要放出光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢(shì)能減小C原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增大，原子的電勢(shì)能減小D原子要吸收光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢(shì)能增大 r增大則動(dòng)能減小克服電場(chǎng)力做功則電勢(shì)能增加D8、一個(gè)電子和一個(gè)正電子對(duì)撞發(fā)生湮滅而轉(zhuǎn)化為一對(duì)光子。設(shè)正、負(fù)電子對(duì)撞前的質(zhì)量均為m,動(dòng)能均為Ek，光速為c，普朗克恒量為h，則對(duì)撞過程中的質(zhì)量虧損為 ，轉(zhuǎn)化成的光子在真空中的波長 。 2m為什么一定是生成兩個(gè)光子？9、云室處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一靜止質(zhì)量為M的原子核在云室中發(fā)生一次衰變，粒子的質(zhì)量為m，電量為q，其運(yùn)動(dòng)軌跡在磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)?，F(xiàn)測(cè)得粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R，試求在衰變過程中的質(zhì)量虧損（注：涉及物理過程時(shí)，虧損的質(zhì)量可忽略不計(jì) ）10、氘核在能量足夠大的光子的照射下，會(huì)分裂為中子和質(zhì)子。已知氘核的質(zhì)量m1=3.343510-27kg，質(zhì)子的質(zhì)量為m2=1.672110-27kg，中子的質(zhì)量為m3=1.674410-27kg。今用波長=4.810-13m的光子照射靜止的氘核，（1）寫出核反應(yīng)方程；（2）反應(yīng)后生成物的總動(dòng)能是多少？ （2）分裂一個(gè)氘核需要能量E1=(m3+m2-m1)C2=2.7 10-13J入射光子的能量E=hC/=4.1410-13J生成物動(dòng)能Ek=E-E1=1.44 1