高中物理之原子模型與衰變躍遷

1、高中物理之原子模型與衰變躍遷整個知識體系，可歸結為：兩模型(原子的核式結構模型、波爾原子模型)；六子(電子、質子、中子、正電子、粒子、光子)；四變(衰變、人工轉變、裂變、聚變)；兩方程(核反應方程、質能方程)。4條守恒定律(電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒、能量守恒、動量守恒)貫串全部內容。一、原子模型1、湯姆生模型(棗糕模型) 湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，使人們認識到原子有復雜結構。從而打開原子的大門.2、盧瑟福的核式結構模型（行星式模型）盧瑟福粒子散射實驗裝置,現(xiàn)象,從而總結出核式結構學說粒子散射實驗是用粒子轟擊金箔，實驗現(xiàn)象：結果是絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進,但是有少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉

2、.這說明原子的正電荷和質量一定集中在一個很小的核上。盧瑟福由粒子散射實驗提出：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間運動。由粒子散射實驗的實驗數(shù)據(jù)還可以估算出原子核大小的數(shù)量級是10-15m。而核式結構又與經(jīng)典的電磁理論發(fā)生矛盾原子是否穩(wěn)定,其發(fā)出的光譜是否連續(xù)3、玻爾模型(引入量子理論，量子化就是不連續(xù)性，整數(shù)n叫量子數(shù))玻爾補充三條假設定態(tài)-原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)(稱為定態(tài)),電子雖然繞核運轉,但不會向外輻射能量. 。(本假設是針對原子穩(wěn)定性提出的)躍遷-原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài),要輻射(或吸收)一定頻

3、率的光子(其能量由兩定態(tài)的能量差決定)(本假設針對線狀譜提出)能量和軌道量子化-定態(tài)不連續(xù),能量和軌道也不連續(xù);(即原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運動相對應,原子的定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子的可能軌道分布也是不連續(xù)的)氫原子的能級圖n E/eV 01 -13.62 -3.43 -1.514 -0.853E1E2E3 (針對原子核式模型提出，是能級假設的補充)（1）光子的發(fā)射與吸收(特別注意躍遷條件):原子發(fā)生定態(tài)躍遷時,要輻射(吸收)一定頻率的光子:hfE初-E末 軌道量子化rn=n2r1 r1=0.53×10-10m 能量量子化： E1=-13.6eV原子在兩個能級間躍

4、遷時輻射或吸收光子的能量h=Em-En（2）從高能級向低能級躍遷時放出光子；從低能級向高能級躍遷時可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加熱的方法，使分子熱運動加劇，分子間的相互碰撞可以傳遞能量）。原子從低能級向高能級躍遷時只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。（如在基態(tài)，可以吸收E 13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于電離外，都轉化為電離出去的電子的動能）。（3）玻爾理論的局限性。由于引進了量子理論（軌道量子化和能量量子化），玻爾理論成功地解釋了氫光譜的規(guī)律。但由于它保留了過多的經(jīng)典物理理論（牛頓第二定律、向心力、庫侖力等），所以在解釋

5、其他原子的光譜上都遇到很大的困難。氫原子的激發(fā)態(tài)和基態(tài)的能量(最小)與核外電子軌道半徑間的關系是:En=E1/n2，rn=n2r1，其中E1=13.6eV, r1=5.3×1010m,(大量)處于n激發(fā)態(tài)原子躍遷到基態(tài)時的所有輻射方式共有=n (n1)/2種；E51=13.06 E41=12.75 E31=12.09 E21=10.2； (有規(guī)律可依)E52=2.86 E42=2.55 E32=1.89； E53=0.97 E43=0.66； E54=0.31氫原子在n能級的動能、勢能，總能量的關系是：EP=2EK，E=EK+EP=EK。(類似于衛(wèi)星模型)由高能級到低能級時，動能增加

6、，勢能降低，且勢能的降低量是動能增加量的2倍，故總能量(負值)降低。其直觀結構：二、天然放射現(xiàn)象1、天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，使人們認識到原子核也有復雜結構。核變化從貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象開始衰變(用電磁場研究)：2、各種放射線的性質比較種 類本 質質量（u）電荷（e）速度（c）電離性貫穿性射線氦核4+20.1最強最弱，紙能擋住射線電子1/1840-10.99較強較強，穿幾mm鋁板射線光子001最弱最強，穿幾cm鉛版三種射線在勻強磁場、勻強電場、正交電場和磁場中的偏轉情況比較：四種核反應類型(衰變,人工核轉變,重核裂變,輕核驟變)衰變： 衰變：(實質：核內)衰變形成外切(同方向旋)， 衰變：(實質

7、：核內的中子轉變成了質子和中子)衰變形成內切(相反方向旋)，且大圓為、粒子徑跡。 +衰變：（核內） 衰變：原子核處于較高能級，輻射光子后躍遷到低能級。人工轉變：(發(fā)現(xiàn)質子的核反應)(盧瑟福)用粒子轟擊氮核,并預言中子的存在 (發(fā)現(xiàn)中子的核反應)(查德威克)釙產(chǎn)生的射線轟擊鈹 (人工制造放射性同位素)正電子的發(fā)現(xiàn)(約里奧居里和伊麗芙居里夫婦)粒子轟擊鋁箔重核的裂變： 在一定條件下(超過臨界體積)，裂變反應會連續(xù)不斷地進行下去，這就是鏈式反應。輕核的聚變：（需要幾百萬度高溫，所以又叫熱核反應）所有核反應的反應前后都遵守：質量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。（注意：質量并不守恒。）三、半衰期放射性元素的原子核有

8、半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間叫半衰期。（對大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律）計算式為：N表示核的個數(shù) ，此式也可以演變成 或，式中m表示放射性物質的質量，n 表示單位時間內放出的射線粒子數(shù)。以上各式左邊的量都表示時間t后的剩余量。半衰期(由核內部本身的因素決定,與物理和化學狀態(tài)無關)、 同位素等重要概念 放射性標志四、放射性同位素的應用利用其射線：射線電離性強,用于使空氣電離,將靜電泄出,從而消除有害靜電。射線貫穿性強,可用于金屬探傷,也可用于治療惡性腫瘤。各種射線均可使DNA發(fā)生突變,可用于生物工程，基因工程。作為示蹤原子。用于研究農(nóng)作物化肥需求情況，診斷甲狀腺疾病的類型，研究生物大分子結構及其功能。進行考古

9、研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木質文物的產(chǎn)生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（種類齊全，各種元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，廢料容易處理?？芍瞥筛鞣N形狀，強度容易控制）。重要的物理現(xiàn)象或史實跟相應的科學家單擺的等時性 伽利略單擺的周期公式 惠更斯電流的磁效應 奧斯特電磁感應定律 法拉第首先用電場線描述電場 法拉第電子電量的測定 密立根分子電流假說 安培預言了電磁波的存在 麥克斯韋建立了電磁場理論 麥克斯韋用實驗證實了電磁波的存在 赫茲光的微粒說 牛頓光的波動說 惠更斯光的電磁說 麥克斯韋光的干涉現(xiàn)象 楊氏電子的發(fā)現(xiàn) 湯姆生中子的發(fā)現(xiàn) 查德威克質子的發(fā)現(xiàn) 盧瑟福人工放射性同

10、位素發(fā)現(xiàn) 小居里夫婦a粒子散射實驗 盧瑟福圓滿解釋氫光譜 玻爾原子的核式結構模型 盧瑟福天然放射性的發(fā)現(xiàn) 貝克勒耳光電效應規(guī)律光子說 愛因斯坦質能方程 愛因斯坦相對論 愛因斯坦原子核結構練習題考綱要求： 天然放射性、射線、射線、射線、半衰期I級 質子的發(fā)現(xiàn)、中子的發(fā)現(xiàn)、原子核的組成I級知識達標：1物質發(fā)射射線的性質稱為 ,具有放射性的元素稱為 放射性物質放出的射線有三種： 、 和 2射線是高速粒子流，粒子的電荷數(shù)是 ，質量數(shù)是 ，實際上就是 ；射線是高速 流；Y射線不帶電，它是能量很高的 ,波長很 ，在lO-10m以下3如果一種元素具有放射性，那么不論它是以單質的形式存在，還是以某種 的形式存

11、在，放射性都不受影響也就是說，放射性與 無關我們已經(jīng)知道,元素的化學性質決定于原子核外的電子，因此可以斷定 _也就是說 _. 4放射性有許多重要的應用Y射線的 很強，可以用來檢查金屬內部是否有砂眼或裂紋射線對生物體有很強的作用，可以 ，也可以殺死食物中的細菌5某原子核放出一個粒子后，核的質量數(shù) ，電荷數(shù) ，成為新核這種衰變叫做衰變；某原子核放出一個粒子后，核的質量數(shù) ，電荷數(shù) ，成為新核這種衰變叫做衰變6.在放射性元素的原子核中，兩個質子和兩個中子結合在一起從核里發(fā)射出來，這就是 原子核里雖然沒有電子，但是核內的 可以轉化成質子和電子，產(chǎn)生的電子從核內發(fā)射出來，這就是 7放射性元素的 有半數(shù)發(fā)

12、生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期放射性 元素衰變的快慢是由 本身的因素決定的，跟原子所處的物理或化學狀態(tài) 8盧瑟福用粒子轟擊 產(chǎn)生了氧17(氧16的一種 )和一個質子，核反應方程式是：_，查德威克用粒子轟擊鈹原子核，發(fā)現(xiàn)了中子，核反應方成式是：_經(jīng)典題型1關于射線、射線、射線和x射線，以下列說法正確的是： A它們都發(fā)自原子核內部 B它們都是高頻電磁波 C貫穿本領最大的是射線 D對空氣電離作用最大的是射線2放射性元素的原子核連續(xù)經(jīng)過三次衰變和兩次衰變若最后變成另一種元素 的原子核Y，則新核Y的正確寫法是：A. B. C. D. 3放射性元素發(fā)生衰變對，放出一個負電子，該電子是： A核外電子

13、從內層軌道上躍遷出來的 B核內電子受激發(fā)而射出來的 C核內的一個質子衰變成中子放出來的 D核內的一個中子衰變成質子放出來的4放射性元素放出的射線，在電場中分成A、B、C三束，如圖所示，其中： AC為氦核組成的粒子流，它在空氣中電離本領最強 BC是原子核外電子電離而生成的 CB為比x射線波長更短的光子流，它的電離能力最弱， DA為高速電子組成的電子流，貫穿能力最強5放射性元素的半衰期以下說法中止確的是： A半衰期是指原子核中核子數(shù)減少一半所需的時間 B半衰期是指原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間 C半衰期是指原子核全部衰變所需時間的一半貫穿能力最強 D半衰期是指具有放射性的物體總質量減少一半所需的時

14、間6有人欲減緩放射性元素的衰變，下面的說法正確的是： A把放射性元素放置在密封的鉛盒里 B把放射性元素放置在低溫處 C把放射性元素同其它穩(wěn)定性的元素結合成化合物 D上述各種辦法都無法減緩放射性元素的衰變7以下哪些實驗現(xiàn)象可以說明原子核內部有復雜的結構： Aa粒子散射實驗 B倫琴射線的發(fā)現(xiàn) C元素發(fā)光時產(chǎn)生明線光譜的現(xiàn)象 D天然放射現(xiàn)象8放射性探傷是利用了： A射線的電離本領 B射線的貫穿本領 C射線的貫穿本領 D放射性元素的示蹤本領9.要經(jīng)過 次衰變和經(jīng)過 次衰變才能變成10. 衰變成時釋放出 粒子，衰變成時釋放出 粒子 如果衰變時產(chǎn)生的新核處于激發(fā)態(tài)，將會輻射出 11.、三種粒子按其靜止質量大小的順序是 ，按穿透能力大小的順序是 ，按其電離本領大小的順序是 12完成下列核反應方程：(1) (2) (3) (4) (5) (6) 知識達標：1放射性，放射性元素，射線