原子和原子核

关于原子和原子核第1页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三教学目标1.说出对原子认识的几种模型。2.说出玻尔原子模型的内容，会计算电子不同轨道间的跃迁。第2页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三索线2汤姆逊原子结构模型卢瑟福的原子核式结构模型粒子散射实验核式结构模型

汤姆生发现电子建立无核结构模型主要内容

能级图

计算

H光谱的了解玻尔原子理论薛定鄂模型电子云模型核外第3页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三无核结构模型无核结构模型第4页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三卢瑟福的粒子散射实验放射源卢瑟福的粒子散射实验+++

粒子散射情景绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转,极少数反弹第5页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三卢瑟福核式结构模型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量都集中在原子核，带负电的电子在核外空间绕核做匀速圆周运动。卢瑟福的核式结构模型(可见光区)氢原子光谱第6页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三波尔的原子理论一.原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然作加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做定态。

En

=E1

/n

2

（n

=1，2，3，……）二.原子从一种定态（设能量为E2）跃迁到另一种定态（设能量为E1）时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量（hν

）由这两种定态的能量差决定。⊿E＝

E2－E1＝

hν

三.原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道，电子的可能轨道也是不连续的，即电子不能在任意的轨道上运行。rn

=n

2

r1

波尔原子理论第7页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三r1

r2

r3

r4

rn

能级图1E11nE(量子数)(能级)2E2E33∞4E40eV

（-13.6）（-3.4）（-1.51）（-0.85）放出

吸收

10.21.890.66(基态)(第一激发态)(第二激发态)原子的状态与电子的轨道、能级都是一一对应的。在某两个确定能级间辐射出来的光子（能量）与吸收的光子（能量）是相同的。能级图第8页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三基态能级：E1＝－13.6eV能级计算定态能级的计算：

En

=E1

/n

2

（n

=1，2，3，……）记

二.

能级差的计算：

⊿E＝

E2－E1

【可求得跃迁时辐射或吸收的能量（或光子的频率）】＝

hν

※

三.可能轨道计算：rn

=n

2

r1

（n

=1，2，3，……）

可能辐射或吸收的光子数目计算：

C

2k

第9页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱．例如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱．第10页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三玻尔理论的局限性：玻尔理论能够十分圆满地解释氢光谱并且预言了氢原子辐射电磁波谱的问题，其成功之处在于引进了量子化的观点；但是，在解释其它原子光谱时遇到了很大的困难，因为玻尔理论过多地保留了经典理论。牛顿力学只适用于低速运动（相对于光速）的宏观物体，对于微观粒子的运动，牛顿力学不适用了。第11页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三+

r电子云电子云模型薛定鄂模型第12页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三1、关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（）A．只有极少数α粒子发生了大角度散射B．α粒子散射实验的结果说明了带正电的物质只占整个原子的很小空间C．α粒子在靠近金原子核的过程中电势能减小D．α粒子散射实验的结果否定了汤姆生给出的原子“枣糕模型”ABD第13页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三2．氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时，可能发生的情况是()A．放出光子，电子动能减少，原子的能量增加B．放出光子，电子动能增加，原子的能量减少C．吸收光子，电子动能减少，原子的能量增加D．吸收光子，电子动能增加，原子的能量减少BC第14页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三3．如图是类氢结构的氦离子能级图。已知基态的氦离子能量为E1=-54.4eV。在具有下列能量的光子中，能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是()A．40.8eVB．41.0eVC．43.2eVD．54.4eVE∞E4E3E2E10-3.4eV-6.0eV-13.6eV-54.4eVAD第15页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三4．右图为汞原子的能级图，一个总能量为9eV

的自由电子，与处于基态的汞原子发生碰撞后（不计汞原子动量的变化），电子剩下的能量可能为（碰撞系统无能量损失）()A.0.2eV

B.1.3eV

C.2.3eV

D.5.5eVn=2n=3n=4n=1

-5.5eV

-2.7eV

-1.6eV-10.4eVAB第16页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三5．图1所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若一群氢原子A处于激发态E2，一群氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是()A．原子A可能辐射出3种频率的光子B．原子B可能辐射出3种频率的光子C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4E4E3E2E1图1B第17页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三6.氢原子在某三个相邻能级间跃迁时，可发出三种不同波长的辐射光。已知其中的两个波长分别为λ1和λ2，且λ1＞λ2，则另一个波长可能是（）

A.λ1＋λ2

B.λ1－λ2C.

D.CD解见下页第18页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三解：由玻尔原子模型的跃迁假设E初－E终＝hν及λ＝c/ν可得：E3E2E1λ1λ2λ3所以得：故C选项正确另一种情况:E3E2E1λ1λ3λ2所以得：D选项也正确。第19页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三

7、μ子与氢原子核（质子）构成的原子称为μ氢原子（hydrogenmuonatom），它在原子核物理的研究中有重要作用。图为μ氢原子的能级示意图。假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5、和ν6的光，且频率依次增大，则E等于()A、h（ν3-ν1）

B、

h（ν5+ν6）

C、hν3

D、hν4

n∞23451E（eV）

-632.4

-281.1-158.1-101.20-2529.6C第20页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三衰变放射性元素天然放射现象

衰变α

β

γ

新元素贝克勒耳发现天然放射性现象天然放射现象：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。第21页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三α衰变规律

衰变时放出α

粒子的，叫

α

衰变α衰变规律：核的质量数减少4，电荷数减少2。α

粒子即氦原子核——

He42MZ

XM-4Z-2

Y42He第22页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三β衰变规律

衰变时放出β

粒子的，叫

β

衰变β

衰变规律：核的质量数不变，电荷数增加±1。β

粒子即电子——

e0－10

1或正电子：eMZ

X

MZ+1

Y0-1e第23页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三三种射线的性质和实质带电量质量数符号电离性穿透性实质来源α射线+2e4很强很小（一张普通纸）高速的氦核流(v≈0.1c)两个中子和两个质子结合成团从原子核中放出β射线-e0弱很强（几毫米铝板）高速的电子流(v≈c)原子核中的中子转换成质子时从原子核中放出γ射线00γ很小更强（几厘米铅板）波长极短的电磁波原子核受激发产生的第24页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较：βαOαγβγ⑶⑵⑴

如⑴、⑵图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，γ不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。⑶图中γ肯定打在O点；

第25页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三2、关于半衰期的几个问题（1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间。（2）意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度。半衰期短的元素衰变得快，放射性较强（3）特征：半衰期只与元素本身有关,与所处的物理、化学状态及周围环境、温度等都无关。（4）两种错误认识：a.N0（大量）个放射性元素的核，经过一个半衰期T，衰变了一半，再经过一个半衰期T，全部衰变完。b.若有4个放射性元素的核,经一个半衰期,将衰变2个。事实上，N0（大量）个某种放射性元素的核，经过时间t后剩下的这种核的个数为而对于少量的核（如4个），是无法确定其衰变所需要的时间的。这实质上就是“半衰期反映了核衰变过程的统计快慢程度”的含义。第26页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三N2粒子卢瑟福的粒子轰击氮核实验

—质子的发现粒子轰击氮核产生了可以穿透铝箔的质子147

N178O42HeH11卢瑟福的粒子轰击氮核实验第27页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三

(中子)94

Be126C42Hen10原子核的人工转变核衰变

核反应中，质量数和电荷数均守恒中子的发现1932年查德威克第28页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三原子核的组成中子质子统称核子

原子核的组成电荷数=

电子数=

原子序数UHeH114223592XAZ（核）电荷数质量数=电荷数＋中子数质量数原子核的基本情况原子核直径10－14m第29页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三94

Be126C42Hen10原子核的人工转变人工转变

147

N178O42HeH112713

Al3015P42Hen10第30页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三裂变重核

裂变

n

10

U＋n→

Ba

+

Kr+3n

235929236141561010链式反应第31页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三情景

H＋H

He

+

n

2142

3110轻核聚变聚变热核反应第32页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三核力强大的核力才能组成原子核核力与核能核力在<10－15

m才起作用

无论使核分解或组成核,

都需要很大的能量!

与＞核能的应用

——

核电站

爱恩斯坦的质能方程：

E=m

c

2

核反应的能量变化与质量亏损：⊿E=⊿m

c

2

⊿m＝

∑m核子－m核

原子质量单位：1u=931.5

M

e

V

核能第33页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三反应堆水管铀棒镉棒石墨水泥防护层减速剂核原料冷却剂热交换

控制反应速度防辐射

快中子

→慢中子

吸收慢中子

核反应堆第34页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三1．天然放射现象的发现揭示了()A．原子是不可分割的B．原子具有核式结构C．原子核具有复杂的结构D．原子核由质子和中子组成C第35页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三2．以下哪些现象与原子核的变化有关（）A．α粒子散射B．光电效应C．热核反应D．天然放射现象CD第36页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三

3．一置于铅盒中的放射源发射的、和射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔后，铝箔后的空间有一匀强电场。进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图所示，则图中的射线a为________射线，射线b为_______________射线。放射源

带电极板

射线a照相底片

铅盒铝箔

带电极板

射线b

第37页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三

4．衰变为要经过m次衰变和n次衰变，则m，n分别为(

)（A）2，4 （B）4，2 （C）4，6 （D）16，6B第38页，讲稿共44页，2023年5月2日，星期三5.（1）放射性物质和的核衰变方程为：

方程中的X1代表的是______________，

X2代表的是______________。

解:⑴X1代表的是（或α