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1、原原 子子 和和 原原 子子 核核原子是质量均匀分布的球体一、原子模型一、原子模型粒子的散射实验粒子的散射实验2.2.实验原理：用实验原理：用粒子轰击金箔，通过观察金原子粒子轰击金箔，通过观察金原子 对对粒子产生的作用效果来推测原子内部的结构。粒子产生的作用效果来推测原子内部的结构。3.实验结果实验结果.a.绝大多数绝大多数粒子基本上未发生偏转说明原子粒子基本上未发生偏转说明原子内部很空虚内部很空虚b.少数少数粒子发生较大偏转说明这些粒子发生较大偏转说明这些粒子遇到粒子遇到了较大的静电力和质量较集中的区域。了较大的静电力和质量较集中的区域。c.极少数极少数粒子甚至被反弹说明原子内部的正粒子甚至
2、被反弹说明原子内部的正电荷集中在一个很小的区域。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）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散射实验是用粒子轰击金箔，结果是绝大多数粒子轰击金箔，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，但是有粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数少数粒子发生了较大的偏转。这说明原子的正电荷和粒子发生了较大的偏转。这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。质量一定集中在一个很小的核上。卢瑟福由卢瑟福由粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正
3、电荷和几乎全部质量小的核，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。都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。由由粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小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的数量级是10-15m。原子核的大小：原子半径数量级为原子核的大小：原子半径数量级为10-10m,原子核大小数量级为原子核大小数量级为10-14m二、天然放射现象二、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、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。叫做天然放射现象。这些元
4、素称为放射性元素。天然放射现象的发现天然放射现象的发现,使人们认识到原子核也有复杂结构使人们认识到原子核也有复杂结构2、种类和性质、种类和性质射线射线高速的高速的粒子流，粒子流，粒子粒子是氦原子核，速度是氦原子核，速度 约为光速约为光速1/101/10，贯穿能力最弱，电离能力最强。，贯穿能力最弱，电离能力最强。 射线射线高速的电子流，高速的电子流，粒子粒子是速度接近光速的负是速度接近光速的负 电子，贯穿能力稍强，电离能力稍弱。电子，贯穿能力稍强，电离能力稍弱。 射线射线能量很高的电磁波，能量很高的电磁波，粒子粒子是波长极短的是波长极短的 光子光子, , 贯穿能力最强贯穿能力最强, ,电离能力最
5、弱。电离能力最弱。 3. .三种射线的来源：三种射线的来源： 粒子粒子是核内两个质子和两个中子抱成团一起射出。是核内两个质子和两个中子抱成团一起射出。粒子粒子是原子核内的中子转化成质子时放出的。是原子核内的中子转化成质子时放出的。射线射线经常是伴随经常是伴随射线和射线和射线产生的。射线产生的。4.三三种种射射线线在在匀匀强强磁磁场场、匀匀强强电电场场、正正交交电电场场和和磁磁场场中的偏转情况比较：中的偏转情况比较：O如如、图图所所示示，在在匀匀强强磁磁场场和和匀匀强强电电场场中中都都是是比比的偏转大，的偏转大，不偏转；不偏转； 区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，
6、在电场中偏转轨迹是抛物线。在电场中偏转轨迹是抛物线。图中图中肯定打在肯定打在O点；点； 如果如果也打在也打在O点，则点，则必打在必打在O点下方；点下方； 如果如果也打在也打在O点，则点，则必打在必打在O点下方。点下方。5.三种射线的性质和实质三种射线的性质和实质带带电电量量质质量量数数符号符号电离电离性性穿透性穿透性实实质质来来源源射射线线+2e4很强很强很小（一很小（一张普通纸）张普通纸）高速的高速的氦核流氦核流(v0.1c)两个中子和两两个中子和两个质子结合成个质子结合成团从原子核中团从原子核中放出放出射射线线-e0弱弱很强（几很强（几毫米铝板）毫米铝板）高速的高速的电子流电子流(vc)原
7、子核中的中原子核中的中子转换成质子子转换成质子时从原子核中时从原子核中放出放出射射线线00很小很小更强（几更强（几厘米铅板）厘米铅板）波长极波长极短的电短的电磁波磁波原子核受激原子核受激发产生的发产生的三、天然衰变中核的变化规律三、天然衰变中核的变化规律1、衰变规律、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。守恒和电荷数守恒。（1）衰变：随着衰变：随着衰变，新核在元素周期表中位置衰变，新核在元素周期表中位置向前移向前移2位，即质量数位，即质量数-4,电荷数电荷数-2（2）衰变：随着衰变：随着衰变，新核在元素周期表中位置
8、衰变，新核在元素周期表中位置向后移向后移1位，即质量数不变位，即质量数不变,电荷数电荷数+1（3） 衰衰变变：随随着着 衰衰变变，变变化化的的不不是是核核的的种种类类, ,而而是是核的能量状态。但一般情况下，核的能量状态。但一般情况下， 衰变总是伴随衰变总是伴随衰衰 变或变或 衰变进行的。衰变进行的。2、关于半衰期的几个问题、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）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间。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）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，放射性较强短的元素衰变得快
9、，放射性较强（3）特征：半衰期只与元素本身有关）特征：半衰期只与元素本身有关,与所处的物理、与所处的物理、化学状态及周围环境、温度等都无关。化学状态及周围环境、温度等都无关。（4）两种错误认识：）两种错误认识：a.N0（大大量量）个个放放射射性性元元素素的的核核，经经过过一一个个半半衰衰期期T，衰变了一半，再经过一个半衰期衰变了一半，再经过一个半衰期T，全部衰变完。，全部衰变完。b.若有若有4个放射性元素的核个放射性元素的核,经一个半衰期经一个半衰期,将衰变将衰变2个。个。事实上，事实上，N0（大量）个某种放射性元素的核，经过时（大量）个某种放射性元素的核，经过时间间t后剩下的这种核的个数为后
10、剩下的这种核的个数为而对于少量的核（如而对于少量的核（如4个），是无法确定其衰变所需要个），是无法确定其衰变所需要的时间的。这实质上就是的时间的。这实质上就是“半衰期反映了核衰变过程的半衰期反映了核衰变过程的统计快慢程度统计快慢程度”的含义。的含义。四、原子核的人工转变和原子核的组成四、原子核的人工转变和原子核的组成用用高高速速运运动动的的粒粒子子去去轰轰击击原原子子核核，是是揭揭开开原原子子核核内内部部奥奥秘秘的的要要本本方方法法。轰轰击击结结果果产产生生了了另另一一种种新新核核，其其核核反应方程的一般形式为反应方程的一般形式为其中其中是靶核的符号，是靶核的符号，x为入射粒子的符号，为入射粒
11、子的符号，是新生核的符号，是新生核的符号，y是放射出的粒子的符号。是放射出的粒子的符号。1.发现质子发现质子:1919年卢瑟福首先做了用年卢瑟福首先做了用a粒子轰击氮原子核的实验。粒子轰击氮原子核的实验。核反应方程式核反应方程式这是人类第一次发现质子的核反应方程。这是人类第一次发现质子的核反应方程。2.发现中子：发现中子：1930年查德威克发现中子，年查德威克发现中子，核反应方程式核反应方程式值值得得指指出出的的是是，查查德德威威克克在在对对不不可可见见粒粒子子的的判判断断中中，运运用用了了能能量量和和动动量量守守恒恒定定律律, ,科科学学地地分分析析了了实实验验结结果果, ,排除了排除了 射
12、线的可能性射线的可能性, ,确定了是一种粒子确定了是一种粒子中子中子. .3、原子核的组成：、原子核的组成：质子质子+中子（质子和中子统称为核子）中子（质子和中子统称为核子）质子的质量质子的质量mp=1.672623110-27中子的质量中子的质量mn=1.674928610-27四、核反应四、核反应所有核反应的反应前后都遵守：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。）质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）衰变：衰变：衰变：衰变：（核内）（核内）衰变：衰变：（核内）（核内）+衰变：衰变：（核内）（核内）衰变：原子核处于较高能级衰变：原子核处于较高能级
13、,辐射光子后跃迁到低能级辐射光子后跃迁到低能级.人工转变：人工转变：（发现质子的核反应）（发现质子的核反应）（发现中子的核反应）（发现中子的核反应）（人工制造放射性同位素）（人工制造放射性同位素）重核的裂变：重核的裂变：在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续在一定条件下（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。不断地进行下去，这就是链式反应。轻核的聚变：轻核的聚变：（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）利用其射线：利用其射线：射线电离性强，用于使空气电离，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。将静电泄出，从
14、而消除有害静电。射线贯穿性强，射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。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进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木，判定出土木质文物的产生年代。质文物的产生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种一般都使用人工制造
15、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）处理。可制成各种形状，强度容易控制）五、核能五、核能1.核能核能:核反应中放出的能叫核能。核反应中放出的能叫核能。核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成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。它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。（1）爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之）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：间存在着密切的联系
16、，它们的关系是：E = mc2，这就是爱因斯坦的质能方程。，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：）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。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。它表示在非国际单位里，可以用。它表示1原子质量单位的原子质量单位的质量跟的能量相对应。质量跟的能量相对应。对质能方程的理解对质能方程的理解（3）一定的质量一定的质量m总是跟一定的能量总是跟一定的能量mc2对应。核子在对应。核子在结合成原子核时的总质量减少了结合成原子核时的总质量减少了,相应的总能量也相应的总能量也要减少要减少,根据能量守恒定律，减少的这部分能量不根据能量守恒定律，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。会凭空消失，它要在核子结合过程中释放出去。反过来反过来,把原子核分裂成核子把原子核分裂成核子,总质量要增加，总总质量要增加，总能量也要增加能量也要增加,增加的这部分能量也不会凭空产生增加的这部分能量也不会凭空产生,要由外部来供给。能量总是守恒的要由外部来供给。能量总是守恒的,在原子核反在
