专题十四 原子和原子核分解
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其中最小频率是多少?最小波长又是多少?
4
-0.85eV (1)6种
3
-1.51eV (2)最小频率对应能级差最小
2
- 3.4eV hv （1.51-0.85）1.610-19
1
-13.6eV
E初
E终
h
C
目的：
vn 1.6 1014 Hz
(3)最小波长对应最大能量 λ=9.75×10-8m
能根据能级图画出辐射光子的多种可能，并能根 据能级差判断出光子波长的大小
续的
卢瑟福 α粒子散射实验
• 利用核式结构解释实验结果
– 电子对α 粒子的作用忽略不计。 – 因为原子核很小，大部分α 粒
子穿过原子时离原子核很远， 受到较小的库仑斥力，运动几 乎不改变方向。 – 极少数α 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。
3、玻尔的原子模型 定态
Nb+22
1 0
n
３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
4.临界体积: 能够发生链式反应的铀块的最小体积
核反应堆
铀棒：天然铀或浓缩铀组成
减速剂：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
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
• α衰变 规律
• β衰变： 规律
本质
衰变的本质
A Z
X
A4 Z2
Y
4 2
He
A Z
X
A Z 1
Y
0 1
e
1 0
n
11
H
0 1
e
• 在发生α衰变和β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 γ光子形式向外辐射出来。
• 原子核衰变过程，电荷数、质量数守恒。
半衰期
• 何为“半衰期”？
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。
轻核的聚变 （1）定义： 轻核结合成质量较大的核叫核聚变
（2）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
3、氢弹：
2 1
H
31H
4 2
He
01n
2 1
H
2 1
H23
He
01n
答案：BD
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
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+
136 54
Xe+10
1 0
n
23925Ｕ＋01ｎ
137 56
Ba+
83 36
Kr+16
1 0
n
23925Ｕ＋01ｎ
121 51
Sb+
93 41
• 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
a24 c b 2 2 31 d
天然放射性衰变
238 92
U
23940Th
4 2
H
e
23940Th
234 91
Pa
0 1
e
人教版
核 反
质子的发现
14 7
N
4 2
He
178
O
1 1
H
教科版
应
中子的发现
9 4
Be
4 2
He
162
C
1 0
n
人教版
的 类 型
人 工 核
人工放射性同位素
27 13
Al
4 2
He
30 15
P
1 0
n
30 15
P
30 14
Si
0 1
e
反
应
重核的裂变
235 92
U
1 0
n 15461
Ba
92 36
Kr
301
n
轻核的聚变
2 1
H
3 1
H
4 2
He
1 0
n
2、人工放射性的应用
• 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
• 有何应用？
第十三章 原子物理
2、原子核
1、天然放射射线及特点
名称 带电 电离 穿透 构成 速度 性 能力 能力
正强弱
4 2
He
C/10
负弱
强
0 1
e
0.99C
中 最弱 极强 光子 C
实质
氦核流 电子流 光子流
衰变的本质
• 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。
• 实验装置由几部分组成
– 放射源、金箔、荧光屏
• 实验的结果：
– 绝大多数α 粒子基本上仍沿原 来的方向前进。
– 少数 α 粒子(约占八千分之一) 发生了大角度偏转，甚至超过 了90o。
• 卢瑟福对实验结果的解释
– 核式结构模型
• 核式结构的不足
– 认为原子寿命的极短 – 认为原子发射的光谱应该是连
– 放射性元素的原子核有半数发 生衰变需要的时间。
氡222的半衰期3.8天 镭226的半衰期1620年 铀238的半衰期4.5 109年
例：一个原子核
a b
X
变成稳定的原子核
经过2次α衰变和3次β衰变后 dc。Y 其中a、c的关系
a=___c__8______，b、d的关系是b=d__1_____。
能级
n=1
-13.6eV
玻尔的原子模型
• 频率条件 hv E初 E末
n=
n=4 n=3 n=2
吸收光子
n=1
0 -0.85eV -1.51eV
-3.4eV
放出光子
-13.6eV
吸收光子(单击) 放出光子(单击)
• 例题.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?
4
-0.85eV (1)6种
3
-1.51eV (2)最小频率对应能级差最小
2
- 3.4eV hv （1.51-0.85）1.610-19
1
-13.6eV
E初
E终
h
C
目的：
vn 1.6 1014 Hz
(3)最小波长对应最大能量 λ=9.75×10-8m
能根据能级图画出辐射光子的多种可能，并能根 据能级差判断出光子波长的大小
续的
卢瑟福 α粒子散射实验
• 利用核式结构解释实验结果
– 电子对α 粒子的作用忽略不计。 – 因为原子核很小，大部分α 粒
子穿过原子时离原子核很远， 受到较小的库仑斥力，运动几 乎不改变方向。 – 极少数α 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。
3、玻尔的原子模型 定态
Nb+22
1 0
n
３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
4.临界体积: 能够发生链式反应的铀块的最小体积
核反应堆
铀棒：天然铀或浓缩铀组成
减速剂：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
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
• α衰变 规律
• β衰变： 规律
本质
衰变的本质
A Z
X
A4 Z2
Y
4 2
He
A Z
X
A Z 1
Y
0 1
e
1 0
n
11
H
0 1
e
• 在发生α衰变和β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 γ光子形式向外辐射出来。
• 原子核衰变过程，电荷数、质量数守恒。
半衰期
• 何为“半衰期”？
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。
轻核的聚变 （1）定义： 轻核结合成质量较大的核叫核聚变
（2）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
3、氢弹：
2 1
H
31H
4 2
He
01n
2 1
H
2 1
H23
He
01n
答案：BD
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
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+
136 54
Xe+10
1 0
n
23925Ｕ＋01ｎ
137 56
Ba+
83 36
Kr+16
1 0
n
23925Ｕ＋01ｎ
121 51
Sb+
93 41
• 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
a24 c b 2 2 31 d
天然放射性衰变
238 92
U
23940Th
4 2
H
e
23940Th
234 91
Pa
0 1
e
人教版
核 反
质子的发现
14 7
N
4 2
He
178
O
1 1
H
教科版
应
中子的发现
9 4
Be
4 2
He
162
C
1 0
n
人教版
的 类 型
人 工 核
人工放射性同位素
27 13
Al
4 2
He
30 15
P
1 0
n
30 15
P
30 14
Si
0 1
e
反
应
重核的裂变
235 92
U
1 0
n 15461
Ba
92 36
Kr
301
n
轻核的聚变
2 1
H
3 1
H
4 2
He
1 0
n
2、人工放射性的应用
• 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
• 有何应用？
第十三章 原子物理
2、原子核
1、天然放射射线及特点
名称 带电 电离 穿透 构成 速度 性 能力 能力
正强弱
4 2
He
C/10
负弱
强
0 1
e
0.99C
中 最弱 极强 光子 C
实质
氦核流 电子流 光子流
衰变的本质
• 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。
• 实验装置由几部分组成
– 放射源、金箔、荧光屏
• 实验的结果：
– 绝大多数α 粒子基本上仍沿原 来的方向前进。
– 少数 α 粒子(约占八千分之一) 发生了大角度偏转，甚至超过 了90o。
• 卢瑟福对实验结果的解释
– 核式结构模型
• 核式结构的不足
– 认为原子寿命的极短 – 认为原子发射的光谱应该是连
– 放射性元素的原子核有半数发 生衰变需要的时间。
氡222的半衰期3.8天 镭226的半衰期1620年 铀238的半衰期4.5 109年
例：一个原子核
a b
X
变成稳定的原子核
经过2次α衰变和3次β衰变后 dc。Y 其中a、c的关系
a=___c__8______，b、d的关系是b=d__1_____。
能级
n=1
-13.6eV
玻尔的原子模型
• 频率条件 hv E初 E末
n=
n=4 n=3 n=2
吸收光子
n=1
0 -0.85eV -1.51eV
-3.4eV
放出光子
-13.6eV
吸收光子(单击) 放出光子(单击)
• 例题.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?