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關(guān)于原子和原子核第1頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三教學(xué)目標(biāo)1.說出對原子認(rèn)識的幾種模型。2.說出玻爾原子模型的內(nèi)容,會計算電子不同軌道間的躍遷。第2頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三索線2湯姆遜原子結(jié)構(gòu)模型盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型粒子散射實驗核式結(jié)構(gòu)模型
湯姆生發(fā)現(xiàn)電子建立無核結(jié)構(gòu)模型主要內(nèi)容
能級圖
計算
H光譜的了解玻爾原子理論薛定鄂模型電子云模型核外第3頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三無核結(jié)構(gòu)模型無核結(jié)構(gòu)模型第4頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三盧瑟福的粒子散射實驗放射源盧瑟福的粒子散射實驗+++
粒子散射情景絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn),少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn),極少數(shù)反彈第5頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個很小的核,叫做原子核,原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核,帶負(fù)電的電子在核外空間繞核做勻速圓周運動。盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型(可見光區(qū))氫原子光譜第6頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三波爾的原子理論一.原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的,電子雖然作加速運動,但并不向外輻射能量,這些狀態(tài)叫做定態(tài)。
En
=E1
/n
2
(n
=1,2,3,……)二.原子從一種定態(tài)(設(shè)能量為E2)躍遷到另一種定態(tài)(設(shè)能量為E1)時,它輻射或吸收一定頻率的光子,光子的能量(hν
)由這兩種定態(tài)的能量差決定。⊿E=
E2-E1=
hν
三.原子的不同能量狀態(tài)對應(yīng)于電子的不同運行軌道,電子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行。rn
=n
2
r1
波爾原子理論第7頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三r1
r2
r3
r4
rn
能級圖1E11nE(量子數(shù))(能級)2E2E33∞4E40eV
(-13.6)(-3.4)(-1.51)(-0.85)放出
吸收
10.21.890.66(基態(tài))(第一激發(fā)態(tài))(第二激發(fā)態(tài))原子的狀態(tài)與電子的軌道、能級都是一一對應(yīng)的。在某兩個確定能級間輻射出來的光子(能量)與吸收的光子(能量)是相同的。能級圖第8頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三基態(tài)能級:E1=-13.6eV能級計算定態(tài)能級的計算:
En
=E1
/n
2
(n
=1,2,3,……)記
二.
能級差的計算:
⊿E=
E2-E1
【可求得躍遷時輻射或吸收的能量(或光子的頻率)】=
hν
※
三.可能軌道計算:rn
=n
2
r1
(n
=1,2,3,……)
可能輻射或吸收的光子數(shù)目計算:
C
2k
第9頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜.例如電燈絲發(fā)出的光、熾熱的鋼水發(fā)出的光都形成連續(xù)光譜.第10頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三玻爾理論的局限性:玻爾理論能夠十分圓滿地解釋氫光譜并且預(yù)言了氫原子輻射電磁波譜的問題,其成功之處在于引進(jìn)了量子化的觀點;但是,在解釋其它原子光譜時遇到了很大的困難,因為玻爾理論過多地保留了經(jīng)典理論。牛頓力學(xué)只適用于低速運動(相對于光速)的宏觀物體,對于微觀粒子的運動,牛頓力學(xué)不適用了。第11頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三+
r電子云電子云模型薛定鄂模型第12頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三1、關(guān)于α粒子散射實驗,下列說法正確的是()A.只有極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度散射B.α粒子散射實驗的結(jié)果說明了帶正電的物質(zhì)只占整個原子的很小空間C.α粒子在靠近金原子核的過程中電勢能減小D.α粒子散射實驗的結(jié)果否定了湯姆生給出的原子“棗糕模型”ABD第13頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三2.氫原子的核外電子由一個軌道躍遷到另一軌道時,可能發(fā)生的情況是()A.放出光子,電子動能減少,原子的能量增加B.放出光子,電子動能增加,原子的能量減少C.吸收光子,電子動能減少,原子的能量增加D.吸收光子,電子動能增加,原子的能量減少BC第14頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三3.如圖是類氫結(jié)構(gòu)的氦離子能級圖。已知基態(tài)的氦離子能量為E1=-54.4eV。在具有下列能量的光子中,能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是()A.40.8eVB.41.0eVC.43.2eVD.54.4eVE∞E4E3E2E10-3.4eV-6.0eV-13.6eV-54.4eVAD第15頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三4.右圖為汞原子的能級圖,一個總能量為9eV
的自由電子,與處于基態(tài)的汞原子發(fā)生碰撞后(不計汞原子動量的變化),電子剩下的能量可能為(碰撞系統(tǒng)無能量損失)()A.0.2eV
B.1.3eV
C.2.3eVD.5.5eVn=2n=3n=4n=1
-5.5eV
-2.7eV
-1.6eV-10.4eVAB第16頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三5.圖1所示為氫原子的四個能級,其中E1為基態(tài),若一群氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2,一群氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3,則下列說法正確的是()A.原子A可能輻射出3種頻率的光子B.原子B可能輻射出3種頻率的光子C.原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級E4D.原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級E4E4E3E2E1圖1B第17頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三6.氫原子在某三個相鄰能級間躍遷時,可發(fā)出三種不同波長的輻射光。已知其中的兩個波長分別為λ1和λ2,且λ1>λ2,則另一個波長可能是()
A.λ1+λ2
B.λ1-λ2C.
D.CD解見下頁第18頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三解:由玻爾原子模型的躍遷假設(shè)E初-E終=hν及λ=c/ν可得:E3E2E1λ1λ2λ3所以得:故C選項正確另一種情況:E3E2E1λ1λ3λ2所以得:D選項也正確。第19頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三
7、μ子與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)成的原子稱為μ氫原子(hydrogenmuonatom),它在原子核物理的研究中有重要作用。圖為μ氫原子的能級示意圖。假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n=2能級的μ氫原子,μ氫原子吸收光子后,發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5、和ν6的光,且頻率依次增大,則E等于()A、h(ν3-ν1)
B、
h(ν5+ν6)
C、hν3
D、hν4
n∞23451E(eV)
-632.4
-281.1-158.1-101.20-2529.6C第20頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三衰變放射性元素天然放射現(xiàn)象
衰變α
β
γ
新元素貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射性現(xiàn)象天然放射現(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。第21頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三α衰變規(guī)律
衰變時放出α
粒子的,叫
α
衰變α衰變規(guī)律:核的質(zhì)量數(shù)減少4,電荷數(shù)減少2。α
粒子即氦原子核——
He42MZ
XM-4Z-2
Y42He第22頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三β衰變規(guī)律
衰變時放出β
粒子的,叫
β
衰變β
衰變規(guī)律:核的質(zhì)量數(shù)不變,電荷數(shù)增加±1。β
粒子即電子——
e0-10
1或正電子:eMZ
X
MZ+1
Y0-1e第23頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三三種射線的性質(zhì)和實質(zhì)帶電量質(zhì)量數(shù)符號電離性穿透性實質(zhì)來源α射線+2e4很強(qiáng)很小(一張普通紙)高速的氦核流(v≈0.1c)兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成團(tuán)從原子核中放出β射線-e0弱很強(qiáng)(幾毫米鋁板)高速的電子流(v≈c)原子核中的中子轉(zhuǎn)換成質(zhì)子時從原子核中放出γ射線00γ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)生的第24頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三三種射線在勻強(qiáng)磁場、勻強(qiáng)電場、正交電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況比較:βαOαγβγ⑶⑵⑴
如⑴、⑵圖所示,在勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場中都是β比α的偏轉(zhuǎn)大,γ不偏轉(zhuǎn);區(qū)別是:在磁場中偏轉(zhuǎn)軌跡是圓弧,在電場中偏轉(zhuǎn)軌跡是拋物線。⑶圖中γ肯定打在O點;
第25頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三2、關(guān)于半衰期的幾個問題(1)定義:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間。(2)意義:反映了核衰變過程的統(tǒng)計快慢程度。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)兩種錯誤認(rèn)識:a.N0(大量)個放射性元素的核,經(jīng)過一個半衰期T,衰變了一半,再經(jīng)過一個半衰期T,全部衰變完。b.若有4個放射性元素的核,經(jīng)一個半衰期,將衰變2個。事實上,N0(大量)個某種放射性元素的核,經(jīng)過時間t后剩下的這種核的個數(shù)為而對于少量的核(如4個),是無法確定其衰變所需要的時間的。這實質(zhì)上就是“半衰期反映了核衰變過程的統(tǒng)計快慢程度”的含義。第26頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三N2粒子盧瑟福的粒子轟擊氮核實驗
—質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)粒子轟擊氮核產(chǎn)生了可以穿透鋁箔的質(zhì)子147
N178O42HeH11盧瑟福的粒子轟擊氮核實驗第27頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三
(中子)94
Be126C42Hen10原子核的人工轉(zhuǎn)變核衰變
核反應(yīng)中,質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均守恒中子的發(fā)現(xiàn)1932年查德威克第28頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三原子核的組成中子質(zhì)子統(tǒng)稱核子
原子核的組成電荷數(shù)=
電子數(shù)=
原子序數(shù)UHeH114223592XAZ(核)電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)=電荷數(shù)+中子數(shù)質(zhì)量數(shù)原子核的基本情況原子核直徑10-14m第29頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三94
Be126C42Hen10原子核的人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯まD(zhuǎn)變
147
N178O42HeH112713
Al3015P42Hen10第30頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三裂變重核
裂變
n
10
U+n→
Ba
+
Kr+3n
235929236141561010鏈?zhǔn)椒磻?yīng)第31頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三情景
H+H
He
+
n
2142
3110輕核聚變聚變熱核反應(yīng)第32頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三核力強(qiáng)大的核力才能組成原子核核力與核能核力在<10-15
m才起作用
無論使核分解或組成核,
都需要很大的能量!
與>核能的應(yīng)用
——
核電站
愛恩斯坦的質(zhì)能方程:
E=m
c
2
核反應(yīng)的能量變化與質(zhì)量虧損:⊿E=⊿m
c
2
⊿m=
∑m核子-m核
原子質(zhì)量單位:1u=931.5
M
e
V
核能第33頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三反應(yīng)堆水管鈾棒鎘棒石墨水泥防護(hù)層減速劑核原料冷卻劑熱交換
控制反應(yīng)速度防輻射
快中子
→慢中子
吸收慢中子
核反應(yīng)堆第34頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三1.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了()A.原子是不可分割的B.原子具有核式結(jié)構(gòu)C.原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)D.原子核由質(zhì)子和中子組成C第35頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三2.以下哪些現(xiàn)象與原子核的變化有關(guān)()A.α粒子散射B.光電效應(yīng)C.熱核反應(yīng)D.天然放射現(xiàn)象CD第36頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三
3.一置于鉛盒中的放射源發(fā)射的、和射線,由鉛盒的小孔射出,在小孔外放一鋁箔后,鋁箔后的空間有一勻強(qiáng)電場。進(jìn)入電場后,射線變?yōu)閍、b兩束,射線a沿原來方向行進(jìn),射線b發(fā)生了偏轉(zhuǎn),如圖所示,則圖中的射線a為________射線,射線b為_______________射線。放射源
帶電極板
射線a照相底片
鉛盒鋁箔
帶電極板
射線b
第37頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三
4.衰變?yōu)橐?jīng)過m次衰變和n次衰變,則m,n分別為(
)(A)2,4 (B)4,2 (C)4,6 (D)16,6B第38頁,共44頁,2023年,2月20日,星期三5.(1)放射性物質(zhì)和的核衰變方程為:
方程中的X1代表的是______________,
X2代表的是______________。
解:⑴X1代表的是(或α
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