原子核式结构

原子的核式结构玻尔理论天然放射现象

一、考点聚焦

α粒子散射实验，原子的核式结构Ⅰ要求

氢原子的能级结构，光子的发射和接收Ⅱ要求

氢原子中的电子云Ⅰ要求

天然放射现象，α射线，β射线，γ射线，半衰期Ⅰ要求

原子核的人工转变，原子核的组成．核反应方程，放射性同位素及其应用Ⅰ要求

放射性污染和防护Ⅰ要求

二、知识扫描

（1）α粒子散射实验结果：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子发生较大偏转。（2）、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，原子的全部正电荷和几乎全部的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．（3）、原子核的大小：原子的半径大约是10-10米，原子核的半径大约为10-14米～10-15米．2、玻尔理论有三个要点：

(1)原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的．电子虽

然绕核旋转，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态．

(2)原子从一种定态跃迁到另一定态时，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=E2-E1

(3)原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动．原子的定态是不连续的，因而电子的可能轨道是分立的．

在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，各状态对应的能量也是不连续的，这些不连续的能量值的能量值叫做能级。

3、原子核的组成核力

原子核是由质子和中子组成的．质子和中子统称为核子．

将核子稳固地束缚在一起的力叫核力，这是一种很强的力，而且是短程力，只能在2．0X10-15的距离内起作用，所以只有相邻的核子间才有核力作用．

4、原子核的衰变

（1）、天然放射现象：有些元素自发地放射出看不见的射线，这种现

象叫天然放射现象．

（2）放射性元素放射的射线有三种：射线

α、γ射线、β射线，

这三种射线可以用磁场和电场加以区别，如图所示

（3）放射性元素的衰变：放射性元素放射出α粒子或β粒子后，衰变成新的原子核，原子核的这种变化称为衰变．

典型衰变：15．2-1

238 92U 234

90

Th+4

2

He α衰变23490Th 23491Pa+01-e β衰变

15-2-2 (4)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间称为半衰期．不同的放射性

元素的半衰期是不同的，但对于确定的放射性元素，其半衰期是确定的．它由原子核的内

部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关．

（5）．同位素：具有相同质子数，中子数不同的原子在元素周期表中处于同一位置，互

称同位素

三、[好题精析]

例1、如图15-2-2所示为卢瑟福和他的同事们做α 子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A 、B 、C 、D 四个位置时，观察到的现象，下述说

法中正确的是

A ．放在A

B ．放在B 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数A 位置时稍少些

C ．放在C 、

D 位置时，屏上观察不到闪光 D ．放在D 位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少

[解析] 根据α粒子散射现象，绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子发生

较大偏转，本题应选择A 、B 、D

[点评]：本题考查学生是否掌握卢瑟福的α粒子散射实验结果。

例2．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中 ( )

A ．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大

B ．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小

C ．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大

D ．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增加

[解析]： 根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动时，其能量越大， 由

能量公式En=2

1n E （E 1=-13．6 eV ）可知，电子从低轨道(量子数n 小)向高轨道(n 值较大)跃迁时，要吸收一定的能量的光子．故选项B 可排除．氢原子核外电子绕核做圆周运动，

其向心力由原子核对电子的库仑引力提供，即 22r

ke =r mv 2

，电子运动的动能E k =2

1mv 2=r ke 22．由此可知：电子离核越远，r 越大时，则电子的动能就越小，故选项A 、C 均可排除．

由于原子核带正电荷，电子带负电荷，事实上异性电荷远离过程中需克服库仑引力做

功，即库仑力对电子做负功，则原子系统的电势能将增大，系统的总能量增加，故选项D

正确．

[点评] 考查对玻尔理论、库仑定律、圆周运动规律及电场力做功性质的综合运用的能力．

例3、关于天然放射现象，以下叙述正确的是 （ ）

A ．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小

B ．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的

C ．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强

D ．铀核(23892U )衰变为铅核(20682Pb )的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变

[解析]半衰期是由放射性元素原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强

等因素无关．A 错；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的，

e H n 01111

0-+→，B 对；根据三种射线的物理性质，C 对；23892U 的质子数为92，

中子数为146，206

82Pb 的质子数为82，中子数为124，因而铅核比铀核少10个质子，22个中子。注意到一

次α衰变质量数减少4，故α衰变的次数为x= 4

206238-=8次。再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数y 应满足 2x-y+82＝92， y ＝2x-10=6次。故本题正确

答案为B 、C 。

[点评]：1 本题考查α衰变、β衰变的规律及质量数，质子数、中子数之间的关系。

2 β衰变放出的电子并不是由核外电子跃迁出来的，而是从核中衰变产生的。

例4、如图15-2-3K -介子衰变的方程为0ππK +→--，其中K -介子和π-介子带负的基元

电荷，π0介子不带电。一个K -介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP ，衰变后产生的π-介子的轨迹为圆弧PB ，两轨迹在P 点相切，它们的半径

R K-与R π-之比为2∶1。π0介子的轨迹未画出。由此可知π-介子的动量大小与π0介

子的动量大小之比为 ∶1 ∶2 ∶3 ∶6

[解析] 根据题意，分别计算出带电粒子在磁场中作圆周运动的轨道半径。根据动量的

定义，分别求出两个介子的动量大小，再从图中确定两个介子动量的方向，最后运用动量

守恒，计算出0

π粒子的动量大小。qv K B=m K k K R v 2，R K =,2qB p B qv v m K K K K =R qB p -=ππ，12=-πp p K ，p K =-p -π+p 0π，

p -=ππp 30。正确选项为（C ）

[点评] 这题以基本粒子的衰变为情景，涉及带电粒子在磁场中运动规律和动量守恒等知

识点，是一道综合性题目。带电粒子在磁场中受到洛伦磁力作用，该力的方向与粒子的速

度方向垂直，因此，带电粒子作圆周运动。根据动量守恒，基本粒子衰变前后的总动量不

变，但计算过程要主注意动量的方向问题。

例5 若原子的某内层电子被电离形成空位，其它的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能

量以电磁辐射的形式释放出来，此电磁辐射就是原子的特征X 射线。内层空位的产生有多

种机制，其中的一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放

的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位（被电离的电子称为内转换电子）。

O P 214的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量E 0=交给内层电子(如K 、L 、M 层电子，

K 、L 、M 标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离。实验测得从O P 214原子的K 、L 、M

层电离出的动能分别为E K =、E L =、E M =.则可能发射的特征X 射的能量为

A B C D

[解析]电子电离后的动能等于吸收的能量减去电子原来所处的能级的能量，所以原子核的K

层的能量为0．093MeV ，原子核的L 层的能量为0．017MeV ，原子核的M 层的能量为0．004MeV

。

K - π- A

B P