原子和原子核

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