原子和原子核

一. 本周教學(xué)內(nèi)容：

三. 知識(shí)要點(diǎn)：

（一）原子結(jié)構(gòu)

1. 盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型

盧瑟福的原子核式模型：在原子的中心有一個(gè)很小的核叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)。

2. 玻爾的原子模型

由丹麥的物理學(xué)家玻爾于1913年提出的原子結(jié)構(gòu)假說，主要包括下列幾個(gè)方面：

（1）軌道量子化。圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值，電子的可能軌道分布是不連續(xù)的，這種現(xiàn)象叫做軌道量子化。

（2）能量的量子化。在原子中，不同的軌道對(duì)應(yīng)著不同的狀態(tài)，原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然做加速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫做定態(tài)。

（3）能級(jí)的躍遷：原子從一種定態(tài)（能量為Em），它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，光子的能量為 。

3. 量子數(shù)

原子的各狀態(tài)用標(biāo)號(hào)1，2，3等來表示，這些狀態(tài)標(biāo)號(hào)叫做量子數(shù)，通常用n來表示。

4. 能級(jí)

原子的各個(gè)定態(tài)的能量值叫做它的能級(jí)。

5. 基態(tài)

在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級(jí)，這時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，量子數(shù)為6. 激發(fā)態(tài)

通過加熱或光照的方法使物體中的某些原子從相互碰撞或入射光子中吸收一定的能量，從基態(tài)躍遷到較高的能級(jí)，量子數(shù)大于1，這時(shí)電子在離核較遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動(dòng)，這些定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。

7. 躍遷

原子從一種能量狀態(tài)向另一種能量狀態(tài)的變化叫做能級(jí)的躍遷。當(dāng)原子從高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)躍遷時(shí)，放出一定頻率的光子；當(dāng)原子從低能量狀態(tài)向高能量狀態(tài)躍遷時(shí)，需吸收一定頻率的光子。

8. 能量的量子化

原子的各個(gè)能級(jí)的能量是不連續(xù)的，這種現(xiàn)象叫做能量的量子化。

9. 軌道的量子化

電子的可能軌道分布是不連續(xù)的，這種現(xiàn)象叫做軌道的量子化。

注意點(diǎn)：

玻爾原子結(jié)構(gòu)假說提出的背景。盧瑟福的原子的核式模型很好地解釋了1. 貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，揭開了人類研究原子核結(jié)構(gòu)的序幕。

本質(zhì)電離本領(lǐng)穿透本領(lǐng) 射線

最強(qiáng)最弱 射線

較弱很強(qiáng)

光子最弱最強(qiáng)2. 核反應(yīng)的基本類型

衰變：實(shí)質(zhì)是其元素的原子核同時(shí)放出由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成的粒子。每發(fā)生一次 衰變，新元素與原元素比較，核電荷數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4。

衰變是伴隨著 衰變和 衰變同時(shí)發(fā)生的，*確定衰變次數(shù)的方法

次 衰變和 次 衰變后，變成穩(wěn)定的新元素， ，則表示該核反應(yīng)的方程為

*半衰期是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間，它表示放射性元素衰變的快慢。

不同的放射性元素半衰期不同。

盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子查德威克發(fā)現(xiàn)中子

*由于中子的增殖使裂變反應(yīng)能持續(xù)地進(jìn)行的過程稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

1. 寫核反應(yīng)方程，應(yīng)注意的幾點(diǎn)：

必須遵守電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒。

核反應(yīng)方程中的箭頭表示反應(yīng)進(jìn)行的方向，不能把箭頭寫成等號(hào)。

寫核反應(yīng)方程必須有實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2. 核能的計(jì)算：

，乘真空中光速的平方

*獲得核能的途徑

重核的裂變 輕核的聚變

3. 放射性同位素

（1）具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的原子互稱為同位素，具有放射性的同位素叫做放射性同位素

（2）人工放射性的發(fā)現(xiàn)

（3）放射性同位素的應(yīng)用

【典型例題】

[例1] 氫原子的核外電子由一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，可能發(fā)生的情況有（ ）

A. 放出光子，電子的動(dòng)能減少，原子勢(shì)能增加

B. 放出光子，電子的動(dòng)能增加，原子勢(shì)能減少

C. 吸收光子，電子的動(dòng)能減少，原子勢(shì)能增加

D. 吸收光子，電子的動(dòng)能增加，原子勢(shì)能減少

分析與解：原子的核外電子由一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，有兩種可能性，一種是由近核軌道向遠(yuǎn)核軌道躍遷，另一種是由遠(yuǎn)核軌道向近核軌道躍遷。根據(jù)原子軌道能級(jí)圖可知，當(dāng)電子從近核軌道向遠(yuǎn)核軌道躍遷時(shí)，原子能量增加，需吸收光子，由于此過程中克服電場(chǎng)力做功，原子勢(shì)能增大，電子動(dòng)能減小，則C對(duì)，D錯(cuò)。反之，電子從遠(yuǎn)核軌道躍遷到近核軌道時(shí)，原子能量減少，要放出光子，此過程中電場(chǎng)力做正功，原子勢(shì)能減小，電子的動(dòng)能增加，則B對(duì)，A錯(cuò)。選項(xiàng)B、C正確。

[例2] 一個(gè)鈾核衰變?yōu)殁Q核時(shí)釋放出一個(gè) 粒子，已知鈾核的質(zhì)量為 ， 粒子的質(zhì)量為

[例3] 放射性元素鉍 的半衰期是5天， ∴

[例4] 在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一原來靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運(yùn)動(dòng)軌跡分別如圖所示中b，由圖可以判定（ ）

A. 該核發(fā)生的是B. 該核發(fā)生的是 衰變

C. 磁場(chǎng)的方向一定是垂直紙面向里

D. 磁場(chǎng)方向向里還是向外無法判定

分析與解：由于核衰變放出的帶電粒子和反沖核速度方向相反，根據(jù)左手定則，若是正粒子，受到的洛侖茲力的方向是相反的，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的兩軌道應(yīng)該是外切的，故圖中兩圓內(nèi)切粒子應(yīng)該帶負(fù)電，即發(fā)生的是 衰變。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向可能是向里。也可能是向外。選項(xiàng)B、D正確。

【模擬試題】（答題時(shí)間：40分鐘）

1. 盧瑟福 粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果（ ）

A. 證明了質(zhì)子的存在

B. 證明了原子核由質(zhì)子和中子組成

C. 證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核上

D. 說明了原子中的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運(yùn)動(dòng)

2. 以下實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f明原子核內(nèi)有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的是（ ）

A. 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

B. 原子發(fā)光產(chǎn)生明線光譜

C. 粒子散射實(shí)驗(yàn)

D. 天然放射現(xiàn)象

3. 近幾年，我國(guó)北京、上海、山東、洛陽、廣州等地引進(jìn)了十多臺(tái) 刀治療時(shí)不用麻醉，病人清醒，時(shí)間短，半小時(shí)完成手術(shù)，無需住院，因而 刀性能更好，即將進(jìn)入各大醫(yī)院為患者服務(wù)，問： 射線具有很強(qiáng)的貫穿本領(lǐng)

B. 射線具有很高的能量

D. 4. 如下圖所示，在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)靜止的鐳核發(fā)生 衰變，成為氡核，那么氡核和 粒子在磁場(chǎng)中的經(jīng)跡應(yīng)是（ ）

A. I為氡核，II為 粒子 B. II為氡核，I為 粒子

粒子 D. IV為氡核，III為 粒子

5. 和 衰變，變成 衰變和6次 衰變 D. 共經(jīng)過6次 衰變和4次 衰變

6. 光子的能量為 ，動(dòng)量的大小為 。如果一個(gè)靜止的放射性元素的原子核在發(fā)生 光子，則衰變后的原子核（ ）

A. 仍然靜止

B. 沿著與光子運(yùn)動(dòng)方向相同的方向運(yùn)動(dòng)

C. 可能向任何方向運(yùn)動(dòng)

D. 沿著與光子運(yùn)動(dòng)方向相反的方向運(yùn)動(dòng)

7. 核反應(yīng)方程如下：

① 能量

③ 能量

對(duì)于以上方程，下面說法中正確的是（ ）

A. ①是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程

B. ②是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)方程

C. ③是核裂變方程，其中

D. ④是 衰變方程，其中 是質(zhì)子

8. 若元素A的半衰期為4天，元素B的半衰期為5天，經(jīng)過20天后兩種放射性元素的質(zhì)量恰好相等，則在這20天前這兩種元素的質(zhì)量比 B. D.

【試題答案】

1. C 2. D 3. AC 4. D 5. AD 6. D 7. AC 8. D