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专题二原子和原子核 粒子散射实验 原子的核式结构 氢原子的能级结构 氢原子的电子云 光子的发射和吸收 A 天然放射现象 射线 半衰期 A 质子的发现 中子的发现 原子核的组成 A 核能 质量亏损 爱因斯坦的质能方程 A 重核的裂变 链式反应 轻核的聚变 A 核反应堆 放射型污染核防护 A 注 不要求计算有关半衰期的问题 1 实验基础 粒子散射实验 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 15 10 14m之间 一 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 定态假设 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 在这些状态中原子是稳定的 电子虽然做加速运动 但不向外辐射能量 这些状态叫定态 2 玻尔的轨道量子化模型 1 三个假设 定态假设 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 一定频率的光子 光子的能量由这两种定态的能量差决定 即h E初 E终 2 玻尔的轨道量子化模型 1 三个假设 跃迁假设 定态假设 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 原子的定态是不连续的 因此电子的可能轨道的分布也是不连续的 2 玻尔的轨道量子化模型 1 三个假设 跃迁假设 定态假设 轨道量子化假设 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叫做能级 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 若规定无限远处为零电势点 则E1 13 6eV 2 两个公式 1 第一次发现电子的科学家是 他提出了原子模型 2 原子的核式结构学说是根据以下哪个实验或现象提出来的 A 光电效应B 氢原子光谱实验C 粒子散射实验D 天然放射现象 汤姆生 枣糕式 C 2 卢瑟福提出的原子的核式结构学说的根据是在 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 只有少数发生很大偏转D 绝大多数发生偏转 甚至被弹回 C 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状态时 虽然电子做加速运动 但并不向外辐射能量B 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应 而电子的可能轨道的分布是不连续的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 ABC 二 原子核的组成核力1 原子核由质子和中子组成 质子和中子统称为核子 使核子紧密结合在一起的力叫核力 核力是很强的短距离作用力 原子核内只有相邻的核子间才有核力作用 核子的发现 1 发现质子的核反应方程 1919年 卢瑟福 2 发现中子的核反应方程 1932年 查德威克 中子首先是卢瑟福预言了其存在 而居里夫妇最先做出这一实验 发现了中子 但居里夫妇没有注意到卢瑟福的预言 当初认为它是一种波长极短的电磁波 三 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 通过研究发现 原子序数大于83的所有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现象叫天然放射现象 2 三种射线 射线 本质是氦核流 速度约为光速的十分之一 贯穿本领弱 电离作用极强 射线 电子流 速度接近光速 贯穿本领强 电离作用弱 射线 本质量波长极短的电磁波 就是光子 贯穿本领最强 电离作用最弱 注 这三种射线可以用磁场和电场加以区别 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衰变 衰变 同时放出 射线 衰变 同时放出 射线 衰变规律 衰变中的电荷数和质量数都是守恒的 典型衰变 半衰期 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 半衰期由核内部的因素决定的 与原子的物理状态和化学状态无关 即与外部条件无关 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 1 下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构 A 粒子的散射实验B 天然放射现象C 阴极射线的发现D 伦琴射线的发现 B 2 放射性元素的半衰期是 A 质量减小一半需要的时间B 原子量减少一半需要的时间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要的时间 D 4 有关科学家和涉及的事实 正确的说法是 A 居里夫妇用粒子轰击铝箔时发现了正电子B 卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象C 麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在 赫兹用实验方法给予了证实D 玻尔建立了量子理论 解释了各种原子发光现象 3 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 D AC 核反应核能质能方程 1 放射性元素经过 次衰变和 次衰变后变成了稳定的元素 6 4 课前热身 2 下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构 A 粒子的散射实验B 天然放射现象C 阴极射线的发现D 伦琴射线的发现 B 一 核能1 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 获得核能的两个基本途径是重核裂变和轻核聚变 2 质量亏损 组成原子核的核子质量之和与原子核的质量之差叫做质量亏损 注 任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子质量之和 3 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 若原子核质量亏损为 m 对应释放的能量为 E mc2 在非国际单位里 可以用1u 931 5MeV 它表示1原子质量单位的质量跟931 5MeV的能量相对应 而1eV 1 6 10 19J 4 注意 核反应过程中需遵循三个守恒律 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是质量消失了 因此不能说与质量守恒定律相矛盾 不能理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 核反应1 重核的裂变 重核俘获一个中子后分裂成中等质量的核 同时释放出核能的反应 叫重核的裂变 1 链式反应 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应不断进行下去 原子弹原理 为使裂变的链式反应容易发生 最好利用铀235 2 临界体积 能发生链式反应的最小体积 3 反应堆构造 核燃料 减速剂 镉棒 防护层 2 轻核的聚变 某些轻核结合成质量较大的核 同时释放出更多核能的反应 叫轻核的聚变 聚变反应释放的能量比裂变释放的能量更多 需要几百万度高温 3 热核反应 在极高温度下轻核产生的聚变反应 为氢弹的工作原理 1 关于核能 下列说法中正确的是 A 核子结合成原子核时 需吸收的能量B 核子结合成原子核时 能放出的能量C 不同的核子结合成原子核时 所需吸收的能量相同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 BD 练习 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 m c2B mp mn c2C mc2D m mp c2 A 3 下列核反应属于裂变反应的是 A B C D D 衰变 衰变 人工核转变 裂变 4 质子 中子和氘核的质量分别为 质子和中子结合成氘核时 发出 射线 已知普朗克恒量为 真空中光速为 则 射线的频率 解析 质子和中子结合成氘核 这个核反应的质量亏损为 根据爱因斯坦质能方程 此核反应放出的能量 以 射线形式放出 5 有一物理现象的发现与研究对现代社会的发展产生了重大的影响 它改变了原有的能