1、第三节原子与原子核第三节原子与原子核第十三章动量守恒定律近代物理第十三章动量守恒定律近代物理一、原子的核式结构一、原子的核式结构1粒子散射实验的结果粒子散射实验的结果绝大多数绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但但_粒子发生了大角度偏转，粒子发生了大角度偏转，_粒子的偏转超粒子的偏转超过了过了90，有的甚至被撞了回来，如图所示，有的甚至被撞了回来，如图所示2原子的核式结构原子的核式结构在原子中心有一个很小的核，原子全部的在原子中心有一个很小的核，原子全部的_和几乎全和几乎全部部_都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋都集中在核里，带负
2、电的电子在核外空间绕核旋转转少数少数极少数极少数正电荷正电荷质量质量二、玻尔理论二、玻尔理论1定态：定态：原子只能处于一系列原子只能处于一系列_的能量状态中，在的能量状态中，在这些能量状态中原子是这些能量状态中原子是_的，电子虽然绕核运动，但并的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量不向外辐射能量2跃迁：跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它_或或_一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定即量差决定即h_(h是普朗克常量，是普朗克常量，h6.6261034 Js)3轨道：轨道：原子的不同能量状态跟电子在
3、不同的圆周轨道绕核原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周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也是_的的不连续不连续稳定稳定辐射辐射吸收吸收EmEn不连续不连续三、天然放射现象、原子核的组成三、天然放射现象、原子核的组成1天然放射现象天然放射现象(1)天然放射现象天然放射现象元素元素_地放出射线的现象，首先由地放出射线的现象，首先由_发发现天然放射现象的发现，说明现天然放射现象的发现，说明_具有复杂的结构具有复杂的结构(2)放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质
4、叫叫_具有放射性的元素叫具有放射性的元素叫_元素元素(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是_射线、射线、_射线、射线、_射线射线自发自发贝克勒尔贝克勒尔原子核原子核放射性放射性放射性放射性2原子核原子核(1)原子核的组成原子核的组成原子核由原子核由_和和_组成，质子和中子统称为组成，质子和中子统称为_原子核的核电荷数原子核的核电荷数_数，原子核的质量数数，原子核的质量数_(2)同位素：具有相同同位素：具有相同_、不同、不同_的原子，在的原子，在元素周期表中的元素周期表中的_相同，同位素具有相同的相同，同位素具有相同的_性性质质质子
5、质子中子中子核子核子质子质子质子数中子数质子数中子数质子数质子数中子数中子数位置位置化学化学2半衰期半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间(2)衰变规律：衰变规律：N_、m_(3)影响因素：由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理化影响因素：由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理化学状态无关学状态无关五、核力、结合能、质量亏损、核反应五、核力、结合能、质量亏损、核反应1核力核力(1)定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力(2)特点：特点：核力是强相互作用的一种表现；核力是强相互作用
6、的一种表现；核力是短程力，作用范围在核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内；之内；每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用2核能核能(1)结合能结合能核子结合为原子核时核子结合为原子核时_的能量或原子核分解为核子时的能量或原子核分解为核子时_的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能(2)比结合能比结合能定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能叫平均结合能特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合
7、能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定放出放出吸收吸收3质能方程、质量亏损质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程E_，原子核的质量必然比组成它，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小的核子的质量和要小m，这就是质量亏损由质量亏损可求，这就是质量亏损由质量亏损可求出释放的核能出释放的核能E_4获得核能的途径获得核能的途径(1)重核裂变；重核裂变；(2)轻核聚变轻核聚变5核反应核反应(1)遵守的规律：电荷数守恒、质量数守恒遵守的规律：电荷数守恒、质量数守恒(2)反应类型：衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变反应类型：衰变、人工
8、转变、重核裂变、轻核聚变mc2mc21.下列说法正确的是下列说法正确的是( )A汤姆孙首先发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出汤姆孙首先发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了了“枣糕枣糕”式原子模型式原子模型B卢瑟福做卢瑟福做粒子散射实验时发现绝大多数粒子散射实验时发现绝大多数粒子穿过金箔粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数粒子发生大角度粒子发生大角度偏转偏转C粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上在一个很小的核上D卢瑟福提出了原子卢瑟福提出了原子“核式结构核式结构”模
9、型，并解释了模型，并解释了粒子发粒子发生大角度偏转的原因生大角度偏转的原因BCD2(1)氢原子的部分能级如图所示，已知可见光的光子能氢原子的部分能级如图所示，已知可见光的光子能量在量在1.62 eV到到3.11 eV之间由此可推知，氢原子之间由此可推知，氢原子()A从高能级向从高能级向n1能级跃迁时发出的光的波长比可见光能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短的短B从高能级向从高能级向n2能级跃迁时发出的光均为可见光能级跃迁时发出的光均为可见光C从高能级向从高能级向n3能级跃迁时发出的光的频率比可见光能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高的高D从从n3能级向能级向n2能级跃迁时发出的光为可见光能级跃
10、迁时发出的光为可见光AD(2)大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：同能量的光子，其能量值分别是：1.89 eV，10.2 eV，12.09 eV.跃迁发生前这些原子分布在跃迁发生前这些原子分布在_个激发态能级上，个激发态能级上，其中最高能级的能量值是其中最高能级的能量值是_eV(基态能量为基态能量为13.6 eV)21.513天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知所示，由此可推知()A来自于原子核外的电子来自于原子核外的电子
11、B的电离作用最强，是一种电磁波的电离作用最强，是一种电磁波C的电离作用较强，是一种电磁波的电离作用较强，是一种电磁波D的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子D41.核电站泄漏的污染物中含有碘核电站泄漏的污染物中含有碘131和铯和铯137.碘碘131的半的半衰期约为衰期约为8天，会释放天，会释放射线；铯射线；铯137是铯是铯133的同位素，半的同位素，半衰期约为衰期约为30年，发生衰变时会辐射年，发生衰变时会辐射射线下列说法正确的射线下列说法正确的是是()A碘碘131释放的释放的射线由氦核组成射线由氦核组成B铯铯137衰变时辐射出的衰变时辐射出的光子能量小于
12、可见光光子能量光子能量小于可见光光子能量C与铯与铯137相比，碘相比，碘131衰变更慢衰变更慢D铯铯133和铯和铯137含有相同的质子数含有相同的质子数DC51.氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺种力从大到小的排列顺序是序是()A核力、万有引力、库仑力核力、万有引力、库仑力B万有引力、库仑力、核力万有引力、库仑力、核力C库仑力、核力、万有引力库仑力、核力、万有引力D核力、库仑力、万有引力核力、库仑力、万有引力DAC1原子跃迁的条件原子跃迁的条件(1
13、)原子跃迁条件原子跃迁条件hEmEn只适用于光子和原子作用而使原只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况子在各定态之间跃迁的情况(2)当光子能量大于或等于当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于量大于13.6 eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能氢原子能级及能级跃迁氢原子能级及能级跃迁(3)原子还可吸收外来实物粒子原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子例如自由电子)的能量而被的能量而被
14、激发由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，激发由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(EEmEn)，均可使原子发生能级跃迁，均可使原子发生能级跃迁2跃迁中两个易混问题跃迁中两个易混问题(1)一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，这个电一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上,在某段时间内，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种
15、，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了时就会有各种情况出现了(2)直接跃迁与间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种直接跃迁与间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃能量状态时有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁两种情况下辐射迁两种情况下辐射(或吸收或吸收)光子的能量是不同的直接跃光子的能量是不同的直接跃迁时辐射迁时辐射(或吸收或吸收)光子的能量等于间接跃迁时辐射光子的能量等于间接跃迁时辐射(或吸收或吸收)的的所有光子的能量和所有光子的能量和 如图所示为氢
16、原子的能级示意图，一群氢原子处于如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠，则这群氢原子能发的金属钠，则这群氢原子能发出出_种频率不同的光，其中从种频率不同的光，其中从n3能级跃迁到能级跃迁到n1能级所发出的光波长最能级所发出的光波长最_，金属钠表面所发出的光电，金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为子的初动能最大值为_eV.尝试解答尝试解答_3短短9.61(2014南昌模拟南昌模拟)如图所示为氢原子的能级图，已知可见如图所示为氢
17、原子的能级图，已知可见光的光子能量范围为光的光子能量范围为1.62 eV3.11 eV，锌板的电子逸出功，锌板的电子逸出功为为3.34 eV，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是的特征认识正确的是()BDEA用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应现象不能产生光电效应现象B用能量为用能量为11.0 eV的自由电子轰击，可使处于基态的氢原的自由电子轰击，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态子跃迁到激发态C处于处于n2能级的氢原子能吸收任意频率的紫外线能级的氢原子
18、能吸收任意频率的紫外线D处于处于n3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离且使氢原子电离E用波长为用波长为60 nm的伦琴射线照射，可使处于基态的氢原子的伦琴射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子电离出自由电子解析解析 氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光子能量大于锌板氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光子能量大于锌板电子的逸出功电子的逸出功3.34 eV，锌板能发生光电效应，锌板能发生光电效应，A错误；错误；n2能级的轨道能量为能级的轨道能量为3.4 eV，紫外线的最小能量为，紫外线的最小能量为3.11 eV，则该氢原子只能吸收特定波
19、段的紫外线，则该氢原子只能吸收特定波段的紫外线，C错误错误3电势能：电势能：通过库仑力做功判断电势能的增减当通过库仑力做功判断电势能的增减当n减小，减小，即轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，即轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，n增增大，即轨道半径增大时，电势能增加大，即轨道半径增大时，电势能增加氢原子的能量及其变化氢原子的能量及其变化 氢原子在基态时轨道半径氢原子在基态时轨道半径r10.531010 m，能量，能量E113.6 eV，求氢原子处于基态时：，求氢原子处于基态时：(1)电子的动能；电子的动能；(2)原子的电势能；原子的电势能；(3)用波长是多少的光照射可
20、使其电离？用波长是多少的光照射可使其电离？课堂笔记课堂笔记答案答案(1)13.6 eV(2)27.2 eV(3)9.14108 m2按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量子的能量_(选填选填“越大越大”或或“越小越小”)已知氢原子已知氢原子的基态能量为的基态能量为E1(E10)，电子质量为，电子质量为m，基态氢原子中的电，基态氢原子中的电子吸收一频率为子吸收一频率为的光子被电离后，电子速度大小为的光子被电离后，电子速度大小为_(普朗克常量为普朗克常量为h)越大越大原子核的衰变半衰期原子核的衰变半衰期1衰变、衰变、衰变的比较衰
21、变的比较衰变类型衰变类型衰变衰变衰变衰变衰变方程衰变方程 衰变实质衰变实质 匀强磁场中轨匀强磁场中轨迹形状迹形状衰变规律衰变规律2个质子和个质子和2个中子结个中子结合成一个整体射出合成一个整体射出1个中子转化为个中子转化为1个质子和个质子和1个电子个电子电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒尝试解答尝试解答_BD11 460AC1核反应的四种类型：衰变、人工转变、裂变和聚变核反应的四种类型：衰变、人工转变、裂变和聚变2核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接向箭头连接并
22、表示反应方向，不能用等号连接3核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程4核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化应前后的总质量一般会发生变化5核反应遵循电荷数守恒核反应遵循电荷数守恒核反应类型与核反应方程核反应类型与核反应方程课堂笔记课堂笔记 ACDBA 14488解析解析(1)A为为衰变，衰变，B为原子核的人工转变，为原子核的人工转变，C为轻核聚变，为轻核聚变，D为为衰变，故
23、衰变，故A、C正确正确(2)D为查德威克发现中子的核反应方程；为查德威克发现中子的核反应方程；B是研究原子弹是研究原子弹的基本核反应方程；的基本核反应方程；A是研究氢弹的基本核反应方程是研究氢弹的基本核反应方程X的质量数为：的质量数为：(2351)(893)144X的质子数为：的质子数为：923656X的中子数为：的中子数为：1445688.有关核能的计算有关核能的计算2利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算课堂笔记课堂笔记7.585 MeV5已知氦原子的质量为已知氦原子的质量为MHe u，电子的质量为，电子的质量为me u，质
24、子的，质子的质量为质量为mp u，中子的质量为，中子的质量为mn u，u为原子质量单位，且由为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程Emc2可知：可知：1 u对应于对应于931.5 MeV的能的能量，若取光速量，若取光速c3108 m/s，则两个质子和两个中子聚变成，则两个质子和两个中子聚变成一个氦核，释放的能量为一个氦核，释放的能量为()A2(mpmn)MHe931.5 MeVB2(mpmnme)MHe931.5 MeVC2(mpmnme)MHec2 JD2(mpmn)MHec2 JB核反应中的动量和能量问题核反应中的动量和能量问题总结提升总结提升(1)在动量守恒方程中，各质量都可用质量数在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示表示(2)只有利用只有利用Emc2时，才考虑质量亏损，在动量和能时，才考虑质量亏损，在动量和能量守恒方程中，不考虑质量亏损量守恒方程中，不考虑质量亏损(3)注意比例运算求解注意比例运算求解
