原子物理基础课件

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1、第十三章 原子物理,1.高考要求 2.知识网络 3.分节复习,高考要求,高考要求,知识网络,原子 物理,光电效应 原子结构与能级 原子核的组成 核反应方程,分节复习,第一节：波粒二象性 （1）光电效应 （2）光的本性探究 第二节：原子结构与能级 （1）原子结构的发现 （2）波尔理论与原子跃迁 第三节：原子核与核反应 （1）原子核的组成 （2）核反应与核衰变,第一节 波粒二象性,考点1：光电效应 （1）光电效应现象 （2）普朗克能量量子假说 （3）爱因斯坦光子假说 考点2：光的本性解析,考点1：光电效应,光电效应现象： 在光的照射下，从物体表面发射出电子的现象。该电子叫做光电子；该电子形成的电流

2、叫光电流。,（1）光电效应现象,1.光电效应的条件：v入v金 （1）光电效应的发生是瞬时的； （2）每种金属都有对应的极限频率。,（2）普朗克能量量子假说,（1）能量有最小的单元，叫“能量子”； （2）任何物体在任何温度下，都向外发射波长不同的电磁波； （3）物体在吸收或释放电磁波时，物体能量的变化是不连续的，是一份一份能量变化的。,（3）爱因斯坦光子假说,（1）光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的, 每一份叫光子, 光子的能量跟频率成正比（E=hv）； （2）光电效应方程： ； （3）电子吸收光子能量不积累，动能立即增大，克服阻力飞出； （4）在原子表面的电子克服阻力做功最小，飞

3、出后初动能最大：W=hvo,例 1,某入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱而保持其频率不变，则下列说法正确的是： A.有可能不发生光电效应 B.光电子的最大初动能将减小 C.从光照射到发生光电效应时间间隔增加 D.单位时间从金属表面逸出的光电子数减小,D,巩固练习,硅光电池是利用光电效应原理制成的器件，下列表述正确的是： A.该电池是把光能转变为电能的一种装置 B.该电池中吸收了光子能量的电子都能逸出 C.光电子最大初动能与入射光的频率无关 D.任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应,A,如图所示，用一束光照射光电管时，电流表A中有一定读数，下列措施中有可能使电流表的

4、示数增大的是： A.增大入射光的波长 B.增大入射光的强度 C.滑片P向右端移动 D.滑片P向左端移动,巩固练习,BC,考点2：光的本性探究,关于光的本性，早期有牛顿的微粒说和惠更斯的波动说，后来又有麦克斯韦的电磁说。20世纪初，为解释光电效应现象，爱因斯坦提出了光子说。,光的波动性,光的粒子性,干涉现象,衍射现象,光电效应,康普顿效应,波粒二象性： （1）光既有波动性，也有粒子性； （2）大量光子的运动表现为波动性，少数光子的运动表现为粒子性； （3）频率较低的光，波动性较显著；频率较高的光，粒子性较显著； （4）光在传播过程呈现波动性；光在与物质相互作用的过程，呈现出粒子性； （5）光既不

5、是经典的粒子，也不是经典的波。,考点2：光的本性探究,第二节 原子结构与能级,考点1：汤姆生的原子模型 （1）发现电子的过程 （2）建立枣糕原子模型 考点2：卢瑟福的核式结构 考点3：波尔理论与原子跃迁 （1）波尔理论的三个假设 （2）原子跃迁与能级变化,原子结构的发展史,卢瑟福的 原子核式 结构模型,粒子散射实验,核式结构模型,发现电子,无核结构模型,能级图,计 算,H光谱了解,玻尔 理论,薛定鄂 模型,电子云 模型,原子,考点1：汤姆生的原子模型,（1）发现电子的过程,（1）用电场偏转法确定射线粒子电性； （2）该射线粒子是构成物质的共同成份； （3）用电场与磁场测定射线粒子的荷质比； （

6、4）密立根测出该粒子的电量e1.610-19c； （5）测得该粒子的质量为m9.1110-31kg。,（2）建立枣糕原子模型,（1）电子带负电，但原子呈电中性； （2）带正电的部分均匀分布在原子中； （3）电子在平衡位置附近振动。,考点2：卢瑟福的核式结构,（1）原子的正电荷和几乎全部的质量，均集 中在原子中心（原子核）； （2）原子核是微小的，致密的，核外大部分 空间是空洞洞的，有电子绕核高速运动； （3）核外电子绕核运动的轨道是任意选择的。,考点2：卢瑟福的核式结构,考点3：波尔理论与原子跃迁,1.波尔理论： （1）原子光谱 （2）三个假设： 2.原子跃迁： （1）吸收光子的跃迁 （2）原

7、子的电离问题 （3）碰撞原子的跃迁 （4）一个原子的跃迁,光 谱 管,内充低压气体,分光镜,H,H,H,H,每种原子都有自己特定的光谱线,钠原子的光谱,汞原子的光谱,（1）原子光谱,氢原子的光谱,（2）三个假设,原子只能处于一系列不连续的能量状态中， 在这些状态中 ，电子虽然作加速运动，但并 不向外辐射能量，这些状态叫做定态。,二. 原子的不同能量状态对应于电子的不同运 行轨道，电子的可能轨道也是不连续的，即电 子不能在任意的轨道上运行。,三. 原子从一种定态（ 能量为Ek）跃迁到 另一种定态（能量为En）时，它辐射或吸收 一定频率的光子（hv =En-Ek ）。,（2）三个假设,例 1,根据

8、波尔理论，下面对原子跃迁的有关说法正确的是： A. 原子处于定态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量 B.电子可能轨道的分布是任意的，连续的 C.电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射 （或吸收）一定频率的光子 D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕 核做圆周运动的频率,AC,巩固练习,根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后： A.原子的能量增加，电子的动能减小 B.原子的能量增加，电子的动能增加 C.原子的能量减少，电子的动能减小 D.原子的能量减少，电子的动能增加,D,（1）吸收光子的跃迁,1.原子从基态n=1向激发态n=2跃迁时，需要吸收光子的能量为：E=E2-E1=

9、10.2eV 2.原子从激发态n=4向激发态n=3跃迁时，辐射出光子的能量为： E=E4-E3=0.66eV,3.思考： 如何计算一群氢原子跃迁时产生的不同频率光子的种类？ 例如：一群处在激发态n=4的氢原子发生跃迁时可以产生多少种不同频率的光子？,例 2,如图所示，为氢原子的能级图。现有大量氢原子处于n=4的激发态，说法正确： A. 由n=4跃迁到n=1产生的光子能量最小 B. 由n=2跃迁到n=1产生的光子频率最小 C.氢原子共可辐射出3种不 同频率的光 D.用n=2跃迁到n=1辐射出 的光可使逸出功为6.34eV 的 金属铂发生光电效应,D,巩固练习,如图所示，为氢原子的能级图。已知可见

10、光光子的能量在1.61eV3.10eV范围内，若氢原子从某高能级跃迁到量子数为n的低能级的谱线中有可见光，则n为： A. n=1 B. n=2 C. n=3 D. n=4,B,巩固练习,如图，为氢原子的能级图。现有一个氢原子处于基态，在光子能量为12.75eV的光照射后处于激发态，然后再向低能态跃迁，试求： （1）辐射出不同频率的光子最多有多少种？ （2）若辐射出来的光子，均能 使逸出功为2.50eV的金属发生 光电效应，请画出原子受激发 后向低能态跃迁的示意图。,（1）3种 （2）如图所示,（2）原子的电离问题,根据波尔理论，如果入射光光子的能量足够大，则可以使氢原子发生跃迁后，其量子数为n

11、=，即此时电子将脱离原子核的束缚，这种就是氢原子的电离现象。,例 3,氦原子被电离一个核外电子后，形成类氢结构的氦离子，氦离子基态能量为E1=-54.4eV。具有以下能量的光子不能使基态氦离子发生跃迁的是： A. 0.8eV B.43.2eV C.51.0eV D.55.0eV,B,（3）碰撞原子的跃迁,根据波尔理论，如果有一实物粒子（电子）的能量大于或等于氢原子某两个能级之差，用该粒子去碰撞氢原子，就可能使氢原子发生跃迁 。,例 4,如图所示，是氢原子的能级结构图，为了使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是： A.用11.0eV的光子照射 B.用14.0eV的光子照射 C.用11.0eV的

12、电子碰撞 D.用10.0eV的电子碰撞,BC,波尔理论的局限性,玻尔理论能够很圆满地解释氢光谱并且预言了氢原子辐射电磁波谱的问题，其成功之处在于引进了量子化的观点；但是，在解释其它原子光谱时遇到了很大的困难，因为玻尔理论过多地保留了经典理论。 牛顿力学只适用于宏观低速运动（相对于光速）的物体，对于微观粒子高速运动，牛顿力学不适用了。,电子云,第三节 原子核与核反应,考点1：原子核的组成 （1）天然放射现象 （2）质子的发现 （3）中子的发现 （4）放射性同位素的发现 考点2：核反应与核能 （1）核聚变与核裂变 （2）核能的计算与质能方程,卢瑟福发现质子,N2,粒子轰击氮核产生了可以穿透铝箔的质

13、子,卢瑟福的粒子轰击氮核实验,查德威克发现中子,原子核的组成,中子,质子,统称核子,电荷数 = 电子数,= 原子序数,U,He,H,1 1,4 2,235 92,X,A Z,（核）电荷数,质量数,原子核直径 1014m,核反应与核衰变,1.什么是衰变？衰变可以分为哪几类？ 2.衰变过程产生的三种射线有何异同？ 3.写核反应方程时，应注意哪些守恒量？ 4.原子核衰变的半衰期跟什么因素有关？ 5.如何利用放射性元素的半衰期进行考古？,天然放射性现象,衰变,放射性元素,衰变, ,新元素,半衰期 定义,计 算：,a衰变规律,衰变时放出 粒子的，叫 衰变,衰变规律： 核的质量数减少4，电荷数减少2。,

14、粒子即氦原子核 ,He,4 2,衰变的实质,新核,衰变规律,衰变时放出 粒子的，叫 衰变, 衰变规律： 核的质量数不变，电荷数增加1。, 粒子即电子 ,e,0 1,衰变的实质,衰变实质,新核,新核,几个重要核反应方程,三种射线的比较,三种射线的比较,放射性同位素的发现,法国科学家约里奥.居里和伊丽芙.居里夫妇发现放射性同位素：,放射性同位素的应用,射线作用：射线无损探伤;射线在生物学上的作用；利用、射线的电离作用排泄静电； 示踪原子作用：用标示元素来追踪情况 半衰期作用：考古，文物鉴定等,放射线的危害与防护,根据三种射线的穿透能力的强弱，特性，一般有以下几种防护方法： 1.时间防护 2.距离防

15、护 3.屏蔽防护,巩固练习 1,某放射性元素经过m次a衰变和n次B衰变，变成一种新的原子核，则新的原子核比原来的原子核原子序数减小： A. 2m+n B. 2m-n C. m+n D. m-n,核力,1.什么是核力？为什么必须存在核力？为什么说原子核核子的作用力基本都是引力？ 2.核力的作用范围与性质？ 3.如何区分轻核与重核？它们有何区别？,结合能,用高能量的光子照射氘核时：,实验表明，当光子的能量小于2.22MeV，时该反应并不发生。,结合能,当一个中子和一个质子结合成氘核时：,爱因斯坦质能方程：EmC2,核子结合成原子核时放出的能量，就是原子核的结合能。,核平均结合能,巩固练习 2,核裂

16、变,重核的裂变： 重核俘获一个中子后分裂为几个中等质量的核的反应过程. 在裂变的同时要放出几个中子和大量的核能。,裂变的链式反应： 核裂变反应能自己持续下去，源源不断地将核能释放出来；链式反应必须使铀块体积满足临界体积。,核聚变,轻核的聚变： 某些轻核结合成质量较大的核的核反应过程，同时放出大量的核能。,核聚变的条件： 发生核聚变的核子必须接近到10-15m，即核子动能很大。所以受控热核反应有“点火条件”,核反应堆示意图,核反应堆工作原理,1.铀棒是天然铀或者是浓缩铀（铀235含量约为3%） 2.用石墨或重水来做减速剂，减慢裂变时中子速度 3.用对中子吸收很强的镉棒来控制裂变反应的速度 4.反应堆外层是很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线