物理选修3-5内容精编2

1、汤姆生原子结构模型汤姆生原子结构模型 原子是一个球体，正电荷均匀地分布在原子是一个球体，正电荷均匀地分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子那样镶整个球内，电子像枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里面。嵌在原子里面。 用什么方法去研究象原子这样的微观粒子的内部用什么方法去研究象原子这样的微观粒子的内部结构呢？结构呢？用其他微观粒子或一些射线轰击用其他微观粒子或一些射线轰击 19091911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了 粒子散射实验问题：问题：粒子散射实验的结果是：粒子散射实验的结果是： 粒子穿过金箔后粒子穿过金箔后几乎仍沿原几乎仍沿原来的方向前进或偏转很小来的方向前进或偏转很小； 粒子粒子发生了

2、较大的偏转，发生了较大的偏转， 粒子粒子偏转角超过了偏转角超过了9090， 被弹回，偏角几乎达到被弹回，偏角几乎达到180180。绝大多数绝大多数少数少数极少数极少数有的甚至有的甚至卢瑟福的原子核式结构模型：卢瑟福的原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原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质子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间运动。核外的空间运动。卢瑟福卢瑟福粒子散射实验的解释粒子散射实验的解释卢瑟福原子的核式结构模型的建立过程卢瑟福原子的核式结构模型的建立过程汤姆生发现电子

3、汤姆生发现电子汤姆生原子模型汤姆生原子模型枣糕式枣糕式卢瑟福原子核式模卢瑟福原子核式模型型粒子散射实验粒子散射实验行星式18.4玻尔的原子模型玻尔的原子模型汤姆孙发现电子汤姆孙发现电子汤姆孙模型汤姆孙模型不能解释不能解释粒子散射实验粒子散射实验卢瑟福的核式结构模型卢瑟福的核式结构模型存在困难：原子的稳定性存在困难：原子的稳定性原子光谱的分立特征原子光谱的分立特征1、围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值数值且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的（电子的且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的（电子的轨道是量子化的），不产生电磁辐射。轨道是量子化的

4、），不产生电磁辐射。2、原子在不同的轨道上运动时，原子处于、原子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态波尔指出，原子的不同的状不同的状态波尔指出，原子的不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也态中具有不同的能量，所以原子的能量也量子化的量子化的19131913年玻尔提出了自己的年玻尔提出了自己的原子结构假说原子结构假说玻尔玻尔针对原子的核式结构模型针对原子的核式结构模型针对原子的稳定性针对原子的稳定性21nEEn 12rnrn能级：量子化的能量值能级：量子化的能量值定态：原子中具有确定能量的稳定状态定态：原子中具有确定能量的稳定状态量子数基态：能量最低的状态（离核最近）基态：能量最低的状

5、态（离核最近）基态基态激发态：其他的状态激发态：其他的状态激发态激发态123定态定态注：原子的能量指电子绕核动能和电子-原子核系统的势能之和3、当电子从能量较高的定态轨道（其、当电子从能量较高的定态轨道（其能量记为能量记为m）跃迁到能量较低的定）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为态轨道（能量记为n，mn）时，会）时，会放出能量为放出能量为h的光子（的光子（h是普朗克常是普朗克常量），这个光子的能量由前后两个能量），这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即级的能量差决定，即hm-n称为称为频率条件，又称辐射条件频率条件，又称辐射条件注：当电子吸收光子时会从较低能量态跃迁注：当电子吸收光子时会

6、从较低能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子同样由频率条到较高的能量态，吸收的光子同样由频率条件决定。（吸收光谱）件决定。（吸收光谱）19131913年玻尔提出了自己的原子结构假说年玻尔提出了自己的原子结构假说玻尔玻尔针对原子光谱是线状谱提出针对原子光谱是线状谱提出-跃字包含“不连续”的意思nmr053. 01 12rnrneVE6 .131 21nEEn 0 EnmEEhv 说明：由于能级是分立的，说明：由于能级是分立的，所以放出的光子的能量也是所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。谱只有一些分立的亮线。nmEEhvnEEhv nEhv

7、即：氢原子光谱图氢原子光谱图nmH1 .786nmH1 .434nmH3 .656nmH2 .410特点：光谱是几条分离的亮线特点：光谱是几条分离的亮线 有什么规律？有什么规律？18851885年瑞士中学数学教师巴尔末年瑞士中学数学教师巴尔末巴尔末系公式巴尔末系公式221111()3,4,5,.2Rnnm7巴耳末公式 R=1.10 10里德伯常量氢原子光谱的其他线系.4 , 2 , 1),131(122nnR.4 , 2 , 1),111(122nnR.4 , 2 , 1),141(122nnR19141914年年莱曼系（在紫外区）莱曼系（在紫外区）19081908年年帕邢系（在近红外区）帕邢

8、系（在近红外区）19221922年年布喇开系（在红外区）布喇开系（在红外区）19241924年年普丰德系（在红外区）普丰德系（在红外区）.4 , 2 , 1),151(122nnR 人们通过什么现象或实验发现原子核是人们通过什么现象或实验发现原子核是由更小的微粒构成的？由更小的微粒构成的？ 人们认识原子人们认识原子核的结构就是核的结构就是从从天然放射性天然放射性开始的。开始的。放射型物质发出的射线有三种：放射型物质发出的射线有三种：氦原子核氦原子核高速高速电子流电子流高能量高能量电磁波电磁波1/101/10光速光速接近光速接近光速光速光速弱弱较强较强很强很强很容易很容易较弱较弱更小更小阅读课文

9、填写表格：阅读课文填写表格：原子核的组成1142235 92AZ一、衰变一、衰变 原子核放出原子核放出 粒子或粒子或 粒子粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变转变为新核的变化叫做原子核的衰变 衰变：放出衰变：放出粒子的衰变，如粒子的衰变，如 衰变：放出衰变：放出 粒子的衰变，如粒子的衰变，如 HeThU422349023892ePaTh0123491234901.1.定义：定义：2.2.种类：种类：原子核发生衰变时，衰变前后原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒的电荷数和质量数都守恒 3 3规律：规律：衰变：衰变： 衰变：衰变： HeYXAZAZ4242eYXAZAZ011说明：说明

10、：1. 1. 中间用单箭头，不用等号；中间用单箭头，不用等号；2. 2. 是质量数守恒，不是质量守恒是质量数守恒，不是质量守恒; ;3. 3. 方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。衰衰变变方方程程4. 4. 本本质质： ： 衰衰变变： ：原子核内减少两个原子核内减少两个质质子和两个中子子和两个中子 衰衰变变： ：原子核内的一个中子原子核内的一个中子变变成成质质子，子， 同同时时放出一个放出一个电电子子 放射性表明原子核是有内部结构的。放射性表明原子核是有内部结构的。说明：说明：5 5注意：注意： 一 种 元 素 只 能 发 生 一 种 衰 变 ，一 种

11、元 素 只 能 发 生 一 种 衰 变 ，但在但在一块一块放射性放射性物质物质中可以同时放出中可以同时放出、和和三种射线。三种射线。HeThU422349023892ePaTh012349123490半数（半数（50%50%）发生衰变）发生衰变nmm 210半衰期的长短是由原子核内部本身的半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关状态无关 “单个的微观事件是不可预测的单个的微观事件是不可预测的”，所以，放射性元素的半衰期是一个所以，放射性元素的半衰期是一个统计规律统计规律 只对大量的原子核才适用，只对大量的原子核才适用， 对少数

12、原子核不适用对少数原子核不适用核力：核力：能够把核中的各种核子联系在一起的能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做强大的力叫做核力核力核力具有怎样的特点呢？核力具有怎样的特点呢？二、核力：二、核力： 2. 核力是短程力核力是短程力。约在。约在 10-15m量级时起作用，距离量级时起作用，距离大于大于0.810-15m时为引力时为引力, 距离为距离为1010-15m时核力几乎时核力几乎消失，距离消失，距离小于小于0.810-15m时为斥力时为斥力。 3. 核力具有饱和性核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。生较强的引力，

13、而不是与核内所有核子发生作用。 4. 核力具有电荷无关性核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。核力与核子电荷无关。 1. 核力是四种相互作用中的核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）强相互作用（强力）的的一种表现。一种表现。 由于核子间存在着强大的核力，所以核子由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合结合成原子核成原子核或原子核或原子核分解分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化为核子时，都伴随着巨大的能量变化 nHHHHn101121211110例如：可见，由于核子间存在强大的核力，要把原子核拆散成核可见，由于核子间存在强大的核力，要把原子核拆散

14、成核子，要克服核力做功，必须吸收一定的能量反之，根据子，要克服核力做功，必须吸收一定的能量反之，根据能量守恒，核子结合成原子核时，也会放出同样多的能量。能量守恒，核子结合成原子核时，也会放出同样多的能量。这个能量叫做这个能量叫做原子核的结合能。原子核的结合能。结合能可以以光子的形式放出来。结合能可以以光子的形式放出来。三、结合能三、结合能nHHHHn101121211110例如：分解：分解：结合：结合：为光子，其能量为光子，其能量2.2MeV，反应才能发生，反应才能发生结合能结合能并并不是不是由于核子结合成原子核而由于核子结合成原子核而具有具有的的能量，能量，而是而是为把核子分开而为把核子分开

15、而需要需要的能量或者结的能量或者结合成原子核需要合成原子核需要放出放出的能量。的能量。平均结合能平均结合能：结合能与核子数之比：结合能与核子数之比说明：说明： 比结合能越大，表示原子核中核子比结合能越大，表示原子核中核子 结合得越牢固，原子核越稳定。结合得越牢固，原子核越稳定。从图象上看，哪一种原子的平均结合能更大？从图象上看，哪一种原子的平均结合能更大？四、质量亏损四、质量亏损质量亏损质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子结：原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组成原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。核反应前后，总质量并不相等！核反应前后，总质量并不相等！中子质子氘核2.2MeV（ ）核反应放出的能量叫做核能爱因斯坦爱因斯坦 物体的能量和物体的能量和质量之间存在密切质量之间存在密切的联系，他们的关的联系，他们的关系是：系是：2mcE 核子在结合成核子在结合成原子核时出现质量原子核时出现质量亏损，要放出能量，亏损，要放出能量，大小为：大小为：2mcE质能方程质能方程核核反反应应吸收能量吸收能量放出能量放出能量核子结合成原子核核子结合成原子核有些重核分裂成中等质量的核有些重核分裂成中等质量的核有些轻核结合成中等质量的核有些轻核结合成中等