原子结构原子核

1、1.爱因斯坦提出的光子说爱因斯坦提出的光子说光子说光子说: 在普朗克提出的电磁波的能量是不连续的基础上，爱因斯坦提出了光子说，即空间传播着的光是一份一份的，每一份叫一个光子，一个光子的能量为 ， 为光的频率. hE 2.光电效应光电效应 w(1)光电效应：光电效应：在光(包括不可见光)的照射下从物体表面发射出电子的现象叫光电效应，发射出的电子常称为光电子w(2)光电效应的规律：光电效应的规律：每种金属都存在极限频率，只有入射光频率等于或大于极限频率，才会发生光电效应；光电子的最大初动能与入射光强度无关，而随入射光频率的增大而增大；从入射光照向金属到光电子发射几乎是瞬时的，一般不超过109 S。

2、w(3)光子说对光电效应的解释光子说对光电效应的解释wa.当光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收，电子吸收光子的能量后，动能就立即增加了，无需积累过程，如果电子动能足够大，能克服内部原子核的引力，就可能逃逸出来成为光电子，电子吸收光子的能量后，可向各个方向运动，即使向金属表面运动的电子，路径不同，损失的能量不同唯独金属表面上的电子，只要克服原子核引力做功，就有可能从金属中逸出，这个功叫做金属的逸出功W. b.爱因斯坦的光电效应方程: mV2/2 为最大初动能 c.金属对应的极限频率:不同的金属逸出功W不同，因此不同的金属对应的极限频也不相同WhmV2210hW d.光电子

3、的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光的频率增大而增大e.光电效应的产生几乎是瞬间的f.饱和光电流与入射光强度成正比g.一般情况下，在发生光电效应时，一个电子接收双光子的几率是非常小的 ,所以设想一金属中的一个电子只能吸收一份光子的能量，一个光子也只能与一个电子相作用h.电子吸收一个光子的能量后，可以向各个方向运动，因而克服其他原子核的引力做功多少不同，从金属逸出时，初动能大小也不同，只有直接从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能。 3.光的波粒二象性光的波粒二象性(1)内容：内容：光的波动性和粒子性是光在不同条件下的具体表现，光的波动性和粒子性是光在不同条件下的具体表现，具有统一性具有统一

4、性(2)特点：特点：从数量上看从数量上看,大量光子表现出波动性大量光子表现出波动性,个别光子表现出粒子个别光子表现出粒子性性从频率上看，频率高、波长短的光粒子性强，频率低、波从频率上看，频率高、波长短的光粒子性强，频率低、波长长的光波动性强长长的光波动性强当光子和其他物质发生相互作用时更多地体现为粒子性，当光子和其他物质发生相互作用时更多地体现为粒子性，当光子在传播时更多地表现为波动性当光子在传播时更多地表现为波动性(3)理解要点：理解要点：w不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成微观观不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成微观观念中的粒子念中的粒子w光波是概率波，即光子在某处出现的概

5、率受波动规律支光波是概率波，即光子在某处出现的概率受波动规律支配配4.卢瑟福的原子模型卢瑟福的原子模型核式结构 w粒子散射实验粒子散射实验w粒子散射实验的结果：卢瑟福在粒子轰击金箔的实验中，绝大多数粒子不偏转；极少数发生较大偏转；极个别的甚至反弹回来w原子的核式结构原子的核式结构w卢瑟福依据粒子的散射实验的结果，提出了原子的核式结构：在原子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核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转5玻尔原子理论玻尔原子理论w(1)三条假说三条假说w定态假说：定态假说：原子只能处于一系列不连续的能量状况中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽做加速运动，

6、但并不向外辐射能量。一个能量值对应一种状态，这些状态叫做定态w 跃迁假说：跃迁假说：原子从一个定态(原子能量记为E初)跃迁到另一种定态(原子能量记为E末)时，原子辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定太的能量差决定。w轨道假说：轨道假说：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道由于原子的能量状态是不连续的，因此电子运动的可能轨道也是不连续的，即电子不能在任意的轨道上运动。初末EEhw(2)能级能级w能级：能级：在玻尔理论中，原子的可能状态是不连续的，因此各状态对应的能量也是不连续的，这些能量值叫做能级。w氢原子能级公式 ：w其中n为能量量子数，E1=-136eV这里的定态能En是

7、指核外电子动能及电子与核之间的静电势能之和，En为负值，是因为取电子自由态为能量零点w基态与激发态：基态与激发态：原子处于最低能级的定态称为基态；原子处于较高能级的定态称为激发态，即除基态之外的其它能级都称为激发态 121EnEn6氢原子能级结构氢原子能级结构 用玻尔量子理论讨用玻尔量子理论讨论原子跃迁时释放论原子跃迁时释放光子的频率种数光子的频率种数氢原子处于氢原子处于n=k能能级向较低激发态或级向较低激发态或基态跃迁时，可能基态跃迁时，可能产生的光谱线条数产生的光谱线条数的计算公式为：的计算公式为：2) 1(2kkCNk7原子跃迁时需注意的几个问题原子跃迁时需注意的几个问题w(1)注意一群

8、原子和一个原子注意一群原子和一个原子w氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，情况只有一种，但是如是大量的氢原子，核外电子跃迁时就会有各种情况出现w(2)注意直接跃迁与间接跃迁注意直接跃迁与间接跃迁w原子从一种能量状态跃迁到另一种状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁两种情况辐射(或吸收)光子的频率可能不同w(3)注意跃迁与电离注意跃迁与电离w原子跃迁时，不管是吸收还是辐射光子，光子能量都必须等于这两个能级的能量差若想把处于某一定态上的电子电离出去，就需要给原子一定的能量如基态氢原子电离(即上升至n=)，其电离能为136eV，

9、只要能量不低于13.6eV的光子，基态氢原子都会吸收，并发生电离，多余的能量以电子的动能形式出现 8.电子云电子云(electron cloud)w玻尔模型引入了量子化观点，但不完善在玻尔模型引入了量子化观点，但不完善在量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，玻尔的电子轨道只不过是电子出现概率较大玻尔的电子轨道只不过是电子出现概率较大的地方，把电子的概率分布用图像表示时，的地方，把电子的概率分布用图像表示时，用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电

10、子云电子云”9.知道即可知道即可1.康普顿效应康普顿效应:在研究电子对在研究电子对x射线的散射时发现：有些散射波的波长比人射线的散射时发现：有些散射波的波长比人射波的波长略大康普顿认为这是因为光子不仅有能射波的波长略大康普顿认为这是因为光子不仅有能量也具有动量实验结果证明这个设想是正确的因此量也具有动量实验结果证明这个设想是正确的因此康普顿效应也证明了光具有粒子性康普顿效应也证明了光具有粒子性2.德布罗意波德布罗意波:任何一个运动的物体，都有一种波与之对应，其波长为宏任何一个运动的物体，都有一种波与之对应，其波长为宏观物体也存在波动性，只是波长太短，难以观测观物体也存在波动性，只是波长太短，难

11、以观测3.概率波概率波:光子在空间出现的可能性大小光子在空间出现的可能性大小(概率概率)，可以用波动规律来描，可以用波动规律来描述，概率大的地方，到达的光子就多，反之则少，因此，述，概率大的地方，到达的光子就多，反之则少，因此，光波实质上是一种概率波。光波实质上是一种概率波。10天然放射现象、三种射线天然放射现象、三种射线(1)元素自发地放出射线的现象叫做天然放射现元素自发地放出射线的现象叫做天然放射现象首先由贝克勒尔发现，天然放射现象的象首先由贝克勒尔发现，天然放射现象的发现，说明了原子核还有复杂的结构。发现，说明了原子核还有复杂的结构。(2)具有放射性的元素叫放射性元素一般原子序具有放射性

12、的元素叫放射性元素一般原子序数大于数大于83的所有天然存在的元素都具有放射的所有天然存在的元素都具有放射性，原子序数小于性，原子序数小于83的天然存在的元素有些的天然存在的元素有些也有放射性，它们放射出来的射线共有三种：也有放射性，它们放射出来的射线共有三种：射线射线 ，射线射线 ，射线射线 三种射线的性质三种射线的性质种类 射线 射线 射线 组成高速氦核流 高速电子流 光子流带电量 2e-e0质量 4mp静止质量为零 在电磁场中 偏转 与射线反向偏转 不偏转 穿透本领 最弱 较强 最强 通过胶片感光感光感光电离作用 很强 较弱 很弱 1840pm11原子核的衰变原子核的衰变 衰变类型衰变类型

13、 衰变衰变 衰变衰变 衰变衰变衰变方程衰变方程 衰变是伴随着衰变是伴随着衰变和衰变和衰变同时衰变同时发生的，其实质发生的，其实质是放射性原子是放射性原子核在发生核在发生衰变或衰变或衰变时，产生的衰变时，产生的某些新核由于具某些新核由于具有过多的能量而有过多的能量而处于高能级，在处于高能级，在向低能级跃迁的向低能级跃迁的过程中放出射线。过程中放出射线。衰变实质衰变实质 2个质点和个质点和2个中子个中子结合成一整体射出结合成一整体射出 中子转化为质子和电子中子转化为质子和电子 衰变规律衰变规律 电荷数守恒，质量数守恒电荷数守恒，质量数守恒 HeYXAZAZ4242eYXAZAZ011HenH421

14、01122eHn01111012.半衰期半衰期w半衰期：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本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关。半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测。w决定因素：决定因素：半衰期的大小由放射性元素的原子核内部的本身因素决定，跟原子所处的物理状态（如强压、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关。13原子核的人工转变原子核的人工转变原子核的人工转变是用高速运动的粒子轰击原子核，产生另一种新核的方法应用原子核的人工转变的三大发现的核反应如下：(1)1919年卢瑟福发现了质子年卢瑟福发现了质子(2)1932年查德

15、威克发现了中子年查德威克发现了中子 (3)1934年约里奥年约里奥居里夫妇发现正电子居里夫妇发现正电子 14写核反应方程的方法写核反应方程的方法(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒定律有些核反必须遵守电荷数守恒、质量数守恒定律有些核反应方程还要考虑到能量守恒及动量守恒定律应方程还要考虑到能量守恒及动量守恒定律(2)核反应方程中的箭头核反应方程中的箭头“”表示核反应进行的方向，表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号不能把箭头写成等号“=“(3)写核反应方程必须要有实验依据，不能毫无根据地写核反应方程必须要有实验依据，不能毫无根据地编造编造(4)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子在写核

16、反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上，然的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上，然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子或未知粒子)的电荷数和质量数，最后根据未知核的电荷数和质量数，最后根据未知核(或未知粒子或未知粒子)的电荷数确定它们是哪种元素的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种或哪种粒子粒子)，并在核反应方程一般形式中的适当位置填写，并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号上它们的符号15原子核的组成、同位素、核力原子核的组成、同位素、核力w原子核由质子和中子组成质子和中子统称

17、为核子核子. 质子和中子可以相互转化， w质子数相同而中子数不同的元素互称同位素。同位素。w核子之间的作用力称为核力核力(nuclear force)核力与核子是否带电无关，质子和质子、质子和中子、中子和中子之间均可以有核力作用。核力是短程力，2.1 的距离内存在，超过该距离迅速减为零，故每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用，核力很强大。m1510enH011011eHn01111016核能核能 核能核能w核子结合成原子核需要放出能量，这叫原子的结合能，称为核能质量亏损：质量亏损：w组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差(或者参加核反应的原子核总质量与生成新原子核的总质量之差)叫质量亏损爱

18、因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程w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：w若原子核质量亏损m对应释放的能量为:w说明：质量亏损并不是质量损失(消失)也不是与质量守恒定律相矛盾，而是亏损的质量以能量的形式辐射出去了。 2mcE 2mcE17正确认识质量亏损正确认识质量亏损w质量亏损不是质量变成能量 .按相对论，物体的质量是与速度有关的量，当物体的速度越大时，物体的质量越大物体运动时的运动质量与物体静止时的静止质量之间存在一定关系当物体以远小于光速运动时，质量的这一变化很不明显上述所说的质子、中子、原子核的质量都是指静质量质量亏损是静止质量发生了变化，如一个质子和一个中子结合成氘核

19、的这一过程中，2.22MeV的能量是以辐射光子形式放出的光子的静质量为零，但这个光子的运动质量(光子能量)为： 由此可见，当计算光子的质量后，虽说反应前后发生了质量亏损，但这部分亏损恰好与光子的运动质量是相同的反应前后的质量仍是守恒的，质量亏损并非这部分质量消失当然，也就不存在质量转变成能量的问题。2/ ch 18获取核能的途径获取核能的途径w(1)重核裂变重核裂变.裂变：重核分裂成两个质量较小的原子核的核反应叫裂变 .核反应堆的结构和各部分作用：铀棒：吸收慢中子而发生裂变减速制：用来减速裂变产生的快中子而使其易被铀棒俘获,原料一般用石墨,重水或普通水控制棒：由镉做成,因其吸收中子的能力强,用

20、其插入反应堆的深浅控制反应速度.插入深,吸收中子多,反应减慢;插入浅;吸收中子少,反应加快。裂变的链式反应需重核块的体积至少达到临界体积 才能进行，原子弹便是由这一反应原理制成。 (2)轻核聚变轻核聚变聚变：轻核结合成质量较大的原子核的核反应称为聚变 A.与重核的裂变相比，轻核的聚变所释放的核能 更多。B.要使轻核达到发生聚变的距离（10-15m）就必须使其具有很大的动能来克服核间的库仑斥力，其方法就是把它们加热到很高的温度（几百万摄氏度以上），因此聚变反应又叫热核反应。C.热核反应在宇宙中是很普通的，太阳内部及许多恒星内部都进行着激烈的热核反应氢弹的爆炸原理就是轻核的聚变目前除了氢弹以外，人类还不能控制聚变反应，但世界上许多国家都在积极研究可控热核反应 19核能的计算方法核能的计算方法