第十一章 第二讲 原子结构与原子核.ppt
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玻 尔
3.玻尔的原子模型
(1)玻尔理论
①轨道量子化:原子中的电子在库仑引力的作用下,绕原子
核做圆周运动,电子绕核运动的可能轨道是 不连续的.
②能量量子化:电子在不同的轨道上运动时,原子处于不同
的状态,因而具有不同的能量,即原子的能量是 不连续的.
这些具有确定能量的稳定状态称为定态,在各个定态中,
原子核的质量数(A)=质子数+中子数=核子数 , 质子和中子都为一个单位质量. (3)同位素:具有相同质子数、不同中子数的原子.同位素在元素 周期表中的位置相同,因而具有相同的化学性质.有些同位素具 有放射性,叫做放射性同位素.
2.原子核的衰变
(1)α衰变和β衰变的比较
衰变类型
α 衰变
β 衰变
衰变方程 MZ X→MZ--24Y+42He
(5)跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化 当轨道半径减小时,库仑引力做正功,原子的电势能减小, 电子动能增大,原子能量减小.反之,轨道半径增大时, 原子电势能增大,电子动能减小,原子能量增大.
(6)一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时,可能辐射出的光 谱线条数:N=Cn2=nn2-1.
卢瑟福进行了α粒子散
②实验结果:α粒子穿过金箔后, 绝大多数沿 原方向 前进,少数 发生 较大角度 偏转,极少数偏 转角度大于90°,甚至被弹回.
(3)核式结构模型:原子中心有一个很小的 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里,带负 电的 电子 在核外空间绕核旋转.
氢原子光谱有何特点? 不连续的、线状谱
A.C h(ν3-ν1)
B.h(ν5+ν6)
C.hν3
D.hν4
第2课时:原子核
3.原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期 (Ⅰ)
4.放射性同位素
(Ⅰ)
5.核力、核反应方程
(Ⅰ)
6.结合能、质量亏损
(Ⅰ)
7.裂变反应和聚变反应、裂变反应堆
(Ⅰ)
8.射线的危害和防护
(Ⅰ)
第2课时:原子核
二、原子核 1.原子核的组成 (1)原子核由质子(H)和中子(n)组成,质子和中子统称为核子. (2)原子核的核电荷数(Z)=质子数,
(天然放射 现象: 贝克勒尔)
(2)γ 衰变:γ 衰变是伴随着 α 衰变和 β 衰变同时发生的,γ 衰 变不改变原子核的电荷数和质量数.其实质是放射性原子 核在发生 α 衰变或 β 衰变过程中,产生的新核由于具有过 多的能量(核处于激发态)而辐射出光子.
(3)半衰期: ①定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间. ②衰变规律:N=N0(12)t/τ、m=m0(12)t/τ ③影响因素:由原子核内部因素决定,跟原子所处的物理 化学状态无关.
另一系列衰变如下:P――β →Q――β →R――α →S
已知 P 和 F 是同位素,则
()
A.Q 和 G 是同位素,R 和 H 是同位素
B.R 和 E 是同位素,S 和 F 是同位素
C.R 和 G 是同位素,S 和 H 是同位素
D.Q 和 E 是同位素,R 和 F 是同位素
解析:由于 P 和 F 是同位素,设它们的质子数为 n,则其 他各原子核的质子数可分别表示如下: n+2E――α →nF――β →n+1G――α →n-1H nP――β →n+1Q――β →n+2R――α →nS 由此可以看出 R 和 E 是同位素,S 和 F 是同位素,Q 和 G 是同位素,故只有 B 正确. 答案:B
① ②
由①式解得 n,代入②式解得 m.
[题组突破]
3.铀裂变的产物之一氪 90(9306Kr)是不稳定的,它经过一系列衰
变最终成为稳定的锆 90(9400Zr),这些衰变是
()
A.1 次 α 衰变,6 次 β 衰变 B.4 次 β 衰变
C.2 次 α 衰变
D.2 次 α 衰变,2 次 β 衰变
解析:原子核每经过一次 α 衰变,质量数减 4,核电荷数 减 2,每经一次 β 衰变,电荷数加 1,质量数不变,设经 过 x 次 α 衰变和 y 次 β 衰变,可列方程组
原子是 稳定的,不向外辐射能量.
③跃迁条件:原子从一个能量状态向另一个能量状态跃
迁时要 放出 或 吸收一定频率的光子,光子的能量等于
两个状态的 能量差,即hν=
Em. -En
(2)氢原子的能级和轨道半径 ①氢原子半径公式 rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中 r1 为基态半径,也称为玻尔 半径,r1= 0.53 ×10-10 m. ②氢原子能级公式 En=n12E1(n=1,2,3,…),其中 E1 为氢原子基态的能量值, E1= -13.6 eV.
MZ X→Z+M1Y+-01e
2 个质子和 2 个中子 中子转化为质子
衰变实质 结合成一个整体射出 和电子
衰变规律
211H+210n→42He
10n→11H+-01e
电荷数守恒、质量数守恒
类型
可控性
α 衰变 衰变
β 衰变
自发 自发
核反应方程典例 29328U→29304Th+42He 29304Th→29314Pa+-01e
第1课时:原子结构
高考考点:
1.氢原子光谱
(Ⅰ)
2.氢原子的能级结构、能级公式
(Ⅰ)
电子的发现:J.J.汤姆孙(英) 汤姆孙的原子模型:枣糕模型(西瓜模型)
一、原子结构 1.原子的核式结构 (1)1909~1911年,英国物理学家 射实验,提出了核式结构模型. (2)α粒子散射实验 ①实验装置:如图所示.
4x=90-90 y-2x=40-36
解得xy==40
,可知经过 4 次 β 衰变.故
选项 B 正确.
答案:B
4.(2010·福建高考)14C测年法是利用14C衰变规律对古生物
进行年代测定的方法.若以横坐标t表示时间,纵坐标m
表示任意时刻14C的质量,m0为t=0时14C的质量.下面四
C.衰变过程中共发生了 4 次 α 衰变和 7 次 β 衰变
D.发生 β 衰变时,核内中子数不变
Байду номын сангаас
[思路点拨] 解答本题时应注意以下三个方面: (1)α、β衰变的实质. (2)衰变过程中电荷数和质量数所遵循的规律. (3)质量数与质子数和中子数的关系.
[解析] 因为核反应方程的质量数和电荷数守恒,可以 知道该核反应方程为:29337Np→28039Bi+742He+4-01e,B 正 确;28039Bi 和29337Np 的中子数分别为 126 和 144,相差 18 个,A 错;β 衰变是核内中子变为质子而放出的,故核 内中子数要减少,D 错.
解析:A.波长为 60 nm 的 X 射线能量为 E=hλc, E=6.63×10-34×630××11008-9 J≈3.32×10-18 J=20.75 eV 氢原子的电离能 ΔE=0-(-13.6) eV=13.6 eV<E=20.75 eV, 所以可使氢原子电离,A 正确. 据 hν=Em-En 得,Em1=hν+En=10.2 eV+(-13.6) eV= -3.4 eV. Em2=11.0 eV+(-13.6)eV=-2.6 eV, Em3=12.5 eV+(-13.6) eV=-1.1 eV.
γ c 最强 穿透几厘米 的铅板
很弱
[典例启迪]
[例 2] 由于放射性元素29337Np 的半衰期很短,所以在自然 界一直未被发现,在使用人工的方法制造后才被发现.已
知29337Np 经过一系列 α 衰变和 β 衰变后变成28039Bi,下列论
断中正确的是
()
A.核28039Bi 比核29337Np 少 28 个中子 B.衰变过程中共发生了 7 次 α 衰变和 4 次 β 衰变
幅图中能正确反映14C衰变规律的是
()
解析:14C衰变过程中每经过一个半衰期,质量减少为原 来的一半,故其质量减少得越来越慢,C项正确. 答案:C
5.本题中用大写字母代表原子核,E 经 α 衰变成为 F,再
经 β 衰变成为 G,再经 α 衰变成为 H.上述系列衰变可记
为下式:
E――α →F――β →G――α →H
2.三种射线的比较
种类
α 射线
β 射线
组成 高速氦核流 高速电子流
带电荷量
质量
符号 速度 贯穿本领
贯穿实例
对空气的 电离作用
2e 4mp 42He 0.1c 最弱 用纸能挡住
很强
-e mp 1 840 -01e 0.99c 较强 穿透几毫米 的铝板
较弱
γ 射线 光子流(高频
电磁波) 0
静止质量为零
2.μ子与氢原子核(质子)构成的原
子称为μ氢原子(hydrogen muon
atom),它在原子核物理的研究
中有重要作用.图11-2-3所
示为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( )
光谱分析:鉴别物质成分
2.氢原子光谱 氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线,这些光谱线 可用一个统一的公式表示:1λ=R(m12-n12) 式中 m=1,2,3,…对每一个 m,有 n=m+1,m+2, m+3,…构成一个谱线系.
[特别提醒] 氢光谱是线状的、不连续的,波长(频率) 只能是分立的值.
氢原子的能级
氢原子的能级有何特点?
1、总能量为负值 2、越往高能级,能级间隔越小
问题1:一群氢原子从n=3的
激发态跃迁到基态,可能放
出几种光子?
rn n2r1
1 En n2 E1
n 1,2,3
E1=-13.6eV
问题2:一群氢原子处于基态, 可以吸收下列哪种能量的光 子而跃迁到激发态?
1.关于氢原子能级的跃迁,下列叙述中正确的是 ( A ) A.用波长为60 nm的X射线照射,可使处于基态的氢 原子电离出自由电子 B.用能量为10.2 eV的光子照射,可使处于基态的氢 原子发生电离 C.用能量为11.0 eV的光子照射,可使处于基态的氢 原子跃迁到激发态 D.用能量为12.5 eV的光子照射,可使处于基态的氢 原子跃迁到激发态
A、氢原子做上述跃迁时,它的电子的轨道半径 将增大. B、氢原子从第三能级跃迁到第一能级时氢原子
辐射的光子的频率也是v.
C、氢原子从第三能级向第一能级跃迁时产生的 光子,一定能使金属A产生光电效应现象. D、氢原子从第五能级向第四能级跃迁时产生的 光子,一定不能使金属A产生光电效应现象.
[例1] (双选)氢原子的部分能级如图11-2- 2所示,已知可见光的光子能量在1.62 eV到 3.11 eV之间.由此可推知,氢原子 ( AD )
A.从高能级向n=1能级跃迁时发出的光的 波长比可见光的短 B.从高能级向n=2能级跃迁时发出的光均 为可见光 C.从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高 D.从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光为可见光
[归纳领悟](1)原子从低能级向高能级跃迁:吸收一定能量的光子, 当一个光子的能量满足hν=E末-E初时,才能被某一个原子吸收, 使原子从低能级E初向高能级E末跃迁,而当光子能量hν大于或小于 E末-E初时都不能被原子吸收. (2)原子从高能级向低能级跃迁,以光子的形式向外辐射能量,所 辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差.
[答案] B
[归纳领悟] 确定衰变次数的方法 设放射性元素AZX 经过 n 次 α 衰变和 m 次 β 衰变后,变 成稳定的新元素AZ′′Y,则表示该核反应的方程为 AZX→AZ′′Y+n42He+m-01e 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程
A=A′+4n Z=Z′+2n-m
即42nn= -mA-=AZ′-Z′
(3)当光子能量大于或等于13.6 eV时,也可以被处于基态的氢原子 吸收,使氢原子电离;当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于 13.6 eV,氢原子电离后,电子具有一定的初动能. (4)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激 发.由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要 入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=Em-En),均可 使原子发生能级跃迁.
A、9eV C、10.2eV E、14eV
B、12eV D、12.75eV
问题3:有一个动能为11eV的自由电子与一个处于 基态的氢原子发生碰撞,氢原子是否可以吸收电 子的能量而跃迁到激发态?
1.氢原子从第五能级跃迁到第三能级时氢原子辐射
的光子的频率为v,并且能使金属A发生光电效应现
象。以下四种判断正确的是:C