名師點(diǎn)津?qū)ｎ}18原子和原子核-新人教[原創(chuàng)]】

1、07年二輪復(fù)習(xí)名師點(diǎn)津 專題十八 原子和原子核考點(diǎn)解讀原子和原子核內(nèi)容要求102.粒子散射實(shí)驗(yàn).原子的核式結(jié)構(gòu)103.氫原子的能級結(jié)構(gòu).光子的發(fā)射和吸收104.氫原子的電子云105.原子核的組成.天然放射現(xiàn)象.射線、射線、射線.衰變.半衰期106.原子核的人工轉(zhuǎn)變.核反應(yīng)方程.放射性同位素及其應(yīng)用107.放射性污染和防護(hù)108.核能.能量虧損.愛因斯坦的質(zhì)能方程109.重核的裂變.鏈?zhǔn)椒磻?yīng).核反應(yīng)堆110.輕核的聚變.可控?zé)岷朔磻?yīng)111.人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識考點(diǎn)清單1.粒子散射實(shí)驗(yàn)19091911年，英國物理學(xué)家盧琴福和他的助手們進(jìn)行了粒子散射實(shí)驗(yàn).（1）實(shí)驗(yàn)裝置如圖18-5所示：圖18-5如

2、圖所示，用粒子轟擊金箔，由于金原子中的帶電微粒對粒子有庫倉力作用，一些粒子穿過金箔后改變了運(yùn)動方向，這種現(xiàn)象叫做粒子散射.熒光屏可以沿著圖中虛線轉(zhuǎn)動，用來統(tǒng)計向不同方向散射的粒子數(shù)目.全部設(shè)備裝在真空中.（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn).（3）現(xiàn)象解釋：認(rèn)為原子中的全部正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中到一個很小的核上，由于核很小，大部分粒子穿過金箔時都離核很遠(yuǎn)，受到的庫侖力很小，它們的運(yùn)動幾乎不受影響.只有少數(shù)粒子從原子核附近飛過，明顯受到原子核的庫侖力而發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn).2.原子的核式結(jié)構(gòu)模型內(nèi)容：在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核，原

3、子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外的空間運(yùn)動.說明 核式結(jié)構(gòu)模型的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)是粒子散射實(shí)驗(yàn)，從粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，估計原子核半徑的數(shù)量級為10-14m10-15m，而原子半徑的數(shù)量級是10-10m.例1 在用粒子轟擊金箔時，測得粒子能夠接近金箔的最小距離約為2×10-14m，原核的平均密度約為多少？（阿伏加德羅常數(shù)N =6×1023mol-1）剖析 把粒子能夠接近金箔的最小距離近似看作金原子核子的半徑，計算出每一個核的體積，便可求密度.解析 把粒子能夠接近金箔的最小距離近似看作金原核的半徑R，金核的體積m3m3一個金原子的質(zhì)量是：kgkg金原子核

4、的平均密度是kg/m3kg/m3說明 金核的密度約為1×1016kg/m3，而金子的密度是19.3×103kg/m3，兩個密度相差甚遠(yuǎn)，由此可以想象出原子的體積和原子核的體積相差多么懸殊，原子核是多么小，原子內(nèi)部是多么“空”.3.玻爾的原子模型內(nèi)容：玻爾認(rèn)為，圍繞原子核運(yùn)動的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值，這種現(xiàn)象叫軌道量子化；不同的軌道對應(yīng)著不同的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，盡管電子做變速運(yùn)動，卻不輻射能量，因此這些狀態(tài)是穩(wěn)定的；原子在不同的狀態(tài)中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的.理解要點(diǎn)：玻爾的原子模型是以假說的形式提出來的，包括以下三方面的內(nèi)容：軌道假設(shè)：即軌道是

5、量子化的，只能是某些分立的值.定態(tài)假設(shè)：即不同的軌道對應(yīng)著不同的能量狀態(tài)，這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，不向外輻射能量.躍遷假設(shè)：原子在不同的狀態(tài)具有不同的能量，從一個定態(tài)向另一個定態(tài)躍遷時要輻射或吸收一定頻率的光子，該光子的能量，等于這兩個狀態(tài)的能級差.說明 氫原子各定態(tài)的能量值為電子繞核運(yùn)動的動能Ek和電勢能Ep的代數(shù)和；當(dāng)取無窮遠(yuǎn)處電勢能為零時，各定態(tài)的電勢能均為負(fù)值.玻爾理論的成功之處在于引入了量子化的概念，但因保留了經(jīng)典的原子軌道，故有關(guān)氫原子的計算仍應(yīng)用經(jīng)典物理的理論.對電子繞核運(yùn)動的軌道半徑、速度、周期、動能、電勢能等的計算，是牛頓運(yùn)動定律、庫侖定律、勻速圓周運(yùn)動等知識的綜合應(yīng)用.原子

6、的躍遷條件只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍 遷的情況，對下述兩種情況，則不受此條件限制：當(dāng)光子與原子作用而使氫原子電離，產(chǎn)生離子和自由電子時，原子結(jié)構(gòu)被破壞，因而不遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的理論.如基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV，只要大于或等于13.6eV的光子都能被處于基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離.氫原子電離所產(chǎn)生的自由電子的動能等于入射光子的能量減去電離能.實(shí)物粒子和原子作用而使原子激發(fā)或電離，是能過實(shí)物粒子和原子碰撞來實(shí)現(xiàn)的.在碰撞過程中，實(shí)物粒子的動能可以全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的動能大于或等于原子某兩個能級差值，就可以使原子受激發(fā)而躍遷到較高的能級；當(dāng)入射粒子的動

7、能大于原子在某能級的電離能時，也可以使原子電離.例2 氫原子輻射出一個光子后，（ ）A.電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑增大B.電子的動能增大C.氫原子的電勢能增大D.原子的能級值增大解析 據(jù)玻爾理論，氫原子輻射光子后，應(yīng)從離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道.躍遷過程中，電場力對電子做正功，故電勢能減小.據(jù)經(jīng)典物理理論，電子繞核做勻速圓周運(yùn)動的向心力為核對電子的庫侖力，即：，則；即電子的軌道半徑減小，其動能增大.由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律知，氫原子放出光子，輻射能量，所以原子總能量減少.故B正確.答案 B4.三種射線的比較射線：是氦核（He）流，速度約為光速的十分之一，在空氣中射程幾厘米，貫穿本領(lǐng)小，電離作用強(qiáng).射

8、線：是高速的電子流，穿透本領(lǐng)較大，能穿透幾毫米的鋁板，電離作用較弱.射線：是高能光子流，貫穿本領(lǐng)強(qiáng)，能穿透幾厘米鉛板，電離作用小.說明 放射性元素有的原子核放出射線，有的放出射線，多余的能量以光子的形式射出.5.衰變定義：放射性元素的原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓Q為衰變.衰變規(guī)律：電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒.衰變：XY+He，衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核放出由兩個質(zhì)子和兩個中子組成的粒子（即氦核）.衰變：XY+e，衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核內(nèi)的一個中子變?yōu)橐粋€質(zhì)子時放射出一個電子.衰變：衰變是伴隨衰變或衰變同時發(fā)生的.衰變不改變原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù).其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變時

9、，產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量（核處于激發(fā)態(tài)）而輻射出光子.例3 U衰變后Rn共發(fā)生了 次衰變和 次衰變.解析 根據(jù)衰變規(guī)律，Rn的質(zhì)量數(shù)比U的質(zhì)量數(shù)減少了238-22216，而天然放射只有衰變才能使質(zhì)量數(shù)減少，且每次衰變減少質(zhì)量數(shù)為4，故發(fā)生了16÷44次衰變.因每次衰變核的電荷數(shù)減少2，故由于衰變核 的電荷數(shù)應(yīng)減少4×28.而Rn核的電荷數(shù)僅比U核少了92-866，故說明發(fā)生了2次衰變（即92-8+286）.答案 發(fā)生了4次衰變，2次衰變.評價 在分析有關(guān)、衰變的問題時，應(yīng)抓住每次衰變質(zhì)量數(shù)減4，電荷數(shù)減2和每次衰變時質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)加1這一衰變規(guī)律進(jìn)行分析.6.

10、半衰期定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間，叫這種元素的半衰期.說明 （1）半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)（如壓強(qiáng)、溫度等）或化學(xué)狀態(tài)（如單質(zhì)或化合物）無關(guān).（2）半衰期只對大量原子核衰變才有意義，因?yàn)榉派湫栽氐乃プ円?guī)律是統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核衰變不再起作用.（3）確定衰變次數(shù)的方法：設(shè)放射性元素X經(jīng)過n次衰變m次衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Y，則表示核反應(yīng)的方程為：XY+nHe +me.根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程 兩式聯(lián)立得： 由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個二元一次方程組.7.放射性同位素的應(yīng)用（1）利用它的射線如利用鈷60放出的很

11、強(qiáng)的射線來檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼和裂紋，這叫射線探傷，利用放射線的貫穿本領(lǐng)了解物體的厚度和密度的關(guān)系，可以用放射性同位素來檢查各種產(chǎn)品的厚度、密封容器中的液面高度，從而自動控制生產(chǎn)過程，再如利用射線的電離作用，可以消除機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)中因摩擦而產(chǎn)生的有害靜電，利用射線殺死體內(nèi)的癌細(xì)胞等.（2）做示蹤原子如在生物科學(xué)研究方面，同位素示蹤技術(shù)起著十分重要的作用，在人工方法合成牛胰島素的研制、驗(yàn)證方向、示蹤原子起著重要的作用.在輸油管線漏的檢查和對植物生長的檢測方面，示蹤原子都起著重要作用.例4 如圖18-6是工廠利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置示意圖.圖18-6（1）請你簡述自動控制的原理；（2）如果工

12、廠生產(chǎn)的是厚度為1毫米的鋁板，在、和三種射線中，你認(rèn)為哪一種射線在鋁板的厚度控制中起主要作用，為什么？解析 （1）放射線具有穿透本領(lǐng)，如果向前運(yùn)動的鋁板的厚度有變化，則探測器接收到的放射線的強(qiáng)度就會隨之變化，這種變化被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎氲较鄳?yīng)的裝置，進(jìn)而自動控制如上圖中右側(cè)的兩個輪間的距離，使鋁板的厚度恢復(fù)正常.（2）射線起主要作用，因?yàn)樯渚€的貫穿本領(lǐng)很小，一張薄紙就能把它擋住，更穿不過1毫米的鋁板；射線的貫穿本領(lǐng)非常強(qiáng)，能穿過幾厘米的鉛板，1毫米左右的鋁板厚度發(fā)生變化時，透過鋁板的射線強(qiáng)度變化不大；射線的貫穿本領(lǐng)較強(qiáng)，能穿過幾毫米的鋁板，當(dāng)鋁板的厚度發(fā)生變化時，透過鋁板的射線強(qiáng)度變化較大，探測

13、器可明顯地反應(yīng)出這種變化，使自動化系統(tǒng)做出相應(yīng)的反應(yīng).8.核能的計算（1）質(zhì)能方程：愛因斯擔(dān)的相對論指出，物體的質(zhì)量和能量存在著密切聯(lián)系，即E=mc2.這就是愛因斯坦的質(zhì)能方程.說明 質(zhì)能方程告訴我們質(zhì)量和能量之間存在著簡單的正比關(guān)系.物體的能量增大了，質(zhì)量也增大了；能量減小了，質(zhì)量也減小.且核反應(yīng)中釋放的能量與質(zhì)量虧損成正比：（2）核能：核反應(yīng)中放出的能量稱為核能.（3）核能的計算根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損（）的千克數(shù)乘以真空中光速的平方.即 根據(jù)1原子質(zhì)量單位（u）相當(dāng)于931.5MeV能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5MeV.即 Me

14、V例5 已知氮核質(zhì)量mN=14.00753u，氧核質(zhì)量m0=17.00454u，氦核質(zhì)量mHe=4.00387u，質(zhì)子質(zhì)量u，試判斷核反應(yīng)：N+HeO+H是吸能反應(yīng)，還是放能反應(yīng)，能量變化多少？解析 先計算出質(zhì)量虧損，然后由1u相當(dāng)于931.5MeV能量代入計算即可.反應(yīng)前總質(zhì)量 u反應(yīng)后總質(zhì)量 u因?yàn)榉磻?yīng)中質(zhì)量增加，所以此反應(yīng)為吸能反應(yīng)，所吸收能量為：=(18.01269-18.01140)×931.5 MeV=1.2 MeV例6 一個靜止的U（原子質(zhì)量為232.0372u），放出一個粒子（原子質(zhì)量為4.00260u）后，衰變成Th（原子質(zhì)量為228.0287u）.假設(shè)放出的結(jié)合能完全變成Th核和粒子的動能，試計算粒子的動能.剖析 由質(zhì)能方程可計算釋放的核能，然后結(jié)合動量守恒和能量關(guān)系可求解.解析 反應(yīng)中產(chǎn)生的質(zhì)量虧損u反應(yīng)中釋