原子結(jié)構(gòu)原子核

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1、 原子結(jié)構(gòu)　原子核 知識(shí)呈現(xiàn)： 一．原子的核式結(jié)構(gòu) 1．電子的發(fā)現(xiàn)：1897年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆生通過(guò)對(duì)陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子． 2．原子的核式結(jié)構(gòu) 盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型 在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)． 3. 原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)． 二．氫原子光譜 1.玻爾理論 ①定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量． ②躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或吸收

2、一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.6310－34 Js) ③軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核 運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)．原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的． 2．氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式 (1)氫原子的能級(jí)：能級(jí)圖如圖所示 (2)氫原子的能級(jí)和軌道半徑 ①氫原子的能級(jí)公式：En＝E1(n＝1，2，3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6 eV. ②氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.5310－10 m. 總結(jié)：

3、認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的線索 氣體放電的研究―→陰極射線―→發(fā)現(xiàn)電子―→湯姆孫的“棗糕”模型盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型玻爾模型． 3．氫原子躍遷時(shí)電子動(dòng)能、電勢(shì)能與原子能量的變化 (1)原子能量：En＝Ekn＋Epn＝，隨n增大而增大，其中E1＝－13.6 eV. (2)電子動(dòng)能：電子繞氫原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)靜電力提供向心力，即k＝m，所以Ekn＝k，隨r增大而減?。? (3)電勢(shì)能 通過(guò)庫(kù)侖力做功判斷電勢(shì)能的增減．當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖力做正功，電勢(shì)能減??；反之，軌道半徑增大時(shí)，電勢(shì)能增加． 4．記住一些結(jié)論 (1)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)可能輻射的光譜條數(shù)為N＝. (2)只有光子能量恰好等

4、于躍遷所需的能量(hν＝Em－En)時(shí)，光子才被吸收． (3)入射光子能量大于電離能(hν＝E∞－En) 時(shí)，光子一定能被原子吸收并使之電離，剩余能量為自由電子的動(dòng)能． 三．天然放射現(xiàn)象、三種射線 1．天然放射現(xiàn)象：放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn)．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)． 2．三種射線的比較 　　 射線名稱 比較項(xiàng)目　　 α射線 β射線 γ射線 組成 高速氦核流 高速電子流 光子流(高 頻電磁波) 帶電量 2e －e 0 質(zhì)量 4mp mp＝ 1．6710－27 kg 靜止質(zhì) 量為零 符號(hào) He

5、 e γ 速度 0.1c 0.99c c 垂直電磁場(chǎng) 偏轉(zhuǎn)情況 偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn) 不偏轉(zhuǎn) 貫穿本領(lǐng) 最弱 用一張薄 紙能擋住 較強(qiáng) 穿透幾厘米 厚的鋁板 最 強(qiáng)穿透幾厘 米厚的鉛板 對(duì)空氣的 電離作用 很強(qiáng) 較弱 很弱 在空氣中 的徑跡 粗、短、直 細(xì)、較長(zhǎng)、 曲折 最長(zhǎng) 通過(guò)膠片 感光 感光 感光 3.原子核的衰變 (1)原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變． (2)分類 α衰變：X→Y＋He β衰變：X→Y＋e (3)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間．半衰期由核內(nèi)部本

6、身的因素決定，跟原子所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)． 四．結(jié)合能、質(zhì)量虧損　 1．核能 核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能． 2．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損 愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm，這就是質(zhì)量虧損．由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE＝Δmc2． 五．核反應(yīng)的四種類型 類　型 可控性 核反應(yīng)方程典例 衰變 α衰變 自發(fā) U―→Th＋He β衰變 自發(fā) Th―→Pa＋e 人工轉(zhuǎn)變 人工控制 N＋He―→O＋H (盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子) He＋Be―→C＋n (查

7、德威克發(fā)現(xiàn)中子) Al＋He―→ P＋n 約里奧居里夫 婦發(fā)現(xiàn)放射性同 位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn) 正電子 P―→ Si＋e 重核裂變 比較容易 進(jìn)行人工 控制 U＋n―→Ba＋Kr＋3n U＋n―→Xe＋Sr＋10n 輕核聚變 H＋H―→He＋n 模型一 能級(jí)躍遷問(wèn)題 1.如圖所示，氫原子從n>2的某一能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)，輻射出能量為2.55 eV的光子．問(wèn)： (1)最少要給基態(tài)的氫原子提供多少電子伏特的能量，才能使它輻射上述能量的光子？ (2)請(qǐng)?jiān)趫D中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖． 2.圖所示為氫原子的四個(gè)能級(jí)，其中

8、E1為基態(tài)，若氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2，氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3，則下列說(shuō)法正確的是(　　)． A．原子A可能輻射出3種頻率的光子 B．原子B可能輻射出3種頻率的光子 C．原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級(jí)E4 D．原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級(jí)E4 3.用頻率為ν0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測(cè)到頻率分別為ν1、ν2、ν3的三條譜線，且ν3>ν2>ν1，則(　　)． A．ν0<ν1 B．ν3＝ν2＋ν1 C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.＝＋ 4.氫原子部分能級(jí)的示意圖如圖所示．不同色光的光子能量如

9、下表所示. 色光 紅 橙 黃 綠 藍(lán)靛 紫 光子能量 范圍(eV) 1.61～ 2．00 2.00～ 2．07 2.07～ 2．14 2.14～ 2．53 2.53～ 2．76 2.76～ 3．10 處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見(jiàn)光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為(　　)． A．紅、藍(lán)靛 　　　B．黃、綠 C．紅、紫 　　 　D．藍(lán)靛、紫 5.氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光的頻率為ν1，從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)吸收紫光的頻率為ν2，已知普朗克常量為h，若氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m，則(　　)． A．吸收光子的能

10、量為hν1＋hν2 B．輻射光子的能量為hν1＋hν2 C．吸收光子的能量為hν2－h(huán)ν1 D．輻射光子的能量為hν2－h(huán)ν1 6.已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量En＝，其中n＝2，3，….且h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長(zhǎng)為(　　)． A．－ B．－ C．－ D．－ 7.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長(zhǎng)為λ0，該金屬的逸出功為_(kāi)_______．若用波長(zhǎng)為λ(λ<λ0)單色光做實(shí)驗(yàn)，則其截止電壓為_(kāi)_______．已知電子的電荷量，真空中的光速和普朗克常量分別為e，c和h. 模型二 核能的計(jì)算和

11、核反應(yīng)方程 8.裂變反應(yīng)是目前核能利用中常用的反應(yīng)，以原子核U為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng)U俘獲一個(gè)慢中子后發(fā)生裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為(　　)． U＋n―→Xe＋Sr＋3n 235．043 9　1.008 7　138.917 8　93.915 4 反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)量(以原子質(zhì)量單位u為單位)．已知1 u的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為9.3102 MeV，此裂變反應(yīng)釋放出的能量是________MeV. 9.(1)太陽(yáng)能來(lái)源于輕核的聚變，太陽(yáng)中存在的主要元素是氫，氫核的聚變反應(yīng)可以看作是4個(gè)氫核(H)結(jié)合成1個(gè)氦核(He)．下表中列出了部分粒子的質(zhì)量. 粒子名

12、稱 質(zhì)子p α粒子 電子e 中子n 質(zhì)量/u 1.007 3 4.001 5 0.000 55 1.008 7 以下說(shuō)法中正確的是(　　)． A．核反應(yīng)方程為4H―→He＋2e B．核反應(yīng)方程為4H―→He＋2e C．4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦核時(shí)的質(zhì)量虧損約為0.026 6 u D．聚變反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量約為24.8 MeV (2)一個(gè)氘核(H)和一個(gè)氚核(H)結(jié)合成一個(gè)氦核并放出一個(gè)中子時(shí)，質(zhì)量虧損為Δm，已知阿伏加德羅常數(shù)為NA，真空中的光速為c，若1 mol氘和1 mol 氚完全發(fā)生上述核反應(yīng)，則在核反應(yīng)中釋放的能量為_(kāi)_______． A．NAΔmc2 B．2NAΔmc2 C.NAΔmc2 　D．5NAΔmc2