高中物理知识点总结 原子结构原子核课件 选修35.ppt

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1、一、原子结构一、原子结构在在原原子子中中有有一一个个很很小小的的核核，叫叫_，它它集集中中了了原原子子的的全全部部_和和几几乎乎全全部部的的_，带带负负电电的的电电子子在在核核外外空间绕核高速旋转原子核半径的数量级为空间绕核高速旋转原子核半径的数量级为_2021/8/11 星期三1二、氢原子光谱二、氢原子光谱1光光谱谱：用用光光栅或或棱棱镜可可以以把把光光按按波波长展展开开，获得得光光的的_成分和成分和_分布的分布的记录，即光，即光谱2光谱分类光谱分类有有些些光光谱是是一一条条条条的的_，这样的的光光谱叫叫做做线状状谱有有的的光光谱是是连在在一一起起的的_，这样的的光光谱叫叫做做连续谱2021

2、/8/11 星期三22021/8/11 星期三3三、玻尔理论、能级三、玻尔理论、能级1玻尔原子模型玻尔原子模型(1)轨道道假假设：原原子子中中的的电子子在在库仑引引力力的的作作用用下下，绕原原子核做子核做圆周运周运动，电子子绕核运核运动的可能的可能轨道是道是_的的(2)定定态假假设：电子子在在不不同同的的轨道道上上运运动时，原原子子处于于不不同同的的状状态，因因而而具具有有不不同同的的能能量量，即即原原子子的的能能量量是是_的的这些些具具有有确确定定能能量量的的稳定定状状态称称为定定态，在在各各个个定定态中中，原原子是子是_的，不向外的，不向外辐射能量射能量(3)跃迁迁假假设：原原子子从从一一

3、个个能能量量状状态向向另另一一个个能能量量状状态跃迁迁时要要_或或_一一定定频率率的的光光子子，光光子子的的能能量量等等于于两个状两个状态的的_，即，即h_.2021/8/11 星期三42能能级级：在在玻玻尔尔理理论中中，原原子子各各个个可可能能状状态的的_叫能叫能级3基基态态和和激激发发态态：原原子子能能量量_的的状状态叫叫基基态，其其他能量他能量(相相对于基于基态)较高的状高的状态叫激叫激发态4量量子子数数：现代代物物理理学学认为原原子子的的可可能能状状态是是不不连续的的，各各状状态可可用用正正整整数数1,2,3，表表示示，叫叫做做量量子子数数，一一般般用用n表表示示2021/8/11 星

4、期三55氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子半径公式原子半径公式rnn2r1(n1,2,3，)，其中其中r1为基基态半径，也称半径，也称为玻玻尔尔半径，半径，r10.531010 m.(2)氢原子能原子能级公式公式2021/8/11 星期三6四、原子核的组成四、原子核的组成1原子核由原子核由_和和_组成组成2具具有有相相同同的的_、不不同同的的_的的原原子子互互称称为为同位素，同位素具有同位素，同位素具有_的化学性质的化学性质3物物质质发发射射射射线线的的性性质质称称为为_，放放射射性性元元素素自自发发地放出射线的现象叫做地放出射线的现象叫做_2021/8/11 星期三7五

5、、核反应五、核反应1衰变衰变原原子子核核_地地放放出出某某种种粒粒子子而而转变为新新核核的的变化化叫叫做做原原子子核核的的_放放射射性性元元素素衰衰变时放放出出的的射射线共共有有三三种种：射射线，_射射线和和_射射线，其其射射线的的本本质和和性性质如下表：如下表：种种类本本质 电离本离本领穿透本穿透本领射射线_最最强强_(空气中几厘米或一空气中几厘米或一张薄薄纸)射射线_(几毫米的几毫米的铝板板)射射线_最短最短(几厘米的几厘米的铅板板)2021/8/11 星期三8按按照照衰衰变时放放出出粒粒子子的的不不同同又又分分为衰衰变和和衰衰变，其其核核反反应方程如下：方程如下：92238U 90234

6、Th_(衰衰变)90234Th 91234Pa_(衰衰变)半半衰衰期期是是放放射射性性元元素素的的原原子子核核有有半半数数发生生衰衰变需需要要的的时间，它它表表示示放放射射性性元元素素衰衰变的的快快慢慢，半半衰衰期期是是由由_的的性性质决决定定的的，与与它它所所处的的_无无关关，不不同同的的放放射射性性元素半衰期不同元素半衰期不同2021/8/11 星期三92原子核的人工转变原子核的人工转变用高能粒子用高能粒子轰击靶核，靶核，产生另一种新核的反生另一种新核的反应过程程典型核反典型核反应：(1)卢瑟福瑟福发现质子的核反子的核反应方程方程为_(2)查德威克德威克发现中子的核反中子的核反应方程方程为

7、_2021/8/11 星期三10(3)居里夫居里夫妇发现放射性同位素和正放射性同位素和正电子的核反子的核反应方程方程为：_.2021/8/11 星期三113核裂变和核聚变核裂变和核聚变(1)重核裂重核裂变重核裂重核裂变：是重核分裂成：是重核分裂成_的核的反的核的反应过程程如：如：92235U01n54136Xe3890Sr_01n.由由于于重重核核裂裂变产生生的的中中子子使使裂裂变反反应能能持持续地地进行行的的过程程称称为_，发生生链式式反反应的的条条件件是是：裂裂变物物质的的体体积_临界体界体积裂裂变的的应用：原子用：原子弹、核反、核反应堆堆2021/8/11 星期三12(2)轻核聚核聚变聚

8、聚变是是两两个个轻核核结合合成成_的的核核的的反反应过程程如如：13H12H24He_17.60 MeV使使核核发生生聚聚变需需要要几几百百万万度度以以上上的的高高温温，因因此此聚聚变又又叫叫_4核反应方程遵循的规律核反应方程遵循的规律(1)质量数守恒量数守恒(2)电荷数守恒荷数守恒2021/8/11 星期三13六、核能六、核能1核核力力：核核子子间的的作作用用力力其其特特点点为短短程程强强引引力力：作作用用范范围为2.01015 m只在只在_的核子的核子间发生作用生作用2核核能能：_结合合为原原子子核核时释放放的的能能量量或或原原子子核核分分解解为核核子子时吸吸收收的的能能量量，叫叫做做原原

9、子子核核的的_能能，亦亦称称核核能能3质能方程、质量亏损质能方程、质量亏损爱因因斯斯坦坦质能能方方程程E_，原原子子核核的的质量量必必然然比比组成成它它的的核核子子的的质量量和和要要小小m，这就就是是质量量亏亏损由由质量量亏亏损可求出可求出释放的核能放的核能E_.2021/8/11 星期三14答案：答案：一、原子核正电荷质量一、原子核正电荷质量1015 m二、二、1.波长波长(频率频率)强度强度2.亮线光带亮线光带三三、1.不不连连续续量量子子化化稳稳定定辐辐射射吸吸收收能能量量差差|E初初E末末|2.能量值能量值3.最低最低四四、1.质质子子中中子子2.质质子子数数中中子子数数相相同同3.放

10、放射射性性天然放射现象天然放射现象五五、1.自自发发衰衰变变24He最最弱弱10e较较弱弱较较强光子最弱强光子最弱24He10e元素物理状态和化学状态元素物理状态和化学状态2021/8/11 星期三152714N24He817O11H49Be24He612C01n1327Al24He1530P01n，1530P1430Si10e 3.中中等等质量量10链式反式反应大于大于质量量较大大01n热核反核反应六、六、1.相相邻2.核子核子结合合3.mc2mc22021/8/11 星期三161由由于于光光的的能能量量是是一一份份一一份份的的，那那么么金金属属中中的的电子子也也只只能能一一份份一一份份的的

11、吸吸收收光光子子的的能能量量，而而且且这个个传递能能量量的的过程程只只能能是是一一个个光光子子对一一个个电子子的的行行为如如果果光光的的频率率低低于于极极限限频率率，则光光子子提提供供给电子子的的能能量量不不足足以以克克服服原原子子的的束束缚，就就不不能能发生生光光电效效应2021/8/11 星期三173电子子一一次次性性吸吸收收光光子子的的全全部部能能量量，不不需需要要积累累能能量量的的时间，所以光，所以光电效效应的的发生几乎是瞬生几乎是瞬时的的4发生生光光电效效应时，单位位时间内内逸逸出出的的电子子数数与与光光强强度度成成正正比比，光光强强度度越越大大意意味味着着单位位时间内内打打在在金金

12、属属上上的的光光子子数数越越多，那么逸出的多，那么逸出的电子数目也就越多子数目也就越多2021/8/11 星期三181原原子子从从低低能能级向向高高能能级跃迁迁：吸吸收收一一定定能能量量的的光光子子，当当一一个个光光子子的的能能量量满足足hE末末E初初时，才才能能被被某某一一个个原原子子吸吸收收，使使原原子子从从低低能能级E初初向向高高能能级E末末跃迁迁，而而当当光光子子能能量量h大大于或小于于或小于E末末E初初时都不能被原子吸收都不能被原子吸收2原原子子从从高高能能级向向低低能能级跃迁迁，以以光光子子的的形形式式向向外外辐射射能能量量，所所辐射射的的光光子子能能量量恰恰等等于于发生生跃迁迁时

13、的的两两能能级间的的能能量量差差2021/8/11 星期三193当当光光子子能能量量大大于于或或等等于于13.6 eV时，也也可可以以被被氢原原子子吸吸收收，使使氢原原子子电离离；当当氢原原子子吸吸收收的的光光子子能能量量大大于于13.6 eV，氢原子原子电离后，离后，电子具有一定的初子具有一定的初动能能4原原子子还可可吸吸收收外外来来实物物粒粒子子(例例如如自自由由电子子)的的能能量量而而被被激激发由由于于实物物粒粒子子的的动能能可可全全部部或或部部分分地地被被原原子子吸吸收收，所所以以只只要要入入射射粒粒子子的的能能量量大大于于或或等等于于两两能能级的的能能量量差差值(EEmEn)，均可使

14、原子，均可使原子发生能生能级跃迁迁2021/8/11 星期三205跃迁迁时电子子动能、原子能、原子势能与原子能量的能与原子能量的变化化当当轨道道半半径径减减小小时，库仑引引力力做做正正功功，原原子子的的电势能能Ep减减小小，电子子动能能增增大大，原原子子能能量量减减小小反反之之，轨道道半半径径增增大大时，原子原子电势能增大，能增大，电子子动能减小，原子能量增大能减小，原子能量增大2021/8/11 星期三211原子核衰变规律原子核衰变规律衰衰变类型型衰衰变衰衰变衰衰变方程方程ZAXZ2A4Y24HeZAXZ1AY10e衰衰变实质2个个质子和子和2个中子个中子结合成合成一个整体射出一个整体射出中

15、子中子转化化为质子和子和电子子211H201n24He01n11H10e衰衰变规律律电荷数守恒、荷数守恒、质量数守恒量数守恒2021/8/11 星期三22式式中中N、M分分别表表示示衰衰变前前的的放放射射性性元元素素的的原原子子数数和和质量量，n、m分分别表表示示衰衰变后后尚尚未未发生生衰衰变的的放放射射性性元元素素的的原原子子数数和和质量量t表示衰表示衰变时间，表示半衰期表示半衰期2021/8/11 星期三233确定衰变次数的方法确定衰变次数的方法设放放射射性性元元素素ZAX经过n次次衰衰变和和m次次衰衰变后后，变成成稳定的新元素定的新元素ZAY，则表示表示该核反核反应的方程的方程为：ZAX

16、ZAYn24Hem10e.根据根据电荷数守恒和荷数守恒和质量数守恒可列方程：量数守恒可列方程：AA4n，ZZ2nm.确确定定衰衰变次次数数，因因为衰衰变对质量量数数无无影影响响，由由质量量数数的的改改变先先确确定定衰衰变的的次次数数，然然后后再再根根据据衰衰变规律律确确定定衰衰变的的次次数数2021/8/11 星期三24类型型可控性可控性典例核反典例核反应方程方程衰衰变衰衰变自自发92238U90234Th24He衰衰变自自发90234Th91234Pa10e人工人工转变人工控制人工控制714N24He817O11H(卢瑟福瑟福发现质子子)24He49Be612C01n(查德威克德威克发现中子

17、中子)1327Al24He1530P01n（约里奥里奥居里夫居里夫妇发现放射性同位素放射性同位素）1530P1430Si10e重核裂重核裂变比比较容易容易进行人工控行人工控制制92235U01n56144Ba3689Kr301n92235U01n54136Xe3890Sr1001n轻核聚核聚变除除氢弹外外无法控制无法控制12H13H24He01n2021/8/11 星期三251获得核能的途径获得核能的途径(1)重重核核裂裂变：重重核核俘俘获一一个个中中子子后后分分裂裂成成两两个个(或或多多个个)中中等等质量量的的核核的的反反应过程程重重核核裂裂变的的同同时放放出出几几个个中中子子，并并释放放出

18、出大大量量核核能能为了了使使铀235裂裂变时发生生链式式反反应，铀块的的体体积应大于它的大于它的临界体界体积重核的裂重核的裂变：如：如92235U01n3890Sr 54136Xe1001n.应用：原子用：原子弹、原子反、原子反应堆堆2021/8/11 星期三26(2)轻核核聚聚变：某某些些轻核核结合合成成质量量较大大的的核核的的反反应过程程，同同时释放放出出大大量量的的核核能能要要想想使使氘核核和和氚核核合合成成氦氦核核，必必须达达到几百万度以上的高温，因此聚到几百万度以上的高温，因此聚变反反应又叫又叫热核反核反应轻核的聚核的聚变：如：如12H13H24He01n.应用：用：氢弹、可控、可控热核反核反应2021/8/11 星期三27(1)根根据据Emc2计算算，计算算时m的的单位位是是“kg”，c的的单位是位是“m/s”，E的的单位是位是“J”(2)根根据据Em931.5 MeV计算算因因1原原子子质量量单位位(u)相相当当于于931.5 MeV的的能能量量，所所以以计算算时m的的单位位是是“u”，E的的单位是位是“MeV”(3)根据平均根据平均结合能来合能来计算核能算核能原子核的原子核的结合能核子平均合能核子平均结合能合能核子数核子数2021/8/11 星期三282021/8/11 星期三29