原子和原子核

原子和原子核

一. 本周教学内容：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三. 知识要点：

（一）原子结构

1. 卢瑟福的核式结构模型

卢瑟福的原子核式模型：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里绕着核旋转。

2. 玻尔的原子模型

由丹麦的物理学家玻尔于1913年提出的原子结构假说，主要包括下列几个方面：

（1）轨道量子化。围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，电子的可能轨道分布是不连续的，这种现象叫做轨道量子化。

（2）能量的量子化。在原子中，不同的轨道对应着不同的状态，原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做定态。

（3）能级的跃迁：原子从一种定态（能量为Em），它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，光子的能量为 。

3. 量子数

原子的各状态用标号1，2，3等来表示，这些状态标号叫做量子数，通常用n来表示。

4. 能级

原子的各个定态的能量值叫做它的能级。

5. 基态

在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，量子数为6. 激发态

通过加热或光照的方法使物体中的某些原子从相互碰撞或入射光子中吸收一定的能量，从基态跃迁到较高的能级，量子数大于1，这时电子在离核较远的轨道上运动，这些定态叫做激发态。

7. 跃迁

原子从一种能量状态向另一种能量状态的变化叫做能级的跃迁。当原子从高能量状态向低能量状态跃迁时，放出一定频率的光子；当原子从低能量状态向高能量状态跃迁时，需吸收一定频率的光子。

8. 能量的量子化

原子的各个能级的能量是不连续的，这种现象叫做能量的量子化。

9. 轨道的量子化

电子的可能轨道分布是不连续的，这种现象叫做轨道的量子化。

注意点：

玻尔原子结构假说提出的背景。卢瑟福的原子的核式模型很好地解释了1. 贝克勒耳发现天然放射现象，揭开了人类研究原子核结构的序幕。

 

本质电离本领穿透本领 射线

最强最弱 射线

较弱很强

光子最弱最强2. 核反应的基本类型

衰变：实质是其元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子。每发生一次 衰变，新元素与原元素比较，核电荷数减少2，质量数减少4。

衰变是伴随着 衰变和 衰变同时发生的，*确定衰变次数的方法

次 衰变和 次 衰变后，变成稳定的新元素， ，则表示该核反应的方程为

*半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，它表示放射性元素衰变的快慢。

不同的放射性元素半衰期不同。

卢瑟福发现质子查德威克发现中子

*由于中子的增殖使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应。

1. 写核反应方程，应注意的几点：

必须遵守电荷数守恒，质量数守恒。

核反应方程中的箭头表示反应进行的方向，不能把箭头写成等号。

写核反应方程必须有实验依据。

2. 核能的计算：

，乘真空中光速的平方

*获得核能的途径

重核的裂变 轻核的聚变

3. 放射性同位素

（1）具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称为同位素，具有放射性的同位素叫做放射性同位素

（2）人工放射性的发现

（3）放射性同位素的应用

 

【典型例题】

[例1] 氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一个轨道时，可能发生的情况有（ ）

A. 放出光子，电子的动能减少，原子势能增加

B. 放出光子，电子的动能增加，原子势能减少

C. 吸收光子，电子的动能减少，原子势能增加

D. 吸收光子，电子的动能增加，原子势能减少

分析与解：原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一个轨道时，有两种可能性，一种是由近核轨道向远核轨道跃迁，另一种是由远核轨道向近核轨道跃迁。根据原子轨道能级图可知，当电子从近核轨道向远核轨道跃迁时，原子能量增加，需吸收光子，由于此过程中克服电场力做功，原子势能增大，电子动能减小，则C对，D错。反之，电子从远核轨道跃迁到近核轨道时，原子能量减少，要放出光子，此过程中电场力做正功，原子势能减小，电子的动能增加，则B对，A错。选项B、C正确。

 

[例2] 一个铀核衰变为钍核时释放出一个 粒子，已知铀核的质量为 ， 粒子的质量为

 

[例3] 放射性元素铋 的半衰期是5天， ∴

 

[例4] 在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图所示中b，由图可以判定（ ）

A. 该核发生的是B. 该核发生的是 衰变

C. 磁场的方向一定是垂直纸面向里

D. 磁场方向向里还是向外无法判定

分析与解：由于核衰变放出的带电粒子和反冲核速度方向相反，根据左手定则，若是正粒子，受到的洛仑兹力的方向是相反的，在磁场中做匀速圆周运动的两轨道应该是外切的，故图中两圆内切粒子应该带负电，即发生的是 衰变。匀强磁场的方向可能是向里。也可能是向外。选项B、D正确。

 

【模拟试题】（答题时间：40分钟）

1. 卢瑟福 粒子散射实验的结果（ ）

A. 证明了质子的存在

B. 证明了原子核由质子和中子组成

C. 证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上

D. 说明了原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动

2. 以下实验能说明原子核内有复杂结构的是（ ）

A. 光电效应实验

B. 原子发光产生明线光谱

C. 粒子散射实验

D. 天然放射现象

3. 近几年，我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地引进了十多台 刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时完成手术，无需住院，因而 刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务，问： 射线具有很强的贯穿本领

B. 射线具有很高的能量

D. 4. 如下图所示，在垂直纸面向外的匀强磁场中，一个静止的镭核发生 衰变，成为氡核，那么氡核和 粒子在磁场中的经迹应是（ ）

A. I为氡核，II为 粒子 B. II为氡核，I为 粒子

粒子 D. IV为氡核，III为 粒子

5. 和 衰变，变成 衰变和6次 衰变 D. 共经过6次 衰变和4次 衰变

6. 光子的能量为 ，动量的大小为 。如果一个静止的放射性元素的原子核在发生 光子，则衰变后的原子核（ ）

A. 仍然静止

B. 沿着与光子运动方向相同的方向运动

C. 可能向任何方向运动

D. 沿着与光子运动方向相反的方向运动

7. 核反应方程如下：

① 能量

③ 能量

对于以上方程，下面说法中正确的是（ ）

A. ①是发现中子的核反应方程

B. ②是链式反应方程

C. ③是核裂变方程，其中

D. ④是 衰变方程，其中 是质子

8. 若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，经过20天后两种放射性元素的质量恰好相等，则在这20天前这两种元素的质量比 B. D.

【试题答案】

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