高中物理第一輪總復(fù)習(xí)選修3-5原子原子核

1、氫光譜0.41010.65620.48610.4340m主主 題題內(nèi)內(nèi) 容容要求要求說明說明原子原子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與原與原子核子核 氫原子光譜氫原子光譜氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式原子核的組成、放射性、原子核原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期的衰變、半衰期放射性同位素放射性同位素核力、核反應(yīng)方程核力、核反應(yīng)方程結(jié)合能、質(zhì)量虧損結(jié)合能、質(zhì)量虧損裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆。堆。放射性的防護(hù)放射性的防護(hù) 1 1、在原子中心有很小的核、在原子中心有很小的核( (稱為原子核稱為原子核) )， 核外有電子繞核高速旋轉(zhuǎn)。核外有電子繞核高速旋轉(zhuǎn)。2 2

2、、原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中、原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中 在原子核里。在原子核里。3 3、原子核的大小：、原子核的大?。涸影霃綌?shù)量級(jí)為原子半徑數(shù)量級(jí)為10101010m, , 原子核大小數(shù)量級(jí)為原子核大小數(shù)量級(jí)為10101414m一、原子的核式結(jié)構(gòu)：一、原子的核式結(jié)構(gòu)：盧瑟福盧瑟福原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)天然放射現(xiàn)象天然放射現(xiàn)象二、玻爾的原子模型二、玻爾的原子模型玻爾玻爾模型模型定態(tài)假說定態(tài)假說原子只能處于一系列不連續(xù)的能量原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，這些狀態(tài)稱為定態(tài)狀態(tài)中，這些狀態(tài)稱為定態(tài)。軌道假說軌道假說原子不同能量狀態(tài)跟電子沿不同軌道原子不同能

3、量狀態(tài)跟電子沿不同軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。因定態(tài)不連續(xù)，所繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。因定態(tài)不連續(xù)，所以電子可能軌道分布也是不連續(xù)的以電子可能軌道分布也是不連續(xù)的。躍遷假說躍遷假說原子從一種定態(tài)躍遷到另一定態(tài)時(shí)原子從一種定態(tài)躍遷到另一定態(tài)時(shí),要輻射（或吸收）一定頻率的光子要輻射（或吸收）一定頻率的光子,光子能量等于兩定態(tài)的能量差光子能量等于兩定態(tài)的能量差。nmEEh 高能級(jí)高能級(jí)低能級(jí)低能級(jí)放出光子放出光子吸收能量吸收能量三、能級(jí)：三、能級(jí)：1. 原子各個(gè)定態(tài)對(duì)應(yīng)的能量是不連續(xù)的，這原子各個(gè)定態(tài)對(duì)應(yīng)的能量是不連續(xù)的，這些能量值叫做能級(jí)。些能量值叫做能級(jí)。2. 基態(tài)和激發(fā)態(tài)：基態(tài)和激發(fā)態(tài)：能量最低的狀態(tài)（對(duì)應(yīng)能

4、量最低的狀態(tài)（對(duì)應(yīng)n=1）叫做基態(tài)，）叫做基態(tài)，其它狀態(tài)（對(duì)應(yīng)其它狀態(tài)（對(duì)應(yīng)n=2、3、4）叫做激發(fā)態(tài)。）叫做激發(fā)態(tài)。3. 能級(jí)公式能級(jí)公式)( eV.EnEEn6131214. 能級(jí)圖能級(jí)圖 -0.851234n5-3.4-1.51-0.540E/eV-13.6)( eV.EnEEn613121 玻爾理論能夠十分圓滿地解釋氫光譜并玻爾理論能夠十分圓滿地解釋氫光譜并且預(yù)言了氫原子輻射電磁波譜的問題，其成且預(yù)言了氫原子輻射電磁波譜的問題，其成功之處在于引進(jìn)了量子化的觀點(diǎn)；但是，在功之處在于引進(jìn)了量子化的觀點(diǎn)；但是，在解釋其它原子光譜時(shí)遇到了很大的困難，因解釋其它原子光譜時(shí)遇到了很大的困難，因?yàn)椴?/p>

5、爾理論過多地保留了經(jīng)典理論。為玻爾理論過多地保留了經(jīng)典理論。 牛頓力學(xué)只適用于低速運(yùn)動(dòng)（相對(duì)于光牛頓力學(xué)只適用于低速運(yùn)動(dòng)（相對(duì)于光速）的宏觀物體，對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，牛速）的宏觀物體，對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，牛頓力學(xué)不適用了。頓力學(xué)不適用了。四、玻爾理論的局限性：四、玻爾理論的局限性：例例1 1、如圖給出氫原子最低的四個(gè)能級(jí)，大量如圖給出氫原子最低的四個(gè)能級(jí)，大量氫原子在這些能級(jí)之間躍遷所輻射的光子的頻率氫原子在這些能級(jí)之間躍遷所輻射的光子的頻率最多有種，其中最小的頻率等于最多有種，其中最小的頻率等于赫（保留兩個(gè)數(shù)字）赫（保留兩個(gè)數(shù)字）。h=6.631034JSE（eV）3.42 21.513 3

6、0.854 413.61 1n624Cn nmEEh hEE3434191063. 6106 . 166. 0Hz14106 . 11.61014 例例2、欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行、欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行的是：的是： （ ） A. 用用10.2eV的光子照射的光子照射. B. 用用11.5 eV的光子照射的光子照射. C. 用用14 eV的光子照射的光子照射. D. 用用11.5 eV的電子碰撞的電子碰撞. E. 用用10 eV的電子碰撞的電子碰撞.提示：原子的躍遷公式只適用于光子和原子作用而提示：原子的躍遷公式只適用于光子和原子作用而 使原子在各定態(tài)之間躍遷的情

7、況使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況;A C D 光子和原子作用而使原子電離時(shí)則不受此條件的限制光子和原子作用而使原子電離時(shí)則不受此條件的限制 實(shí)物粒子與原子相互作用而使原子激發(fā)時(shí)，粒子的實(shí)物粒子與原子相互作用而使原子激發(fā)時(shí)，粒子的能量也不受上述條件的限制。能量也不受上述條件的限制。E（eV）3.42 21.513 30.854 413.61 1n 例例3、 處于基態(tài)的一群氫原子受某種單色光的照射處于基態(tài)的一群氫原子受某種單色光的照射時(shí)，時(shí)， 只發(fā)射波長為只發(fā)射波長為 的三種單色光，且的三種單色光，且 ，則照射光的波長為，則照射光的波長為( )212132323211.DCBA321、3211.51

8、3.4E（eV）2 23 313.61 1n132 D例例4、根據(jù)玻爾理論，氫原子由外層軌道躍遷、根據(jù)玻爾理論，氫原子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道后（到內(nèi)層軌道后（ ）A.原子的能量增加，電子的動(dòng)能減小原子的能量增加，電子的動(dòng)能減小B.原子的能量增加，電子的動(dòng)能增加原子的能量增加，電子的動(dòng)能增加C.原子的能量減少，電子的動(dòng)能減小原子的能量減少，電子的動(dòng)能減小D.原子的能量減少，電子的動(dòng)能增加原子的能量減少，電子的動(dòng)能增加 D)( eV.EnEEn613121原子的能量等于電子動(dòng)能加上電勢(shì)能，其原子的能量等于電子動(dòng)能加上電勢(shì)能，其形式可與形式可與天體運(yùn)動(dòng)天體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行類比。進(jìn)行類比。1 1、原子核的人

9、工轉(zhuǎn)變、原子核的人工轉(zhuǎn)變發(fā)現(xiàn)質(zhì)子發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)盧瑟福( 1117842147HOHeN發(fā)現(xiàn)中子發(fā)現(xiàn)中子)( 101264294查得威克nCHeBe2 2、原子核的組成：、原子核的組成： 質(zhì)子中子質(zhì)子中子 （質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子）（質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子）質(zhì)子的質(zhì)量質(zhì)子的質(zhì)量mp 中子的質(zhì)量中子的質(zhì)量mn一、原子核的組成一、原子核的組成二、天然放射現(xiàn)象二、天然放射現(xiàn)象 1 1、天然放射現(xiàn)象天然放射現(xiàn)象：某些元素能自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象：某些元素能自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象 叫做天然放射現(xiàn)象。這些元素稱為放射性元素。叫做天然放射現(xiàn)象。這些元素稱為放射性元素。2 2、三種射線三種射線高速的高速的粒子流，粒子流，粒

10、子是氦原子核，速度粒子是氦原子核，速度 約為光速約為光速1/101/10，貫穿能力最弱，電離能力最強(qiáng)。，貫穿能力最弱，電離能力最強(qiáng)。 高速的電子流，高速的電子流，粒子是速度接近光速的負(fù)粒子是速度接近光速的負(fù) 電子，貫穿能力稍強(qiáng)，電離能力稍弱。電子，貫穿能力稍強(qiáng)，電離能力稍弱。 能量很高的電磁波，能量很高的電磁波，粒子是波長極短的粒子是波長極短的 光子光子, , 貫穿能力最強(qiáng)貫穿能力最強(qiáng), ,電離能力最弱。電離能力最弱。 3.3.三種射線的來源：三種射線的來源： 粒子是核內(nèi)兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子抱成團(tuán)一起射出粒子是核內(nèi)兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子抱成團(tuán)一起射出。粒子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時(shí)放出的粒子是原子

11、核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時(shí)放出的。射線經(jīng)常是伴隨射線經(jīng)常是伴隨射線和射線和射線產(chǎn)生的射線產(chǎn)生的。三、衰變?nèi)?、衰變?cè)雍朔懦錾渚€后變成新的原子核原子核放出射線后變成新的原子核1. 1. 衰變規(guī)律衰變規(guī)律衰變衰變HeYXAZAZ4242質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)-4,-4,電荷數(shù)電荷數(shù)-2 -2 衰變衰變eYXAZAZ011質(zhì)量數(shù)不變質(zhì)量數(shù)不變, ,電荷數(shù)電荷數(shù)+1 +1 原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量都守恒。原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量都守恒。2.2.半衰期半衰期 T： 放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變 所需的時(shí)間。所需的時(shí)間。半衰期短的元素衰變得快，放射性較強(qiáng)半衰期短的元素衰變得快，放射性

12、較強(qiáng)半衰期只與元素本身有關(guān)半衰期只與元素本身有關(guān), ,與所處的物理、化學(xué)與所處的物理、化學(xué) 狀態(tài)及周圍環(huán)境、溫度等都無關(guān)。狀態(tài)及周圍環(huán)境、溫度等都無關(guān)。TtNN)21(0Ttmm)21(0衰變圖象衰變圖象半衰期是一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)大量原子滿足，半衰期是一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)大量原子滿足，對(duì)少數(shù)幾個(gè)原子不滿足。對(duì)少數(shù)幾個(gè)原子不滿足。四、放射性同位素四、放射性同位素1、具有放射性的同位素，叫放射性同位素。、具有放射性的同位素，叫放射性同位素。2、放射性同位素的原子核不穩(wěn)定，能自發(fā)、放射性同位素的原子核不穩(wěn)定，能自發(fā)地放出地放出射線、射線、射線和射線和射線而衰變。射線而衰變。 3、應(yīng)用、應(yīng)用 ：一是利用它產(chǎn)

13、生的射線，：一是利用它產(chǎn)生的射線， 二是作為示蹤原子。二是作為示蹤原子。 例例1 1、放射性原子核、放射性原子核 經(jīng)過一系列的經(jīng)過一系列的衰變和衰變和衰變后成新原子核衰變后成新原子核 , ,其中經(jīng)其中經(jīng)衰變的次數(shù)為衰變的次數(shù)為n n=_, =_, 衰變的次數(shù)衰變的次數(shù)n n=_ =_ 。U2 23 38 89 92 2Pb2 20 06 68 82 2分析：寫出核反應(yīng)方程式如下，分析：寫出核反應(yīng)方程式如下，PbeyHexU20682014223892)()(86例例2 2、關(guān)于元素放射性的半衰期下述正確的、關(guān)于元素放射性的半衰期下述正確的( ) ( ) A.A.放射性試樣的總質(zhì)量減半所需的時(shí)間

14、放射性試樣的總質(zhì)量減半所需的時(shí)間B.B.放射性核的個(gè)數(shù)衰減到一半所需的時(shí)間放射性核的個(gè)數(shù)衰減到一半所需的時(shí)間C.C.加溫加溫, ,加壓時(shí)半衰期不變加壓時(shí)半衰期不變D.D.與其它物質(zhì)組成化合物時(shí)半衰期將變化與其它物質(zhì)組成化合物時(shí)半衰期將變化B C例例3、在中子、質(zhì)子、電子、正電子、在中子、質(zhì)子、電子、正電子、粒子中粒子中選出一個(gè)適當(dāng)?shù)牧Ｗ?，分別填在下列核反應(yīng)式選出一個(gè)適當(dāng)?shù)牧Ｗ樱謩e填在下列核反應(yīng)式的橫線上的橫線上:_126429423491234902349023892CHeBePaThThUHe42粒子粒子e01電子電子n10中子中子核反應(yīng)方程：核反應(yīng)方程：例4、將天然放射性物質(zhì)放入頂端開有

15、小孔的鉛盒S里，放射線便從小孔中射出，沿帶電平行金屬板A、B之間的中線垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)，軌道如圖所示，則軌跡 是射線，軌跡 是射線，軌跡 是射線. 板帶正電， 板帶負(fù)電.是射線的軌跡，是射線的軌跡.1 1、核力：原子核中，將核子維系在一起的一、核力：原子核中，將核子維系在一起的一種短程強(qiáng)作用力種短程強(qiáng)作用力. .五、核能五、核能2、核能：核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或、核能：核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量，叫做原子原子核分解為核子時(shí)吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能核的結(jié)合能，亦稱核能.獲得核能的兩個(gè)基本獲得核能的兩個(gè)基本途徑是重核裂變和輕核聚變途徑是重

16、核裂變和輕核聚變.3、質(zhì)量虧損：任何一個(gè)原子核的質(zhì)量總是小、質(zhì)量虧損：任何一個(gè)原子核的質(zhì)量總是小于組成它的所有核子的質(zhì)量和于組成它的所有核子的質(zhì)量和.這一個(gè)差值叫做這一個(gè)差值叫做質(zhì)量虧損。質(zhì)量虧損。 E m c2注意：注意：核反應(yīng)過程中需遵循三個(gè)守恒定律：核反應(yīng)過程中需遵循三個(gè)守恒定律：電荷數(shù)守恒定律、質(zhì)量數(shù)守恒定律和動(dòng)量守恒電荷數(shù)守恒定律、質(zhì)量數(shù)守恒定律和動(dòng)量守恒定律；定律；質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量損失也不是質(zhì)量消失質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量損失也不是質(zhì)量消失了；了；不能理解為質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，質(zhì)量和能量分不能理解為質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，質(zhì)量和能量分別是物質(zhì)的屬性之一，不能等同別是物質(zhì)的屬性之一，不能等同.

17、1 1、重核的裂變：重核俘獲一個(gè)中子后分裂為幾個(gè)中、重核的裂變：重核俘獲一個(gè)中子后分裂為幾個(gè)中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程. . 在裂變的同時(shí)要放出幾個(gè)中子在裂變的同時(shí)要放出幾個(gè)中子和大量的核能。和大量的核能。MeVnKrBanU6 .2001 10 09 92 23 36 61 14 41 15 56 61 10 02 23 35 59 92 2+ +3 3+ + + 2 2、輕核的聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的、輕核的聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)過程，同時(shí)放出大量的核能。核反應(yīng)過程，同時(shí)放出大量的核能。MeVnHeHH6.1710422131六、裂變和聚變六、裂

18、變和聚變反反應(yīng)應(yīng)堆堆示示意意圖圖 例例1、正、負(fù)電子相遇時(shí)湮滅、正、負(fù)電子相遇時(shí)湮滅,同時(shí)產(chǎn)生一對(duì)同時(shí)產(chǎn)生一對(duì)光子光子,反應(yīng)方程式為反應(yīng)方程式為_,若正負(fù)若正負(fù)電子質(zhì)量都為電子質(zhì)量都為m,普朗克常數(shù)為普朗克常數(shù)為h,則所產(chǎn)生的光則所產(chǎn)生的光子頻率為子頻率為_。 20101eehmC2 例例2、中子、中子n、質(zhì)子、質(zhì)子p、氘核、氘核D的質(zhì)量分別為的質(zhì)量分別為 現(xiàn)用光子能量為現(xiàn)用光子能量為E的的射線照射靜止氘核使之分解，反應(yīng)射線照射靜止氘核使之分解，反應(yīng)的方程為的方程為 。若分解后中子、質(zhì)子的動(dòng)能。若分解后中子、質(zhì)子的動(dòng)能可視為相等，則中子的動(dòng)能是可視為相等，則中子的動(dòng)能是 。.npDmmm、Dpn21()2Dpnmmm cE例例3 3、關(guān)于鈾核裂變，下述說法正確的是（、關(guān)于鈾核裂變，下述說法正確的是（ ）A.A.鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，但只能裂鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，但只能裂 變成兩塊變成兩塊B.B.鈾核裂變時(shí)還能同時(shí)釋放鈾核裂變時(shí)還能同時(shí)釋放2 2到到3 3個(gè)中子個(gè)中子C.C.為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易產(chǎn)生，最好是為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易產(chǎn)生，最好是 用純鈾用純鈾235235D.D.鈾