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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,原子物理,原子结构,原子核组成,核能,第1页,原子核式结构与玻尔理论,一、原子核式结构,1.试验基础：用粒子轰击金箔，结果大多,数粒子穿过金箔后沿原方向前进，少数粒子,发生了较大偏转，极少数粒子偏转角度超出,90，有甚至被弹回.该试验就是粒子散射试验.,第2页,2.结论：在原子中心有一个很小核，叫做原子核，原子全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电电子在核外空间绕着核旋转.,原子核所带正电荷数等于核外电子数，所以整个原子是中性，电子绕核运动向心力就是查对它库仑力.,3.原子和原子核大小：原子大小数量级大约是10,-10,m，原子核大小数量级在10,-15,10,-14,m之间.,第3页,二、玻尔量子化模型,（1）经典电磁理论对原子核式结构解释中认为，原子是不稳定，电子绕核旋转，并不停向外辐射电磁波，所以电子能量不停衰减，最终电子陨落到原子核上；实际上原子是稳定.,（2）经典电磁理论认为原子发射光谱，因为原子能量逐步衰减，所以其辐射电磁波频率应该是连续；实际上原子发生产生光谱是不连续.,1.卢瑟福核式结构与经典电磁理论矛盾：,第4页,2.玻尔理论.,(1)三个假设：,定态假设原子只能处于一系列不连续能量状态中，在这些状态中原子是稳定，电子即使做加速运动，但不向外辐射能量.,跃迁假设原子从一个定态（设能量,为E初）跃迁到另一个定态（设能量为E终）时，,它辐射（或吸收）一定频率光子，光子能,量由这两种定态能量差决定，即,h=E初-E终,。,轨道量子化假设原子不一样能量状,态跟电子沿不一样圆形轨道绕核运动相对应，,原子定态是不连续，所以电子可能轨道,分布也是不连续.,第5页,(2)两个公式：（了解）,能级公式：原子各定态能量叫做原子能级，对于氢原子，其能级公式为：,E,n,=E,1,/n,2,(n=1、2、3),轨道公式：r,n,=n,2,r,1,(n=1、2、3),n为量子数，只能取正整数，E,n,是半径为r,n,轨道能量值，它等于核外电子在该轨道上运转时动能和原子电势能总和，若要求无限远处为零电势点，则E,1,=-13.6eV.,注意：量子数n=1定态，又叫基态，能,量值最小，电子动能最大，电势最小；量子,数越大，能量值越大，电子动能越小，电势,能越大.,例题:,第6页,练习,1,.原子核式结构学说是依据以下哪个试验或现象提出来（）,A.光电效应 B.氢原子光谱试验,C.粒子散射试验 D.天然放射现象,第7页,2,.卢瑟福提出原子核式结构学说依据是在粒子散射试验中发觉粒子（）,A.全部穿过或发生很小偏转,B.全部发生很大偏转,C.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,D.绝大多数发生偏转，甚至被弹回,第8页,3,.玻尔在他原子模型中所做假设有(),A.原子处于称为定态能量状态时，即使电子做加速运动，但并不向外辐射能量,B.原子不一样能量状态与电子沿不一样圆轨道绕核运动相对应，而电子可能轨道分布是不连续,C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射（或吸收）一定频率光子,D.电子跃迁时辐射光子频率等于电子绕核运转频率,第9页,【例1】在粒子散射试验中，有少数粒子发生了较大角度偏转，其原因是（A）,A.原子全部正电荷和绝大部分质量集中在原子中心一个很小核上,B.正电荷在原子中是均匀分布,C.原子中存在着带负电电子,D.原子只处于一系列不连续能量状态中,第10页,【解析】粒子散射试验意义，在于它是,原子核式结构理论建立基础.,答案为A.,第11页,【例2】处于基态氢原子在某单色光照射,下，只能发出频率为,1,、,2,、,3,三种光，,且,1,2,3,，则该照射光光子能量（C）,A.h,1,；B.h,2,；,C.h,3,；D.h(,1,+,2,+,3,)；,第12页,【解析】依据玻尔理论，当处于基态氢原子受到某单色光照射时，氢原子应吸收一个光子能量h，从基态跳迁到某一定态，假如处于该定态氢原子向较低定态跃迁只能发出频率为,1,、,2,、,3,三种光，则该定态一定为第三能级，再由三种光频率大小和氢原子能级关系，当有h,1,h,2,h,3,，而且有（h,1,+h,2,）=h,3,，而h,3,为照射光光子能量，也为基态与第三能级间能量差，故本题答案为C.,第13页,【例3】估算运动员跑步时德布罗意波波长，,说明为何我们观察不到运动员波动性,【解析】设运动员质量为60kg，该运动员跑步,时速度为10m/s，则其德布罗意波波长：,=,h/mv=6.6310,-34,/(6010)=1.110,-36,m；由计,算结果可知，其波长太小，几乎观察不到.所以观,察不到宏观物体波动性.,第14页,【解题回顾】观察以下宏观物体波动性，,是因为，波长大小，而微观粒子德布罗意,波长较大，就较容量观察到其波动性.,第15页,【例4】粒子散射试验中，当粒子最靠近原子核时，粒子符合以下情况是（AD）,A.动能最小,B.势能最小,C.粒子与金原子核组成系统能量最小,D.所受原子核斥力最大,第16页,【解析】该题所考查是原子核式结构、动能、电势能、库仑定律及能量守恒等知识点.粒子在靠近金原子核过程中，要克服库仑斥力做功，动能降低电势能增大，二者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒.依据库仑定律，距离最近时，斥力最大.总而言之，本题答案为AD.,返回:,第17页,原子核组成,一、天然放射性,1.贝克勒尔首先发觉了一些矿物中能发出某种看不见射线，此射线能够穿透黑纸使摄影底片感光.物质发射这种射线性质叫,放射性,，含有这种性质物质称作,放射性元素,.经过研究发觉，原子序数大于83全部天然存在元素都含有这种性质，这种能,自发放射出射线现象,叫天然放射现象.,第18页,2.三种射线比较：,射线：本质是氦核流，速度约为光速十分之一，贯通本事弱，电离作用极强；,射线：电子流，速度靠近光速，贯通本事强，电离作用弱；,射线：本质量波长极短电磁波，就是光子，贯通本事最强，电离作用最弱；,第19页,3.原子核衰变：原子核自发放出某种粒子而转变成为新核过程叫原子核衰变.,衰变：,同时放出,射线；,衰变：，同时放出,射线；,第20页,4,半衰期：放射性元素原子核有半数发生衰变所需时间.,剩下原子核数和质量，N,0,、m,0,为最,初原核子数和质量.半衰期由核内部原因决定，与原子物理状态和化学状态无关，即与外部条件无关.,第21页,二、原子核组成,1.原子核由,质子,和,中子,组成，质子和中,子统称为,核子,，质子数相同，中子数不一样,元素称为同位素.使核子紧密结合在一起力,叫,核力,，核力是很强短距离作用力；原子,核内只有相邻核子间才有核力作用.,第22页,2.核子发觉.,(1)发觉质子核反应方程（19，卢瑟福）：.,(2)发觉中子核反应方程（1932年，查德威克）：.,中子首先是卢瑟福预言了其存在，而小居里夫妇最先做出这一试验，发觉了中子，但小居里夫妇没有注意到卢瑟福预言，当初认为它是一个波长极短电磁波.,第23页,三、原子核人工转变,1.用人工方法使原子核发生改变叫做原子核人工转变，它是人们研究原子核结构及其改变规律有力武器.,2.用人工转变方法得到放射性同位素，是一个主要发觉，放射性同位素主要有两方面应用：利用它射线；作为示踪原子.,第24页,3.放射性同位素发觉（1934年，约里奥居里夫,妇）：，而 也有放射,性；，其中 是正电子.,4.注意：在人工转变中，用某高速粒子去轰击某原子核后，原子核发射出粒子和射线并转变成新原子核过程中，不可认为是高速粒子从原子核中打出了粒子.,第25页,练习,1.下面哪些事实证实了原子核含有复杂结构(),A.粒子散射试验,B.天然放射现象,C.阴极射线发觉,D.伦琴射线发觉,第26页,2.射线本质是(),A.电子流 B.高速电子流,C.光子流 D.高速氦核流,第27页,3.放射性元素半衰期是(),A.质量减小二分之一需要时间,B.原子量降低二分之一需要时间,C.原子核全部衰变所需时间二分之一,D.原子核有半数发生衰变需要时间,第28页,【例1】经过,次,衰变和,次,衰变，转变成 .,【解析】对于,衰变和,衰变来说，,衰变不改,变质量数，所以应该先以质量数改变来计算,衰变次数.原子每发生一次,衰变时质量就降低4,个单位，电荷数降低2个单位，而每发生一次,衰,变，则质量数不变，电荷数增加一个单位.,第29页,质量数由232降低到208共发生衰变次数为：,Na=(232-208)/4=6;,再结合电荷数改变确定衰变次数：,N,=,【解题回顾】处理核反应方程类问题时，一定要抓住核反应中质量数和电荷数守恒这个规律，本例还要注意衰变特点质量数不变.,第30页,【例2】将天然放射性物质放入顶端开有小孔铅盒S里，放射线便从小孔中射出，沿带电平行金属板A、B之间中线垂直于电场方向进入电场，轨道如图1-2-1所表示，则轨迹,是,射线，轨迹,是,射线，轨迹,是,射线.,板带正电，,板带负电.,图1-2-1,第31页,【解析】因为,射线不带电，进入电场后不会改变方向，所以轨迹为,射线.,带电粒子垂直进入匀强电场，则在匀强电场中做类平抛运动，竖直方向位移为s=v,0,t,设两板间距离为d，则1/2D=1/2at,2,，a=8E/m=qU/dm,则,s=，,第32页,由此式可知s与粒子进入电场初速度v,0,成,正比，与粒子荷质比q/m平方根成反比.射线,速度约为射线1/10，而,粒子荷质比比,粒,子荷质比要小多，所以,粒子竖直方向位,移要大，所以是,射线轨迹，是,射线,轨迹.,粒子带正电，而向A板偏移，所以A板带负,电，B板带正电.,第33页,【例3】静止在匀强磁场中某放射性元素核，放出一个,粒子，其速度方向与磁场方向垂直，测得,粒子和反冲核轨道半径之比Rr=301，如图17-2-2所表示，,图17-2-2,第34页,则（）,A.,粒子与反冲核动量大小相等，方向相反,B.反冲核原子序数为62,C.原来放射性元素原子序数为62,D.反冲核与粒子速度之比为162,第35页,【解析】本题结合动量守恒、衰变方程、带电粒子在磁场中圆周运动等几个知识点综合利用；由动量守恒得：MV+mv=0，其中MV为反冲核动量，mv为,粒子动量.,Q为原来放射性元素原子核电荷数，则反冲核电荷数为Q-2，粒子电荷数为2.,反冲核轨迹半径R=MV/B（Q-2）；,粒子轨道半径r=mv/(2B)；综合以上公式可得Q=62.,第36页,【解题回顾】把原子核知识与电磁场及力,学知识结合起来，考查学生综合分析也是,每年高考中热点之一。本例中要注意反,冲核与粒子动量关系及电磁性质，体,会外切圆由来.,返回,第37页,核能,一、核能,1.核力：为核子间作用力.其特点为短程强,引力，只在相邻核子间发生作用，与核子,电性无关.,2.核能：核子结合为原子核时释放能量或,原子核分解为核子时吸收能量，叫做原子核,结合能，亦称核能.,取得核能两个基本路径是重核裂变和轻核聚变.,第38页,3.质量亏损：组成原子核核子与原子核,质量之差叫做质量亏损；需说明是,任何,一个原子核质量总是小于组成它全部核,子质量和.,4.爱因斯坦质能方程：凡含有质量物体,都含有能量，物体质量和能量间关系为：,E=mc,2,；若原子核质量亏损为m，对应释放,能量为E=mc,2,.,第39页,注意：,核反应过程中需遵照三个守恒定律：电荷数守恒定律、质量数守恒定律和动量守恒定律；,质量亏损，并不是质量损失也不是质量消失了，所以不能说与质量守恒定律相矛盾；,不能了解为质量转化为能量，质量和能量分别是物质属性之一，不能等同.,第40页,二、核反应,1.重核裂变：重核俘获一个中子后分裂,为几个中等质量核反应过程叫重核裂,变.,2.链式反应：重核裂变时放出几个中子，,再引发其它重核裂变而使裂变反应不停进行,下去（原子弹原理）.,第41页,3.临界体积：能发生链式反应最小体积.,4.反应堆结构：核燃料、减速剂、镉棒、防,护层.,5.轻核聚变：一些轻核结合成质量较大,核反应过程，该过程能释放出更多量.,6.热核反应：在极高温度下轻核产生聚变,反应，为氢弹工作原理.,第42页,练习,1.关于核能，以下说法中正确是（）,A.核子结合成原子核时，需吸收能量,B.核子结合成原子核时，放出能量,C.不一样核子结合成原子核时，所需吸收能,量相同,D.使一个氘核分解成一个中子和一个质子时，,吸收能量是一个恒定值,第43页,2.质子质量为m,p,，中子质量为m,n,，它们结,合成质量为m氘核，放出能量应为(),A.（m,p,+m,n,-m）c,2,B.(m,p,+m,n,)c,2,C.m,c,2,D.(m-m,p,)c,2,第44页,3.关于铀核裂变，下述说法正确是（）,A.铀核裂变产物是各种多样，但只能裂,变成两块,B.铀核裂变时还能同时释放2到3个中子,C.为了使裂变链式反应轻易产生，最好是,用纯铀235,D.铀块体积对产生链式反应无影响,第45页,4.以下核反应属于裂变反应是(),A.,B.,C.,D.,第46页,【例1】一个静止铀238原子核放射出一个,速度为1.1710,6,m/s,粒子，求：（1）写,出核反应方程；（2）反冲核速度是多大；,（3）在此衰变过程中，由,粒子动能改变,引发质量亏损是多少.,第47页,【解析】写核反应方程要注意质量数和电荷数守恒、衰变时系统动量守恒，同时，衰变过程当然也是能量转化过程，即因为质量亏损放出核能，这些能量在一定条件下也可转化成其它形式能量.,（1）.,第48页,(2)核衰变系统受合外力为0，所以动,量守恒，即0=mv+MV；（m、M分别代表,粒子,和新核质量，v、V分别表示,粒子和新核衰,变后速度），则：V=-mv/M=-210,4,m/s，,即新核运动方向与粒子运动方向相反，,所以叫做反冲核.,第49页,(3)衰变前，铀238动能为0，衰变后系统,总动能增大：,E=1/2mv,2,+1/2MV,2,=1.2310,-7,J，这就,是由核衰变放出能量转化而来，对应质,量亏损可由质能方程得：,m=E/c2=1.3710,-31,kg.,第50页,【解题回顾】在讨论核反应前后粒子速度,或动能时，注意利用动量原理，同时应注,意反应中是否有核能释放，以及核能是否,都以动能形式释放.,第51页,【例2】太阳不停地向外辐射能量.太阳内部,存在有大量氢，在超高温作用下氢原子被电离，,相互碰撞，能使4个氢核聚变为1个氦核，同时,释放出大量能量.已知质子质量m,H,=1.0078u，,粒子质量m,a,=4.0026u，电子质量m,e,=0.00055u.,（1）写出该反应方程式；（2）核反应中释放,能量为多少兆电子伏特？合多少焦耳？,第52页,【解析】依据核反应方程时质量守恒和电荷数守恒，可写出反应方程，由质能关系和质量亏损可求出释放能量.,（1）.,(2)m=4mH-mHe-2me=0.0275u,E=mc,2,=25.6MeV=4.110,-12,J.,第53页,【例3】云室处于磁感应强度为B匀强磁场,中，一静止质量为m,1,原子核在云室中发,生一次,衰变，,粒子质量为m,2,，电量为q，,其运动轨迹在与磁场垂直平面内，现测得,粒子运动轨道半径R，试求在衰变过程中,质量亏损，（包括动量问题时，质量亏损,可近乎忽略）.,第54页,【解析】该衰变放出,粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其轨道半径R与运动速度v关系，可由洛伦兹力和牛顿定律推导Bqv=m,2,v,2,/R.动量守恒定律是自然界中普遍规律，一样适合用于微观世界，由衰变过程动量守恒：,0=m,2,v-(m,1,-m,2,)v;又衰变过程能量起源于质量亏损，,则有：,m,2,c,2,=1/2(m,1,+m,2,)v,2,+1/2m,2,v,2,联立解得：,第55页,【例4】受中子轰击时会发生裂变，产,生 和 ，同时放出200兆电子伏特,能量.现要建设发电能力是50万千瓦核电,站，用铀235作为原子锅炉燃料.假设核裂,变释放能量全部被用来发电，那么一天需,要纯铀235质量为多大？,第56页,【解析】铀235释放能量等于一天发电电能，计算出50万千瓦电站一天发出电能，也是一天所需铀235释放核能，进而求得铀235质量.,一天发出电能为:,E=5010,7,86400=4.3210,13,J;,所需纯铀235质量为m，有:,E=(m/235)6.0210,23,20010,6,1.610,-19,J；可得:m=527g.,第57页,
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