高考原子物理专题讲解

高考原子物理专题讲解第1页，共52页，2023年，2月20日，星期四§17A原子核式结构1897汤姆孙发现电子阴极射线实验葡萄干蛋糕模型蛋糕胚：正电荷和质量——均匀分布葡萄干：电子——镶嵌第2页，共52页，2023年，2月20日，星期四α粒子散射实验轰击对象：金原子(金箔)炮弹：α粒子实验装置实验猜想实验结果：绝大多数、少数、极少数、个别第3页，共52页，2023年，2月20日，星期四

正电荷

电子

α粒子 均匀分布质量小 质量大(7300倍)作用力抵消像尘埃 像子弹 汤姆孙模型败北第4页，共52页，2023年，2月20日，星期四卢瑟福原子模型（核式结构模型）在原子的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原子核里。带负电的电子在核外空间不停地绕核运动。第5页，共52页，2023年，2月20日，星期四卢瑟福成功解释α粒子散射现象第6页，共52页，2023年，2月20日，星期四-原子的核式结构：是什么力提供电子做圆周运动的向心力?

第7页，共52页，2023年，2月20日，星期四F库仑力电子原子核v卢瑟福核式模型第8页，共52页，2023年，2月20日，星期四如何估算原子核的大小？已知点电荷形成电场中距离场源电荷中心为r的某点电势φ＝kQ/r。一个α粒子以速度v0从原子表面正对原子核入射，设粒子刚达到原子核表面时速度减为零，试估算原子核的尺寸。（原子半径为r0）第9页，共52页，2023年，2月20日，星期四原子和原子核的大小:原子直径数量级约为10–10米原子核直径的数量级约为10–15米第10页，共52页，2023年，2月20日，星期四

§17B

天然放射现象某些元素能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象。这些元素称为放射性元素。1、天然放射现象是贝可勒尔发现的。2、天然放射现象的发现说明原子核有内部结构。放射线的种类和性质三种射线的来源3、第11页，共52页，2023年，2月20日，星期四天然放射现象不偏转的是γ粒子；向正极板偏转且偏转角最大的是β粒子；向负极板偏转的是α粒子。第12页，共52页，2023年，2月20日，星期四带电量质量数符号电离性穿透性实质来源α射线β射线γ射线+2e-e0400γ很强较弱很弱很弱（一张普通纸）较强(几毫米铝板）很强(几厘米铅板）高速α粒子流0.1c高速电子流约为光速波长极短的电磁波光子流两个中子和两个质子结合成团从原子核中放出原子核中的中子转换成质子时从原子核中放出伴随α射线和β射线产生第13页，共52页，2023年，2月20日，星期四三、探测射线的仪器四、放射性的应用五、放射性辐射的防护（见教材P29—34）第14页，共52页，2023年，2月20日，星期四放射性同位素的应用：1、利用其射线：利用强贯穿本领，如γ射线探伤，检查金属中间的裂纹和砂眼；利用电离本领，如使空气导电，将静电泄漏掉（造纸厂中用）；对生物组织产生物理和化学作用：培育优良品种、消毒等。2、利用其本身作为示踪原子：其主要贡献之一就是证明了人工合成的牛胰岛素和天然的牛胰岛素是同种物质。第15页，共52页，2023年，2月20日，星期四二、衰变1、原子核放出射线后变成新的原子核衰变种类：α衰变、β衰变2、衰变规律：α衰变β衰变原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。第16页，共52页，2023年，2月20日，星期四练习第17页，共52页，2023年，2月20日，星期四人体自燃现象人体自燃，是指身体未与外界火种接触而自行地着火燃烧。普通火灾中的死者即使在猛烈的大火中，只会是外层皮肤烧焦，自燃的死者却只剩下四肢末端，其余都烧成灰烬，而尸旁的家具和墙纸只有轻微损毁。要把人体的组织和骨骼烧为灰烬，只有在温度超过华氏3000度的高压火葬场才有可能。而至于烧焦了的尸体上仍然有未损坏的衣物或皮肉完整的残肢，是不可能的。人体自燃早在17世纪的医疗报告中就已经有所记载了。一直到20世纪，有文献记载的事例200余宗。第18页，共52页，2023年，2月20日，星期四英国伦敦的一个晚上，19岁的波利˙列斯里在大街上散步。突然，他感到周身发热。他环身而视，发现自己的身体竟喷出火来。火瞬时在他上半身燃烧起来，难以忍受的高热和疼痛同时向他袭来。列斯里双手蒙脸，希望能保住自己的眼睛。但是火势凶猛，他的胸、背、腕都像被烙铁烫着那么疼痛，大脑有煮沸的感觉。他想奔跑，但是没跨出几步就重重地摔倒了，想不到他身上的火焰一下子又完全熄灭了。随后数分钟，钻心的疼痛又降临到他身上，列斯里咬住牙，走到了附近的医院。几星期后他终于在医生精心治疗下，痊愈出院了。第19页，共52页，2023年，2月20日，星期四

1725年2月19日，发生于法国来茵，一家客店的女主人米勒太太被发现在厨房火炉旁边烧成灰烬，只剩下部分头颅、下肢和一点脊椎，部分地板也被烧过。

1731年4月4日，发生在意大利，一位62岁的公爵夫人被发现身体烧得只剩下部分头颅和四肢。第20页，共52页，2023年，2月20日，星期四从以上数例人体自燃情况看，人体自燃都是发生在躯干和头部。这与人体任督二脉区域吻合。任督二脉闭合的腔路，好比现代核物理试验装置的闭合加速器。人体自燃是极端个别的事故，好比是电路短路，独特的原因触动了体内链式核反应。核反应的能量是可以达到3000度以上的高温的。人体中的核反应，即不同于核裂变，也不同于核聚变，是独特的先聚后裂核反应。

第21页，共52页，2023年，2月20日，星期四我们知道过量的放射性化疗、核辐射等放射性辐射会使人脱发。大学教授，科技人员等用脑量大的人，秃顶的比较多，可是他们并没有做化疗或受到核辐射，是因为他们用脑量大，消耗能量大，过量氚的放射性辐射使他们脱发-秃顶。人体内氚化水的含量高出自然界数万倍，只有自身生产这一原因。有足够量的重水，才能产出足够多的氚水，氚足够多衰变量才能大，体内的能量功率强大，生命力也就强大。能量低到一定程度，不够维持生命所须的最低功率，生命就结束。我们激烈运动和过度劳累，感到疲倦就是所消耗的能量超过补充的能量。人是以由碳氢化合物为主组成有机体,有足够的氚碳14等放射性元素,β衰变有足够的物质基础,β衰变放出的能量，是生命活动最根本的能源。第22页，共52页，2023年，2月20日，星期四练习谁发现电子？提出什么模型?原子是什么模型？谁提出？模型的观点？天然放射现象谁发现的？说明了什么？有哪些射线？性质是什么？什么是衰变？哪几种形式？反应方程如何？第23页，共52页，2023年，2月20日，星期四练习第24页，共52页，2023年，2月20日，星期四3、半衰期τ放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。计算公式：表示未衰变的原子核个数（质量）第25页，共52页，2023年，2月20日，星期四特点：半衰期短的元素衰变得快，放射性较强。半衰期只取决于核内部情况，与所处的物理（温度压强）、化学（单质化合物）状态无关。第26页，共52页，2023年，2月20日，星期四注意事项：半衰期不是周期。表现大量原子核的统计规律，几个原子核则不讨论半衰期。公式中N剩表示老原子核剩下的个数，而非衰变后剩下的原子核总数。衰变速率（单位时间内衰变的个数）与考察时刻未衰变原子核总个数成正比。第27页，共52页，2023年，2月20日，星期四§17C原子核的组成天然衰变：原子核自发转变新原子核。人工转变：人为地用高能粒子

撞击原子核，使它转变为另一种新的原子核。常用α粒子、中子作为“炮弹”轰击其它原子核。第28页，共52页，2023年，2月20日，星期四一、卢瑟福发现质子（人工转变1）1、卢瑟福实验：α粒子轰击氮核2、实验装置：充氮气前：看不到荧光充氮气后：荧光出现了说明：α粒子轰击氮核后产生新的粒子穿透了铝箔。第29页，共52页，2023年，2月20日，星期四3、核反应方程：第30页，共52页，2023年，2月20日，星期四二、查德威克发现中子（人工转变2）1、发现中子实验：α粒子轰击铍核2、实验装置：将α粒子轰击铍核产生的射线再轰击石蜡，打出质子。第31页，共52页，2023年，2月20日，星期四将α粒子轰击铍核产生的射线再轰击石蜡，打出质子，γ射线的能量没有如此大能量。将该射线引入电场，不偏转，说明不带电测出“不带电”射线的速度约为c/10，肯定排除γ射线未知粒子的质量接近质子的质量（比质子质量稍大一点）3、核反应方程：第32页，共52页，2023年，2月20日，星期四三、原子核的组成：

1、原子核是由中子和质子组成的，质子和中子都叫做核子。2、同位素：具有相同的质子数和不同中子数的原子互称为同位素。3、数值关系：核电荷数=质子数=原子序数=中性原子核外的电子数；质量数=核子数。4、相邻的几个核子间有核力作用。核力的几个特征①是一种强相互作用力（不仅仅是斥力）；②任何核子之间都可以产生核力，与核子是否带电无关；③核力是短程力，只发生在相邻的核子之间。第33页，共52页，2023年，2月20日，星期四补充：人工制造放射性同位素(人工转变3）约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝27时，除了探测到中子以外，还探测到了正电子，第一次用人工的方法制造出了放射性同位素，后来人们发现每种元素都能制造出放射性同位素。放射性同位素的衰变方程：制造出放射性同位素的方程：第34页，共52页，2023年，2月20日，星期四重要发现发现人物意义核外研究阴极射线，发现电子汤姆孙说明原子不是组成物质的最小微粒α粒子散射实验卢瑟福建立“原子核式结构”模型核内天然放射现象（衰变）贝可勒尔、居里夫妇认识到原子核具有复杂的结构和变化规律原子核的三大人工转变卢瑟福证明原子核是由质子和中子组成的。查德威克约里奥·居里夫妇证明人工可以制造放射性同位素。发现质子：发现中子：人工制造放射性同位素：物理学史简介第35页，共52页，2023年，2月20日，星期四§17D重核裂变、核电站一、重核裂变核能裂变链式反应及发生的条件原子弹的制造机理以及危害性：原子核结构发生变化时放出的能量。：重核受轰击时分裂成中等质量的核。第36页，共52页，2023年，2月20日，星期四一、重核裂变-----以铀核的裂变为例1、一种典型的铀核裂变2、链式反应：重核裂变时放出的中子引起其他重核的裂变，而使裂变不断进行下去，这就是链式反应。3、链式反应的示意图：第37页，共52页，2023年，2月20日，星期四第38页，共52页，2023年，2月20日，星期四4、链式反应条件纯铀235临界体积5、原子弹的危害冲击波光（热）辐射贯穿辐射放射性污染原子弹制造机理第39页，共52页，2023年，2月20日，星期四1964年10月16日中国爆炸了第一颗原子弹。第40页，共52页，2023年，2月20日，星期四1967年6月17日中国爆炸了第一颗氢弹。第41页，共52页，2023年，2月20日，星期四核能开发的历史进程1.1919年，英国卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，使其嬗变成氧原子。2.1932年，查得威克发现中子3.1934年，法国约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝，产生了一个磷的同位素，但很快放出正电子蜕变为硅。4.卢瑟福（1933）和爱因斯坦（1935）均没有意识到原子能的实际利用近在眼前。第42页，共52页，2023年，2月20日，星期四核能开发的历史进程1.1933年，爱因斯坦移居美国2.1938年，费米逃往美国3.德国尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、劳厄、哈恩、盖革4.1933年，匈牙利物理学家齐拉德（1898－1964）已经意识到核能的开发可能用于军事5.1935年，建议物理学家暂缓发表研究成果6.1939年，玻尔认为核能利用为时尚早7.1939年，爱因斯坦、萨克斯、罗斯福说服美国政府抢在德国之前抓紧研制原子弹。第43页，共52页，2023年，2月20日，星期四核能开发的历史进程1.1934年，意大利物理学家费米用中子轰击原子核，并发现通过石蜡减速之后的慢中子，裂核能力更强。费米因此获38年诺贝尔物理奖。2.1938年，德国哈恩发现铀嬗变后出现的新元素与铀相距甚远。奥地利女物理学家迈特纳提出核裂变猜想，以解释铀实验。并称裂变过程要放出大量能量。3.费米提出链式反应概念。4.1939年9月1日，第二次世界大战正式打响第44页，共52页，2023年，2月20日，星期四核能开发的历史进程1.1940年，美国政府正式大量拨款，启动“曼哈顿工程”，格罗夫斯将军为行政首脑2.1941年12月－1942年12月，费米在芝加哥研制原子反应堆3.铀235、钚239的提纯4.1943年1月－1945年7月。奥本海默在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯主持原子弹研制。5.7月16日凌晨5时30分，第一颗铀原子弹试爆成功。比一千个太阳都亮。6.曼哈顿工程：动员50万人，耗费22亿美元，占用全国三分之一的电力第45页，共52页，2023年，2月20日，星期四核能开发的历史进程1.1944年底，盟军的特工小组已经发现德国造不出原子弹2.科学家的犹豫：继续干吗？缺乏政治和道义上的支持不干吗？不符合现代科学技术的精神好的理由：应该让全人类知道它的威力3.齐拉德、爱因斯坦的态度4.1945年8月6日，铀弹小男孩投到广岛；8月9日，钚弹胖子投在长崎第46页，共52页，2023年，2月20日，星期四核能开发的历史进程1.核军备竞赛：盟国之争2.1945年8月，斯大林下令抓紧研制原子弹3.1949年8月，苏联成功地进行了核实验4.1952年11