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1、原子物理原子构造原子核组成核能原子的核式构造与玻尔实际一、原子的核式构造 1.实验根底：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的偏转，极少数粒子偏转角度超越90，有的甚至被弹回.该实验就是粒子散射实验.更多资源更多资源xiti123.taobao 2.结论：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，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绕着核旋转.原子核所带的正电荷数等于核外电子数，所以整个原子是中性的，电子绕核运动的向心力就是核对它的库仑力. 3.原子和原子核的大小：原子的大小数量级大约是10-10m，原子核的大小数量级在10-
2、1510-14m之间.二、玻尔的量子化模型 1经典电磁实际对原子核式构造的解释中以为，原子是不稳定的，电子绕核旋转，并不断向外辐射电磁波，因此电子的能量不断衰减，最终电子陨落到原子核上；现实上原子是稳定的.2经典电磁实际以为原子发射的光谱，由于原子能量逐渐衰减，因此其辐射的电磁波的频率该当是延续的；现实上原子发消费生的光谱是不延续的.1.卢瑟福核式构造与经典电磁实际的矛盾：2.玻尔实际.(1)三个假设： 定态假设原子只能处于一系列不延续的能量形状中，在这些形状中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但不向外辐射能量. 跃迁假设原子从一种定态设能量为E初跃迁到另一种定态设能量为E终时，它辐射或吸收一
3、定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决议，即h=E初-E终。 轨道量子化假设原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，原子的定态是不延续的，因此电子的能够轨道的分布也是不延续的.(2)两个公式：了解 能级公式：原子各定态的能量叫做原子的能级，对于氢原子，其能级公式为： En=E1/n2(n=1、2、3)轨道公式：rn=n2r1(n=1、2、3) n为量子数，只能取正整数，En是半径为rn的轨道的能量值，它等于核外电子在该轨道上运转时动能和原子的电势能总和，假设规定无限远处为零电势点，那么E1=-13.6eV.留意：量子数n=1定态，又叫基态，能量值最小，电子动能最大，电势
4、最小；量子数越大，能量值越大，电子动能越小，电势能越大.例题例题:练习1.原子的核式构造学说是根据以下哪个实验或景象提出来的 A.光电效应 B.氢原子光谱实验C.粒子散射实验 D.天然放射景象2.卢瑟福提出的原子的核式构造学说的根据是在粒子散射实验中发现粒子 A.全部穿过或发生很小的偏转B.全部发生很大的偏转C.绝大多数穿过金箔后前进方向几乎不变，只需少数发生很大偏转D.绝大多数发生偏转，甚至被弹回3.玻尔在他的原子模型中所做的假设有( )A.原子处于称为定态的能量形状时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量B.原子的不同能量形状与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的能够轨道的分布是不
5、延续的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的光子D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核运转的频率【例1】在粒子散射实验中，有少数粒子发生了较大角度偏转，其缘由是AA.原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在原子中心一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只处在一系列不延续的能量形状中 【解析】粒子散射实验的意义，在于它是原子的核式构造实际建立的根底. 答案为A.【例2】处于基态的氢原子在某单色光的照射下，只能发出频率为1、2、3的三种光，且1 2 3，那么该照射光的光子能量C A.h1 ； B.h2 ； C.h3； D.h(1 +2
6、+3)；【解析】根据玻尔实际，当处于基态的氢原子遭到某单色光照射时，氢原子应吸收一个光子的能量h，从基态跳迁到某一定态，假设处于该定态的氢原子向较低定态跃迁只能发出频率为1、2、3的三种光，那么该定态一定为第三能级，再由三种光的频率的大小和氢原子能级关系，当有h1h2h3 ，而且有h1+h2=h3，而h3为照射光的光子能量，也为基态与第三能级间的能量差，故此题答案为C.【例3】估算运发动跑步时的德布罗意波的波长，阐明为什么我们察看不到运发动的动摇性【解析】设运发动的质量为60kg，该运发动跑步时速度为10m/s，那么其德布罗意波的波长：=h/mv=6.6310-34/(6010)=1.110-
7、36m；由计算结果可知，其波长太小，几乎察看不到.所以观察不到宏观的物体的动摇性.【解题回想】察看以下宏观物体的动摇性，是由于，波长大小，而微观粒子的德布罗意波长较大，就较容量察看到其动摇性.【例4】粒子散射实验中，当粒子最接近原子核时，粒子符合以下的情况是ADA.动能最小B.势能最小C.粒子与金原子核组成的系统的能量最小D.所受原子核的斥力最大【解析】该题所调查的是原子的核式构造、动能、电势能、库仑定律及能量守恒等知识点.粒子在接近金原子核的过程中，要抑制库仑斥力做功，动能减少电势能增大，两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒.根据库仑定律，间隔最近时，斥力最大.综上所述，此题答案
8、为AD.前往前往:原子核的组成一、天然放射性 1.贝克勒尔首先发现了某些矿物中能发出某种看不见的射线，此射线可以穿透黑纸使照相底片感光.物质发射这种射线的性质叫放射性，具有这种性质的物质称作放射性元素.经过研讨发现，原子序数大于83的一切天然存在的元素都具有这种性质，这种能自发的放射出射线的景象叫天然放射景象.2.三种射线的比较： 射线：本质是氦核流，速度约为光速的非常之一，贯穿身手弱，电离作用极强； 射线：电子流，速度接近光速，贯穿身手强，电离作用弱； 射线：本质量波长极短的电磁波，就是光子，贯穿身手最强，电离作用最弱；3.原子核的衰变：原子核自发的放出某种粒子而转变成为新核的过程叫原子核的
9、衰变.衰变： ,同时放出射线；衰变： ，同时放出射线； 4半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.剩余的原子核数和质量，N0、m0为最初原核子数和质量. 半衰期由核内部的要素决议的，与原子的物理形状和化学形状无关，即与外部条件无关.二、原子核的组成 1.原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子，质子数一样，中子数不同的元素称为同位素.使核子严密结合在一同的力叫核力，核力是很强的短间隔作用力；原子核内只需相邻的核子间才有核力作用.2.核子的发现. (1)发现质子的核反响方程1919年，卢瑟福： . (2)发现中子的核反响方程1932年，查德威克： . 中子首先是卢瑟福预言了其存在
10、，而小居里夫妇最先做出这一实验，发现了中子，但小居里夫妇没有留意到卢瑟福的预言，当初以为它是一种波长极短的电磁波.三、原子核的人工转变 1.用人工的方法使原子核发生变化叫做原子核的人工转变，它是人们研讨原子核的构造及其变化规律的有力武器. 2.用人工转变的方法得到放射性同位素，是一个重要的发现，放射性同位素主要有两方面的运用：利用它的射线；作为示踪原子. 3.放射性同位素的发现1934年，约里奥居里夫妇： ，而 也有放射性； ，其中 是正电子. 4.留意：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的原子核的过程中，不可以为是高速粒子从原子核中打出了粒子.练习1
11、.下面哪些现实证明了原子核具有复杂构造( )A.粒子的散射实验B.天然放射景象C.阴极射线的发现D.伦琴射线的发现2.射线的本质是( )A.电子流 B.高速电子流C.光子流 D.高速氦核流3.放射性元素的半衰期是( )A.质量减小一半需求的时间B.原子量减少一半需求的时间C.原子核全部衰变所需时间的一半D.原子核有半数发生衰变需求的时间【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， 衰变不改蜕变量数，所以应领先以质量数的变化来计算衰变次数.原子每发生一次衰变时质量就减少4个单位，电荷数减少2个单位，而每发生一次衰变，那么质量数不变，电荷数添加一个单位.质量数由232减
12、少到208共发生衰变的次数为： Na=(232-208)/4=6;再结合电荷数的变化确定衰变的次数： N=【解题回想】处理核反响方程类问题时，一定要抓住核反响中质量数和电荷数守恒这个规律，本例还要留意衰变的特点质量数不变.【例2】将天然放射性物质放入顶端开有小孔的铅盒S里，放射线便从小孔中射出，沿带电平行金属板A、B之间的中线垂直于电场方向进入电场，轨道如图1-2-1所示，那么轨迹 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【解析】由于射线不带电，进入电场后不会改动方向，所以轨迹为射线. 带电粒子垂直进入匀强电场，那么在匀强电场中做类平抛运动，竖直方向的位移为s=
13、v0t,设两板间的间隔为d，那么1/2D=1/2at2，a=8E/m=qU/dm,那么 s= ， 由此式可知s与粒子进入电场的初速度v0成正比，与粒子的荷质比q/m的平方根成反比.射线速度约为射线的1/10，而粒子的荷质比比粒子的荷质比要小的多，所以粒子的竖直方向位移要大，所以是射线的轨迹，是射线的轨迹. 粒子带正电，而向A板偏移，因此A板带负电，B板带正电.【例3】静止在匀强磁场中的某放射性元素的核，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所示，图17-2-2那么 A.粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B.反冲核的原子序数为62C.
14、原来放射性元素的原子序数为62D.反冲核与粒子的速度之比为162【解析】此题结合动量守恒、衰变方程、带电粒子在磁场中的圆周运动等几个知识点综合运用；由动量守恒得：MV+mv=0，其中MV为反冲核动量，mv为粒子的动量. Q为原来放射性元素的原子核电荷数，那么反冲核的电荷数为Q-2，粒子电荷数为2. 反冲核的轨迹半径R=MV/BQ-2； 粒子的轨道半径r=mv/(2B)；综合以上公式可得Q=62.【解题回想】把原子核知识与电磁场及力学知识结合起来，调查学生综合分析也是每年高考中的热点之一。本例中要留意反冲核与粒子的动量关系及电磁性质，体会外切圆的由来.前往前往核能一、核能 1.核力：为核子间作用
15、力.其特点为短程强引力，只在相邻的核子间发生作用，与核子的电性无关. 2.核能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能.获得核能的两个根本途径是重核裂变和轻核聚变. 3.质量亏损：组成原子核的核子与原子核的质量之差叫做质量亏损；需阐明的是任何一个原子核的质量总是小于组成它的一切核子的质量和. 4.爱因斯坦质能方程：凡具有质量的物体都具有能量，物体的质量和能量间的关系为：E=mc2；假设原子核质量亏损为m，对应释放的能量为E=mc2. 留意：核反响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
16、是质量消逝了，因此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的属性之一，不能等同.二、核反响 1.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响过程叫重核的裂变. 2.链式反响：重核裂变时放出几个中子，再引起其他重核裂变而使裂变反响不断进展下去原子弹原理.3.临界体积：能发生链式反响的最小体积.4.反响堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防 护层.5.轻核的聚变：某些轻核结合成质量较大的 核的反响过程，该过程能释放出更多的量.6.热核反响：在极高温度下轻核产生的聚变 反响，为氢弹的任务原理.练习1.关于核能，以下说法中正确的选项是 A.核子结合成原子核时，
17、需吸收的能量B.核子结合成原子核时，放出的能量C.不同的核子结合成原子核时，所需吸收的能 量一样D.使一个氘核分解成一个中子和一个质子时， 吸收的能量是一个恒定值2.质子的质量为mp，中子的质量为mn，它们结 合成质量为m的氘核，放出的能量应为( ) A.mp+mn-mc2 B.(mp+mn)c2 C.mc2 D.(m-mp)c23.关于铀核裂变，下述说法正确的选项是 A.铀核裂变的产物是多种多样的，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.为了使裂变的链式反响容易产生，最好是 用纯铀235D.铀块的体积对产生链式反响无影响4.以下核反响属于裂变反响的是( )A.B.C.D.
18、【例1】一个静止的铀238原子核放射出一个速度为1.17106m/s的粒子，求：1写出核反响方程；2反冲核的速度是多大；3在此衰变过程中，由粒子的动能变化引起的质量亏损是多少.【解析】写核反响方程要留意质量数和电荷数守恒、衰变时系统的动量守恒，同时，衰变过程当然也是能量转化的过程，即由于质量亏损放出核能，这些能量在一定条件下也可转化成其他方式的能量.1 . (2)核衰变的系统受的合外力为0，所以动量守恒，即0=mv+MV；m、M分别代表粒子和新核的质量，v、V分别表示粒子和新核衰变后的速度，那么：V=-mv/M=-2104m/s，即新核的运动方向与粒子的运动方向相反，所以叫做反冲核. (3)衰
19、变前，铀238的动能为0，衰变后系统的总动能增大： E=1/2mv2+1/2MV2=1. 2310-7J，这就是由核衰变放出的能量转化而来的，相应的质量亏损可由质能方程得： m=E/c2=1.3710-31kg.【解题回想】在讨论核反响前后粒子速度或动能时，留意利用动量原理，同时应注意反响中能否有核能释放，以及核能能否都以动能方式释放.【例2】太阳不断地向外辐射能量.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.知质子质量mH=1.0078u，粒子的质量ma=4.0026u，电子质量me=0.00055u.1写出该反响方程式；2核反
20、响中释放的能量为多少兆电子伏特？合多少焦耳？【解析】根据核反响方程时质量守恒和电荷数守恒，可写出反响方程，由质能关系和质量亏损可求出释放的能量.1 . (2)m=4mH-mHe-2me=0.0275u E=mc2=25.6MeV=4.110-12J.【例3】云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中，一静止的质量为m1的原子核在云室中发生一次衰变，粒子的质量为m2，电量为q，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内，现测得粒子运动的轨道半径R，试求在衰变过程中的质量亏损，涉及动量问题时，质量亏损可近乎忽略.【解析】该衰变放出的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的关系，可由洛伦兹力和牛顿定律
21、推导Bqv=m2v2/R.动量守恒定律是自然界中普遍规律，同样适用于微观世界，由衰变过程动量守恒：0=m2v-(m1-m2)v;又衰变过程的能量来源于质量亏损，那么有：m2c2=1/2(m1+m2)v2+1/2m2v2联立解得：【例4】 受中子轰击时会发生裂变，产生 和 ，同时放出200兆电子伏特的能量.现要建立发电才干是50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料.假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多大？更多资源更多资源xiti123.taobao 【解析】铀235释放的能量等于一天发电的电能，计算出50万千瓦的电站一天发出的电能，也是一天所需的铀235释放的核能，进而求得铀235的质量.一天发出的电能为:E=5010786400=4.321013J;所需纯铀235的质量为m，有:E=(m/235)6.0210232001061.610-19J；可得:m=527g.
