原子与原子核

1、原子物理 一、电子的发现一、电子的发现 二、汤姆孙原子结构模型二、汤姆孙原子结构模型 三、三、粒子散射实验粒子散射实验 四、卢瑟福原子结构模型四、卢瑟福原子结构模型I.原子的核式结构原子的核式结构电子的发现电子的发现汤姆孙汤姆孙首先发现了电子并测出其荷质比，证实了原子是可分的首先发现了电子并测出其荷质比，证实了原子是可分的 。枣糕模型枣糕模型电荷量大小由电荷量大小由密立根密立根通过油滴实验测通过油滴实验测得得(卢瑟福卢瑟福)粒子散射实验粒子散射实验粒子散射实验粒子散射实验实验结果实验结果粒子散射实验粒子散射实验卢瑟福的原子核式结卢瑟福的原子核式结构模型构模型: :（1 1）在原子中心有一）在原

2、子中心有一个很小的核，叫做原个很小的核，叫做原子核。子核。（2 2）原子的全部正电）原子的全部正电荷和几乎全部质量都荷和几乎全部质量都集中在原子核里。集中在原子核里。（3 3）带负电荷的电子）带负电荷的电子都在核外不停地绕核都在核外不停地绕核运动（电子绕核运动运动（电子绕核运动所需的向心力就是原所需的向心力就是原子核对它的电场力）。子核对它的电场力）。白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。形成连续光谱。是否所有物质发的光都是这样的光谱？是否所有物质发的光都是这样的光谱？观察氢原子的光谱实验：观察氢原子的光谱实验：高压发生器高压发生

3、器23kv氢气光谱管氢气光谱管分光镜分光镜实践证明，每种原子只能发出具有本身特征的某些波实践证明，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此长的光，因此线状谱线状谱的谱线也叫原子的特征谱线。的谱线也叫原子的特征谱线。2、氢气发光的光谱、氢气发光的光谱不连续不连续，只是些亮线组成，只是些亮线组成 各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温气低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱

4、中的暗谱线，也是原子的特征谱线。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。太阳的光谱是吸收光谱。光谱分析光谱分析 由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种方法叫做光谱分析。种方法叫做光谱分析。 原子光谱的不连续性反映出原子结构的不原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。结构。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。氢原子光谱氢原子光谱红红

5、绿绿巴末耳（瑞士中学数学老师）的研究巴末耳（瑞士中学数学老师）的研究巴末耳公式巴末耳公式氢原子光谱氢原子光谱22111nmR其其中中3 , 2 , 1m, 3, 2, 1mmmn每一谱线的波数都等于两项的差数每一谱线的波数都等于两项的差数原子核式结构模型原子核式结构模型与与经典电磁理论经典电磁理论的矛盾的矛盾核外电子绕核运动核外电子绕核运动辐射电磁波辐射电磁波电子轨道半径连续变小电子轨道半径连续变小原子不稳定原子不稳定辐射电磁波频率连续变化辐射电磁波频率连续变化事实上事实上：原子是稳定的原子是稳定的原子光谱是线状谱原子光谱是线状谱卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。卢瑟福原子核式模型无

6、法解释氢原子光谱的规律。nmEEh（EmEn） eVRhcE6 .131eVRhcE40. 32223 , 2 , 12nnRhcEn-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE 一、放射性现象的发现一、放射性现象的发现 二、放射性现象、放射性、放射性元素二、放射性现象、放射性、放射性元素 三、三种射线三、三种射线 四、放射线的探测、放射性的应用、放射四、放射线的探测、放射性的应用、放射性辐射的防护性辐射的防护天然放射性现象天然放射性现象一、放射性现象的发现一、放射性现象的发现放射性现象的发现放射性现象的发现: :法国物理学家法国物理学家贝克勒尔贝克勒尔在研究磷光（铀盐放出）在

7、研究磷光（铀盐放出）能否穿透黑纸使照相底能否穿透黑纸使照相底片感光的过程中发现了片感光的过程中发现了放射性现象放射性现象钋（钋（Po)Po)和镭（和镭（RaRa）的发现：）的发现：玛丽玛丽. .居里居里和和皮埃尔皮埃尔. .居里居里在研究铀和含铀的各种矿石的过程中在研究铀和含铀的各种矿石的过程中发现了发现了钋（钋（Po)Po)和镭（和镭（RaRa）。二、天然放射性现象、放射性、放射性元素二、天然放射性现象、放射性、放射性元素1.1.天然的放射性现象天然的放射性现象: :原子原子自发自发地放出射线的现象叫地放出射线的现象叫做天然放射性现象。做天然放射性现象。2.2.放射性放射性：物质能：物质能自

8、发自发地放出射线的性质叫做放射性地放出射线的性质叫做放射性3.3.放射性元素放射性元素：具有放射性的元素叫做放射性元素。：具有放射性的元素叫做放射性元素。原子序数大于原子序数大于8383的所有天然存在的元素都具有放射性；的所有天然存在的元素都具有放射性；原子序数小于原子序数小于8383的元素中，有的也具有放射性。的元素中，有的也具有放射性。三、三种射线三、三种射线射线：是高速运动的射线：是高速运动的粒子（氦核）流。粒子（氦核）流。射线：是高速电子流。射线：是高速电子流。射线：光子流，是波长很短的电磁波。射线：光子流，是波长很短的电磁波。、射线都是从原子核里放射出来的。特别要区别射线都是从原子核

9、里放射出来的。特别要区别阴极阴极射线射线和和射线，组成阴极射线的电子是原子核外电子，而射线，组成阴极射线的电子是原子核外电子，而组成组成射线的电子是由中子发生射线的电子是由中子发生衰变而产生的电子。衰变而产生的电子。三、三种射线三、三种射线射线射线名称名称射线性质射线性质电离作用电离作用贯穿本领贯穿本领速度速度 射射线线氦氦原子核原子核很强很强很小很小穿不过薄穿不过薄纸纸光速的光速的1/10 射射线线高速高速电子流电子流较弱较弱较强较强穿透几毫穿透几毫米铝板米铝板接近接近光光速速 射射线线波长很短的波长很短的电磁波电磁波很小很小很强很强穿透几厘穿透几厘米铅板米铅板等于等于光光速速四、放射线的探

10、测、放射性的应用、放射性辐射的防护四、放射线的探测、放射性的应用、放射性辐射的防护探测射线的仪器探测射线的仪器: :（1 1）云室）云室（2 2）G-M计数器计数器放射性现象的应用：放射性现象的应用：1.1.利用放射性元素放出的射线利用放射性元素放出的射线（1 1）射线探伤仪可以用来检测技术射线探伤仪可以用来检测技术内部有没有砂眼或裂纹。内部有没有砂眼或裂纹。（2 2）射线可用来消除机器在运转过射线可用来消除机器在运转过程中因摩擦产生的有害静电。程中因摩擦产生的有害静电。（3 3）DNA在射线作用下会发生突变。在射线作用下会发生突变。（4 4）用放射线照射可治疗恶性肿瘤。）用放射线照射可治疗恶

11、性肿瘤。2.2.放射性同位素做示踪原子放射性同位素做示踪原子放射性辐射的防护放射性辐射的防护: :过量的辐射对人体有害。过量的辐射对人体有害。一般公众一年可接受的辐一般公众一年可接受的辐射剂量当量约为射剂量当量约为50005000Sv 一、原子核的符号一、原子核的符号 二、原子核的衰变、二、原子核的衰变、衰变、衰变、衰变衰变 三、半衰期三、半衰期 四、核力四、核力III. 放射性元素的衰变放射性元素的衰变一、原子核的组成及符号一、原子核的组成及符号原子核的组成原子核的组成: :（1 1）原子核是由中）原子核是由中子组成的，质子和中子组成的，质子和中子统称为子统称为核子核子。（2 2）核子数）核

12、子数A等于等于质子数与中子数之和，质子数与中子数之和，即即A=Z+N。AZX核子数质子数元素符号常见原子核的符号常见原子核的符号: :4He2粒子：0e-1电子：1n0中子：1H1质子：二、原子核的衰变、二、原子核的衰变、衰变、衰变、衰变衰变原子核的衰变原子核的衰变: :定义：原子核放出射线后变成新的原子核，原子核的这种变定义：原子核放出射线后变成新的原子核，原子核的这种变化叫做原子核的衰变。化叫做原子核的衰变。衰变衰变: :定义：定义：原子核原子核自发自发放出放出 粒子衰变，叫粒子衰变，叫 衰变。衰变。衰变方程：衰变方程： 常见的衰变：常见的衰变：4422XYHeAAZZ 238234492

13、902UThHe衰变衰变: :定义：定义：原子核原子核自发自发放出放出粒子衰变，叫粒子衰变，叫衰变。衰变。衰变方程：衰变方程： 常见的衰变：常见的衰变：011XYAAZZe234234090911ThPae 二、原子核的衰变、二、原子核的衰变、衰变、衰变、衰变衰变例题：例题：238222,URn9286衰变为共发生了几次 衰变，几次 衰变？三、半衰期三、半衰期半衰期半衰期: :定义：定义：放射性元素的原子核有放射性元素的原子核有半数半数发生衰变所需的时间，叫发生衰变所需的时间，叫做元素的半衰期。做元素的半衰期。*元素的半衰期与它所处的元素的半衰期与它所处的物理状态物理状态和和化学状态化学状态无

14、关无关。半衰期的规律半衰期的规律: :在已知半衰期在已知半衰期T和放射性元素原来核数量和放射性元素原来核数量N0的情况下，求经过的情况下，求经过t时间还余下多少数量的核，可以用下式计算：时间还余下多少数量的核，可以用下式计算：01=2tTN N三、半衰期三、半衰期例题：例题：-210gBiTl铋（ ）经 衰变后变成一种新的元素 ，试写出衰变方程。若铋的半衰期是5天，12 铋经过20天后还剩下多少？ 四、核力四、核力核力核力: :原子核之间的质子，存在很强的静电斥力，但原子核却是稳定的。这说明原子核的核子之间不仅存在着相互作用的静电斥力，还有其他的力维持的原子核的稳定，这种力称为核力。核力的特点

15、核力的特点: :短程、强力。核力的作用范围：相邻的两个核子之间；不仅质子间有核力，质子与中子、中子与中子之间也存在核力。 一、原子核的人工转变一、原子核的人工转变 质子的发现质子的发现 二、中子的发现二、中子的发现 三、放射性同位素三、放射性同位素IV. 原子核的人工转变原子核的人工转变一、原子核的人工转变、质子的发现一、原子核的人工转变、质子的发现原子核的人工转变原子核的人工转变: :定义：使用定义：使用人工人工的方法使原子核发生转变的过程，叫做原子核的人的方法使原子核发生转变的过程，叫做原子核的人工转变。工转变。 *人工的方法通常指用人工的方法通常指用 粒子、质子、中子、粒子、质子、中子、

16、 粒子或高能射线流轰粒子或高能射线流轰击原子核而实现，现代科技中常用加速器获得高能粒子流。击原子核而实现，现代科技中常用加速器获得高能粒子流。粒子轰击氦核的实验粒子轰击氦核的实验: :(1)实验的历史地位：世界上第一个原子核的人工转变实验。实验的历史地位：世界上第一个原子核的人工转变实验。(2)实验的设计人：实验的设计人：卢瑟福。卢瑟福。(3)实验的结果：发现了质子。实验的结果：发现了质子。一、原子核的人工转变、质子的发现一、原子核的人工转变、质子的发现(1)容器内抽成容器内抽成真空真空，选择银箔，选择银箔的厚度可以使的厚度可以使A射出的射出的粒子恰粒子恰好被银箔吸收，而不穿过。此好被银箔吸收

17、，而不穿过。此时荧光屏上时荧光屏上无闪光无闪光。(2)容器内冲入容器内冲入氮气氮气，观察到荧光屏上，观察到荧光屏上有上闪光。表明有上闪光。表明 粒子轰击氮原子核粒子轰击氮原子核以后产生了能量较大的新粒子，新粒以后产生了能量较大的新粒子，新粒子的贯穿能力比子的贯穿能力比 粒子强，因而穿透粒子强，因而穿透银箔到达荧光屏而引起银箔到达荧光屏而引起闪光闪光。后来测。后来测出粒子的质量，才知道它是氢原子核，出粒子的质量，才知道它是氢原子核，即质子。即质子。1441717281NHeOH核反应方程式：核反应方程式：二、中子的发现二、中子的发现中子的发现：中子的发现：（1）实验的设计人：）实验的设计人：查德

18、威克查德威克（2）实验介绍：）实验介绍：在真空容器中，用放射源在真空容器中，用放射源钋（钋（Po）放出的放出的 射线射线轰击轰击铍铍（Be），产生了一种不可见的粒子，这种粒子轰击石蜡，产生了一种不可见的粒子，这种粒子轰击石蜡，这产生了质子。后来的研究发现，这种不可见的粒子就是中子。这产生了质子。后来的研究发现，这种不可见的粒子就是中子。491129406HeBenC核反应方程式：核反应方程式：三、三、放射性同位素放射性同位素放射性同位素：放射性同位素：有相同的核电荷有相同的核电荷数数和不同中子数的元素叫同和不同中子数的元素叫同位素。具有放射性的同位素，叫放射性同位素。位素。具有放射性的同位素，

19、叫放射性同位素。231234235238111929292(HHHUUU*常见的同位素有：氘）、（氚）和 （氢）及、和。正电子的发现：正电子的发现：约里奥约里奥 居里夫妇居里夫妇用用 粒子轰击铝箔时，除探粒子轰击铝箔时，除探测到中子外，还探测到了正电子。测到中子外，还探测到了正电子。2743011321503030015141AlHePnPSie3015P其中是磷的一种同位素，具有放射性。 一、重核裂变一、重核裂变 、链式反应、链式反应 二、反应堆、核电站二、反应堆、核电站V. 重核裂变重核裂变一、重核裂变、链式反应一、重核裂变、链式反应核能：核能：原子核的结构发生变化结构发生变化时放出的能量

20、，叫做核能核能。裂变：裂变：重核受到其他粒子轰击时分裂成两块或两块以上中等质量的核的过程称为裂变。裂变。裂变过程中放出中子并释放大量的能大量的能量。量。裂变最早是由德国物理学家哈恩哈恩和他的助手斯特拉斯曼斯特拉斯曼在用中子轰击铀核时发现的。2351141921920563603UnBakrn核反应方程式：核反应方程式：典型的典型的裂变反裂变反应过程：应过程：中子中子中子复合核一、重核裂变、链式反应一、重核裂变、链式反应裂变反应：裂变反应：重核裂变时放出的中子引起其他重核的裂变，可以使裂变不断进行下去，这就是链式反应链式反应。链式反应使核能的大规模利用成为可能。一、重核裂变、链式反应一、重核裂变

21、、链式反应U235与与U238：U235俘获各种能量的中子都会发生裂变，而且俘获能量低的中子发生裂变的概率较大；U238发生裂变的概率很小，能量低于1MeV的中子与它基本没有反应。因此，为了使裂变的链式反应容易发生，最好是利用纯铀235。临界体积：临界体积：能够使链式反应进行下去的体积，叫做临界体积。原子弹：原子弹：当两小于临界体积的铀块或（或钚块）合并为一块大于临界体积铀块（或钚块）时，链式反应就会发生，就产生核爆炸。原子弹的破坏和杀伤作用：原子弹的破坏和杀伤作用：冲击波、光（热）辐射、贯穿辐射和放射性污染等。二、反应堆、核电站二、反应堆、核电站反应堆：反应堆：用人工方法控制核裂变反应速度并

22、获得核能的装置，叫做反应堆反应堆。最早是由意大利科学家费米领导建造了世界上第一座反应堆。反应堆：反应堆：用人工方法控制核裂变反应速度并获得核能的装置，叫做反应堆反应堆。反应堆的组成：反应堆的组成：铀棒：天然铀或浓缩铀组成铀棒：天然铀或浓缩铀组成减速剂：石墨或重水、普通水减速剂：石墨或重水、普通水作用：裂变产生的速度很大的中子跟这些物质相碰后，速度变慢，变成容易被铀235吸收的慢中子。控制棒：镉棒控制棒：镉棒作用：镉棒吸收中子的能力很强，通过棒的深、浅吸收中子，控制反应速度。二、反应堆、核电站二、反应堆、核电站核电站：核电站：利用核反应堆中的核能燃料裂变放出的核能转变为电能的发电厂，叫做核电厂。

23、核电站核电站的基本的基本构成构成：核电站由核岛核岛、常规常规岛岛及配套设施配套设施组成。核电站与常规电厂的区别主要在核岛部分，核的主要部分是反应堆。宇宙 一、开普勒三大定律一、开普勒三大定律 二、万有引力、万有引力定律二、万有引力、万有引力定律 三、宇宙第一速度三、宇宙第一速度 三、引力常量的测量、卡文迪什实验三、引力常量的测量、卡文迪什实验I.万有引力定律万有引力定律一、开普勒三大定律一、开普勒三大定律第一定律：第一定律：行星围绕太阳在椭圆轨道上运动，太阳在椭圆轨道的一个焦点。行星围绕太阳在椭圆轨道上运动，太阳在椭圆轨道的一个焦点。第二定律：第二定律：行星与太阳的连线在相同的时间内容扫过的面

24、积相等。行星与太阳的连线在相同的时间内容扫过的面积相等。第三定律：第三定律：行星绕太阳一周的时间的平方跟椭圆轨道的半长轴的立方之比行星绕太阳一周的时间的平方跟椭圆轨道的半长轴的立方之比是一个常数。是一个常数。23TcR二、万有引力、万有引力定律二、万有引力、万有引力定律(1)内容：内容：两物体间的引力的大小跟两物体的质量的乘积成正比，跟两物体的距离成反比，方向在两物体连线上，这就是万有引力定律。(2)发现人：发现人：牛顿(3)利用的成果：利用的成果：开普勒三定律、第谷观察数据、胡克的猜想(平方反比律)。2MmFGr牛顿的推理演绎过程：牛顿的推理演绎过程：21FRFm2mFR月2mFR地22=m

25、 mMmFF GRR月地距离的计算方法：距离的计算方法：（1）质点：质点间的距离。）质点：质点间的距离。（2）质量分布均匀的球体：）质量分布均匀的球体： 球心间的距离。球心间的距离。三、宇宙第一速度三、宇宙第一速度宇宙第一速度：宇宙第一速度：物体环绕地球运动不掉到地面上所要达到的最低速度，我物体环绕地球运动不掉到地面上所要达到的最低速度，我们把这个速度叫做第一宇宙速度，也叫做们把这个速度叫做第一宇宙速度，也叫做环绕速度环绕速度。37.9 10 (/ )GMvm sR例题：例题：在已知地球半径在已知地球半径R和重力加速度和重力加速度g的情况下，试求地球质量的大小。的情况下，试求地球质量的大小。四、四、引力常量的测量、卡文迪什实验引力常量的测量、卡文迪什实验卡文迪什实验：卡文迪什实验：卡文迪什利用扭秤实验验证了万有引力定律，并测出了引卡文迪什利用扭秤实验验证了万有引力定律，并测出了引力常数。该实验体现了力常数。该实验体现了“微小量放大微小量放大”的物理实验思想。的物理实验思想。 一、地球、月球、潮汐现