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原子和原子核复习原子和原子核复习一、认识原子结构一、认识原子结构汤姆生汤姆生 -对阴极射线进行实验研究对阴极射线进行实验研究 -阴极射线是带负电的粒子阴极射线是带负电的粒子-电子电子（一）、电子的发现（一）、电子的发现（二）、电子发现的意义（二）、电子发现的意义 电子的发现，是物理学史上重要事件，电子的发现，是物理学史上重要事件，人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子也有结构原子也有结构-原子具有复杂结构原子具有复杂结构原子具有复杂结构原子具有复杂结构（三）、原子的结构模型（三）、原子的结构模型枣糕枣糕模型模型核式结构核式结构模型模型玻尔玻尔模型模型发展过程发展过程提出提出汤姆生汤姆生 卢瑟福卢瑟福 师生师生玻尔玻尔师生师生解释现象解释现象得到电子得到电子散射实验散射实验氢光谱及氢发光氢光谱及氢发光1 1、枣糕模型、枣糕模型正电荷正电荷电子电子2、原子的核式结构原子的核式结构-粒子散射实验粒子散射实验 实验现象实验现象 A A、绝大多数、绝大多数粒子粒子穿过金箔后仍沿原来的穿过金箔后仍沿原来的方向前进。方向前进。 B B、少数、少数粒子发生粒子发生了较大的偏转。了较大的偏转。 C C、极少数的、极少数的粒子粒子偏转角超过了偏转角超过了9090，甚，甚至达到至达到180180。对对粒子散射实验进行分析，卢瑟福提出了原子粒子散射实验进行分析，卢瑟福提出了原子核式结构模型：核式结构模型： 在原子的中心有一个很小的在原子的中心有一个很小的核核，叫做原子核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的里，带负电的电子电子在核外空间里绕着核旋转。在核外空间里绕着核旋转。原子、原子核直径：原子、原子核直径：原子直径：原子直径：10101010m m原子核直径：原子核直径：10101515例、例、在在粒子散射实验中粒子散射实验中, ,当当粒子被重核粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可不可能存在的能存在的卢瑟福学生，卢瑟福学生，丹麦物理学丹麦物理学家，家，19221922年年获诺贝尔物获诺贝尔物理学奖理学奖 定态：定态：原子只能处于一系列不连续的能原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不辐射能量。电子虽然绕核运动，但并不辐射能量。跃迁：跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它时，它吸收或放出一定频率吸收或放出一定频率的光子，光子的的光子，光子的能量由这两种定态的能级差决定能量由这两种定态的能级差决定 hh= =E Em mE En n3 3、玻尔原子理论、玻尔原子理论轨道：轨道：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，原子的定态是不连续的，形轨道绕核运动相对应，原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。因此电子的可能轨道也是不连续的。氢原子的对应关系：氢原子的对应关系： r rn n=n=n2 2r r1 1，En=EEn=E1 1/n/n2 2能级：能级：原子核外电子轨道的不连续对应原子原子核外电子轨道的不连续对应原子的能量也不连续，这些能量值叫做能级。的能量也不连续，这些能量值叫做能级。基态：能量的最低值基态：能量的最低值激发态：除基态以外的其它状态激发态：除基态以外的其它状态氢原子能级图和轨道半径氢原子能级图和轨道半径E E1 1= =13.6ev13.6ev能级：能级：E En n=E=E1 1/n/n2 2轨道半径：轨道半径：r1=0.531010mrn=n2r1n=1、2、3称为量子数称为量子数原子的能量是指电子在定态原子的能量是指电子在定态（轨道）上运动的动能和系（轨道）上运动的动能和系统的电势能。统的电势能。规律规律半径越大，动能越半径越大，动能越少，电势能越大，少，电势能越大，总能量越大总能量越大氢氢原原子子的的能能级级图图)( eV.EnEEn613121-0.851234n5-3.40-1.51-0.540En/eV-13.6氢原子的能级氢原子的能级跃迁的条件跃迁的条件原子从低能级向高能级跃迁所吸收的光子能量必为：原子从低能级向高能级跃迁所吸收的光子能量必为： h=EmEn-不能满足此式就不跃迁不能满足此式就不跃迁注意：注意：电离不受上述条件限制，只要光子能量大于电离不受上述条件限制，只要光子能量大于等于原子的初始能级值就会发生电离。等于原子的初始能级值就会发生电离。电离后的电子动能：电离后的电子动能：E EK K= h= hE En n当实物粒子与原子作用使原子激发或电离时，当实物粒子与原子作用使原子激发或电离时，原子所吸收的能量为实物粒子的全部或部分动能。原子所吸收的能量为实物粒子的全部或部分动能。当当实物粒子的动能大于或等于两能级差就可能使实物粒子的动能大于或等于两能级差就可能使原子受激发跃迁；大于或等于某能级值就可能使原子受激发跃迁；大于或等于某能级值就可能使原子电离。原子电离。重点注意原子光谱原子光谱原子跃迁要放出光子，光子能量原子跃迁要放出光子，光子能量h=Eh=Em mE En n原子能级的不连续可得原子光谱不连续原子能级的不连续可得原子光谱不连续原子从高能级向低能级跃迁可产生的光子数为：原子从高能级向低能级跃迁可产生的光子数为：2nCN 一群原子一群原子（6 6）玻尔理论的成功与局限性）玻尔理论的成功与局限性 由于引进量子理论（轨道量子化和能量量由于引进量子理论（轨道量子化和能量量子化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。子化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。但由于它保留了过多的但由于它保留了过多的经典物理理论经典物理理论（牛顿第（牛顿第二定律、向心力、库仑力等），所以在二定律、向心力、库仑力等），所以在解释其解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。他原子的光谱上都遇到很大的困难。 思考：思考：氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中距核较远的轨道过程中 ( )( ) A A原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大电势能增大，原子的能量增大 B B原子要放出光子，电子的动能减小，原子的原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小电势能减小，原子的能量也减小 C C原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大电势能减小，原子的能量增大 D D原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增加电势能增大，原子的能量增加D二、认识原子核的复杂结构二、认识原子核的复杂结构1 1、天然放射现象、天然放射现象 发现发现-贝克勒尔贝克勒尔意义：天然放射现象使人们认识到意义：天然放射现象使人们认识到原子原子核具有复杂结构核具有复杂结构-原子核可以再分原子核可以再分天然放射现象：天然放射现象：元素自发地放出射线的现象元素自发地放出射线的现象 放射性：放射性：物质发射射线的性质物质发射射线的性质放射性元素：放射性元素：有放射性的元素。原子序数有放射性的元素。原子序数8383的的所有元素均具放射性，所有元素均具放射性，8383的有的元素也具放射的有的元素也具放射性。性。各种放射线的性质比较各种放射线的性质比较 思考思考: :请分析为请分析为什么什么射线的射线的偏转总是最大偏转总是最大? ? 三种射线在匀强磁场、匀强电场的偏转情况比较：三种射线在匀强磁场、匀强电场的偏转情况比较： 2 2、衰变、衰变原子核原子核自发自发放出放出粒子或粒子或粒子粒子变成变成新新的原子核的原子核的变化过程的变化过程注意：注意：在在 、衰变过程中，多余的能量均以衰变过程中，多余的能量均以射射线的形式释放能量线的形式释放能量HeYXAZAZ4242 如：如：e422349023892HThUeYXAZAZ011 ePaTh012349123490概念：概念：、衰变的分类和规律、衰变的分类和规律放出放出粒子的衰变粒子的衰变放出放出粒子的衰变粒子的衰变衰变衰变衰变衰变类别类别特征特征规律规律写衰变方程满足的规律：写衰变方程满足的规律：质量数守恒质量数守恒和和核电荷数守恒核电荷数守恒ePaTh012349123490核反应不可核反应不可逆，用逆，用（4 4）衰变的实质）衰变的实质衰变：衰变：是某元素的原子核同时放出两个质子和两是某元素的原子核同时放出两个质子和两 个中子组成的粒子。个中子组成的粒子。衰变：衰变：元素的原子核的一个中子变成质子时同时元素的原子核的一个中子变成质子时同时放出一电子放出一电子Hen2H2421011eHn011110思考：思考：放射性元素衰变时所放出的放射性元素衰变时所放出的粒子是粒子是 ( )( ) A. A.原子的外层电子原子的外层电子 B.B.原子核内的电子原子核内的电子 C.C.原子核内中子衰变成质子时产生的原子核内中子衰变成质子时产生的 D.D.原子核外电子跃迁时放出的光子原子核外电子跃迁时放出的光子 C衰变时遵守衰变时遵守质量数守恒质量数守恒和和核电荷数核电荷数守恒守恒，及，及动动量守恒量守恒。（5 5）计算衰变次数的方法）计算衰变次数的方法半衰期半衰期： 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 注：半衰期由注：半衰期由原子核内部本身原子核内部本身的因素决定，跟原子所的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。处的物理、化学状态无关。规律：规律：外切外切 大圆大圆内切内切 大圆大圆衰变衰变粒子粒子衰变衰变离子离子半径半径R R与粒子的电量成反比！与粒子的电量成反比！放射性的防护与应用放射性的防护与应用例例2 2、某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现所生成的超重元素的核所生成的超重元素的核X X经过经过6 6次次衰变后成为衰变后成为 ，由此可以判定该超重元素的原子序数和质量数依次是由此可以判定该超重元素的原子序数和质量数依次是 A A124124，259 B259 B124124，265 265 C C112112，265 D265 D112112，281 281 Fm257100放射性同位素的发现：约里奥放射性同位素的发现：约里奥居里居里PHeAl3015422713eSiP0130143015应用：应用：利用射线利用射线作为示踪原子作为示踪原子考古研究考古研究正电子D核反应核反应 所有核反应的反应前后都遵守：所有核反应的反应前后都遵守： 质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）1.核反应类型核反应类型衰变：衰变：衰变：衰变：eHThU422349023892 （核内）（核内）HenH42101122 衰变：衰变：ePaTh012349123490 eHn011110 （核内）（核内）+衰变：衰变：eSiP0130143015 enH011011 （核内）（核内）衰变：原子核处于较高能级衰变：原子核处于较高能级,辐射光子后跃迁到低能级辐射光子后跃迁到低能级.人工转变：人工转变：HOHeN1117842147 （发现质子的核反应）（发现质子的核反应）nCHeBe101264294 （发现中子的核反应）（发现中子的核反应）nPHeAl103015422713 eSiP0130143015 （人工制造放射性同位素）（人工制造放射性同位素）重核的裂变：重核的裂变：MeV6200.n3KrBanU109236141561023592 在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。不断地进行下去，这就是链式反应。轻核的聚变：轻核的聚变：MeV617.nHeHH10423121 （需要几百万度高温，所以又叫热核反应）（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）三、核反应、核能三、核反应、核能1 1、核反应：、核反应：原子核发生变化变成原子核发生变化变成新原子核新原子核的过程的过程人工转变：用人工的方法使原子核发生变化人工转变：用人工的方法使原子核发生变化HOHeN1117842147发现质子发现质子nCHeBe101264294发现中子发现中子衰变衰变裂变裂变聚变聚变eYX01A1ZAZ HeYX424A2ZAZ 衰变衰变裂变裂变聚变聚变人工转变人工转变卢瑟福卢瑟福查德威克查德威克n3KrBanU109236141561023592nHeHH104231212 2、原子核的组成和核力、原子核的组成和核力 原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，核力是短程力，只有相临的核子之间才存在核力。核力是短程力，只有相临的核子之间才存在核力。二、核能二、核能1.核能核能: 核反应中放出的能叫核能。核反应中放出的能叫核能。2.质量亏损质量亏损核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。3.质能方程质能方程（1）爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之）爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是：间存在着密切的联系，它们的关系是：E = mc2，这就是爱因斯坦的质能方程。，这就是爱因斯坦的质能方程。（2）质能方程的另一个表达形式是：）质能方程的另一个表达形式是：E=mc2。以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。在非国际单位里，可以用在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示。它表示1原原子质量单位的质量跟子质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。的能量相对应。3 3、核能：、核能：核反应中释放的能量核反应中释放的能量质量亏损：质量亏损：核子结合生成原子核，所生成的原子核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些核的质量比生成它的核子的总质量要小些 E = mc2 或或E=mc2 释放核能的途径释放核能的途径裂变：裂变：质能方程质能方程 ：爱因斯坦的相对论指出：物体的能爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系量和质量之间存在着密切的联系 。n3KrBanU109236141561023592链式反应链式反应结合能：结合能：比（平均）结合能：比（平均）结合能：核子合成原子核释放的能量核子合成原子核释放的能量原子核越原子核越大，结合大，结合能越大能越大结合能与核子数之比结合能与核子数之比强调：强调：比结合能越大，原子核越牢固，核越稳定。比结合能越大，原子核越牢固，核越稳定。强调：强调：中等质量中等质量的核比结合能大，的核比结合能大，核子合成为中等核子合成为中等质量的核释放的质量的核释放的核能多。核能多。链式反应链式反应条件：条件：反应堆大于临界体积反应堆大于临界体积中子的再生率大于一。中子的再生率大于一。