原子的核式结构

1 / 13 原子的核式结构 本资料为 WoRD文档，请点击下载地址下载全文下载地址莲 山课件 m 原子的核式结构玻尔理论天然放射现象 一、知识点梳理 1、原子的核式结构 （ 1）粒子散射实验结果：绝大多数粒子沿原方向前进，少数粒子发生较大偏转。 （ 2）原子的核式结构模型：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的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转 （ 3）原子核的大小：原子的半径大约是 10-10 米，原子核的半径大约为 10-14米 10-15米 2、玻尔 理论有三个要点： (1)原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的电子虽然绕核旋转，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态 (2)原子从一种定态跃迁到另一定态时，它辐射 (或吸收 )一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定即h=E2 -E1 (3)原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动原子的定态是不连续的，因而电子的可能轨道是分立的 2 / 13 在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，各状态对应的能量也是不连续的，这些不连续的能量值的能量值叫做能级。 3、原子核的组成 核力 原子核是由质子和中子组成的质子和中子统称为核子 将核子稳固地束缚在一起的力叫核力，这是一种很强的力，而且是短程力，只能在 2 0X10-15 的距离内起作用，所以只有相邻的核子间才有核力作用 4、原子核的衰变 （ 1）天然放射现象：有些元素自发地放射出看不见的射线，这种现 象叫天然放射现象 （ 2）放射性元素放射的射线有三种：、射线、射线， 这三种射线可以用磁场和电场加以区别，如图所示 （ 3）放射性元素的衰变：放射性元素放射出粒子或粒子后，衰变成新的原子核，原子核的这种变化称为衰 变 衰变规律：衰变中的电荷数和质量数都是守恒的 (4)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间称为半衰期不同的放射性元素的半衰期是不同的，但对于确定的放射性元素，其半衰期是确定的它由原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无3 / 13 关 （ 5）同位素：具有相同质子数，中子数不同的原子在元素周期表中处于同一位置，互称同位素。 二、典型例题 例 1 如图 15-2-2 所示为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放 在图中的 A、 B、 c、 D 四个位置时，观察到的现象，下述说法中正确的是 A放在 A 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B放在 B 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A 位置时稍少些 c放在 c、 D 位置时，屏上观察不到闪光 D放在 D 位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少 解析 根据 粒子散射现象，绝大多数粒子沿原方向前进，少数粒子发生较大偏转，本题应选择 A、 B、 D 点评 本题考查学生是否掌握卢瑟福的 粒子散射实验结果。 例 2 氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程 中 () A原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大 B原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，4 / 13 原子的能量也减小 c原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大 D原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增加 解析 根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动时，其能量越大，由能量公式 En=（ E1=-13 6eV）可知，电子从低轨道 (量子数 n 小 )向高轨道 (n 值较大 )跃迁时，要吸收一定的能量的光子故选项 B 可排除 氢原子核外电子绕核做圆周运动，其向心力由原子核对电子的库仑引力提供，即 =，电子运动的动能 Ek=mv2=由此可知：电子离核越远， r 越大时，则电子的动能就越小，故选项 A、 c 均可排除 由于原子核带正电荷，电子带负电荷，事实上异性电荷远离过程中需克服库仑引力做功，即库仑力对电子做负功，则原子系统的电势能将增大，系统的总能量增加，故选项 D 正确 点评 考查对玻尔理论、库仑定律、圆周运动规律及电场力做功性质的综合运用的能力 例 3 关于天然放射现象，以下叙述正确的是（） A若使放射性物质的温度升高，其半 衰期将减小 B 衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的 c在 、 、 这三种射线中， 射线的穿透能力最强，5 / 13 射线的电离能力最强 D铀核 ()衰变为铅核 ()的过程中，要经过 8 次 衰变和10次 衰变 解析 半衰期是由放射性元素原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关 A 错； 衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的， B对；根据三种射线的物理性质， c 对； U 的质子数为 92，中子数为 146， Pb的质子数为 82，中子数为 124，因而铅核比铀核少 10个质子， 22个中子。注意到一次 衰变质量数减少 4，故 衰变的次数为 x=8 次。再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定 衰变的次数 y 应满足 2x-y+8292， y 2x-10=6次。故本题正确答案为 B、 c。 点评 1 本题考查 衰变、 衰变的规律及质量数，质子数、中子数之间的关系。 2 衰变放出的电子并不是由核外电子跃迁出来的，而是从核中衰变产生的。 例 4、如图 15-2-3k-介子衰变的方程为，其中 k-介子和 -介子带负的基元电荷， 0 介子不带电。一个 k-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧 AP，衰变后产生的 -介子的轨迹为圆弧 PB，两轨迹在 P 点相切，它们的半径 Rk-与 R 之比为 21 。 0 介子的轨迹未画出。由此6 / 13 可知 -介子的动量大小与 0 介子的动量大小之比为 6 解析 根据题意，分别计算出带电粒子在磁场中作圆周运动的轨道半径。根据动量的定义，分别求出两个介子的动量大小，再从图中确定两个介子动量的方向，最后运用动量守恒，计算出粒子的动量大小。 qvkB=mk， Rk=R， pk=-p+p， p。正确选项为（ c） 点评 这题以基本粒子的衰变为情景，涉及带电粒子在磁场中运动规律和动量守 恒等知识点，是一道综合性题目。带电粒子在磁场中受到洛伦磁力作用，该力的方向与粒子的速度方向垂直，因此，带电粒子作圆周运动。根据动量守恒，基本粒子衰变前后的总动量不变，但计算过程要主注意动量的方向问题。 例 5 若原子的某内层电子被电离形成空位，其它的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，此电磁辐射就是原子的特征 X 射线。内层空位的产生有多种机制，其中的一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位（被电离的电子称为内转换电子）。的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量 E0=交给内层电子 (如 k、 L、 m 层电子， k、 L、 m 标记原子中最靠近核的三个电子层 )使其电离。实验测得从原子的 k、 L、 m 层电7 / 13 离出的动能分别为 Ek=、 EL=、 Em=则可能发射的特征 X 射的能量为 解析 电子电离后的动能等于吸收的能量减去电子原来所处的能级的能量，所以原子核的 k 层的能量为 0 093meV，原子核的 L 层的能量为 0 017meV，原子核的 m 层的能量为0 004meV。所以可能发射的特征 X 射的能量为 0 076meV、0 087meV、 0 013meV。故正确为 A、 c 点评 这是一道信息题要求学生能把题中所给的知识与已学知识有机结合。学生首先要弄清电子的电离能、动能与吸收能量的关系。 三、过关测试 1、用 a、 b 两束单色光分别照射同一双缝干涉装置，在距双缝恒定距离的屏上得到图示的干涉图样，其中甲图是 a 光照射时形成的，乙图是 b 光照射时形成的。则关于 a、 b 两束单色光，下述正确的是 B A a 光光子的能量较大 B在水中 a 光传播的速度较大 c若用 a 光照射某金属时不能打出光电子，则用 b 光照射该金属时一定打不出光电子 D若 a 光是氢原子从 n 4 的能级向 n 2 的能级跃迁时产生的，则 b 光可能是氢原子从 n 3 的能级向 n 2 的能级跃8 / 13 迁时产生的 2、德国物理学家弗兰克林和赫兹进行过气体原子激发的实验研究。如图（ 1）他们在一只阴极射线管中充了要考察的汞蒸气。极射发出的电子受阴极 k 和栅极 R 之间的电压 UR加速，。电子到达栅极 R 时，电场做功 eUR。此后电子通过栅极 R 和阳极 A 之间的减速电压 UA。 通过阳极的电流如图（ 2）所示，随着加建电压增大，阳极电流在短时间内也增大。但是到达一个特定的电压值 UR 后观察到电流突然减小。在这个电压值上，电于的能量刚好能够激发和它们碰撞的原子。参加碰撞的电子交出其能量，速度减小，因此刻达不了阳极阳极电流减小。 eUR 即为基态气体原于的激发能。得到汞原子的各条能级比基态高以下能量值： ,(此为汞原子的电离能 )。若一个能量为电子进入汞蒸气后测量它的能量大约是 或或 或或或 3、某原子核的衰变过程是 ABc， 下述说法中正确的是， 9 / 13 A核 c 比核 B 的中子数少 2B核 c 比核 A 的质量数少 5 c原子核为 A 的中性原子的电子数比原子核为 B 的中性原子的电子数多 2 D核 c 比核 A 的质子数少 1 4、原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子例如在某种条件下，铬原子的 n=2能级上的电子跃迁到 n=1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n=4 能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子已知铬原子的能级公式可简化表示为 En=-，式中 n=1， 2， 3 表示不同能级 ， A 是正的已知常数上述俄歇电子的动能是 (A)A(B)A(c)A(D)A 5、地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算。测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时（岩石形成初期时不含铅）的一半，铀 238 衰变后形成铅 206，铀 238的相对含量随时间变化规律如图所示，图中 N 为铀 238的原子数， N0为铀和铅的总原子数由此可以判断出 BD A铀 238 的半衰期为 90亿年 B地球的年龄大致为 45亿年 c被测定的古老岩石样品在 90亿年 时的铀、铅原子数 之比约为 14 10 / 13 D被测定的古老岩石样品在 90亿年时铀、铅原子数之 比约为 13 6关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是 () A用波长为 60nm的伦琴射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子 B用能量为 10 2eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 c用能量为 11 0eV 的自由电子轰击，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 D用能量为 12 5eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 7、氢原子从能级 A 跃迁到能级 B 时，辐射出波长为 1 的光 子，从能级 A跃迁到能级 c时，辐射出波长为入 2的光子若入 1入 2，则氢原子从能级 B 跃迁到能级 c 时，将 _光子，光子的波长为 _。 8、太赫兹辐射（ 1THz=1012Hz）是指频率从到 10THz、波长介于无线电波中的毫米波与红外线之间的电磁辐射区域，所产生的 T 射线在物体成像、医疗诊断、环境检测、通讯等方面具有广阔的应用前景最近，科学家终于研制出以红外线激光器为基础的首台可产生的 T 射线激光器，从而使 T 射线的有效利 用成 为现实。 已知 普朗克常数 h=10 34js，关于的 T 射 线，下列说法中错误的是 Bc 11 / 13 A它在真空中的速度为 108m/s B它是某种原子核衰变时产生的 c它的波长比可见光短 D它的光子的能量约为10 21j 9、氢原子从能级 A 跃迁到能级 B 吸收频率为的光子，从能级 A 跃迁到能级 c 释放频率为的光子，若，则当它从能级 B跃迁到能级 c 时，将 A放出频率为的光子 B放出频率为的光子 c吸收频率为的光子 D吸收频率为的光子 10、日光灯中有一个启动器，其中的玻璃泡中装有氖气。启动时，玻璃泡中的氖气会发出红光，这是由于氖原子的 A自由电子周期性运动而产生的 B外层电子受激发而产生的 c内层电子受激发而产生的 D原子核受激发而产生的 11、已知氦离子 He+能级 En 与量子数 n 的关系和氢原子能级公式类似，处于基态的氦离子 He+的电离能为 E。为使处于基态的氦离子 He+处于激发态，入射光子所需的最小能量为 A 12、如图所示是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图 (1)请简述自动控制的原理 (2)如果工厂生产的是厚12 / 13 度为 1mm的铝板，在