高考原子物理专题讲解.ppt

物质的微观结构 第十七章 17A原子核式结构 1897汤姆孙发现电子阴极射线实验葡萄干蛋糕模型 蛋糕胚 正电荷和质量 均匀分布葡萄干 电子 镶嵌 粒子散射实验 轰击对象 金原子 金箔 炮弹 粒子实验装置实验猜想实验结果 绝大多数 少数 极少数 个别 正电荷电子 粒子均匀分布质量小质量大 7300倍 作用力抵消像尘埃像子弹 汤姆孙模型败北 卢瑟福原子模型 核式结构模型 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不停地绕核运动 卢瑟福成功解释 粒子散射现象 原子的核式结构 是什么力提供电子做圆周运动的向心力 卢瑟福核式模型 如何估算原子核的大小 已知点电荷形成电场中距离场源电荷中心为r的某点电势 kQ r 一个 粒子以速度v0从原子表面正对原子核入射 设粒子刚达到原子核表面时速度减为零 试估算原子核的尺寸 原子半径为r0 原子和原子核的大小 原子直径数量级约为10 10米原子核直径的数量级约为10 15米 17B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 1 天然放射现象是贝可勒尔发现的 2 天然放射现象的发现说明原子核有内部结构 天然放射现象 不偏转的是 粒子 向正极板偏转且偏转角最大的是 粒子 向负极板偏转的是 粒子 2e e 0 4 0 0 很强 较弱 很弱 很弱 一张普通纸 较强 几毫米铝板 很强 几厘米铅板 高速 粒子流0 1c 高速电子流约为光速 波长极短的电磁波光子流 两个中子和两个质子结合成团从原子核中放出 原子核中的中子转换成质子时从原子核中放出 伴随 射线和 射线产生 三 探测射线的仪器 四 放射性的应用 五 放射性辐射的防护 见教材P29 34 放射性同位素的应用 1 利用其射线 利用强贯穿本领 如 射线探伤 检查金属中间的裂纹和砂眼 利用电离本领 如使空气导电 将静电泄漏掉 造纸厂中用 对生物组织产生物理和化学作用 培育优良品种 消毒等 2 利用其本身作为示踪原子 其主要贡献之一就是证明了人工合成的牛胰岛素和天然的牛胰岛素是同种物质 二 衰变 1 原子核放出射线后变成新的原子核衰变种类 衰变 衰变 2 衰变规律 衰变 衰变 原子核衰变时电荷数和质量数都守恒 练习 人体自燃现象 人体自燃 是指身体未与外界火种接触而自行地着火燃烧 普通火灾中的死者即使在猛烈的大火中 只会是外层皮肤烧焦 自燃的死者却只剩下四肢末端 其余都烧成灰烬 而尸旁的家具和墙纸只有轻微损毁 要把人体的组织和骨骼烧为灰烬 只有在温度超过华氏3000度的高压火葬场才有可能 而至于烧焦了的尸体上仍然有未损坏的衣物或皮肉完整的残肢 是不可能的 人体自燃早在17世纪的医疗报告中就已经有所记载了 一直到20世纪 有文献记载的事例200余宗 英国伦敦的一个晚上 19岁的波利 列斯里在大街上散步 突然 他感到周身发热 他环身而视 发现自己的身体竟喷出火来 火瞬时在他上半身燃烧起来 难以忍受的高热和疼痛同时向他袭来 列斯里双手蒙脸 希望能保住自己的眼睛 但是火势凶猛 他的胸 背 腕都像被烙铁烫着那么疼痛 大脑有煮沸的感觉 他想奔跑 但是没跨出几步就重重地摔倒了 想不到他身上的火焰一下子又完全熄灭了 随后数分钟 钻心的疼痛又降临到他身上 列斯里咬住牙 走到了附近的医院 几星期后他终于在医生精心治疗下 痊愈出院了 1725年2月19日 发生于法国来茵 一家客店的女主人米勒太太被发现在厨房火炉旁边烧成灰烬 只剩下部分头颅 下肢和一点脊椎 部分地板也被烧过 1731年4月4日 发生在意大利 一位62岁的公爵夫人被发现身体烧得只剩下部分头颅和四肢 从以上数例人体自燃情况看 人体自燃都是发生在躯干和头部 这与人体任督二脉区域吻合 任督二脉闭合的腔路 好比现代核物理试验装置的闭合加速器 人体自燃是极端个别的事故 好比是电路短路 独特的原因触动了体内链式核反应 核反应的能量是可以达到3000度以上的高温的 人体中的核反应 即不同于核裂变 也不同于核聚变 是独特的先聚后裂核反应 我们知道过量的放射性化疗 核辐射等放射性辐射会使人脱发 大学教授 科技人员等用脑量大的人 秃顶的比较多 可是他们并没有做化疗或受到核辐射 是因为他们用脑量大 消耗能量大 过量氚的放射性辐射使他们脱发 秃顶 人体内氚化水的含量高出自然界数万倍 只有自身生产这一原因 有足够量的重水 才能产出足够多的氚水 氚足够多衰变量才能大 体内的能量功率强大 生命力也就强大 能量低到一定程度 不够维持生命所须的最低功率 生命就结束 我们激烈运动和过度劳累 感到疲倦就是所消耗的能量超过补充的能量 人是以由碳氢化合物为主组成有机体 有足够的氚碳14等放射性元素 衰变有足够的物质基础 衰变放出的能量 是生命活动最根本的能源 练习 谁发现电子 提出什么模型 原子是什么模型 谁提出 模型的观点 天然放射现象谁发现的 说明了什么 有哪些射线 性质是什么 什么是衰变 哪几种形式 反应方程如何 练习 3 半衰期 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 计算公式 表示未衰变的原子核个数 质量 特点 半衰期短的元素衰变得快 放射性较强 半衰期只取决于核内部情况 与所处的物理 温度压强 化学 单质化合物 状态无关 注意事项 半衰期不是周期 表现大量原子核的统计规律 几个原子核则不讨论半衰期 公式中N剩表示老原子核剩下的个数 而非衰变后剩下的原子核总数 衰变速率 单位时间内衰变的个数 与考察时刻未衰变原子核总个数成正比 17C原子核的组成 天然衰变 原子核自发转变新原子核 人工转变 人为地用高能粒子撞击原子核 使它转变为另一种新的原子核 常用 粒子 中子作为 炮弹 轰击其它原子核 一 卢瑟福发现质子 人工转变1 1 卢瑟福实验 粒子轰击氮核2 实验装置 充氮气前 看不到荧光充氮气后 荧光出现了说明 粒子轰击氮核后产生新的粒子穿透了铝箔 3 核反应方程 二 查德威克发现中子 人工转变2 1 发现中子实验 粒子轰击铍核2 实验装置 将 粒子轰击铍核产生的射线再轰击石蜡 打出质子 将 粒子轰击铍核产生的射线再轰击石蜡 打出质子 射线的能量没有如此大能量 将该射线引入电场 不偏转 说明不带电测出 不带电 射线的速度约为c 10 肯定排除 射线未知粒子的质量接近质子的质量 比质子质量稍大一点 3 核反应方程 三 原子核的组成 1 原子核是由中子和质子组成的 质子和中子都叫做核子 2 同位素 具有相同的质子数和不同中子数的原子互称为同位素 3 数值关系 核电荷数 质子数 原子序数 中性原子核外的电子数 质量数 核子数 4 相邻的几个核子间有核力作用 核力的几个特征 是一种强相互作用力 不仅仅是斥力 任何核子之间都可以产生核力 与核子是否带电无关 核力是短程力 只发生在相邻的核子之间 补充 人工制造放射性同位素 人工转变3 约里奥 居里夫妇用 粒子轰击铝27时 除了探测到中子以外 还探测到了正电子 第一次用人工的方法制造出了放射性同位素 后来人们发现每种元素都能制造出放射性同位素 放射性同位素的衰变方程 制造出放射性同位素的方程 发现质子 发现中子 人工制造放射性同位素 物理学史简介 17D重核裂变 核电站 一 重核裂变核能裂变链式反应及发生的条件原子弹的制造机理以及危害性 原子核结构发生变化时放出的能量 重核受轰击时分裂成中等质量的核 一 重核裂变 以铀核的裂变为例 1 一种典型的铀核裂变 2 链式反应 重核裂变时放出的中子引起其他重核的裂变 而使裂变不断进行下去 这就是链式反应 3 链式反应的示意图 4 链式反应条件纯铀235临界体积5 原子弹的危害冲击波光 热 辐射贯穿辐射放射性污染 1964年10月16日中国爆炸了第一颗原子弹 1967年6月17日中国爆炸了第一颗氢弹 核能开发的历史进程 1 1919年 英国卢瑟福用 粒子轰击氮原子核 使其嬗变成氧原子 2 1932年 查得威克发现中子3 1934年 法国约里奥 居里夫妇用 粒子轰击铝 产生了一个磷的同位素 但很快放出正电子蜕变为硅 4 卢瑟福 1933 和爱因斯坦 1935 均没有意识到原子能的实际利用近在眼前 核能开发的历史进程 1 1933年 爱因斯坦移居美国2 1938年 费米逃往美国3 德国尚有普朗克 玻恩 海森堡 魏扎克 劳厄 哈恩 盖革4 1933年 匈牙利物理学家齐拉德 1898 1964 已经意识到核能的开发可能用于军事5 1935年 建议物理学家暂缓发表研究成果6 1939年 玻尔认为核能利用为时尚早7 1939年 爱因斯坦 萨克斯 罗斯福说服美国政府抢在德国之前抓紧研制原子弹 核能开发的历史进程 1 1934年 意大利物理学家费米用中子轰击原子核 并发现通过石蜡减速之后的慢中子 裂核能力更强 费米因此获38年诺贝尔物理奖 2 1938年 德国哈恩发现铀嬗变后出现的新元素与铀相距甚远 奥地利女物理学家迈特纳提出核裂变猜想 以解释铀实验 并称裂变过程要放出大量能量 3 费米提出链式反应概念 4 1939年9月1日 第二次世界大战正式打响 核能开发的历史进程 1 1940年 美国政府正式大量拨款 启动 曼哈顿工程 格罗夫斯将军为行政首脑2 1941年12月 1942年12月 费米在芝加哥研制原子反应堆3 铀235 钚239的提纯4 1943年1月 1945年7月 奥本海默在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯主持原子弹研制 5 7月16日凌晨5时30分 第一颗铀原子弹试爆成功 比一千个太阳都亮 6 曼哈顿工程 动员50万人 耗费22亿美元 占用全国三分之一的电力 核能开发的历史进程 1 1944年底 盟军的特工小组已经发现德国造不出原子弹2 科学家的犹豫 继续干吗 缺乏政治和道义上的支持不干吗 不符合现代科学技术的精神好的理由 应该让全人类知道它的威力3 齐拉德 爱因斯坦的态度4 1945年8月6日 铀弹小男孩投到广岛 8月9日 钚弹胖子投在长崎 核能开发的历史进程 1 核军备竞赛 盟国之争2 1945年8月 斯大林下令抓紧研制原子弹3 1949年8月 苏联成功地进行了核实验4 1952年11月1日 美国试爆第一颗氢弹5 1953年8月 苏联研制氢弹成功6 1952年10月3日 英国研制成功原子弹7 1960年2月13日 法国研制成功钚弹8 1964年10月16日 中国试爆成功原子弹 1 1公斤核燃料相当于2500吨煤2 1954年 苏联建成第一座小型原子能电站 1956 英国 1957 美国 3 核电站 成本低 污染小 效率高 但事故太可怕4 1986年4月26日切尔诺贝利核电站第4号机组发生爆炸 人为造成三道安全措施无效5 1979年3月2