第十四章 原子结构原子核

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专题十四 原子和原子核分解

专题十四 原子和原子核分解
示踪原子
3、爱因斯坦质能方程
E=mc2
式中c是真空中的光速,m是物体的质量,
E是物体的能量。
核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm, 正表明它们在互相结合过程中放出了能量
ΔE=Δm·c2
例题.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γ。已知质子、中子、氘 核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真 空中的光速为c。下列说法正确的是 B
第十四章 原子物理 1、原子结构
科学进程——原子结构的建立和修正
金属片
n=
n=4
影子
n=3
n=2
0 -0.85eV -1.51eV
-3.4eV
荧光
n=1
-13.6eV
1、汤姆孙的实验
E
证明了射线带负电
E B
qvB qE
v E B
B
qvB m v2 R
q v m BR
q E m B2R
2、卢瑟福:α粒子散射实验
01n
答案:BD
• 电子轨道量子化 rn n2r1
– 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。
• 原子能量量子化 En E1 / n2
– 电子在不同的轨道,原子具 有的能量不同。
n=
n=4 n=3
0
-0.85eV -1.51eV
n=2
-3.4eV
激发态 激发态 基态
En Ek Ep
4、聚变和裂变
三.重核的裂变 1.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
2核反应方程
23952U+01n
9308Sr+

高考物理第十四章《第二单元原子结构原子核》一轮复习课件

高考物理第十四章《第二单元原子结构原子核》一轮复习课件

(3)记住一些结论. ①一群氢原子处于量子数为n的激发态时可能辐射的光 n n - 1 谱条数为N= . 2 ②只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量(hν=Em-En) 时,光子才被吸收. ③入射光子能量大于电离能(hν=E∞-En) 时,光子一 定能被原子吸收并使之电离,剩余能量为自由电子的动能.
2.衰变规律及实质
衰变 类型 α衰变 β衰变
衰变 方程
2 H 2 n He
1 1 1 0 4 2
1 0
n H e
1 1 0 1
中子转化为 质子和电子
衰变 实质
衰变 规律
2个质子和2个中子 结合成一个整体射出
电荷数守恒、质量数守恒
3.核反应的四种类型 类型 可控性
1 0
核反应方程典例
有些同位素具有放射性,叫做放射性同位素.
②放射性同位素的应用. ⅰ.放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、 医疗等. ⅱ.作示踪原子.
4.核反应方程及核能 (1)重核裂变.
重核裂变是重核分裂成中等质量的核的反应过程.如:
235 92
U n
1 0
144 56
Ba Kr
89 36
第十四章
光电效应 子核
原子与原
第二单元 原子结构 原子核
知能要求与高考展望
1.理解玻尔氢原子模型及能级概念,能解释原子的
跃迁.
2.了解原子核的组成、天然放射现象、放射性同位
素及其应用.理解原子核衰变原理,α、β、γ射线的特性
及半衰期. 3.掌握核反应方程及核能的计算. 4.考查主要是选择题.
课 前 自 修
A α衰变:Z
A β衰变: Z
X
X
A4 Z 2

2022年高考物理总复习第一部分第十四章波粒二象性、原子结构、原子核第2讲原子结构、氢原子光谱

2022年高考物理总复习第一部分第十四章波粒二象性、原子结构、原子核第2讲原子结构、氢原子光谱

第2讲原子结构氢原子光谱【课程标准】1.了解人类探索原子结构的历史。

2.知道原子核式结构模型。

3.通过对氢原子光谱的分析,了解原子的能级结构。

【素养目标】物理观念:知道原子的核式结构和氢原子光谱。

科学思维:掌握氢原子光谱的规律,并利用规律进行解题。

科学态度与责任:了解人类探索原子及其结构的历史、人类对物质结构的探索历程。

一、原子的核式结构1.电子的发现:英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现了电子,证明了原子可以再分。

2.原子的核式结构:(1)α粒子散射实验:1909~1911年,英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验,实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90°,也就是说它们几乎被“撞”了回来。

(如图所示)(2)原子的核式结构模型:在原子中心有一个很小的核,原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。

命题·教材情境如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置,在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋,它发出的α粒子从铅盒的小孔射出,形成很细的一束射线,射到金箔上,最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。

实验中,α粒子主要是受到谁的作用力发生偏转?显微镜在哪个位置单位时间内观察的粒子数最多?根据实验结果卢瑟福提出的原子结构学说是什么?提示:原子核的库仑力;正对放射源位置;原子核式结构。

二、光谱1.光谱:用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长(频率)展开,获得光的波长(频率)和强度分布的记录,即光谱。

2.光谱分类3.氢原子光谱的实验规律:巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线,其波长公式1λ=R(122-1n2)(n=3,4,5,…,R是里德伯常量,R=1.10×107 m-1)。

4.光谱分析:线状谱和吸收光谱都对应某种元素,都可以用来进行光谱分析。

在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。

原子结构讲解

原子结构讲解

原子结构讲解
原子结构是指原子的组成以及各组成部分之间的相对位置。

原子是由原子核和核外电子组成的,原子核位于原子的中心,核外电子围绕原子核高速旋转。

原子结构示意图是一种表示原子结构的图示,它用圆圈和小圈分别表示原子核和核内质子数,弧线表示电子层,弧线上的数字表示该层的电子数。

原子的核外电子是分层排列的,从里到外分别称为第一层、第二层、第三层等。

每层最多可以排2×(n)^2个电子,其中n表示层数。

最外层电子数不
超过8个,次外层电子数不超过18个,倒数第三层不超过32个。

原子的性质由其核外电子的排布决定。

根据电子排布的不同,原子可以分为金属原子、非金属原子和稀有气体原子。

金属原子的最外层电子数一般小于4,容易失去电子,表现出金属的特性;非金属原子的最外层电子数一般大
于或等于4,容易得到电子,表现出非金属的特性;稀有气体原子的最外层电子数为8个(氦为2个),是一种稳定结构,表现出稀有气体的特性。

以上就是原子结构的简要介绍,如需获取更多信息,建议查阅化学书籍或咨询化学专家。

2014届一轮复习3-5原子结构原子核

2014届一轮复习3-5原子结构原子核

第十四章 原子结构原子核第 1课时 原子结构基础知识归纳1.电子的发现和汤姆孙的原子模型电子的发现:1897年英国物理学家 汤姆孙 ,对阴极射线进行了一系列的研究,从而发现了电子.使人们认识到 原子 有复杂结构,揭开了研究原子的序幕.汤姆孙的“枣糕”模型:原子是一个球体,正电荷均匀分布在整个球内,电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里.2.卢瑟福的核式结构模型(1)α粒子散射实验装置(2)α粒子散射实验的结果:α粒子通过金箔时,绝大多数不发生偏转,仍沿原来的方向前进,少数发生较大的偏转,极少数偏转角超过90°,有的甚至被弹回,偏转角几乎达到180°.(3)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里,带负电的电子在核空间里绕着核旋转.原子核所带的正电荷数等于核外的 电子数 ,所以整个原子是呈电中性的.电子绕着核旋转所需的向心力就是核对它的 库仑引力 .(4)从α粒子散射实验的数据估算出原子核大小的数量级为10-15~10-14 m ,原子大小的数量级为10-10 m.3.氢原子光谱(1)光谱分为两类,一类称为 线光谱 ,另一类称为 连续光谱 ;(2)各种原子的发射光谱都是线状光谱,都只能发出几种特定频率的光,不同原子的发光频率是不同的,因此线状光谱称为原子的 特征谱线 ,对光谱线进行分析,就可以确定发光物质,这种方法称为 光谱分析 .(3)氢原子光谱可见光谱线波长可以用公式: )121(1 22nR -=λ表示,式中R 称为里德伯常量,R =1.1×107 m -1.4.玻尔的原子模型(1)原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾说明,经典电磁理论已不适用于原子系统,玻尔从光谱学成就得到启发,利用普朗克的能量量子化的概念,提出三个假设:① 定态假设 :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,电子虽然做加速运动,但并不向外辐射能量,这些状态叫定态.② 跃迁假设 :原子从一个定态(设能量为E 2)跃迁到另一定态(设能量为E 1)时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν=E 2-E 1.③ 轨道量子化假设 :原子的不同能量状态,跟电子不同的运行轨道相对应.原子的能量不连续,因而电子可能轨道的分布也是不连续的.(2)玻尔的氢原子模型①氢原子的能级公式和轨道半径公式:玻尔在三条假设基础上,利用经典电磁理论和牛顿力学,计算出氢原子核外电子的各条可能轨道的半径,以及电子在各条轨道上运动时原子的能量.氢原子中电子在第n 条可能轨道上运动时,氢原子的能量E n 和电子轨道半径r n 分别为E n =21n E 、r n =n 2r 1(n =1、2、3…). 其中E 1、r 1为离核最近的第一条轨道(即n =1)的氢原子能量和轨道半径.即E 1=-13.6 eV ,r 1=0.53×10-10 m(以电子距原子核无穷远时电势能为零计算).②氢原子的能级图:氢原子的各个定态的能量值,叫 氢原子的能级 .按能量的大小用图象表示出来即能级图.其中n =1的定态称为 基态 ,n =2以上的定态,称为 激发态 .5.原子核结构(1)汤姆孙发现电子,说明 原子 不是最小的微粒;卢瑟福α粒子散射实验,说明原子里存在一个很小的 原子核 ;卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,获得质子,说明 原子核 也不是最小的微粒.(2)原子核是由 质子 和 中子 组成的;质子和中子统称为 核子 ,原子核的核电荷数等于 质子数 ,等于原子的核外 电子数 ;原子核的质量数等于原子核内的 核子数 .(3)质子数相同而中子数不同的原子核互称 同位素 ,原子的化学性质决定于原子的核外 电子数 ;同位素具有相同的质子数,相同的核外电子数,因而具有相同的 化学性质 .重点难点突破一、为什么用α粒子散射实验研究原子结构原子结构无法直接观察到,要用高速粒子进行轰击,根据粒子的散射情况分析判断原子的结构,而α粒子有足够的能量,可以穿过原子,并且利用荧光作用可观察α粒子的散射情况,所以选取α粒子进行散射实验.二、氢原子怎样吸收能量由低能级向高能级跃迁此类问题可分为三种情况:1.光子照射氢原子,当光子的能量小于电离能时,只能满足光子的能量为两定态间能级差时才能被吸收.2.光子照射氢原子,当光子的能量大于电离能时,任何能量的光子都能被吸收,吸收的能量一部分用来使电子电离,另一部分可用来增加电子离开核的吸引后的动能.3.当粒子与原子碰撞(如电子与氢原子碰撞)时,由于粒子的动能可全部或部分被氢原子吸收,故只要入射粒子的动能大于或等于原子两能级的能量差,就可以使原子受激发而向高能级跃迁.典例精析1.α粒子散射实验与核式结构模型【例1】卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析,提出( )A.原子的核式结构模型B.原子核内有中子存在C.电子是原子的组成部分D.原子核是由质子和中子组成的 【解析】卢瑟福精确统计了向各个方向散射的α粒子的数目,提出了原子的核式结构模型:在原子的中心有一个很小的核,叫做原子核,原子的全部正电荷与几乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外的空间运动,由此可知,A 选项正确.【答案】A【思维提升】(1)关键是利用α粒子散射实验的结果进行分析.(2)尽管B 、C 、D 正确,但实验结果不能说明它们,故不选B 、C 、D.【拓展1】在卢瑟福的α粒子散射实验中,有少数α粒子发生大角度偏转,其原因是( A )A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中【解析】α粒子带正电,其质量约是电子质量的7 300倍.α粒子碰到金原子内的电子,就像飞行中的子弹碰到尘埃一样,其运动方向不会发生明显的改变.若正电荷在原子内均匀分布,α粒子穿过原子时,它受到的两侧正电荷斥力有相当大一部分互相抵消,使α粒子偏转的力也不会很大.根据少数α粒子发生大角度偏转的现象,只能认为原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上,入射的α粒子中,只有少数α粒子有机会很接近核,受到很大的斥力而发生大角度偏转.所以正确选项是A.2.氢原子的能级跃迁【例2】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是处在该激发态能级上的原子总数的11-n .现在1 200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( )A.2 200个B.2 000个C.1 200个D.2 400个【解析】如图所示,各能级间跃迁的原子个数及处于各能级的原子个数分别为n =4到n =3 N 1=1 200×141-=400 n =3能级的原子个数为400个. n =4到n =2 N 2=1 200×141-=400 n =3到n =2 N 3=400×131-=200 n =2能级的原子个数为600个.n =4到n =1 N 4=1 200×141-=400 n =3到n =1 N 5=400×131-=200 n =2到n =1 N 6=600 所以发出的光子总数为 N =N 1+N 2+…+N 6=2 200【答案】A【思维提升】(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h υ=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h υ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.(3)当光子能量大于或等于13.6 eV 时,也可以被氢原子吸收,使氢原子电离;当氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV 时,氢原子电离后,电子具有一定的初动能.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为N =2C 2)1(n n n =-. 【拓展2】氢原子的能级如图所示,已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV ~3.11eV.下列说法错误的是( D )A.处于n =3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并发生电离B.大量氢原子从高能级向n =3能级跃迁时,发出的光具有显著的热效应C.大量处于n =4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出6种不同频率的光D.大量处于n =4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出3种不同频率的可见光易错门诊3.氢原子的能量【例3】氢原子基态的轨道半径为0.528×10-14 m ,量子数为n 的能级的能量为E =-26.13n eV . (1)求电子在基态轨道上运动时的动能;(2)有一群氢原子处于量子数n =3的激发态.画一能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线;(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长.(其中静电力常量k =9.0×109 N ·m 2/C 2,电子的电荷量e =1.6×10-19 C ,普朗克恒量h =6.63×10-34 J ·s ,真空中光速c =3.0×108 m/s)【错解】(1)电子在基态轨道中运动时量子数n =1,其动能为E n =-26.13n =-216.13=-13.6 eV由于动能不为负值,所以E k =|E n |=13.6 eV(2)作能级图如图,可能发出两条光谱线.(3)由于能级差最小的两能级间跃迁产生的光谱线波长最短,所以(E 3-E 2)时所产生的光谱线为所求,其中E 2=-226.13 eV =-3.4 eV E 3=-236.13eV =-1.51 eV 由hν=E 3-E 2及λ=νc 所以λ=23E E ch -=19348106.1)]4.3(51.1[1063.6103--⨯⨯--⨯⨯⨯ m =6.62×10-7 m 【错因】(1)动能的计算错误主要是不理解能级的能量值的物理意义,因而把电子在基态轨道上运动时的动能与n =1时的能级的能量值等同起来.电子在轨道上的能量E ,它包括电势能E p 和动能E k .计算表明E p =-2E k ,所以E =E k +E p =-E k ,E k =-E =13.6 eV.虽然错解中解出的数值正确,但概念的理解是错误的.(2)错解中把电子的发射光谱图画成了吸收光谱图.(3)不少学生把能级图上表示能级间能量差的长度线看成与谱线波长成正比了.【正解】(1)设电子的质量为m ,电子在基态轨道上的速率为v 1,根据牛顿第二定律和库仑定律有12212r v m r e k = 所以E k =102199122110528.02)106.1(100.9221--⨯⨯⨯⨯⨯==r ke mv J =2.18×10-18 J =13.6 eV (2)当氢原子从量子数n =3的能级跃迁到较低能级时,可以得到3条光谱线,如图所示.(3)波长最短的一条光谱线对应的能级差应为最大,应是从量子数为3的能级跃迁到量子数为1的能级所发出的光谱线. E 3-E 1=h υ υ=λc λ=13E E hc -=1.65×10-7 m 【思维提升】正确理解能级、能级图的物理意义是避免出错的关键.第 2课时 原子核基础知识归纳1.天然放射现象(1)天然放射现象:某些物质能 自发 发射出人眼看不见但能使照相底片感光的射线,物质发射这种射线的性质叫做放射性.天然放射现象的发现,揭示了原子核也具有 复杂结构 .(2)半衰期放射性元素的原子核有 半数 发生衰变需要的时间叫半衰期.半衰期与放射性元素的多少及物理、化学状态无关,只由 核内部的因素 决定,不同的元素有不同的半衰期.(3)放射性同位素的利用主要有两个途径:一是利用它的 射线 ,二是作为 示踪原子 . 过量的放射线 会对环境造成污染,对人类和自然界产生破坏作用.为了防止一些人工合成的放射性物质和天然的放射性物质对环境造成的污染,人们需要采取有效措施.2.原子核的变化(1)衰变:α衰变:原子核放出α粒子.其衰变规律:Y He X 4242--+→M Z M Zβ衰变:原子核放出β粒子.其衰变规律:Y e X 10 1M Z M Z +-+→ γ衰变:α衰变或β衰变时形成的新核不稳定,释放出γ光子.(2)人工核转变: H O He N 11178 42147 +→+ (发现质子的核反应)e S i P n P He Al 0130143015103015422713+→+→+(人工制造放射性同位素)(3)重核的裂变:n 3Kr Ba n U 10923614156 1023592 ++→+在一定条件下(超过临界体积),裂变反应会连续不断地进行下去,这就是链式反应.铀235核能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的 临界体积 .核反应堆的构造:A.核燃料——用铀棒(含23592 U ,3%~4%的浓缩铀).B.减速剂——用石墨、重水或普通水(23592 U 只吸收慢中子).C.控制棒——用镉做成(镉吸收中子的能力很强).D.冷却剂——用水或液态钠(把反应堆内的热量传递出去).(4)轻核的聚变:21H +31H →42He +10n(需要几百万度高温,所以又叫热核反应)3.核能及其运用(1)核力:原子核的半径很小,其中的质子之间的库仑力很大,受到这么大的库仑斥力却能是稳定状态,一定还有另外一种力把各核子紧紧地拉在一起,这种力叫做 核力 .①核力是很强的力.②核力作用范围小,只在2.0×10-15 m 短距离内起作用. ③每个核子只跟它相邻的核子间才有核力作用.(2)核能①结合能:核子结合成原子核时放出一定的能量,原子核分解成核子时吸收一定能量,这种能量叫 结合能 .②质量亏损:核子结合生成原子核,所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些,这种现象叫做 质量亏损 .也可以认为在核反应中,参加核反应的总质量m 和核反应后生成的核总质量m ′之差:Δm =m -m ′. ③爱因斯坦质能方程:爱因斯坦的相对论指出:物体的能量和质量之间存在着密切的联系,它们的关系是:E =mc 2,这就是爱因斯坦的质能方程.质能方程的另一个表达形式是:ΔE =Δmc 2.4.粒子物理学到19世纪末,人们认识到物质由分子组成,分子由原子组成,原子由原子核和电子组成,原子核由质子和中子组成.20世纪30年代以来,人们认识了正电子、μ子、K 介子、π介子等粒子.后来又发现了各种粒子的反粒子(质量相同而电荷及其他一些物理量相反).现在已经发现的粒子达400多种,形成了粒子物理学.按照粒子物理理论,可以将粒子分成三大类:媒介子、轻子和强子,其中强子是由更基本的粒子——夸克组成.从目前的观点看,媒介子、轻子和夸克是没有内部结构的“点状”粒子.用粒子物理学可以较好地解释宇宙的演化. 重点难点突破一、半衰期由什么决定,如何计算1.半衰期是研究衰变过程的一个重要概念.放射性元素的衰变规律是统计规律,只适用于含有大量原子的样品,半衰期表示放射性元素的大量原子核有50%发生衰变所需要的时间,表示大量原子核衰变的快慢,对某一个原子核而言,半衰期是无意义的,因此这个核何时发生衰变,会受到各种偶然因素的影响.同样地,当样品中原子数目减少到统计规律不再起作用的时候,也就不能肯定在某一时间里这些原子核会有多少发生衰变了,所以不能根据半衰期来推断放射性元素的样品全部衰变完所需的时间.2.决定因素:由原子核本身决定,与外部的物理条件、化学变化等因素无关.3.公式:N 余=N 原(12)T t M 余=M 原(12)T t式中N 原、M 原分别表示衰变前放射性元素的原子核个数和质量,t 表示衰变时间,T 表示半衰期.二、如何推断核衰变的次数两种衰变规律为A Z X →A -4Z -2Y +42He ,A Z X →A Z +1Y +0-1e. 由此可知,α衰变时其质量数、核电荷数都改变,β衰变时只改变核电荷数,不改变质量数.所以在判断发生几次α和β衰变的问题时,必须先由质量数的变化来确定α衰变的次数.三、怎样正确写出核反应方程解决这类问题的方法:一是要掌握核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒的规律;二是要熟悉和掌握教材中出现的重要核反应方程式,并知道其意义;三是要熟记常见的基本粒子的符号,如质子、中子、α粒子、β粒子、正电子、氘核、氚核等.另外,还要注意在写核反应方程时,不能无中生有,必须是确实存在、有实验基础的核反应.另外,核反应通常是不可逆的,方程中只能用箭头“→”连接并指示反应方向,而不是用“=”连接.四、三种射线在电场和磁场中偏转时有何特点三种射线在电场和磁场中偏转时有以下特点:1.不论在电场还是磁场中,γ射线总是做匀速直线运动,不发生偏转.2.在匀强电场中,α和β粒子沿相反方向做类平抛运动,且在同样的条件下,β粒子的偏移大.如图所示,粒子在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动,位移x 可表示为x =12at 2=qE 2m (y 0v)2∝q mv 2.典例精析1.α、β、γ三种射线的性质【例1】如图所示,x 为未知放射性源,L 为一薄铝片,N 、S 可以提供强磁场.当将强磁场移走时,计数器的计数率不变,然后铝片移开,则计数率大幅度上升,这些现象说明放射源是( )A.纯β粒子放射源B.纯γ光子放射源C.α粒子和β粒子混合放射源D.α粒子和γ光子混合放射源 【解析】铝片L 已将α射线挡住,故通过L 的可能是β射线和γ射线.当将强磁场移开时,由于不受强磁场的偏转作用,若含有β射线,计数器的计数率增大,题意为不变,说明放射源中不含β射线.将铝片移开,计数率大幅度上升,说明放射源中含α粒子.【答案】D【思维提升】根据三种射线的不同特性进行判断.【拓展1】一天然放射性物质射出三种射线,经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域(方向如图所示),调整电场强度E 和磁感应强度B 的大小,使得在MN 上只有两个点受到射线照射,下面的哪种判断是正确的(已知α粒子比β粒子速度小)( C )A.射到b 点的一定是α射线B.射到b 点的一定是β射线C.射到b 点的一定是α射线或β射线D.射到b 点的一定是γ射线【解析】γ射线不带电,在电场或磁场中它都不受场的作用,只能射到a 点,因此D 选项不对.调整E 和B 的大小,即可以使带正电的α射线沿直线前进,也可以使带负电的β射线沿直线前进.沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡,即qE =qBv已知α粒子比β粒子的速度小得多,当我们调节使α粒子沿直线前进时,速度大的β粒子向右偏转,有可能射到b 点,当我们调节使β粒子沿直线前进时,速度较小的α粒子也将会向右偏,也可能射到b 点,因此C 选项正确,而A 、B 选项都不对.2.半衰期【例2】(1)关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的是( )A.是原子核质量减少一半所需的时间B.是原子核有半数发生衰变所需的时间C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减慢放射性元素的半衰期D.可以用来测定地质年代、生物年代等(2)设镭226的半衰期为1.6×103年,质量为100 g 的镭226经过4.8×103年后,有多少克镭发生衰变?若衰变后的镭、变为铅206,则此时镭、铅质量之比为多少?【解析】(2)经过三个半衰期,剩余镭的质量为M ′余=M 原(12)t T =100×18g =12.5 g 已衰变的镭的质量为(100-12.5) g =87.5 g 设生成铅的质量为m ,则226∶206=87.5∶m 得m =79.8 g所以镭、铅质量之比为125∶798【答案】(1)BD (2)87.5 g ;125∶798【思维提升】(1)半衰期是原子核有半数发生衰变,变成新核,并不是原子核的数量、质量减少一半.(2)要理解半衰期公式中各物理量的含义.【拓展2】目前,在居家装修中经常用花岗岩、大理石等装修材料,这些岩石都不同程度含有放射性元素,比如,有些含有铀、钍的花岗石会释放出放射性的惰性气体氡,而氡会发生放射性衰变,放出α、β、γ射线,这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病,根据有关放射性知识可知,下列说法正确的是( B )A.氡的半衰期为3.8天,若取8个氡原子核,经7.6天后一定剩下2个氡原子核B.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的C.γ射线一般伴随着α或β射线产生,在这三种射线,γ射线的穿透能力最强,电离能力也最强D.发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了42.质量亏损与核能的计算【例3】已知氮核质量m N =14.007 53 u ,氧核质量m 0=17.004 54 u ,氦核质量m He =4.003 87 u ,质子质量m H =1.008 15 u ,试判断核反应:147 H +42He →178 O +11H 是吸能反应,还是放能反应?能量变化多少? 【解析】先计算出质量亏损Δm ,然后由1 u 相当于931.5 MeV 能量代入计算即可.反应前总质量m N +m He =18.011 40 u 反应后总质量m O +m H =18.012 69 u因为反应中质量增加,所以此反应为吸能反应,所吸收能量为ΔE =Δmc 2=(18.012 69-18.011 40)×931.5 MeV =1.2 MeV【思维提升】(1)根据爱因斯坦质能方程,用核子结合成原子核时质量亏损Δm 的数值乘以真空中光速的平方,即ΔE =Δmc 2.(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV ,用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV ,即ΔE =Δm ×931.5 MeV .【拓展3】一个静止的232 92U(原子质量为232.037 2 u),放出一个α粒子(原子质量为4.002 60 u)后,衰变成228 90Th(原子质量为228.028 7 u).假设放出的核能完全变成Th 核和α粒子的动能,试计算α粒子的动能.【解析】反应中产生的质量亏损 Δm =m U -(m Th +m α)=0.005 9 u反应中释放的核能 ΔE =Δm ×931.5 MeV =5.5 MeV 在U 核衰变过程中动量守恒、能量守恒,则0=m αv α-m Th v Th ΔE =12m αv 2α+12m Th v 2Th 解以上两式得ΔE =(m αv α)22m α+(m Th v Th )22m Th =(m αv α)2(m Th +m α)2m αm Th则α粒子的动能E α=12m αv 2α =m Th m Th +m αΔE =228228+4×5.5 MeV =5.41 MeV 第 3 课时 单元综合提升知识网络构建经典方法指导1.复习方法本章知识是学习现代物理的基础,在复习时要采用系统理解、重点记忆的办法.要做到:(1)对每个概念、规律、现象有正确的理解,并弄清其来龙去脉,只有这样才能记忆深刻、明辨是非、正确表达;(2)紧扣课本,重点掌握原子的核式结构理论、能级跃迁规律、核反应方程中质量数和核电荷数守恒、α衰变、β衰变的规律;(3)对一些粒子的特性,如α、β、γ等的属性要有清晰的了解,它们属于当今物理学的前沿、高能物理学的基础.2.主要解题方法本章中,最主要的解题方法有两种,其一是:理想模型法.本章中主要的模型有:枣糕模型、原子的核式结构模型、玻尔的原子模型、原子核模型、夸克模型.对于物理模型,必需弄清模型建立的实验基础或物理事实,理解模型建立的物理过程及物理条件、适用范围.其二是:运用物理规律解决物理问题.本章中涉及的物理规律主要有:衰变规律、核反应所遵循的物理规律、粒子在电磁场中运动的规律及动量和能量守恒规律,对于规律的运用,应明确规律成立的条件、适用范围,准确把握其物理意义.高考真题赏析【例1】(2009·四川)氢原子能级的示意图如图所示,大量氢原子从n =4的能级向n =2的能级跃迁时辐射出可见光a ,从n =3的能级向n =2的能级跃迁时辐射出可见光b ,则( )A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线B.氢原子从n =4的能级向n =3的能级跃迁时会辐射出紫外线C.在水中传播时,a 光较b 光的速度小D.氢原子在n =2的能级可吸收任意频率的光而发生电离【考点】氢原子能级的跃迁.【解析】由题意知a 光光子能量大于b 光光子能量,a 光频率大于b 光频率,由v 水=nc ,可知C 正确.γ射线是原子核衰变而产生的,A 错.E 43<E 32,而紫外线光子的能量大于可见光,故B 错.能量大于或等于3.40 eV 的光才能使氢原子在n =2的能级时发生电离,故D 错. 【答案】C【思维提升】本题以氢原子能级跃迁为载体,全面考查了近代物理学中,学生容易出错的问题.理解能级跃迁的规律,γ射线的来源,水中光子频率与光速的关系以及电离的实质,是解题的关键.【例2】(2009·重庆)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为 X C N H N C H 126 157 111137 126 11+→++→+Q +Q 2以下推断正确的是( )A.X 是He 32,Q 2>Q 1B.X 是He 42,Q 2>Q 1C.X 是He 32,Q 2<Q 1D.X 是He 42,Q 2<Q 1【考点】核反应方程、质能方程.【解析】由核反应中质量数、电荷守恒可确定X 是α粒子.两个核反应中的质量亏损分别为Δm 1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7) u =0.002 1 u ,Δm 2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6) u =0.0053 u ,结合爱因斯坦质能方程Q =Δmc 2知Q 1<Q 2,故B 正确. 【答案】B【思维提升】本题是一道常规题,重点考查了核反应中电荷守恒、质量数守恒、质量亏损与质能方程等.【例3】(2009·江苏)在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出.中微子的性质十分特别,因此在实验中很难探测.1953年,莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统,利用中微子与水中H 11的核反应,间接地证实了中微子的存在.(1)中微子与水中的H 11发生核反应,产生中子(n 10)和正电子(e 0 1+),即中微子+H 11e n 0 110++→可以判定,中微子的质量数和电荷数分别是 .(填写选项前的字母)A.0和0B.0和1C.1和0D.1和1。

原子核的结构与组成

原子核的结构与组成

原子核的结构与组成原子核是原子的核心部分,也是构成原子的基本组成单位。

它由质子和中子组成,分别带有正电荷和无电荷。

在本文中,我将详细探讨原子核的结构、组成以及相关的性质。

一、原子核的结构原子核呈现出一种球形或近似球形的形状,其直径约为10^-15米量级。

由于原子核非常微小,因此其结构的研究需借助于粒子加速器等仪器。

在原子核的结构中,质子和中子分别存在于核内。

质子是具有正电荷的基本粒子,而中子是无电荷的基本粒子。

质子和中子被称为核子,它们组成了原子核的基本成分。

质子和中子的质量非常接近,都大约为1.67x10^-27千克。

然而,质子与中子的电荷相反,质子带正电荷,而中子不带电荷。

由于质子和中子的存在,原子核具有正电荷,并且决定着原子的化学性质。

二、原子核的组成原子核的组成主要由质子和中子构成。

根据元素的不同,质子的个数也不同。

例如,氢原子的原子核只含有一个质子,而氦原子的原子核则含有两个质子。

不同元素的原子核中质子的数量被称为原子序数,通常用字母Z表示。

除质子外,原子核还含有中子。

中子的质量与质子接近,但中子不带电荷。

中子的主要作用是稳定原子核结构以及控制核反应过程。

原子核的质量可以通过质子和中子的质量之和来计算。

质子和中子的质量都可以用原子质量单位(u)来表示。

一个原子质量单位等于质子或中子质量的约等于1/12。

三、原子核的性质1.质量数和同位素:原子核的质量可以由质子和中子的质量之和来计算。

质量数A定义为质子和中子的总数。

具有相同质子数(即相同原子序数Z)但质量数A不同的原子被称为同位素。

同位素具有相似的化学性质,但可能具有不同的物理性质。

2.核密度和核力:由于原子核非常小而质量很大,原子核具有较高的核密度。

核密度是指单位体积内的核子数目。

核子之间通过核力相互作用,核力是一种非常强大的吸引力,维持核子的稳定状态。

3.核衰变:某些原子核具有不稳定性,随着时间的推移会发生放射性衰变。

原子核衰变会产生放射性粒子,如α粒子、β粒子和γ射线。

物理一轮复习第十四章近代物理初步第2讲原子结构与原子核学案

物理一轮复习第十四章近代物理初步第2讲原子结构与原子核学案

第2讲原子结构与原子核ZHI SHISHU LI ZI CE GONG GU知识梳理·自测巩固一、原子结构光谱和能级跃迁知识点1原子的核式结构1.电子的发现:英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了__电子__,提出了原子的“枣糕模型”。

2.原子的核式结构:观察上面两幅图,完成以下空格:(1)1909~1911年,英国物理学家卢瑟福进行了__α粒子散射实验__,提出了核式结构模型。

(2)α粒子散射实验的结果:绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上__仍沿原来的方向前进__,但有少数α粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至__大于90°__,也就是说它们几乎被“撞了回来”。

(3)原子的结构模型:在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,原子的__几乎全部质量和全部正电荷__都集中在原子核里,带负电的电子在__核外空间运动__。

知识点2光谱1.光谱:用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开,获得光的__波长__(频率)和强度分布的记录,即光谱。

2.光谱分类:3.氢原子光谱的实验规律:巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线,其波长公式错误!=R(错误!-__错误!__)(n=3,4,5,…R是里德伯常量,R=1。

10×107 m-1)。

4.光谱分析:利用每种原子都有自己的__特征谱线__可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高。

在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。

知识点3玻尔理论能级1.玻尔的三条假设(1)定态:原子只能处于一系列__不连续__的能量状态中,在这些能量状态中原子是__稳定__的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。

(2)跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν=__E m-E n__.(h是普朗克常量,h=6.63×10-34 J·s)(3)轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。

原子的核式结构原子核

原子的核式结构原子核

原子的核式结构:原子核原子是构成物质的基本单位,具有复杂而微观的结构。

在原子的核心,我们可以找到一个特殊的结构,称为原子核。

原子核是原子中最重要的部分,含有大部分原子的质量和几乎全部的正电荷。

本文将探讨原子核的结构以及其在原子中的重要性。

原子核的组成原子核是由质子和中子组成的。

质子是带有正电荷的粒子,中子则是没有电荷的粒子。

质子和中子都被称为核子。

原子核的结构取决于其中质子和中子的数量和排列方式。

不同的元素有不同数量的质子,即原子序数,它决定了一个元素的化学性质。

原子核的质量主要由质子和中子的质量决定,两者都具有约1单位质量的近似质量。

虽然电子在原子中也存在,但相比于质子和中子,其质量可以忽略不计。

因此,我们可以将原子核看作是质子和中子的集合。

原子核的大小原子核的大小在不同的原子之间会有所不同。

一般来说,原子核的直径在1到10飞米范围内。

这意味着原子核非常小,与整个原子的尺寸相比,其大小只占很小的部分。

以氢原子为例,其电子轨道的半径约为0.1纳米,而质子的直径约为1.75飞米,因此原子核可以说是非常小而致密的。

原子核的电荷由于质子带有正电荷,而电子带有负电荷,所以原子中的质子和电子数量相等,整体上是电中性的。

然而,原子核中的质子的数量总是大于电子的数量,因此原子核本身是带有正电荷的。

质子的正电荷与电子的负电荷相互抵消,使得原子保持电中性。

原子核的正电荷对于原子的稳定性和化学反应起着重要的作用。

由于质子带有正电荷,它们之间的互斥力极大,使得原子核在空间上保持相对稳定。

如果质子之间的互斥力不平衡,原子核可能会分裂或不稳定。

原子核的稳定性原子核的稳定性取决于其中的质子和中子的数量。

稳定的原子核通常具有相等的质子和中子数量,或者在质子和中子数量之间保持某种平衡。

不稳定的原子核可能会发生核衰变,通过释放放射性粒子来达到更稳定的状态。

稳定的核结构对于维持原子的完整性和稳定性非常重要。

原子核的稳定性决定了元素的存在和性质,以及元素是否具有放射性。

高中物理原子结构和原子核

高中物理原子结构和原子核

高中物理原子结构和原子核原子结构和原子核是高中物理中一个非常重要的内容。

在这篇文章中,我们将从基本概念开始,逐步展开对原子结构和原子核的讲解。

一、原子结构原子结构是指原子的内部构造。

早在古希腊时期,人们就意识到物质是由非常小的粒子构成的,而这些粒子就是原子。

但直到19世纪末,科学家们才通过实验证据确信原子是物质的基本单位。

1.原子的基本构成原子是由三种基本粒子组成的:质子、中子和电子。

质子和中子位于原子的核心,被称为原子核,而电子则绕着原子核旋转。

质子和中子的质量相近,质量大约为1.67x10^-27千克,而电子的质量则非常小,大约为9.11x10^-31千克。

原子核的半径约为0.1纳米,而电子的轨道半径约为0.1埃。

2.原子的电荷质子带有正电荷,记为+e,其中e为元电荷的基本单位。

电子带有负电荷,记为-e。

中子没有电荷,是中性粒子。

原子总的电荷是零,因为质子和电子数量相等。

3.原子的元素特性每种元素的原子的质子数是固定不变的,被称为原子序数或核电荷数。

根据元素的原子序数从小到大排列,可以得到元素周期表。

电子的数量和排布方式则决定了元素的化学性质。

二、原子核原子核是原子的核心部分,由质子和中子组成。

原子核的直径约为10^-15米,相比整个原子的尺寸非常小。

但是原子核却凝聚着原子99.95%的质量。

1.质子质子带有正电荷,质量较大。

质子数决定了原子的元素特性,因为不同元素的质子数是不同的。

质子数可以通过查看元素周期表获得。

2.中子中子没有电荷,是中性粒子。

中子的质量和质子相近。

中子数可以通过减去原子的质子数来得到。

3.原子的核外电子原子的核外电子按能级分布在轨道上。

能级较低的电子离原子核较近,能级较高的电子离原子核较远。

根据一套量子数规则,电子的能级和轨道数量是有限的。

电子的排布方式决定了元素化学性质的差别。

三、原子结构的实验验证原子结构的理论模型得到广泛接受,主要是基于一系列实验证据得出的。

1.序列反应一些放射性原子的衰变过程表明有一种带正电的粒子存在于原子核中。

物理一轮复习第十四章近代物理初步第2讲原子结构与原子核练习含解析

物理一轮复习第十四章近代物理初步第2讲原子结构与原子核练习含解析

第2讲原子结构与原子核一、单项选择题:在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的.1.(2020·贵州毕节模拟)物理学重视逻辑,崇尚理性,其理论总是建立在对事实观察的基础上.下列说法正确的是(D)A.贝可勒尔发现天然放射现象,其中β射线来自原子最外层的电子B.密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的C.卢瑟福的α粒子散射实验发现电荷量子化D.汤姆孙发现电子使人们认识到原子内部是有结构的[解析]本题考查近代原子物理学史及相关科学家的贡献。

贝可勒尔发现天然放射现象,其中β射线来自原子核内的中子转化为质子和电子,这种转化的电子发射到核外,也就是β射线,而不是来自原子核外的电子,A错误;玻尔的氢原子模型说明原子核外的电子的轨道是不连续的,B错误;密立根油滴实验首次发现了电荷量子化,C错误;电子的发现让人们认识到原子可以再分,说明原子内部是有结构的,D正确。

2.(2019·云南昆明测试)大科学工程“人造太阳”主要是将氘聚变反应释放的能量用来发电。

氘核聚变反应方程是:错误!H+21H→错误!He+错误!n。

已知错误!H的质量为2。

013 6 u,错误!He的质量为3。

015 0 u,错误!n的质量为1。

008 7 u,1 u=931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为(B)A.3。

7 MeV B.3.3 MeVC.2。

7 MeV D.0。

93 MeV[解析]氘核聚变反应的质量亏损为Δm=2×2。

013 6 u-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u,释放的核能为ΔE=Δmc2=0.003 5×931 MeV/c2×c2≈3.3 MeV,选项B正确。

3.(2020·山东高考模拟)2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年。

1919年,卢瑟福用氦核轰击氮原子核,发现产生了另一种元素,该核反应方程可写为4,2He+14 7N→m,8X+错误!Y。

原子的结构知识点总结

原子的结构知识点总结

原子的结构知识点总结1.原子的概念:原子是构成物质的最小粒子,由带正电荷的质子、带负电荷的电子和电中性的中子组成。

原子的直径约为0.1纳米。

2. 原子核:原子核是原子的中心部分,由质子和中子组成。

质子的质量是中子的约2倍,且都是质子质量单位(amu)的单位。

原子核的直径约为10^-5纳米,直径与整个原子的直径比例为1:10,000。

3.电子云:电子云是电子在原子周围的空间分布,描述了电子的可能位置。

根据量子力学理论,电子云存在各种能量级别的轨道,电子不能在轨道之间连续移动,只能跃迁到具有合适能量的轨道上。

4.轨道:轨道是描述电子在原子中可能找到的位置的功能。

主量子数决定能量级别和轨道大小,主量子数n的平方是一个轨道所能容纳电子的最大数目。

每个轨道可以容纳不超过2个电子。

5.能级分布:在原子中,能级依次增加。

第一能级最低,以此类推。

能级间的差异是电子能量的差异。

电子填充能级时尽量填充低能级。

6.电子排布:按构建原子的原子序数排布,如H(氢)有1个电子,He(氦)有2个电子,Li(锂)有3个电子等。

按能级填充原子中的电子。

7.原子核结构:原子核由质子和中子组成,质子带正电荷,中子无电荷。

原子核的质量和电荷都集中在非常小的范围内。

8.原子量和原子序数:原子量是一个原子中质子和中子的总数。

原子序数是一个原子中质子数(也是电子数)的数目。

原子序数决定了元素的化学性质。

9.同位素:同位素是原子序数相同但质量数不同的原子,它们具有相同的化学特性。

10.质子数与电子数:一个元素的原子质子数与电子数相同,因为一个原子是电中性的。

11.电子的能级跃迁:电子可以从一个能级跃迁到另一个能级,吸收或释放能量,导致光的发射或吸收。

这解释了原子光谱和电子能级。

12.元素周期表:元素周期表按照原子序数(即质子数)的增加顺序排列。

元素周期表显示不仅每个元素的质子数,而且还显示了元素的原子量、符号和名称。

13.原子的量子力学模型:量子力学模型通过描述原子内部发生的量子力学过程,提供了对原子结构的更深入的理解。

原子的结构知识点总结

原子的结构知识点总结

原子的结构知识点总结1. 原子组成原子由核和电子组成。

核由质子和中子组成,电子环绕在核外。

质子和中子几乎占据了原子的整个质量,而电子的质量很小,占据了原子的整个体积。

在化学中,质子数被称为原子序数,通常用字母 Z 表示,而核内的中子数目则用符号 A 表示。

电子的数量通常与质子数相等,使得原子整体呈电中性状态。

2. 原子核原子核是原子的中心部分,由质子和中子组成。

原子核的直径约为 10^-15 米,而原子整体的直径约为 10^-10 米。

因此原子核的大小是原子整体的万分之一。

由于质子和中子都属于核子,因此原子核也被称为核子。

在原子中,质子数决定了原子的化学性质和元素的性质。

例如,氢原子的原子核只包含一个质子,而氧原子的原子核则包含了 8 个质子。

3. 电子轨道电子围绕原子核运动,但并不是在固定的轨道上运动,而是以一定的能级分布在不同的轨道中。

电子轨道可以由量子数来描述,分为主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数。

主量子数决定了电子的能级大小,角量子数决定了电子轨道的形状,磁量子数和自旋量子数则决定了电子的方向。

4. 电子云电子不是固定在某条轨道上的,而是以一定概率分布在电子云中。

电子云是描述电子位置的概率密度分布,可以用来描述电子的运动状态和轨道。

电子云的形状可以由轨道函数描述,它是通过量子力学方程求解得到的。

5. 元素周期表元素周期表是按原子序数排列的化学元素表,表中的每一行都代表了同一个主量子数的化学元素。

周期表的周期表示了元素的电子壳层数量,而周期表的族表示了元素的价电子数。

通过分析元素周期表,可以很好地描述元素的化学性质和元素之间的关系。

6. 原子的质量数和质量能原子核的质量数是指核子的总质量,它等于质子数和中子数的总和。

而质量能则是描述核子结合情况的物理量,它等于原子核的质量与核子质量总和之间的差值。

质量能对核子的结合情况有很大的影响,它决定了原子核的稳定性和原子核的衰变过程。

7. 原子的稳定性原子核的稳定性是指核子之间的相互作用能够维持原子核的结构不发生变化,不会发生核衰变的状态。

原子结构原子核与电子构型的关系

原子结构原子核与电子构型的关系

原子结构原子核与电子构型的关系原子结构、原子核与电子构型的关系原子是构成物质的基本单位,而原子结构的重要组成部分是原子核和电子。

原子核位于原子的中心,而电子则围绕原子核运动。

原子核和电子之间存在着一定的关系,这种关系决定了原子的化学性质和物理性质。

本文将探讨原子结构、原子核与电子构型之间的关系。

一、原子结构的组成原子结构主要由原子核和电子组成。

原子核是由质子和中子组成的,质子带有正电荷,中子不带电荷。

原子核位于原子的中心,占据很小的体积,但质量非常大。

电子是带有负电荷的粒子,围绕着原子核旋转,形成电子云。

二、原子核和元素的关系原子核中的质子数目决定了元素的性质。

每个元素都有一个特定的原子序数,就是其原子核中质子的数目。

例如,氢元素的原子核中只有一个质子,所以它的原子序数为1;氧元素的原子核中有八个质子,所以其原子序数为8。

原子序数不同的元素具有不同的化学性质。

三、原子核和质量数的关系原子核中还包含中子,中子的数目和质子的数目之和称为质量数。

原子的质量主要由原子核的质量决定。

质量数不同的同位素在化学性质上相同,但物理性质可能有所不同。

例如,氢元素有三种同位素,氘(D)、氚(T)和正常氢(H),它们的质量数分别为2、3和1。

四、电子的能级和电子壳层电子围绕原子核运动,其运动轨道被划分为不同的能级,每个能级可以容纳一定数量的电子。

不同的能级由数字表示,能级数字越高,能级越远离原子核,能量也越高。

每个能级又可以进一步分为不同的轨道,称为电子壳层。

在电子壳层中,每个轨道可以容纳一定数量的电子,按顺序填充。

五、电子构型和元素周期表电子的排布遵循一定的规律,即泡利的不相容原理和洪特规则等。

根据这些规律,可以确定每个元素的电子构型。

电子构型描述了一个原子中各个能级和电子壳层的填充情况。

通过电子构型,我们可以推测出元素的化学性质和反应行为。

元素周期表中的元素按照其原子序数排列,并以电子构型的方式展示。

六、原子核与电子构型的关系原子核的质子数目决定了元素的化学性质,而电子构型则决定了元素的电子行为。

原子核的结构和放射性

原子核的结构和放射性

原子核的结构和放射性原子核是构成原子的核心部分,它由质子和中子组成。

质子带有正电荷,中子则没有电荷。

原子核的结构和组成决定了原子的性质,包括其放射性质。

一、原子核的结构1. 质子质子是构成原子核的一种基本粒子,其带有正电荷。

质子的质量大约为1.67×10^-27千克。

质子的数量决定了一个原子的元素性质,因为不同元素的原子核中质子的数量不同。

2. 中子中子也是构成原子核的基本粒子,其没有电荷。

中子的质量与质子相近,大约也为1.67×10^-27千克。

中子的存在可以稳定原子核结构,防止质子间的排斥力导致核的不稳定。

3. 原子核大小原子核的大小通常用核半径描述。

核的半径与核素(特定元素同位素)的中子数和质子数有关。

通常,核半径较小,约为10^-15米量级。

二、放射性现象1. 放射性衰变放射性是指原子核在不稳定的情况下自发地转变为其他核的过程。

放射性衰变是原子核释放放射性粒子和/或电磁波的过程。

常见的放射性衰变包括α衰变、β衰变和γ衰变。

- α衰变:原子核释放出一个α粒子,即两个质子和两个中子组成的粒子。

α衰变会使原子核的质量数减少4,原子序数减少2。

- β衰变:原子核中一个中子转变为一个质子和一个电子,释放出一个β粒子。

β衰变会使原子核的质量数不变,原子序数增加1。

- γ衰变:原子核通过释放γ射线来放出多余的能量。

γ射线是高能量的电磁波,不带电荷和质量。

2. 放射性衰变速率放射性衰变速率通常用半衰期表示。

半衰期是指放射性物质衰变到其原始数目的一半所需的时间。

不同的放射性同位素具有不同的半衰期,从几分钟到几亿年不等。

3. 应用和风险放射性同位素在很多方面都有实际应用,如医学诊断、癌症治疗、核能产生等。

然而,放射性也存在潜在的风险。

长期暴露在放射性物质中可能导致辐射剂量过高,对人体健康造成危害。

总结:原子核的结构是由质子和中子组成的,其中质子带有正电荷,中子没有电荷。

原子核大小通常用核半径描述,半径较小。

原子核结构解析

原子核结构解析

原子核结构解析原子核是构成原子的基本部分,它包括质子和中性子。

要解析原子核的结构,我们需要了解其组成和特性,并探究其独特的性质和相互作用。

1. 原子核的组成原子核由质子和中性子组成。

质子带正电荷,中性子不带电荷。

质子和中性子的总数称为原子核的质量数,通常用符号A表示。

原子核中质子的数目称为原子核的原子序数,用符号Z表示。

2. 核相互作用原子核内部的粒子通过强相互作用相互吸引,保持核的稳定。

强相互作用是一种极强的力量,具有极短的作用范围。

正是这种作用力的存在,才使得原子核的结构能够保持稳定。

3. 核外电子原子核周围围绕着电子云,电子带负电荷。

电子和原子核之间的静电力使得电子围绕着原子核运动,并决定了原子的大小和化学性质。

4. 质子数和中子数对原子核的影响质子数决定了元素的原子序数,因此不同元素的原子核质子数不同,从而形成不同的元素。

中子数对原子核的稳定性和质量起着重要作用。

当原子核中的中子数量与质子数量相近时,原子核更稳定。

5. 原子核的尺寸和密度相对于整个原子而言,原子核的尺寸非常小。

然而,原子核的质量却占据了整个原子的绝大部分。

这使得原子核具有很高的密度。

6. 原子核的能级结构原子核内部的质子和中性子也具有能级结构,就像原子外部的电子一样。

这些能级决定了原子核的稳定性和相互作用方式。

7. 核衰变原子核可以在一定条件下经历不稳定而发生核衰变。

核衰变会导致原子核原子序数的变化,同时伴随着放射性衰变的释放,如α衰变、β衰变等。

总结:原子核是原子的重要组成部分,由质子和中性子构成。

核内部粒子通过强相互作用维持结构的稳定性,而中子数与质子数的比例对原子核的稳定性产生影响。

原子核具有很高的密度,其能级结构和核衰变等特性使其与化学和物理过程密切相关。

对原子核结构的深入了解,有助于我们更好地理解宇宙和物质的本质。

(字数:415)。

原子结构知识点

原子结构知识点

原子结构知识点在我们探索物质世界的奥秘时,原子结构是一个至关重要的领域。

原子,作为构成物质的基本单位,其结构的了解对于理解化学、物理等科学学科具有基石般的重要性。

让我们从原子的中心部分——原子核开始说起。

原子核带正电荷,它由质子和中子组成。

质子带有一个正电荷,而中子呈电中性。

质子的数量决定了元素的种类,这被称为原子序数。

比如说,氢原子的原子核内只有一个质子,而氧原子的原子核内有 8 个质子。

原子核的质量占据了整个原子质量的绝大部分,但它的体积却非常小。

如果把原子比作一个巨大的体育场,那么原子核就像是场中央的一只小蚂蚁。

围绕着原子核运动的是电子。

电子带负电荷,它们以极高的速度在原子核外的特定区域内运动。

这些区域被称为电子层或能层。

电子层就像是洋葱的一层一层,离原子核越近的电子层,能量越低;离原子核越远的电子层,能量越高。

电子在不同的电子层中分布遵循一定的规律。

第一层最多容纳 2 个电子,第二层最多容纳 8 个电子,第三层最多容纳 18 个电子,依次类推。

最外层电子的数量对于原子的化学性质起着决定性的作用。

当原子处于稳定状态时,其最外层电子数通常会达到一种特定的结构,称为“八隅体规则”。

也就是说,除了氢原子和氦原子外,大多数原子的最外层电子数会趋向于 8 个,以达到稳定的状态。

原子的结构还可以通过原子结构示意图来表示。

原子结构示意图能够直观地展示出原子核以及核外电子的分布情况。

例如,钠原子的原子序数是 11,其原子核内有 11 个质子,核外电子分布在 3 个电子层,第一层有 2 个电子,第二层有 8 个电子,最外层有 1 个电子。

了解原子结构对于解释元素的化学性质非常关键。

例如,钠是一种非常活泼的金属,容易失去最外层的那个电子,形成带正电荷的钠离子。

而氯是一种活泼的非金属,容易得到一个电子,形成带负电荷的氯离子。

钠原子和氯原子通过电子的得失,形成了稳定的离子化合物——氯化钠。

另外,原子结构也与元素的物理性质有关。

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第十四章 原子结构原子核第 1课时 原子结构基础知识归纳1.电子的发现和汤姆孙的原子模型电子的发现:1897年英国物理学家 汤姆孙 ,对阴极射线进行了一系列的研究,从而发现了电子.使人们认识到 原子 有复杂结构,揭开了研究原子的序幕.汤姆孙的“枣糕”模型:原子是一个球体,正电荷均匀分布在整个球内,电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里.2.卢瑟福的核式结构模型(1)α粒子散射实验装置(2)α粒子散射实验的结果:α粒子通过金箔时,绝大多数不发生偏转,仍沿原来的方向前进,少数发生较大的偏转,极少数偏转角超过90°,有的甚至被弹回,偏转角几乎达到180°.(3)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里,带负电的电子在核空间里绕着核旋转.原子核所带的正电荷数等于核外的 电子数 ,所以整个原子是呈电中性的.电子绕着核旋转所需的向心力就是核对它的 库仑引力 .(4)从α粒子散射实验的数据估算出原子核大小的数量级为10-15~10-14 m ,原子大小的数量级为10-10 m.3.氢原子光谱(1)光谱分为两类,一类称为 线光谱 ,另一类称为 连续光谱 ;(2)各种原子的发射光谱都是线状光谱,都只能发出几种特定频率的光,不同原子的发光频率是不同的,因此线状光谱称为原子的 特征谱线 ,对光谱线进行分析,就可以确定发光物质,这种方法称为 光谱分析 .(3)氢原子光谱可见光谱线波长可以用公式: )121(1 22nR -=λ表示,式中R 称为里德伯常量,R =1.1×107 m -1.4.玻尔的原子模型(1)原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾说明,经典电磁理论已不适用于原子系统,玻尔从光谱学成就得到启发,利用普朗克的能量量子化的概念,提出三个假设:① 定态假设 :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,电子虽然做加速运动,但并不向外辐射能量,这些状态叫定态.② 跃迁假设 :原子从一个定态(设能量为E 2)跃迁到另一定态(设能量为E 1)时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν=E 2-E 1.③ 轨道量子化假设 :原子的不同能量状态,跟电子不同的运行轨道相对应.原子的能量不连续,因而电子可能轨道的分布也是不连续的.(2)玻尔的氢原子模型①氢原子的能级公式和轨道半径公式:玻尔在三条假设基础上,利用经典电磁理论和牛顿力学,计算出氢原子核外电子的各条可能轨道的半径,以及电子在各条轨道上运动时原子的能量.氢原子中电子在第n 条可能轨道上运动时,氢原子的能量E n 和电子轨道半径r n 分别为E n =21nE 、r n =n 2r 1(n =1、2、3…). 其中E 1、r 1为离核最近的第一条轨道(即n =1)的氢原子能量和轨道半径.即E 1=-13.6 eV ,r 1=0.53×10-10 m(以电子距原子核无穷远时电势能为零计算).②氢原子的能级图:氢原子的各个定态的能量值,叫氢原子的能级 .按能量的大小用图象表示出来即能级图.其中n =1的定态称为 基态 ,n =2以上的定态,称为 激发态 .5.原子核结构(1)汤姆孙发现电子,说明 原子 不是最小的微粒;卢瑟福α粒子散射实验,说明原子里存在一个很小的 原子核 ;卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,获得质子,说明 原子核 也不是最小的微粒.(2)原子核是由 质子 和 中子 组成的;质子和中子统称为 核子 ,原子核的核电荷数等于 质子数 ,等于原子的核外 电子数 ;原子核的质量数等于原子核内的 核子数 .(3)质子数相同而中子数不同的原子核互称 同位素 ,原子的化学性质决定于原子的核外 电子数 ;同位素具有相同的质子数,相同的核外电子数,因而具有相同的 化学性质 . 重点难点突破一、为什么用α粒子散射实验研究原子结构原子结构无法直接观察到,要用高速粒子进行轰击,根据粒子的散射情况分析判断原子的结构,而α粒子有足够的能量,可以穿过原子,并且利用荧光作用可观察α粒子的散射情况,所以选取α粒子进行散射实验.二、氢原子怎样吸收能量由低能级向高能级跃迁此类问题可分为三种情况:1.光子照射氢原子,当光子的能量小于电离能时,只能满足光子的能量为两定态间能级差时才能被吸收.2.光子照射氢原子,当光子的能量大于电离能时,任何能量的光子都能被吸收,吸收的能量一部分用来使电子电离,另一部分可用来增加电子离开核的吸引后的动能.3.当粒子与原子碰撞(如电子与氢原子碰撞)时,由于粒子的动能可全部或部分被氢原子吸收,故只要入射粒子的动能大于或等于原子两能级的能量差,就可以使原子受激发而向高能级跃迁.典例精析1.α粒子散射实验与核式结构模型【例1】卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析,提出( )A.原子的核式结构模型B.原子核内有中子存在C.电子是原子的组成部分D.原子核是由质子和中子组成的 【解析】卢瑟福精确统计了向各个方向散射的α粒子的数目,提出了原子的核式结构模型:在原子的中心有一个很小的核,叫做原子核,原子的全部正电荷与几乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外的空间运动,由此可知,A 选项正确.【答案】A【思维提升】(1)关键是利用α粒子散射实验的结果进行分析.(2)尽管B 、C 、D 正确,但实验结果不能说明它们,故不选B 、C 、D.【拓展1】在卢瑟福的α粒子散射实验中,有少数α粒子发生大角度偏转,其原因是( A )A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中【解析】α粒子带正电,其质量约是电子质量的7 300倍.α粒子碰到金原子内的电子,就像飞行中的子弹碰到尘埃一样,其运动方向不会发生明显的改变.若正电荷在原子内均匀分布,α粒子穿过原子时,它受到的两侧正电荷斥力有相当大一部分互相抵消,使α粒子偏转的力也不会很大.根据少数α粒子发生大角度偏转的现象,只能认为原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上,入射的α粒子中,只有少数α粒子有机会很接近核,受到很大的斥力而发生大角度偏转.所以正确选项是A.2.氢原子的能级跃迁【例2】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是处在该激发态能级上的原子总数的11-n .现在1 200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( )A.2 200个B.2 000个C.1 200个D.2 400个【解析】如图所示,各能级间跃迁的原子个数及处于各能级的原子个数分别为n =4到n =3 N 1=1 200×141-=400 n =3能级的原子个数为400个.n =4到n =2 N 2=1 200×141-=400 n =3到n =2 N 3=400×131-=200 n =2能级的原子个数为600个.n =4到n =1 N 4=1 200×141-=400 n =3到n =1 N 5=400×131-=200 n =2到n =1 N 6=600所以发出的光子总数为N =N 1+N 2+…+N 6=2 200【答案】A【思维提升】(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h υ=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h υ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.(3)当光子能量大于或等于13.6 eV 时,也可以被氢原子吸收,使氢原子电离;当氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV 时,氢原子电离后,电子具有一定的初动能.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为N =2C 2)1(n n n =-. 【拓展2】氢原子的能级如图所示,已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV ~3.11 eV.下列说法错误的是( D )A.处于n =3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并发生电离B.大量氢原子从高能级向n =3能级跃迁时,发出的光具有显著的热效应C.大量处于n =4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出6种不同频率的光D.大量处于n =4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出3种不同频率的可见光 易错门诊3.氢原子的能量【例3】氢原子基态的轨道半径为0.528×10-14 m ,量子数为n 的能级的能量为E =-26.13n eV .(1)求电子在基态轨道上运动时的动能;(2)有一群氢原子处于量子数n =3的激发态.画一能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线;(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长.(其中静电力常量k =9.0×109 N ·m 2/C 2,电子的电荷量e =1.6×10-19 C ,普朗克恒量h =6.63×10-34 J ·s ,真空中光速c =3.0×108 m/s) 【错解】(1)电子在基态轨道中运动时量子数n =1,其动能为E n =-26.13n =-216.13= -13.6 eV由于动能不为负值,所以E k =|E n |=13.6 eV(2)作能级图如图,可能发出两条光谱线.(3)由于能级差最小的两能级间跃迁产生的光谱线波长最短,所以(E 3-E 2)时所产生的光谱线为所求,其中E 2=-226.13 eV =-3.4 eV E 3=-236.13eV =-1.51 eV 由hν=E 3-E 2及λ=νc 所以λ=23E E ch -=19348106.1)]4.3(51.1[1063.6103--⨯⨯--⨯⨯⨯ m =6.62×10-7 m 【错因】(1)动能的计算错误主要是不理解能级的能量值的物理意义,因而把电子在基态轨道上运动时的动能与n =1时的能级的能量值等同起来.电子在轨道上的能量E ,它包括电势能E p 和动能E k .计算表明Ep =-2E k ,所以E =E k +E p =-E k ,E k =-E =13.6 eV.虽然错解中解出的数值正确,但概念的理解是错误的.(2)错解中把电子的发射光谱图画成了吸收光谱图.(3)不少学生把能级图上表示能级间能量差的长度线看成与谱线波长成正比了.【正解】(1)设电子的质量为m ,电子在基态轨道上的速率为v 1,根据牛顿第二定律和库仑定律有12212r v m r e k =所以E k =102199122110528.02)106.1(100.9221--⨯⨯⨯⨯⨯==r ke mv J =2.18×10-18 J =13.6 eV (2)当氢原子从量子数n =3的能级跃迁到较低能级时,可以得到3条光谱线,如图所示.(3)波长最短的一条光谱线对应的能级差应为最大,应是从量子数为3的能级跃迁到量子数为1的能级所发出的光谱线.E 3-E 1=h υυ=λc λ=13E E hc -=1.65×10-7 m 【思维提升】正确理解能级、能级图的物理意义是避免出错的关键.第 2课时 原子核基础知识归纳1.天然放射现象(1)天然放射现象:某些物质能 自发 发射出人眼看不见但能使照相底片感光的射线,物质发射这种射线的性质叫做放射性.天然放射现象的发现,揭示了原子核也具有 复杂结构 .(2)半衰期放射性元素的原子核有 半数 发生衰变需要的时间叫半衰期.半衰期与放射性元素的多少及物理、化学状态无关,只由 核内部的因素 决定,不同的元素有不同的半衰期.(3)放射性同位素的利用主要有两个途径:一是利用它的 射线 ,二是作为 示踪原子 . 过量的放射线 会对环境造成污染,对人类和自然界产生破坏作用.为了防止一些人工合成的放射性物质和天然的放射性物质对环境造成的污染,人们需要采取有效措施.2.原子核的变化(1)衰变:α衰变:原子核放出α粒子.其衰变规律:Y He X 4242--+→M Z M Zβ衰变:原子核放出β粒子.其衰变规律:Y e X 10 1M Z M Z +-+→γ衰变:α衰变或β衰变时形成的新核不稳定,释放出γ光子.(2)人工核转变:H O He N 11178 42147 +→+ (发现质子的核反应)e S i P n P He Al 0130143015103015422713+→+→+(人工制造放射性同位素)(3)重核的裂变:n 3Kr Ba n U 10923614156 1023592 ++→+在一定条件下(超过临界体积),裂变反应会连续不断地进行下去,这就是链式反应.铀235核能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的 临界体积 .核反应堆的构造:A.核燃料——用铀棒(含23592 U ,3%~4%的浓缩铀).B.减速剂——用石墨、重水或普通水(23592 U 只吸收慢中子).C.控制棒——用镉做成(镉吸收中子的能力很强).D.冷却剂——用水或液态钠(把反应堆内的热量传递出去).(4)轻核的聚变:21H +31H →42He +10n(需要几百万度高温,所以又叫热核反应)3.核能及其运用(1)核力:原子核的半径很小,其中的质子之间的库仑力很大,受到这么大的库仑斥力却能是稳定状态,一定还有另外一种力把各核子紧紧地拉在一起,这种力叫做 核力 .①核力是很强的力.②核力作用范围小,只在2.0×10-15 m 短距离内起作用. ③每个核子只跟它相邻的核子间才有核力作用.(2)核能①结合能:核子结合成原子核时放出一定的能量,原子核分解成核子时吸收一定能量,这种能量叫 结合能 .②质量亏损:核子结合生成原子核,所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些,这种现象叫做 质量亏损 .也可以认为在核反应中,参加核反应的总质量m 和核反应后生成的核总质量m ′之差:Δm =m -m ′.③爱因斯坦质能方程:爱因斯坦的相对论指出:物体的能量和质量之间存在着密切的联系,它们的关系是:E =mc 2,这就是爱因斯坦的质能方程.质能方程的另一个表达形式是:ΔE =Δmc 2.4.粒子物理学到19世纪末,人们认识到物质由分子组成,分子由原子组成,原子由原子核和电子组成,原子核由质子和中子组成.20世纪30年代以来,人们认识了正电子、μ子、K 介子、π介子等粒子.后来又发现了各种粒子的反粒子(质量相同而电荷及其他一些物理量相反).现在已经发现的粒子达400多种,形成了粒子物理学.按照粒子物理理论,可以将粒子分成三大类:媒介子、轻子和强子,其中强子是由更基本的粒子——夸克组成.从目前的观点看,媒介子、轻子和夸克是没有内部结构的“点状”粒子.用粒子物理学可以较好地解释宇宙的演化. 重点难点突破一、半衰期由什么决定,如何计算1.半衰期是研究衰变过程的一个重要概念.放射性元素的衰变规律是统计规律,只适用于含有大量原子的样品,半衰期表示放射性元素的大量原子核有50%发生衰变所需要的时间,表示大量原子核衰变的快慢,对某一个原子核而言,半衰期是无意义的,因此这个核何时发生衰变,会受到各种偶然因素的影响.同样地,当样品中原子数目减少到统计规律不再起作用的时候,也就不能肯定在某一时间里这些原子核会有多少发生衰变了,所以不能根据半衰期来推断放射性元素的样品全部衰变完所需的时间.2.决定因素:由原子核本身决定,与外部的物理条件、化学变化等因素无关.3.公式:N 余=N 原(12)T t M 余=M 原(12)T t式中N 原、M 原分别表示衰变前放射性元素的原子核个数和质量,t 表示衰变时间,T 表示半衰期.二、如何推断核衰变的次数两种衰变规律为A Z X →A -4Z -2Y +42He ,A Z X →A Z +1Y +0-1e. 由此可知,α衰变时其质量数、核电荷数都改变,β衰变时只改变核电荷数,不改变质量数.所以在判断发生几次α和β衰变的问题时,必须先由质量数的变化来确定α衰变的次数.三、怎样正确写出核反应方程解决这类问题的方法:一是要掌握核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒的规律;二是要熟悉和掌握教材中出现的重要核反应方程式,并知道其意义;三是要熟记常见的基本粒子的符号,如质子、中子、α粒子、β粒子、正电子、氘核、氚核等.另外,还要注意在写核反应方程时,不能无中生有,必须是确实存在、有实验基础的核反应.另外,核反应通常是不可逆的,方程中只能用箭头“→”连接并指示反应方向,而不是用“=”连接.四、三种射线在电场和磁场中偏转时有何特点三种射线在电场和磁场中偏转时有以下特点:1.不论在电场还是磁场中,γ射线总是做匀速直线运动,不发生偏转.2.在匀强电场中,α和β粒子沿相反方向做类平抛运动,且在同样的条件下,β粒子的偏移大.如图所示,粒子在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动,位移x 可表示为x =12at 2=qE 2m (y 0v )2∝q mv 2. 典例精析1.α、β、γ三种射线的性质【例1】如图所示,x 为未知放射性源,L 为一薄铝片,N 、S 可以提供强磁场.当将强磁场移走时,计数器的计数率不变,然后铝片移开,则计数率大幅度上升,这些现象说明放射源是( )A.纯β粒子放射源B.纯γ光子放射源C.α粒子和β粒子混合放射源D.α粒子和γ光子混合放射源 【解析】铝片L 已将α射线挡住,故通过L 的可能是β射线和γ射线.当将强磁场移开时,由于不受强磁场的偏转作用,若含有β射线,计数器的计数率增大,题意为不变,说明放射源中不含β射线.将铝片移开,计数率大幅度上升,说明放射源中含α粒子.【答案】D【思维提升】根据三种射线的不同特性进行判断.【拓展1】一天然放射性物质射出三种射线,经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域(方向如图所示),调整电场强度E 和磁感应强度B 的大小,使得在MN 上只有两个点受到射线照射,下面的哪种判断是正确的(已知α粒子比β粒子速度小)( C )A.射到b 点的一定是α射线B.射到b 点的一定是β射线C.射到b 点的一定是α射线或β射线D.射到b 点的一定是γ射线【解析】γ射线不带电,在电场或磁场中它都不受场的作用,只能射到a 点,因此D 选项不对.调整E 和B 的大小,即可以使带正电的α射线沿直线前进,也可以使带负电的β射线沿直线前进.沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡,即qE =qBv已知α粒子比β粒子的速度小得多,当我们调节使α粒子沿直线前进时,速度大的β粒子向右偏转,有可能射到b 点,当我们调节使β粒子沿直线前进时,速度较小的α粒子也将会向右偏,也可能射到b 点,因此C 选项正确,而A 、B 选项都不对.2.半衰期【例2】(1)关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的是( )A.是原子核质量减少一半所需的时间B.是原子核有半数发生衰变所需的时间C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减慢放射性元素的半衰期D.可以用来测定地质年代、生物年代等(2)设镭226的半衰期为1.6×103年,质量为100 g 的镭226经过4.8×103年后,有多少克镭发生衰变?若衰变后的镭、变为铅206,则此时镭、铅质量之比为多少?【解析】(2)经过三个半衰期,剩余镭的质量为M ′余=M 原(12)t T =100×18g =12.5 g 已衰变的镭的质量为(100-12.5) g =87.5 g设生成铅的质量为m ,则226∶206=87.5∶m得m =79.8 g所以镭、铅质量之比为125∶798【答案】(1)BD (2)87.5 g ;125∶798【思维提升】(1)半衰期是原子核有半数发生衰变,变成新核,并不是原子核的数量、质量减少一半.(2)要理解半衰期公式中各物理量的含义.【拓展2】目前,在居家装修中经常用花岗岩、大理石等装修材料,这些岩石都不同程度含有放射性元素,比如,有些含有铀、钍的花岗石会释放出放射性的惰性气体氡,而氡会发生放射性衰变,放出α、β、γ射线,这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病,根据有关放射性知识可知,下列说法正确的是( B )A.氡的半衰期为3.8天,若取8个氡原子核,经7.6天后一定剩下2个氡原子核B.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的C.γ射线一般伴随着α或β射线产生,在这三种射线,γ射线的穿透能力最强,电离能力也最强D.发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了42.质量亏损与核能的计算【例3】已知氮核质量m N =14.007 53 u ,氧核质量m 0=17.004 54 u ,氦核质量m He =4.003 87 u ,质子质量m H =1.008 15 u ,试判断核反应:147 H +42He →178 O +11H是吸能反应,还是放能反应?能量变化多少?【解析】先计算出质量亏损Δm ,然后由1 u 相当于931.5 MeV 能量代入计算即可. 反应前总质量m N +m He =18.011 40 u反应后总质量m O +m H =18.012 69 u因为反应中质量增加,所以此反应为吸能反应,所吸收能量为ΔE =Δmc 2=(18.012 69-18.011 40)×931.5 MeV =1.2 MeV【思维提升】(1)根据爱因斯坦质能方程,用核子结合成原子核时质量亏损Δm 的数值乘以真空中光速的平方,即ΔE =Δmc 2.(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV ,用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV ,即ΔE =Δm ×931.5 MeV .【拓展3】一个静止的232 92U(原子质量为232.037 2 u),放出一个α粒子(原子质量为4.002 60 u)后,衰变成228 90Th(原子质量为228.028 7 u).假设放出的核能完全变成Th 核和α粒子的动能,试计算α粒子的动能.【解析】反应中产生的质量亏损Δm =m U -(m Th +m α)=0.005 9 u反应中释放的核能ΔE =Δm ×931.5 MeV =5.5 MeV在U 核衰变过程中动量守恒、能量守恒,则0=m αv α-m Th v ThΔE =12m αv 2α+12m Th v 2Th 解以上两式得ΔE =(m αv α)22m α+(m Th v Th )22m Th=(m αv α)2(m Th +m α)2m αm Th则α粒子的动能E α=12m αv 2α=m Th m Th +m αΔE =228228+4×5.5 MeV =5.41 MeV第 3 课时单元综合提升知识网络构建经典方法指导1.复习方法本章知识是学习现代物理的基础,在复习时要采用系统理解、重点记忆的办法.要做到: (1)对每个概念、规律、现象有正确的理解,并弄清其来龙去脉,只有这样才能记忆深刻、明辨是非、正确表达;(2)紧扣课本,重点掌握原子的核式结构理论、能级跃迁规律、核反应方程中质量数和核电荷数守恒、α衰变、β衰变的规律;(3)对一些粒子的特性,如α、β、γ等的属性要有清晰的了解,它们属于当今物理学的前沿、高能物理学的基础.2.主要解题方法本章中,最主要的解题方法有两种,其一是:理想模型法.本章中主要的模型有:枣糕模型、原子的核式结构模型、玻尔的原子模型、原子核模型、夸克模型.对于物理模型,必需弄清模型建立的实验基础或物理事实,理解模型建立的物理过程及物理条件、适用范围.其二是:运用物理规律解决物理问题.本章中涉及的物理规律主要有:衰变规律、核反应所遵循的物理规律、粒子在电磁场中运动的规律及动量和能量守恒规律,对于规律的运用,应明确规律成立的条件、适用范围,准确把握其物理意义.高考真题赏析【例1】(2009·四川)氢原子能级的示意图如图所示,大量氢原子从n =4的能级向n =2的能级跃迁时辐射出可见光a ,从n =3的能级向n =2的能级跃迁时辐射出可见光b ,则( )A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线B.氢原子从n =4的能级向n =3的能级跃迁时会辐射出紫外线C.在水中传播时,a 光较b 光的速度小D.氢原子在n =2的能级可吸收任意频率的光而发生电离 【考点】氢原子能级的跃迁.【解析】由题意知a 光光子能量大于b 光光子能量,a 光频率大于b 光频率,由v 水=nc,可知C 正确.γ射线是原子核衰变而产生的,A 错.E 43<E 32,而紫外线光子的能量大于可见光,故B 错.能量大于或等于3.40 eV 的光才能使氢原子在n =2的能级时发生电离,故D 错.【答案】C【思维提升】本题以氢原子能级跃迁为载体,全面考查了近代物理学中,学生容易出错的问题.理解能级跃迁的规律,γ射线的来源,水中光子频率与光速的关系以及电离的实质,是解题的关键.【例2】(2009·重庆)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为X C N H N C H126 157 111137 126 11+→++→+Q +Q 2以下推断正确的是( ) A.X 是He 32,Q 2>Q 1 B.X 是He 42,Q 2>Q 1 C.X 是He 32,Q 2<Q 1D.X 是He 42,Q 2<Q 1【考点】核反应方程、质能方程.【解析】由核反应中质量数、电荷守恒可确定X 是α粒子.两个核反应中的质量亏损分别为Δm 1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7) u =0.002 1 u ,Δm 2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6) u =0.0053 u ,结合爱因斯坦质能方程Q =Δmc 2知Q 1<Q 2,故B 正确.【答案】B【思维提升】本题是一道常规题,重点考查了核反应中电荷守恒、质量数守恒、质量亏损与质能方程等.【例3】(2009·江苏)在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出.中微子的性质十分特别,因此在实验中很难探测.1953年,莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统,利用中微子与水中H 11的核反应,间接地证实了中微子的存在.(1)中微子与水中的H 11发生核反应,产生中子(n 10)和正电子(e 01+),即 中微子+H 11e n 0 110++→可以判定,中微子的质量数和电荷数分别是 .(填写选项前的字母) A.0和0 B.0和1 C.1和0 D.1和1(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇,与电子形成几乎静止的整体后,可以转变为两个光子(γ),即e 0 1++e 01-→2γ已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31kg ,反应中产生的每个光子的能量约为 J.正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子,原因是 .(3)试通过分析比较,具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小. 【考点】核反应方程、动量守恒、能量守恒.【解析】(1)由核能反应中质量数守恒和电荷数守恒可知A 正确. (2)由能量守恒有2E =2m e c 2,所以E =m e c 2=9.1×10-31×(3.0×108)2 J =8.2×10-14J反应过程中动量守恒且总动量为零.(3)粒子的动量p =k 2mE ,物质波的波长λ=ph由m n >m e ,知p n >p e ,则λn <λe 【答案】(1)A (2)8.2×10-14;遵循动量守恒(3)λn >λe【思维提升】本题物理情景新,但考查的物理知识仍在学生应掌握的基础知识范围.特别要注意,核反应时仍满足动量守恒.高考试题选编1.(2009·全国Ⅰ)氦氖激光器能产生三种波长的激光,其中两种波长分别为λ1=0.632 8 μm ,λ2=3.39 μm.已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔为ΔE =1.96 eV 的两个能级之间跃迁产生的.用ΔE 2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁的能级间隔,则ΔE 2的近似值为( D ) A.10.50 eVB.0.98 eVC.0.53 eVD.0.36 eV【解析】由跃迁公式得ΔE 1=hc λ1,ΔE 2=hc λ2,联立可得ΔE 2=λ1λ2·ΔE 1=0.36 eV ,选项D 对.2.(2009·全国Ⅱ)氢原子的部分能级如图所示,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。

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