1、第十三章 原子物理 1第十三章 原子物理84.电子的发现.电子比荷的测定 89.放生性污染和防护85. 粒子散射实验.原子的核式结构90.核能质量亏损爱因斯坦的质能方程86.氢原子的能级结构.光子的发射和吸收.氢原子的电子云91.重核的裂变.链式反应.核反应堆87.原子核的组成.天然放射现象. 射线、 射线、 射线.衰变.半衰期92.轻核的聚变.可控热核反应88.原子核的人工转变.核反应方程.放射性同位素以及应用.人类对物质结构的认识一、原子的结构世纪之交三大发现1895 伦琴 x 射线1896 贝克勒耳 放射性1897 汤姆孙电子第十三章 原子物理 21、 科 学 进 程 原 子 结 构 的
2、 建 立 和 修 正 -13.6eVn=24.5-08金 属 片 影 子荧 光1、 汤 姆 孙 的 实 验 2qEmBR证 明 了 射 线 带 负 电qvBEvB2vqmRqvRE1897 汤姆孙研究阴极射线发现电子 说明原子可分第十三章 原子物理 32、卢瑟福的模型（1） 粒子散射实验装置由几部分组成：放射源、金箔、荧光屏（2） 。实验的结果：绝大多数 粒子基本上仍沿原来的方向前进。少数 粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转，极少数 粒子超过了 90o。有的甚至被弹回。（3） 。卢瑟福对实验结果的解释：利用核式结构解释实验结果：电子对 粒子的作用忽略不计。因为原子核很小，大部分 粒子穿过原
3、子时离原子核很远，受到较小的库仑斥力，运动几乎不改变方向。极少数 粒子穿过原子时离原子核很近，因此受到很强的库仑斥力，发生大角度散射。（4）核式结构模型：（5）核式结构的不足：认为原子寿命的极短 10-11秒，是不稳定的认为原子发射的光谱应该是连续的第十三章 原子物理 4例题 1：关于 粒子散射实验的结果，下列说法中正确的是（D ）A.绝大多数 粒子都被弹回，只有少数 粒子穿过金箔后按原方向前进，发生了偏转的只是极少数 粒子B. 绝大多数 粒子都被弹回，少数 粒子穿过金箔后方向发生了偏转，只有极少数几个 粒子仍按原方向前进C. 绝大多数 粒子穿过了金箔且方向发生了较大偏转，少数 粒子偏转角超过
4、了 90,有的甚至被弹回，只有极少数仍按原方向前进D.绝大多数 粒子穿过金箔后仍按原方向前进，少数 粒子发生了偏转，且有极少数 粒子的偏转角超过了 90，有的甚至被弹回。3、玻尔的原子模型（1）电子轨道量子化电子绕核做圆周运动仍然服从经典力学规律。但轨道不是任意的，且不产生电磁辐射。（2）原子能量量子化电子在不同的轨道，原子具有的能量不同。（3）频率条件基 态 激 发 态 激 发 态定 态nkpEhvE初 末吸收光子 放出光子 -13.6eVn=12-.4en=3154-0.8V第十三章 原子物理 5例题 2、玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有（答案：ABC ）A、原子处于称为定态的能量状态
5、时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量；B、原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的；C、电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子；D、电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率；例题 3、氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时，可能发生的情况有：（ ）A、放出光子，电子动能减小，原子能量增加；B、放出光子，电子动能增加，原子能量减少；C、吸收光子，电子动能减小，原子能量增加；D、吸收光子，电子动能增加，原子能量减小； 21keEmvr电 子 动 能 ： 2er研 究 对 象 ： 电 子 运 动 模 型 ：
6、圆 周 运 动第十三章 原子物理 64、 原 子 光 谱 和 波 尔 理 论 的 联 系 211 ()Rn巴 尔 末 系 ： 21 ()Rn赖 曼 系 ：因 为 能 级 是 不 连续 的 ， 所 以 原 子谱 线 是 不 连 续的 。 可 见 光紫 外 线例题 4、如图给出了氢原子的最低的四个能级,氢原子在这些能级之间跃迁,所辐射的光子的频率最多几种?其中最小频率是多少?最小波长又是多少?(1)6 种(2)最小频率对应能级差最小(3)最小波长对应最大能量=9.7510 -8m1234-13.6eV- 3.4eV-1.51eV-0.85eV1.6hv-9（ .5-08）146nHzCEh初 终第
7、十三章 原子物理 7例题 5、 （2004 北京）氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E1=54.4eV，氦离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（ B ）A 40.8eV B 43.2eV C 51.0eV D 54.4eV不符合 hv=E 初- E 终的光子是不能被吸收的例题 6、现有 1200 万个氢原子被激发到量子数为 4 的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少万个？假定处在量子数为 n 的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的 1/(n
8、-1)。 （A ）A2200 B2000 C1200 D2400123412004006001200 400 600原子光谱是大量原子跃迁的结果-54.eV-13.6e0-.4V1E23E45第十三章 原子物理 8例题 7、处于基态的的氢原子在某单色光的照射下,只能发出频率为12 3 的三种频率的光，且 123 ，则该照射光的光子的能量为（ C ）二、原子核1Ah、 2Bh、 3hC、 ()123hD、第十三章 原子物理 9中中中 中中中中中中中中中中中 中中中中中 中 中 42HeC/10中中中中中 中 中 010.9C中中中中 中中中中中中 C中中中1、 天 然 放 射 射 线 及 特 点
9、（1）衰变-为什么说射线都来自于从原子核内部？实验发现，如果一种元素具有放射性，那么，无论它是以单质存在，还是以化合物形式存在，都具有放射性。放射性的强度也不受温度，外界压强的影响。由于元素的化学性质决定于原子核外的电子，这就说明射线与这些电子无关，也就是说，射线来自原子核。这说明原子核内部是有结构的。 衰变 衰变：规律： 规律：本质： 本质： 衰变：在发生 衰变和 衰变时，若新核处于能量较高的激发态，这时它就要向低能级越强，这能量就以 光子形式向外辐射出来。42XYHeAZ42e的 比 结 合 能 较 大 01XYeAZ0nH第十三章 原子物理 10（2）半衰期- 放射性元素的原子核有半数发
10、生衰变需要的时间。例题 8、一个原子核 经过 2 次 衰变和 3 次 衰变后变成稳定的原子核 。其中 a、c 的关系 a=_，b、d 的关系是 b=_。例题 9、在匀强磁场中的 A 点，有一个静止的原子核，当它发生 衰变时，射出的粒子及新核的运动轨迹如图所示。在 A 点发生衰变时，新核的运动方向是 。衰变后，新核按 时针方向沿图中的轨道 运动。若两圆的半径之比为 44:1,那末衰变前原子核内的质子数为 。例题 10、关于半衰期，以下说法正确的是：（ ）A同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长。B升高温度可以使半衰期缩短。C氡的半衰期为 3.8 天，若有四个氡原子核，经过 7.6 天就只剩下
11、一个。D氡的半衰期为 3.8 天，4 克氡原子核，经过 7.6 天就只剩下 1 克。abXdYA2431bd第十三章 原子物理 112、人工放射性的应用核反应的类型 人工核反应e4223902389HThUPa0140天 然 放 射 性 衰 变 OeN78217质 子 的 发 现 nCB102649中 子 的 发 现 PHAl3152713eSi0405人 工 放 射 性 同 位 素 nKranU10923610239 轻 核 的 聚 变 e0421重 核 的 裂 变 人工放射性同位素的特点：放射强度容易控制、制成需要的各种形状、半衰期短3、结合能 分散的核子结合成原子核的过程中所释放出来的能
12、量被称之为结合能 氢核的聚变、重核的裂变都会释放核能。核能的计算由于原子核及核子的质量大小可用国际单位中的“kg”作单位，也能用原子质量单位“u”来表示。这样，也就有了两种方法计算核能。 271u.610kg931.5MeV， 对 应第十三章 原子物理 12（1）重核的裂变：核裂变：铀核在俘获一个中子后，发生了一个重核分裂成两个中等质量的核的反应过程核反应方程：链式反应：铀核裂变时,同时放出几个中子,这些中子再引起其它铀核裂变,就可以使裂变过程不断地进行下去,这种反应过程叫链式反应。临界体积：能够发生链式反应的铀块的最小体积应用：核反应堆、原子弹核反应堆的结构：铀棒：天然铀或浓缩铀组成减速剂：
13、石墨或重水、普通水作用：裂变产生的速度很大的中子跟这些物质相碰后，速度很慢，变成容易被铀 235 吸收的慢中子控制棒：镉棒作用：镉棒吸收中子的能力很强，通过棒的深、浅吸收中子控制反应速度。2351378190560 Ba+Krn29214 SbN23519013619540 rXe第十三章 原子物理 13（2）氢核的聚变定义：轻核结合成质量较大的核叫核聚变热核反应：通过加热使轻核在碰撞中达到近距离，实现核聚变太阳释放的能量主要来自热核反应应用：氢弹例题 11、 （05 北京）为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将 2005。年定为“国际物理年“。对于爱因斯坦提出的质能方程 E=mc2，下列
14、说法中不正确的是（ D ）AE=mc 2表明物体具有的能量与其质量成正比B根据 E=mc 2可以计算核反应中释放的核能 C一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损DE=mc 2中的 E 是发生核反应中释放的核能例题 12、（08 北京）14一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个 光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为 m1、m 2、m 3,普朗克常量为h,真空中的光速为 c。下列说法正确的是（ B ）A核反应方程是 H+ n H+1031B聚变反应中的质量亏损 1+m2-m3mC辐射出的 光子的能量 E=(m3-m1-m2)c 第十三章 原子物理 14
15、D 光子的波长 213()hmc例题13、（06北京）13.目前核电站利用的核反应是A.裂变，核燃料为铀 B.聚变，核燃烧为铀C.裂变，核燃烧为氘 D.聚变，核燃料为氘例题 14、（07 北京）14、下列说法正确的是：A、太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应B、汤姆生发现电子，表明原子具有核式结构C、一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短D、按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增加例题 15、 （09 北京）14下列现象中，与原子核内部变化有关的是A 粒子散射现象 B天然放射现象C光电效应现象 D原子发光现
16、象例题 16、 一个铀核衰变为钍核时释放出一个 粒子，已知铀核质量m1=3.85313110-25kg，钍核质量 m2=3.78656710-25kg， 粒子的质量m3=6.6467210-27kg，在这个衰变过程中释放出的能量是多少？（保留两位有效数字）解析：铀核衰变成钍核时的质量亏损 m=m1 ( m2+m3) 第十三章 原子物理 15=（3.8531313.7865670.0664672）10-25=9.610-30kg所释放的能量根据爱因斯坦质能方程： E= mc2 =9.610-30(3108)2=8.710-13J例题 17、已知氘核的质量是 2.0136u,中子的质量是 1.00
17、87u,氦核同位素的质量是 3.0150u（1）写出两个氘核变成 32He 的核反应方程（2）计算上述核反应中释放的核能（3）若两个氘核以相等的动能 0.35MeV 作对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化成动能，则反应中生成的 32He 核和中子的动能各是多少？例题 18： 已知一个氘核和一个氚核聚变成氦原子核时放出 17.6 Mev 的能量,问 4g 氘 和 6g 氚在聚变时总共可放出多少能量.解： 由氘核 21H 和氚核 31H 的质量数(核子数)可知,氘的摩尔质量为 2 g , 氚的摩尔质量为 3g , 所以 4g 氘 和 6g 氚的摩尔数都为 2,参加核反应的氘核和氚核的数
18、目相同,为 n=2NA=12.041023( 个)例题 19 ：假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是 2.0136u，中子的质量是 1.0087u,氦核同位素的质量是 3.0150u，则聚变的核反应方程是 ，在聚变核反应中释放第十三章 原子物理 16的能量为 Mev。(保留两位有效数字，1u 相当于 931.5MeV)m=2m H（m He+mn）=22.0136u(3.0150+1.0087)u=3.510 -3uE=3.510-3931.5Mev=3.3 Mev例题 20、答案：BD例题 21.已知氘核的质量是 2.0136u,中子的质量是 1.00
19、87u,氦核同位素的质量是 3.0150u（1）写出两个氘核变成 32He 的核反应方程（2）计算上述核反应中释放的核能（3）若两个氘核以相等的动能 0.35MeV 作对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化成动能，则反应中生成的 32He 核和中子的动能各是多少？解析:根据题意可知，核反应方程为：21H + 21H 32 He + 10n核反应过程中的质量亏损m=2mH（ mHe+mn）=22.0136u(3.0150+1.0087)u=3.510-3u第十三章 原子物理 17由于 1 u 的质量与 931.5Mev 的能量相对应，所以氘核聚变时放出的能量E=3.510-3931.5Mev=3.26 Mev例题 22、红外线、可见光、紫外线、x 光、阴极射线、 射线、 射线、射线的来源。
