原子和原子核

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1、原子和原子核原子和原子核原 子 是 质 量 均 匀 分 布 的 球 体 一、原子模型 粒子的散射实验 1.实验装置 2.实验原理：用粒子轰击金箔，通过观察金原子 对粒子产生的作用效果来推测原子内部的结构。 3.实验结果. a.绝大多数粒子基本上未发生偏转说明原子 内部很空虚 b.少数粒子发生较大偏转说明这些粒子遇到 了较大的静电力和质量较集中的区域。 c.极少数粒子甚至被反弹说明原子内部的正 电荷集中在一个很小的区域。4.卢瑟福的核式结构模型（行星式模型）粒子散射实验是用粒子轰击金箔，结果是绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有 少数粒子发生了较大的偏转。这说明原子的正电荷和

2、 质量一定集中在一个很小的核上。 卢瑟福由粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很 小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量 都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。 由粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小 的数量级是10-15m。 原子核的大小：原子半径数量级为10-10 m, 原子核大小数量级为10-14 m二、天然放射现象1、天然放射现象：某些元素能自发地放出射线的现象 叫做天然放射现象。这些元素称为放射性元素。 天然放射现象的发现,使人们认识到原子核也有复杂结构 2、种类和性质 射线高速的粒子流，粒子是氦原子核，速度约为光速1/10，贯穿能力最弱，电离能力最强。 射

3、线高速的电子流，粒子是速度接近光速的负 电子，贯穿能力稍强，电离能力稍弱。 射线能量很高的电磁波，粒子是波长极短的光子, 贯穿能力最强,电离能力最弱。 3.三种射线的来源： 粒子是核内两个质子和两个中子抱成团一起射出。 粒子是原子核内的中子转化成质子时放出的。 射线经常是伴随射线和射线产生的。4. 三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场 中的偏转情况比较：O如、图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是比 的偏转大，不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。图中肯定打在O点；如果也打在O点，则必打在O点下方；如果也打在O点，则必打在O点下方。 5. 三种射线的性质和实质带

4、带 电电 量质质 量 数符号电电离 性穿透性实实 质质来 源 射 线线+2e4很强很小（一 张张普通纸纸 ）高速的 氦核流 (v 0.1c)两个中子和两 个质质子结结合成 团团从原子核中 放出 射 线线-e0弱很强（几 毫米铝铝板 ）高速的 电电子流 (vc)原子核中的中 子转换转换 成质质子 时时从原子核中 放出 射 线线00很小更强（几 厘米铅铅板 ）波长长极 短的电电 磁波原子核受激 发产发产 生的三、天然衰变中核的变化规律 1、衰变规律在核的天然衰变中，核变化的最基本的规律是质量数 守恒和电荷数守恒。 （1） 衰变：随着衰变，新核在元素周期表中位置 向前移2位，即质量数-4,电荷数-2

5、（2） 衰变：随着 衰变，新核在元素周期表中位置 向后移1位，即质量数不变,电荷数+1（3） 衰变：随着 衰变，变化的不是核的种类,而是 核的能量状态。但一般情况下， 衰变总是伴随衰 变或 衰变进行的。 2、关于半衰期的几个问题 （1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需 要的时间。 （2）意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度。半衰期 短的元素衰变得快，放射性较强 （3）特征：半衰期只与元素本身有关,与所处的物理、 化学状态及周围环境、温度等都无关。 （4）两种错误认识： a. N0（大量）个放射性元素的核，经过一个半衰期T， 衰变了一半，再经过一个半衰期T，全部衰变完。 b. 若有4个

6、放射性元素的核,经一个半衰期, 将衰变2个。 事实上，N0（大量）个某种放射性元素的核，经过时 间t后剩下的这种核的个数为 而对于少量的核（如4个），是无法确定其衰变所需要 的时间的。这实质上就是“半衰期反映了核衰变过程的 统计快慢程度”的含义。四、原子核的人工转变和原子核的组成用高速运动的粒子去轰击原子核，是揭开原子核内部 奥秘的要本方法。轰击结果产生了另一种新核，其核 反应方程的一般形式为其中 是靶核的符号， x为入射粒子的符号，是新生核的符号， y是放射出的粒子的符号。1. 发现质子:1919年卢瑟福首先做了用a粒子轰击氮原子核的实验。核反应方程式这是人类第一次发现质子的核反应方程。2.

7、发现中子： 1930年查德威克发现中子，核反应方程式值得指出的是，查德威克在对不可见粒子的判断中， 运用了能量和动量守恒定律,科学地分析了实验结果, 排除了 射线的可能性,确定了是一种粒子中子. 3、原子核的组成：质子 + 中子（质子和中子统称为核子）质子的质量mp=1.672 623 110-27 kg=1.007227u中子的质量mn=1.674 928 610-27 kg=1.008665u四、核反应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。）1.核反应类型衰变：衰变：（核内）衰变：（核内）+衰变：（核内）衰变：原子核处于较高能级,辐射光子后跃迁到低能级.

8、人工转变：（发现质子的核反应）（发现中子的核反应）（人工制造放射性同位素）重核的裂变：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。轻核的聚变：（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）2.放射性同位素的应用 利用其射线：射线电离性强，用于使空气电离， 将静电泄出，从而消除有害静电。射线贯穿性强， 可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线 均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊 断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木 质文物的产生年代。 一般都使用人工

9、制造的放射性同位素（种类齐全，各种 元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易 处理。可制成各种形状，强度容易控制） 五、核能 1.核能: 核反应中放出的能叫核能。 2.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 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 （1）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： E = mc2，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：E=mc2。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1u=931.5MeV。它表示1原 子质量单位的质量跟931.5M

10、eV的能量相对应。对质能方程的理解（3） 一定的质量m总是跟一定的能量mc2对应。核子在 结合成原子核时的总质量减少了,相应的总能量也 要减少,根据能量守恒定律，减少的这部分能量不会凭空消失，它要在核子结合过程中释放出去。 反过来,把原子核分裂成核子,总质量要增加，总能量也要增加,增加的这部分能量也不会凭空产生,要 由外部来供给。能量总是守恒的,在原子核反应伴随有巨大的放能和吸能现象。物体的质量减少了，它的能量也减少；物体的质量增 加了，它的能量也增加；不能错误地认为质量和能量 发生了相互转化。4.释放核能的途径凡是释放核能的核反应都有质量亏损。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损

11、是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。铁原子核中核子的平均质量最小,所以铁原子核最稳定.凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反 应都是释放核能的。 5.核反应堆目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的。核反应堆的主要组成是：反应堆示意图核燃料。用浓缩铀(能吸收慢中子的铀235占3%4%)减速剂。用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速, 以便被铀235吸收）。控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出 去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全）。水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。例题一

12、近几年，我国北京、上海、山东、广州等地引进 了十多台刀，治疗患者5000余例，效果极好，成 为治疗脑肿瘤的最佳仪器。令人感叹的是，用刀 治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时可 完成手术，无需住院，因而刀被誉为“神刀”。据 报道，我国自己研制的旋式刀性能更好，即将进 入各大医院为患者服务。问：刀治疗脑肿瘤主要 是利用（ ） A射线具有很强的贯穿本领 B射线具有很强的电离作用 C射线具有很高的能量 D射线很容易绕过障碍物 射线在电磁波谱中的频频率最高 光子能量最大 。穿透能力最强AC例题二 如图所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核 发生某种核变化后，产生的两种运动粒子在匀强 磁场中的运动轨迹

13、，可能是（ ） A原子核发生了衰变 B原子核发生了衰变 C原子核放出了一个正电子 D原子核放出了一个中子 衰变过程动量守恒m1V1m2V2由图可知，两粒子均带正电。AC例题四 处于静止状态的原子核X，经历了一次衰变 后变成质量为M的Y原子核，放出的粒子垂 直射入磁感应强度为B的匀强磁场。测得其做 圆周运动的半径为r，已知粒子的质量为m， 电量为q，求此衰变过程亏损的质量。 例题分析与解答 mV2=MV1 r=mV2/qB mC2 =例题五 氢原子核外电子在第一轨道上运动时，能量 E1=13.6eV，轨道半径r1=0.531010m。 这时电子运动的动能是多少eV？电势能是多 少eV？ EK1+

14、EP1=E1=-13.6eV，EP1=-27.2eV.1、下列说法正确的是（ ）A22688Ra衰变为22286Rn要经过1次衰变和1次 衰变 B23892U衰变为23491Pa要经过1次哀变和1次 衰变 C23290Th衰变为20882Pb要经过6次衰变和4次 衰变 D23892U衰变为22286Rn要经过4次衰变和4次 衰变 应该先根据质量数算哀变的次数。知道为什么吗？再根据电荷数计算衰变的次数B C3、若元素A的半衰期为4天,元素B的半衰期为5天,则相 同质量的A和B,经过20天后,剩下的质量之比mA:mB（ ） A30:31 B31:30 C1:2 D2:1C4、关于、三种射线，下列说

15、法中正确的是（ ） A射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强。 B射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的 穿透能力。 C射线一般伴随着或射线产生，它的穿透能力最强。 D射线是电磁波，它的穿透能力最弱。 三种射线中， 射线的穿透能力最强。三种射线中， 射线的电离能力最强。C5、图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放 出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束， 以下判断正确的是（ ） A为射线、b为射线 B为射线、b为射线 C为射线、C为射线D为射线、C为射线 B C6、目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成 。u夸克带电量为2e/3，d夸克带电量-e/3，e为基元电荷。下列论断可能正 确的是（ ） A质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 B质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 C质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成D质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸