专题二原子和原子核.ppt

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1、专题二专题二 原子和原子核原子和原子核、粒子散射实验，原子的核式结构粒子散射实验，原子的核式结构。、氢原子的能级结构，氢原子的电子云，光子的发、氢原子的能级结构，氢原子的电子云，光子的发射和吸收。射和吸收。A、天然放射现象，天然放射现象，射线，半衰期。射线，半衰期。A、质子的发现，中子的发现，原子核的组成。质子的发现，中子的发现，原子核的组成。A、核能，质量亏损，爱因斯坦的质能方程。核能，质量亏损，爱因斯坦的质能方程。A、重核的裂变，链式反应，轻核的聚变。重核的裂变，链式反应，轻核的聚变。A、核反应堆，放射型污染核防护。核反应堆，放射型污染核防护。A注：不要求计算有关半衰期的问题。注：不要求计

2、算有关半衰期的问题。1.1.实验基础：实验基础：粒子散射实验粒子散射实验.（3）原子和原子核的大小：原子的大小数量级）原子和原子核的大小：原子的大小数量级大约是大约是10-10m，原子核的大小数量级在原子核的大小数量级在10-1510-14 m之间之间.一、原子的核式结构一、原子的核式结构（1）粒子散射实验结果：粒子散射实验结果：绝大多数绝大多数粒子沿原粒子沿原方向前进，方向前进，少数少数粒子发生较大偏转。粒子发生较大偏转。（2）原子的核式结构模型：在原子的中心原子的核式结构模型：在原子的中心有一有一个很小的核个很小的核，叫做原子核，叫做原子核，原子的全部正电荷和原子的全部正电荷和几乎全部的质

3、量几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间子在核外空间绕核旋转绕核旋转 定态假设定态假设原子只能处于一系列原子只能处于一系列不连续不连续的能量的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但不向外加速运动，但不向外辐射能量辐射能量.这些状态叫定态这些状态叫定态2.玻尔的轨道量子化模型玻尔的轨道量子化模型.(1)三个假设：三个假设：定态假设定态假设跃迁假设跃迁假设原子从一种定态（设能量为原子从一种定态（设能量为E E初初）跃）跃迁到另一种定态（设能量为迁到另一种定态（设能量为E E终终）时，它）时

4、，它辐射（或吸辐射（或吸收）收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即能量差决定，即h h=E E初初-E-E终终.2.玻尔的轨道量子化模型玻尔的轨道量子化模型.(1)三个假设：三个假设：跃迁假设跃迁假设定态假设定态假设轨道量子化假设轨道量子化假设原子的不同能量状态跟电子原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，原子的定态是绕核运动相对应，原子的定态是不连续不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的的.2.玻尔的轨道量子化模型玻尔的轨道量子化模型.(1)三个假设：三个

5、假设：跃迁假设跃迁假设定态假设定态假设轨道量子化假设轨道量子化假设 在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，各状态对应的能量也是不连续的，这些各状态对应的能量也是不连续的，这些不连续的能不连续的能量值量值叫做能级。叫做能级。对于氢原子，其能级公式为：对于氢原子，其能级公式为：E En n=E=E1 1/n/n2 2(n=1(n=1、2 2、3 3)轨道公式：轨道公式：r rn n=n=n2 2r r1 1(n=1(n=1、2 2、3 3)n n为量子数，只能取正整数，为量子数，只能取正整数，E En n是半径为是半径为r rn n的轨的轨道的能量值，它等

6、于核外电子在该轨道上运转时动道的能量值，它等于核外电子在该轨道上运转时动能和原子的电势能总和，若规定无限远处为零电势能和原子的电势能总和，若规定无限远处为零电势点，则点，则E E1 1=-13.6eV.=-13.6eV.(2)两个公式：两个公式：1.1.第一次发现电子的科学家是第一次发现电子的科学家是 ，他提出，他提出了了 原子模型原子模型.2.2.原子的核式结构学说是根据以下哪个实验或现象原子的核式结构学说是根据以下哪个实验或现象提出来的（提出来的（）A.A.光电效应光电效应 B.B.氢原子光谱实验氢原子光谱实验C.C.粒子散射实验粒子散射实验 D.D.天然放射现象天然放射现象汤姆生汤姆生枣

7、糕式枣糕式2.2.卢瑟福提出的原子的核式结构学说的根据卢瑟福提出的原子的核式结构学说的根据是在是在粒子散射实验中发现粒子（粒子散射实验中发现粒子（）A.A.全部穿过或发生很小的偏转全部穿过或发生很小的偏转B.B.全部发生很大的偏转全部发生很大的偏转C.C.绝大多数穿过金箔后前进方向几乎不变，绝大多数穿过金箔后前进方向几乎不变，只有少数发生很大偏转只有少数发生很大偏转D.D.绝大多数发生偏转，甚至被弹回绝大多数发生偏转，甚至被弹回3.3.玻尔在他的原子模型中所做的假设有玻尔在他的原子模型中所做的假设有()()A.A.原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子

8、做加速运动，但并不向外辐射能量速运动，但并不向外辐射能量B.B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C.C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子（或吸收）一定频率的光子D.D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核运电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核运转的频率转的频率二、原子核的组成核力二、原子核的组成核力1.1.原子核由质子和中子组成原子核由质子和中子组成，质子和中子统，质子和中子统称为核子

9、。称为核子。.使核子紧密结合在一起的力叫核力，核力使核子紧密结合在一起的力叫核力，核力是很强的短距离作用力；原子核内只有相邻是很强的短距离作用力；原子核内只有相邻的核子间才有核力作用的核子间才有核力作用.核子的发现核子的发现.(1)(1)发现质子的核反应方程（发现质子的核反应方程（19191919年，卢瑟福）：年，卢瑟福）：(2)(2)发现中子的核反应方程（发现中子的核反应方程（19321932年，查德威克）：年，查德威克）：中子首先是卢瑟福预言了其存在，而居里夫妇最中子首先是卢瑟福预言了其存在，而居里夫妇最先做出这一实验，发现了中子，但居里夫妇没有注意先做出这一实验，发现了中子，但居里夫妇没

10、有注意到卢瑟福的预言，当初认为它是一种波长极短的电磁到卢瑟福的预言，当初认为它是一种波长极短的电磁波波.三、天然放射性三、天然放射性 1.1.贝克勒尔首先发现了某些矿物中能发贝克勒尔首先发现了某些矿物中能发出某种看不见的射线，此射线可以穿透黑纸出某种看不见的射线，此射线可以穿透黑纸使照相底片感光。使照相底片感光。物质发射这种射线的性质物质发射这种射线的性质叫放射性，具有这种性质的物质称作放射性叫放射性，具有这种性质的物质称作放射性元素。元素。通过研究发现，原子序数大于通过研究发现，原子序数大于8383的所的所有天然存在的元素都具有这种性质，这种能有天然存在的元素都具有这种性质，这种能自发的放射

11、出射线的现象叫天然放射现象自发的放射出射线的现象叫天然放射现象.2.2.三种射线：三种射线：射线：本质是氦核流，速度约为光速射线：本质是氦核流，速度约为光速的十分之一，贯穿本领弱，电离作用极强；的十分之一，贯穿本领弱，电离作用极强；射线：电子流，速度接近光速，贯穿射线：电子流，速度接近光速，贯穿本领强，电离作用弱；本领强，电离作用弱；射线：本质量波长极短的电磁波，就射线：本质量波长极短的电磁波，就是光子，贯穿本领最强，电离作用最弱。是光子，贯穿本领最强，电离作用最弱。注：注：这三种射线可以用这三种射线可以用磁场和电场磁场和电场加以区别加以区别 3.3.原子核的衰变：原子核自发的放出某种粒子而转

12、原子核的衰变：原子核自发的放出某种粒子而转变成为新核的过程叫原子核的衰变变成为新核的过程叫原子核的衰变.衰变：衰变：，同时放出，同时放出 射线；射线；衰变：衰变：，同时放出，同时放出 射线；射线；衰变规律：衰变中的电荷数和质量数都是守恒的。衰变规律：衰变中的电荷数和质量数都是守恒的。典型衰变：典型衰变：半衰期：放射性元素的原子核有半数发生半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间衰变所需的时间.半衰期由核内部的因素决定的，与原子的半衰期由核内部的因素决定的，与原子的物理状态和化学状态无关，即与外部条件无关物理状态和化学状态无关，即与外部条件无关.、同位素：具有相同质子数，中子数不同的、

13、同位素：具有相同质子数，中子数不同的原子在元素周期表中处于同一位置，互称同位原子在元素周期表中处于同一位置，互称同位素。素。1.1.下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构()()A.A.粒子的散射实验粒子的散射实验 B.B.天然放射现象天然放射现象C.C.阴极射线的发现阴极射线的发现 D.D.伦琴射线的发现伦琴射线的发现2.2.放射性元素的半衰期是放射性元素的半衰期是()()A.A.质量减小一半需要的时间质量减小一半需要的时间B.B.原子量减少一半需要的时间原子量减少一半需要的时间C.C.原子核全部衰变所需时间的一半原子核全部衰变所需时间的一半D.D.原子核有

14、半数发生衰变需要的时间原子核有半数发生衰变需要的时间4.4.有关科学家和涉及的事实，正确的说法是（有关科学家和涉及的事实，正确的说法是（）A.A.居里夫妇用居里夫妇用粒子轰击铝箔时发现了正电子粒子轰击铝箔时发现了正电子B.B.卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象光现象C.C.麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验方法给予了证实实验方法给予了证实D.D.玻尔建立了量子理论，解释了各种原子发光现象玻尔建立了量子理论，解释了各种原子发光现象3.3.射线的本质是射线的本质是()()A.A.电子流电子

15、流 B.B.高速电子流高速电子流C.C.光子流光子流 D.D.高速氦核流高速氦核流1、放射性元素、放射性元素 经过经过次次 衰变衰变和和次次 衰变后变成了稳定的元素衰变后变成了稳定的元素64课课 前前 热热 身身2.2.下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构()()A.A.粒子的散射实验粒子的散射实验 B.B.天然放射现象天然放射现象C.C.阴极射线的发现阴极射线的发现 D.D.伦琴射线的发现伦琴射线的发现一、核能一、核能 1.1.核能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，核分

16、解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能亦称核能.获得核能的两个基本途径是重核裂变和轻获得核能的两个基本途径是重核裂变和轻核聚变核聚变.2.质量亏损：组成原子核的核子质量之和与原子核质量亏损：组成原子核的核子质量之和与原子核的质量之差叫做质量亏损；的质量之差叫做质量亏损；注注:任何一个原子核的质量总是小于组成它的所任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子质量之和有核子质量之和.3.3.爱因斯坦质能方程：爱因斯坦质能方程：凡具有质量的物体都具有能量，物体的质量和凡具有质量的物体都具有能量，物体的质量和能量间的关系为：能量间的关系为：E=mcE=mc2 2若原子核质量亏损为若原子核质

17、量亏损为m m，对应释放的能量为对应释放的能量为E=mcE=mc2 2.在非国际单位里，可以用在非国际单位里，可以用1 1u=931.5MeVu=931.5MeV。它表它表示示1 1原子质量单位的质量跟原子质量单位的质量跟931.5931.5MeVMeV的能量相对的能量相对应。而应。而1 1eVeV=1.6=1.61010-19-19J J 4.4.注意注意：核反应过程中需遵循三个守核反应过程中需遵循三个守恒律：电荷数守恒定律、质量数守恒定律恒律：电荷数守恒定律、质量数守恒定律和动量守恒定律；和动量守恒定律；质量亏损，并不是质质量亏损，并不是质量损失也不是质量消失了，因此不能说与量损失也不是质

18、量消失了，因此不能说与质量守恒定律相矛盾；质量守恒定律相矛盾；不能理解为质量不能理解为质量转化为能量，质量和能量分别是物质的属转化为能量，质量和能量分别是物质的属性之一，不能等同性之一，不能等同.二、核反应二、核反应1.1.重核的裂变：重核俘获一个中子后分裂成中等质重核的裂变：重核俘获一个中子后分裂成中等质量的核，同时量的核，同时释放出核能的反应，释放出核能的反应，叫重核的裂变。叫重核的裂变。(1)(1)链式反应：重核裂变时放出几个中子，再引起链式反应：重核裂变时放出几个中子，再引起其他重核裂变而使裂变反应不断进行下去（原子弹其他重核裂变而使裂变反应不断进行下去（原子弹原理）。为使裂变的链式反

19、应容易发生，最好利用原理）。为使裂变的链式反应容易发生，最好利用铀铀235.235.(2)(2)临界体积：能发生链式反应的最小体积临界体积：能发生链式反应的最小体积.(3)(3)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层.2.2.轻核的聚变：某些轻核结合成质量较大的核，同轻核的聚变：某些轻核结合成质量较大的核，同时释放出更多核能的反应，叫轻核的聚变。时释放出更多核能的反应，叫轻核的聚变。聚变反聚变反应释放的能量比裂变释放的能量更多。应释放的能量比裂变释放的能量更多。（需要几百万度高温）（需要几百万度高温）3.3.热核反应：在极高温度下轻核产生的聚变反应，热

20、核反应：在极高温度下轻核产生的聚变反应，为氢弹的工作原理为氢弹的工作原理.1.1.关于核能，下列说法中正确的是（关于核能，下列说法中正确的是（）A.A.核子结合成原子核时，需吸收的能量核子结合成原子核时，需吸收的能量B.B.核子结合成原子核时，能放出的能量核子结合成原子核时，能放出的能量C.C.不同的核子结合成原子核时，所需吸收的能不同的核子结合成原子核时，所需吸收的能 量相同量相同D.D.使一个氘核分解成一个中子和一个质子时，使一个氘核分解成一个中子和一个质子时，吸收的能量是一个恒定值吸收的能量是一个恒定值2.2.质子的质量为质子的质量为m mp p，中子的质量为中子的质量为m mn n，它

21、们结它们结合成质量为合成质量为m m的氘核，放出的能量应为的氘核，放出的能量应为()()A.A.（m mp p+m+mn n-m-m）c c2 2 B.(m B.(mp p+m+mn n)c)c2 2 C.m C.mc c2 2 D.(m-mD.(m-mp p)c)c2 23.3.下列核反应属于裂变反应的是下列核反应属于裂变反应的是()A.A.B.B.C.C.D.D.衰变衰变衰变衰变人工核转变人工核转变裂变裂变4.质子、中子和氘核的质量分别为质子、中子和氘核的质量分别为、，质子和中子结合成氘核时，发出质子和中子结合成氘核时，发出射线，已知普朗克射线，已知普朗克恒量为，真空中光速为，则恒量为，真

22、空中光速为，则射线的频率射线的频率 _ 解析：质子和中子结合成氘核：解析：质子和中子结合成氘核：这个核反应的质量亏损为：这个核反应的质量亏损为：根据爱因斯坦质能方程：根据爱因斯坦质能方程：此核反应放出的能量此核反应放出的能量：以以射线形式放出，射线形式放出，5.有一物理现象的发现与研究对现代社会的发展产有一物理现象的发现与研究对现代社会的发展产生了重大的影响：它改变了原有的能源结构，改生了重大的影响：它改变了原有的能源结构，改变了国家间军事斗争的策略，给人类带来了喜也变了国家间军事斗争的策略，给人类带来了喜也带来了忧。这一发现指的是（带来了忧。这一发现指的是（）A.电磁波的发现电磁波的发现B.X射线的发现射线的发现C.重核的重核的裂变的发现裂变的发现D.轻核的聚变的发现轻核的聚变的发现6.太阳内部持续不断地发生着太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变个质子聚变为为1个氦核的热核反应，这种核反应释放的个氦核的热核反应，这种核反应释放的大量能量就是太阳的能源。大量能量就是太阳的能源。（1）写出这个核反应方程）写出这个核反应方程（2）这种热核反应我们称为（）这种热核反应我们称为（）A.聚变聚变 B.裂变裂变 C.衰变衰变 D.链式反应链式反应