選修波粒二象性原子結(jié)構(gòu)原子核

1、選修3-5 第二章、第三章、第四章 知識(shí)點(diǎn)總結(jié)第二章 波粒二象性知識(shí)梳理1、光電效應(yīng)光電效應(yīng)現(xiàn)象：在弧光燈的照射下，鋅板中有一部分電子吸收了光能，掙脫了原子核的束縛，飛離金屬表面，使鋅板帶上正電。光電效應(yīng)定義：物體在光（包括不可見光）的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光電子：物體在光的照射下發(fā)射出來的電子。當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。（光強(qiáng)即光電強(qiáng)度，簡單來說就是電子個(gè)數(shù)多少）。鋅板帶正電，驗(yàn)電器指針帶正電。規(guī)律：每種金屬都有一個(gè)極限頻率；光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比；光照射到金屬表面時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的；光子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，隨入

2、射光的頻率增大而增大。2、光電管：利用光電效應(yīng)制成的一種常見的光電器件。用途：光電管應(yīng)用在各種自動(dòng)化裝置及有聲電影、無線電傳真、光纖通信等技術(shù)裝置里。原理：光電管的陰極表面敷有堿金屬，對(duì)電子的束縛能力比較弱，在光的照射下容易發(fā)射電子，陰極發(fā)出的電子被陽極收集，在回路中形成電流，稱為光電流。注意：光電管兩極加上正向電壓，可以增強(qiáng)光電流。光電流的大小跟入射光的強(qiáng)度和正向電壓有關(guān)，與入射光的頻率無關(guān)。入射光的強(qiáng)度越大，光電流越大。3、物體在光照的條件下發(fā)射電子而發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)遵循如下規(guī)律：（1）對(duì)于任何一種金屬，入射光的頻率必須大于某一極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)極限頻率，無論強(qiáng)度如何，無

3、論照射時(shí)間多長，也不能產(chǎn)生光電效應(yīng)；（2）在單位時(shí)間里從金屬極板中發(fā)射出的光電子數(shù)跟入射光的強(qiáng)度成正比；（3）發(fā)射出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大；（4）只要入射光的頻率高于金屬極板的極限頻率，無論其強(qiáng)度如何，光電子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時(shí)的，不超過109s.4、最大初動(dòng)能：光電效應(yīng)中從金屬出來的電子，有的從金屬表面直接飛出，有的從內(nèi)部出來，沿途與其它粒子碰撞，損失部分能量，因此電子速度會(huì)有差異，直接從金屬表面飛出的速度最大，其動(dòng)能為最大初動(dòng)能。5、最大初動(dòng)能的測定：在強(qiáng)度和頻率一定的光的照射下，回路中的光電流隨著反向電壓的增加而減小，當(dāng)反向電壓達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，光電

4、流將會(huì)減小到零，這時(shí)的電壓稱為遏止電壓U0光電子出射時(shí)的最大初始動(dòng)能：遏止電壓與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，與入射光的頻率有關(guān)，隨著入射光頻率的增大而增大。 注意：光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨著入射光頻率的增大而增大。6、波動(dòng)理論無法解釋的現(xiàn)象：不論入射光的頻率多少，只要光強(qiáng)足夠大，總可以使電子獲得足夠多的能量，從而產(chǎn)生光電效應(yīng)，實(shí)際上如果光的頻率小于金屬的極限頻率，無論光強(qiáng)多大，都不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。光強(qiáng)越大，電子可獲得更多的能量，光電子的最大初始動(dòng)能應(yīng)該由入射光的強(qiáng)度來決定，實(shí)際上光電子的最大初始動(dòng)能與光強(qiáng)無關(guān)，與頻率有關(guān)。光強(qiáng)大時(shí)，電子能量積累的時(shí)間就短，光強(qiáng)小時(shí)，能量積累的時(shí)間就長，

5、實(shí)際上無論光入射的強(qiáng)度怎樣微弱，幾乎在開始照射的一瞬間就產(chǎn)生了光電子普郎克在研究電磁波輻射時(shí)，提出能量量子假說：物體熱輻射所發(fā)出的電磁波的能量是不連續(xù)的，只能是的整數(shù)倍，稱為一個(gè)能量量子。即能量是一份一份的。其中輻射頻率，是一個(gè)常量，稱為普朗克常量。受到普朗克的啟發(fā)，愛因斯坦在1905年提出光子說：即在空間中傳播的光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子，光子的能量跟光的頻率成正比。，其中：是普朗克常量，是光的頻率。逸出功W0: 電子脫離金屬離子束縛，逸出金屬表面克服離子引力做的功。光電效應(yīng)方程：如果入射光子的能量大于逸出功W0，那么有些光電子在脫離金屬表面后還有剩余的動(dòng)能根據(jù)能

6、量守恒定律，入射光子的能量等于出射光子的最大初動(dòng)能與逸出功之和，即 其中是指出射光子的最大初動(dòng)能。使電子脫離某種金屬所做的功的最小值叫做這種金屬的逸出功。這個(gè)關(guān)系式通常叫做愛因斯坦光電方程。 光電效應(yīng)的解釋：金屬內(nèi)部的電子一般一次只能吸收一個(gè)光子的能量，只有入射光子的能量大于或者等于逸出功W0 即：時(shí)，電子才有可能逸出，這就是光電效應(yīng)存在極限頻率的原因。 遏制電壓只與入射光頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)的解釋：由和有：。光子說對(duì)光電效應(yīng)的解釋光子照射到金屬上時(shí)，光子一次只能將其全部能量傳遞給一個(gè)電子，一個(gè)電子一次只能獲取一個(gè)光子的能量，它們之間存在著一對(duì)一的關(guān)系電子吸收光子后，能量增加，如果能量

7、足夠大，就能擺脫金屬中正電荷對(duì)其的束縛，從金屬表面逸出，成為光電子如果光子的能量較小(頻率較低)，電子吸收光子后的能量不足以克服金屬中正電荷對(duì)其的束縛，則立即會(huì)將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能，而不能從金屬中逸出，這就是入射光的頻率較低時(shí)，盡管照射時(shí)間足夠長，也不能發(fā)生光電效應(yīng)的原因 每一種金屬，正電荷對(duì)電子的束縛能力都不同，因此，電子逸出所需做的最小功也不一樣光子頻率小于該頻率，無論如何都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，這就是每一種金屬都存在極限頻率的原因金屬中的電子對(duì)于光子的吸收是十分迅速的，電子一次性獲得的能量足夠時(shí)，逸出也是十分迅速的，這就是光電效應(yīng)具有瞬時(shí)效應(yīng)的原因9、 康普頓效應(yīng)：用X射線照射物體時(shí)，一部分

8、散射出來的X射線的波長會(huì)變長，這個(gè)現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng)?？灯疹D效應(yīng)是驗(yàn)證光的波粒二象性的重要實(shí)驗(yàn)之一。康普頓效應(yīng)的意義：證明了愛因斯坦光子假說的正確性，揭示了光子不僅具有能量，還具有動(dòng)量。光子的動(dòng)量為現(xiàn)象解釋：碰撞前后光子與電子總能量守恒，總動(dòng)量也守恒。碰撞前，電子可近似視為靜止的，碰撞后，電子獲得一定的能量和動(dòng)量， X光子的能量和動(dòng)量減小，所以X射線光子的波長變長。 康普頓效應(yīng)中散射光的波長只能變長，因?yàn)榭灯疹D效應(yīng)中X射線光子與靜止的自由電子發(fā)生彈性碰撞。10、光的干涉證明了光有波粒二象性：每次只有一個(gè)光子經(jīng)過雙縫，短時(shí)間照射，感光片上呈現(xiàn)雜亂分布的幾個(gè)亮點(diǎn)，即表現(xiàn)出粒子性；當(dāng)長時(shí)間照射時(shí)，發(fā)現(xiàn)

9、有干涉條紋，表現(xiàn)出波動(dòng)性。注意：亮紋是光子落的概率大，暗紋是概率小，不是光子照不到。正確理解波粒二象性波粒二象性中所說的波是一種概率波，對(duì)大量光子才有意義。波粒二象性中所說的粒子，是指其不連續(xù)性，是一份能量。個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性。頻率高的光子容易表現(xiàn)出粒子性；頻率低的光子容易表現(xiàn)出波動(dòng)性。光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為粒子性。由光子的能量E=h，光子的動(dòng)量表示式也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量頻率和波長。由以上兩式和波速公式c=還可以得出：E =

10、 pc。11、概率波：光子落在明條紋的概率高，落在暗條紋的概率低。干涉條紋是光子落在感光片上各點(diǎn)的概率分布的反映。12、德布羅意波：任何一個(gè)實(shí)物粒子都和一種波相對(duì)應(yīng)，這種波稱為德布羅意波，也稱為物質(zhì)波。 德布羅意波的波長 ，是實(shí)物粒子的動(dòng)量。 電子衍射實(shí)驗(yàn)證明了德布羅意波假說。實(shí)驗(yàn)證明一切的微觀粒子（包括光子和實(shí)物粒子）都具有波粒二象性，對(duì)微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的最準(zhǔn)確描述是概率波。13、電子云：原子核外電子的概率分布圖。概率大的地方小圓點(diǎn)密一些，概率小的地方小圓點(diǎn)疏一些。討論微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，軌道的概念毫無意義。14、不確定性關(guān)系：微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)完全精確地確定。如果用表示微觀粒子位置的

11、不確定性，用表示微觀粒子在方向上動(dòng)量的不確定性，則有。原因是因?yàn)槲⒂^粒子具有波動(dòng)性。由不確定性關(guān)系可知，坐標(biāo)和動(dòng)量，其中一個(gè)測量得越準(zhǔn)確，另外一個(gè)的不確定性就越大。微觀粒子的波粒二象性和不確定性關(guān)系本質(zhì)是一樣的，導(dǎo)致共同的結(jié)果：微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不能通過確定的軌道來描述，只能通過概率波做統(tǒng)計(jì)性的描述。不確定性關(guān)系對(duì)宏觀物體沒有意義。題型講解1. 關(guān)于光電效應(yīng)，有如下幾種陳述，其中正確的是（ ）A金屬電子的逸出功與入射光的頻率成正比B光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度無關(guān)C用不可見光照射金屬一定比用可見光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的初動(dòng)能要大D對(duì)于任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長”，入射光的波長必須小于

12、這個(gè)波長，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)2. （1）已知金屬銫的逸出功為1.9eV，在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，要使銫表面發(fā)出的光電子的最大功能為1.0eV，入射光的波長應(yīng)為_m（2）如圖所示，電路中所有元件完好，光照射到陰極上時(shí)，靈敏電流計(jì)中沒有電流通過，其原因可能是（ ）A. 入射光太弱； B. 入射光波長太長； C. 光照時(shí)間短； D. 電源正負(fù)極接反。參考答案：1【答案】D2（1）【解析】由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得：=W+m=1.9+1.0=2.9eV=2.9×1.6×1019J=4.3×107 m 【答案】（2）【答案】BD第三章 原子結(jié)構(gòu) 能級(jí)知識(shí)梳理一、粒子散射實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)

13、裝置：放射源：釙放在帶小孔的鉛盒中，放射出高能粒子(粒子)帶正電，m>>me金箔：厚度極小，可至1微米(金原子的質(zhì)量大，且易延成很薄的箔)顯微鏡：能繞金箔在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)熒光屏：熒光屏裝在顯微鏡上2.實(shí)驗(yàn)步驟(1)釙放出的粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細(xì)的一束射線，射到熒光屏上產(chǎn)生閃光，通過顯微鏡觀察(偏離正對(duì)位置，無閃光)(2)放上金箔F，正對(duì)位置可觀察到大量的閃光點(diǎn)(3)轉(zhuǎn)動(dòng)顯微鏡，在不同偏轉(zhuǎn)角處，可看到粒子散射現(xiàn)象3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)(2)少數(shù)粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)二、盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型1. 在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全

14、部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外的空間運(yùn)動(dòng)。原子核的發(fā)現(xiàn)有重大意義，因?yàn)樗_辟了原子核物理的新領(lǐng)域，盧瑟福被人們尊稱為原子核物理之父2. 原子核式結(jié)構(gòu)的模型，是建立在粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的3. 原子、原子核的大小：原子直徑數(shù)量級(jí) 1010m 原子核直徑數(shù)量級(jí) 1015m原子核直徑是原子直徑的十萬分之一如果原子是直徑100m的操場，原子核只有一個(gè)直徑為幾毫米的玻璃球那么大4. 原子核是由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。三、原子光譜1. 原子光譜：某種原子的氣體通電后可以發(fā)光并產(chǎn)生固定不變的光譜，這種光譜被稱為原子光譜。是了解原子性質(zhì)的最重要的直接證據(jù)。原子光譜是分

15、立的亮線，是不連續(xù)的。每種原子都有自己特定的原子光譜。不同的原子，其原子光譜均不相同，故原子光譜被稱為原子的“指紋”。我們通過對(duì)光譜的分析鑒別不同的原子，確定物體的化學(xué)組成，發(fā)現(xiàn)新元素。注意：用分光鏡觀察氫原子光譜，要盡量縮短時(shí)間以延長光譜管的壽命。2. 玻爾理論解釋氫原子光譜某種稀薄氣體盡管元素成分較單一，但各原子分別處于不同的能量狀態(tài)它們由高能級(jí)向低能級(jí)的躍遷會(huì)出現(xiàn)多種可能，每一種可能對(duì)應(yīng)發(fā)出某一頻率的光子而這些可能又由對(duì)應(yīng)的能級(jí)差決定能級(jí)是不連續(xù)的，能級(jí)差也是不連續(xù)的，所以導(dǎo)致原子光譜的亮線是不連續(xù)的 3. 光譜分析由于每種元素都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)

16、組成這種方法叫做光譜分析這種方法的優(yōu)點(diǎn)是非常靈敏而且迅速做光譜分析時(shí)，可以利用發(fā)射光譜，也可以利用吸收光譜銣和銫就是從光譜中看到了以前所不知道的特征譜線而發(fā)現(xiàn)的太陽光經(jīng)大氣層時(shí)產(chǎn)生的吸收光譜4、氫原子光譜在可見光區(qū)有四條分立的譜線?？梢姎湓邮芗ぐl(fā)只能發(fā)出幾種特定頻率的光。四條譜線的波長滿足巴爾末公式：，=3，4，5，6 R為里德伯常量。符合巴耳末公式的光譜線統(tǒng)稱為巴耳末系。5、廣義巴爾末公式：，其中和均為正整數(shù)，且或者，式中 ，稱為光譜項(xiàng)譜線波長的倒數(shù)可以表示為兩光譜項(xiàng)之差。譜線波長取決于兩光譜項(xiàng)之差。四、能級(jí)1. 能級(jí)的猜想：氫氣放電的過程中，向外輻射出光（能量），氫原子的能量也在減少，因

17、為氫原子光譜是分立的，能量不是連續(xù)減少的，因此我們猜想原子內(nèi)部的能量也是不連續(xù)的。能級(jí)：原子內(nèi)部不連續(xù)的能量稱為原子的能級(jí)。躍遷：原子從一個(gè)能級(jí)變化到另外一個(gè)能級(jí)的過程叫做躍遷。處于高能級(jí)的原子會(huì)自發(fā)地向低能級(jí)躍遷，并輻射出光子。輻射出光子的能量為 式中和分別為原子躍遷前后的能級(jí)。反之，原子吸收了特定頻率的光子或者通過其他途徑獲得能量時(shí)便可以從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，也滿足上式。由上面分析可知，原子輻射或者吸收光子的頻率取決于兩能級(jí)之差。2丹麥物理學(xué)家波爾推導(dǎo)出氫原子的能級(jí)公式：，=1，2，3 式中R為里德伯常量，c為光速，n為正整數(shù)。式子表明：氫原子的能量是不連續(xù)的，是量子化的，只能取一些定值，

18、因此n也被稱為能量量子數(shù)。3. 從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子；從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)可能是吸收光子。原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級(jí)到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。（如在基態(tài)，可以吸收E 13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于電離外，都轉(zhuǎn)化為電離出去的電子的動(dòng)能）。4. 玻爾理論的局限性。由于引進(jìn)了量子理論（軌道量子化和能量量子化），玻爾理論成功地解釋了氫光譜的規(guī)律。但由于它保留了過多的經(jīng)典物理理論（牛頓第二定律、向心力、庫侖力等），所以在解釋其他原子的光譜上都遇到很大的困難。氫原子的激發(fā)態(tài)和基態(tài)的能量(最小)的關(guān)系是:En=E1/n2

19、，其中E1=13.6eV, (大量)處于n激發(fā)態(tài)原子躍遷到基態(tài)時(shí)的所有輻射方式共有=n (n1)/2種注： 原子從低能級(jí)向高能級(jí)的躍遷：當(dāng)光子作用使原子發(fā)生躍遷時(shí)，只有光子的能量滿足的躍遷條件時(shí)，原子才能吸收光子的全部能量而發(fā)生躍遷.（電離除外，比如光子能量為14eV的光子照射基態(tài)氫原子，會(huì)使基態(tài)的氫原子電離，電離后電子還具有14eV-13.6eV=0.6eV的初動(dòng)能.）當(dāng)電子等實(shí)物粒子作用在原子上，只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，即可使原子受激發(fā)而向較高能級(jí)躍遷. 原子從高能級(jí)向低能級(jí)的躍遷：當(dāng)一群氫原子處于某個(gè)能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能產(chǎn)生的譜線條數(shù)為n(n-1)/2；當(dāng)一

20、個(gè)氫原子處于某個(gè)能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多可產(chǎn)生的譜線條數(shù)為（n-1），若氫原子的從高能級(jí)向某一確定的低能級(jí)躍遷，只能產(chǎn)生一條譜線5、氫原子的能級(jí)示意圖基態(tài)：正常狀態(tài)下，氫原子處于最低的能級(jí)（n=1），這個(gè)最低能級(jí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài)，氫原子在基態(tài)的能量為-13.6eV。激發(fā)態(tài)：電子受到外界激發(fā)時(shí)，可從基態(tài)躍遷到較高的能級(jí)，上，這些能解對(duì)于的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的氫原子是不穩(wěn)定的，它會(huì)自發(fā)向較低的能級(jí)躍遷，躍遷時(shí)釋放出來的能量以光子的形式向外輻射，這就是氫原子發(fā)光現(xiàn)象。輻射出的光子的能量等于兩能級(jí)的能量差：。能級(jí)間躍遷產(chǎn)生不連續(xù)的線譜。題型講解粒子原子核A1. 如圖所示，為粒子散射實(shí)驗(yàn)的示意

21、圖，A點(diǎn)為某粒子運(yùn)動(dòng)中離原子核最近的位置，則該粒子在A點(diǎn)具有( )A最大的速度 B最大的加速度C最大的動(dòng)能 D最大的電勢能2. 下列現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的是（ ）A粒子散射現(xiàn)象 B天然放射現(xiàn)象 C光電效應(yīng)現(xiàn)象 D原子發(fā)光現(xiàn)象3. （1）氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道過程中： （ ）A.原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增大，原子的電勢能增大B.原子要放出光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢能減小C.原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增大，原子的電勢能減小D.原子要吸收光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢能增大（2）氫原子的能級(jí)如下圖所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62 eV3.11

22、 eV，下列說法錯(cuò)誤的是（ ）A處于n3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離B大量氫原子從高能級(jí)向n3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)C大量處于n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出6種不同頻率的光D大量處于n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出3種不同頻率的可見光1【答案】BD 2【答案】B3（1）【答案】D（2）【答案】D【解析】處于n3能級(jí)的氫原子吸收光子而發(fā)生電離的最小能量是1.51 eV，又因紫外線的頻率大于可見光的頻率，所以紫外線的光子能量E3.11 eV，故A正確由能級(jí)躍遷理論知，氫原子由高能級(jí)向n3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出光子的能量E1.51 eV，所以發(fā)出光子能量

23、小于可見光的光子能量由Eh知，發(fā)出光子頻率小于可見光的光子頻率，發(fā)出光子為紅外線，具有較強(qiáng)的熱效應(yīng)，故B正確點(diǎn)評(píng)：計(jì)算時(shí)應(yīng)注意：因一般取 遠(yuǎn)處為零電勢參考面，故各能級(jí)的能量值均為負(fù)值；能量單位 1 eV1.6×1019 J第四章 原子核 核能知識(shí)梳理一、原子核的組成1（1）盧瑟福用射線實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言中子的存在；（2）查德威克發(fā)現(xiàn)了中子（3）湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子2核子：組成原子核的中子和質(zhì)子的統(tǒng)稱。一、天然放射現(xiàn)象1.天然放射現(xiàn)象放射性與放射性元素：物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性具有放射性的元素稱為放射性元素天然放射現(xiàn)象原子序數(shù)大于82的元素都有放射性天然放射性元素的種類很多，但它們

24、在地球上的含量很少原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性元素這種自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象稱為天然放射現(xiàn)象。2.三種射線放射性物質(zhì)放出的射線有三種：射線、射線、射線三種射線的成分和性質(zhì)名稱構(gòu)成符號(hào)電量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)射線氦核+2e4u最強(qiáng)最弱射線電子-e0較強(qiáng)較強(qiáng)射線光子00最弱最強(qiáng)二、衰變1.原子核的衰變：放射性元素的原子核放出某種粒子后變成新的原子核的變化2.兩種衰變：衰變、衰變鈾238（）的衰變 釷234（）的衰變 3.衰變規(guī)律：原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒4.實(shí)質(zhì)：衰變 衰變 5.衰變衰變或衰變后產(chǎn)生的新核往往處于高能級(jí)，不穩(wěn)定，要向低能級(jí)躍遷放出光子射線是伴隨著射線和射線產(chǎn)生的放

25、射性物質(zhì)發(fā)生衰變時(shí)，有的發(fā)生衰，有的發(fā)生衰變，同時(shí)伴隨射線這時(shí)三種射線都有例：寫出鐳226、釙210的一次衰變方程。銅66、磷32的一次衰變方程。衰變、衰變表示了原子核是可以變化的每一種元素的衰變快慢一樣嗎?衰變快慢有什么規(guī)律?如何描述這一變化規(guī)律?三、半衰期1. 半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間符號(hào)T（少數(shù)個(gè)別的核衰變時(shí)，談半衰期無意義，半衰期由核的性質(zhì)來決定，與該元素的物理性質(zhì)（狀態(tài)、壓強(qiáng)、溫度、密度等）化學(xué)性質(zhì)或存在形式均無關(guān)）2. 半衰期反映了放射性元素衰變的速率每種放射性元素都有一定的半衰期氡222衰變?yōu)獒?18的半衰期為3.8天，鐳226衰變?yōu)殡?22的半衰期為1

26、620年，鈾238衰變?yōu)殁Q234的半衰期為4.5×109年. 3. 放射性元素的半衰期的大小是由核內(nèi)部本身的因素決定的，與它所處物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)四、人工轉(zhuǎn)變：(發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng))(盧瑟福)用粒子轟擊氮核,并預(yù)言中子的存在 (發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng))(查德威克)釙產(chǎn)生的射線轟擊鈹 (人工制造放射性同位素)正電子的發(fā)現(xiàn)(約里奧居里和伊麗芙居里夫婦)粒子轟擊鋁箔五、放射性同位素的應(yīng)用1. 利用其射線：射線電離性強(qiáng),用于使空氣電離,將靜電泄出,從而消除有害靜電。射線貫穿性強(qiáng),可用于金屬探傷,也可用于治療惡性腫瘤。各種射線均可使DNA發(fā)生突變,可用于生物工程，基因工程。2. 作為示蹤原子。用于

27、研究農(nóng)作物化肥需求情況，診斷甲狀腺疾病的類型，研究生物大分子結(jié)構(gòu)及其功能。3. 進(jìn)行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木質(zhì)文物的產(chǎn)生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（種類齊全，各種元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，廢料容易處理。可制成各種形狀，強(qiáng)度容易控制）。六、核力與結(jié)合能（一） 核力及其性質(zhì)1核力的定義：組成原子核的核子之間有很強(qiáng)的相互作用力，使核子能夠克服庫侖斥力而緊密地結(jié)合在一起，這種力稱2核力有著完全不同于靜電力和萬有引力的一些性質(zhì)(1)核力是一種強(qiáng)力，在它的作用范圍內(nèi)，核力比庫侖力大得多（2）核力是短程力，作用范圍在1.5×1015m之內(nèi)，核力在大于0

28、.8×1015m時(shí)表現(xiàn)為吸引力，且隨距離增大而減小，超過1.5×1015m，核力急劇下降幾乎消失；而在距離小于0.8×1015m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起。（3）每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性。（二） 重核與輕核1重核：排在元素周期表比較靠后的元素對(duì)應(yīng)的原子核2輕核：排在元素周期表比較靠前的元素對(duì)應(yīng)的原子核3輕核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一般相等，比較穩(wěn)定但大多數(shù)重核中子數(shù)多于質(zhì)子數(shù)，并且不穩(wěn)定排在 83 號(hào)以后的原子核都不穩(wěn)定，它們能自動(dòng)分解或衰變成更輕的原子核(三)結(jié)合能1結(jié)合能：由于核子之間存在著強(qiáng)大的核力，要把原子核拆成

29、核子，需要克服核力做功，也就是說需要提供一定的能量反過來，根據(jù)能量守恒，核子結(jié)合成原子核時(shí)，也會(huì)放出一定能量，我們把這個(gè)能量叫做結(jié)合能結(jié)合能越大，將原子核拆散需要的能量越多，說明原子核越穩(wěn)定2平均結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與其核子數(shù)之比，稱為平均結(jié)合能平均結(jié)合能與原子核的穩(wěn)定性結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核具有的能量，而是把核子分開所需要的能量(1)平均結(jié)合能的大小能夠反映核的穩(wěn)定程度，平均結(jié)合能越大，原子核越難拆開，表示該核越穩(wěn)定(2)核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，平均結(jié)合能比較小，中等核子數(shù)（如鐵）的原子核，平均結(jié)合能較大(3)當(dāng)平均結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成平均結(jié)合能比較大的原子核時(shí)，

30、就釋放核能六、核反應(yīng)1. 原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng)。2. 原子核的人工轉(zhuǎn)變（1）1919年，盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子核反應(yīng)方程 （2）查德威克發(fā)現(xiàn)中子核反應(yīng)方程 3. 核反應(yīng)規(guī)律：在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒居里夫婦發(fā)現(xiàn)正電子 七、質(zhì)能方程1.核反應(yīng)伴隨著能量變化核反應(yīng)中放出的能量稱為核能。一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核，放出2.2Mev能量2.質(zhì)量虧損組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差(或者參加核反應(yīng)的原子核總質(zhì)量與生成新原子核的總質(zhì)量之差)叫質(zhì)量虧損.3.質(zhì)能方程愛因斯坦質(zhì)能方程 質(zhì)量虧損放出能量 和結(jié)合成核放出能量2.22Mev4.原子質(zhì)量單位u 1u.660

31、6×1027kg 相當(dāng)于931.5Mev的能量八、裂變重核分裂成質(zhì)量較小的核釋放出核能的反應(yīng),稱為裂變鈾核的裂變1. 鈾核裂變的一種典型反應(yīng)1939年12月，德國物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)，用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生了裂變，鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)是2. 裂變反應(yīng)中的能量的計(jì)算以上述典型反應(yīng)為例：裂變前的總質(zhì)量 ，裂變后的質(zhì)量 ，質(zhì)量虧損釋放的能量1kg鈾235含有的鈾原子核數(shù)為1kg鈾235完全反應(yīng)釋放的總能量為九、聚變l. 聚變反應(yīng)由輕原子核聚合成較重原子核的反應(yīng)稱聚變.2聚變反應(yīng)的特點(diǎn)聚變反應(yīng)的特點(diǎn)主要有3個(gè)和裂變相比，聚變反應(yīng)釋放的能量更多。例如，一個(gè)氘核和一個(gè)氚核發(fā)生聚變，其核反應(yīng)方程是根據(jù)已知的數(shù)據(jù)氘核的質(zhì)量：mD=2.014102u 氚核的質(zhì)量：mT=u氦核的質(zhì)量：m=4.002603u 中子的質(zhì)量：mn=1008665u該反應(yīng)釋放能量為平均每個(gè)核子放出的能量為3.3MeV聚變材料豐富1L海水中大約有003g氘，如果發(fā)生聚變，放出的能量相當(dāng)于燃燒300L汽油常見的聚變反應(yīng)在這兩個(gè)反應(yīng)中，前一反應(yīng)的材料是氘，后一反應(yīng)的材料是氘和氚，而氚又是前一反應(yīng)的產(chǎn)物所以氘是實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)反應(yīng)的原始材料，而氘是重水的組成成分，在覆蓋地球表面三分之二的海水中是取之不盡的安全