第十三講原子和原子核第十三講原子和原子核重點知識歸納重點知識歸納一、原子結(jié)構(gòu)模型一、原子結(jié)構(gòu)模型項目項目內(nèi)容內(nèi)容湯姆生湯姆生模型模型實驗基礎(chǔ)實驗基礎(chǔ),電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)內(nèi)容內(nèi)容:原子是一個球體原子是一個球體,正電荷均勻分正電荷均勻分布在整個球內(nèi)布在整個球內(nèi),電子像棗糕里的棗子電子像棗糕里的棗子樣鑲嵌在原子里面樣鑲嵌在原子里面項目項目內(nèi)容內(nèi)容核式核式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)實驗基礎(chǔ)：實驗基礎(chǔ)：粒子散射實驗粒子散射實驗內(nèi)容內(nèi)容:(1)原子的中心有一個很小的核原子的中心有一個很小的核,它集中了全部正電荷和幾乎所有質(zhì)量它集中了全部正電荷和幾乎所有質(zhì)量;(2)電子繞核運動電子繞核運動項目項目內(nèi)容內(nèi)容玻爾玻爾模型模型軌道量子化軌道量子化:核外電子只能在一些分立的核外電子只能在一些分立的軌道上運動軌道上運動,rnn2r1(n1、2、3)能量量子化能量量子化:原子只能處于一系列不連續(xù)原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中的能量狀態(tài)中,En E1(n1、2、3)躍遷躍遷:原子從一個定態(tài)躍遷至另一個定態(tài)原子從一個定態(tài)躍遷至另一個定態(tài)時輻射或吸收能量時輻射或吸收能量,hEmEn特別提醒特別提醒:(1)原子的躍過條件原子的躍過條件:hE初初E終終只適只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況遷的情況(2)至于實物粒子和原子碰撞情況至于實物粒子和原子碰撞情況,由于實物粒子由于實物粒子的動能可全部或部分地被原子吸收的動能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入所以只要入射粒子的動能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之射粒子的動能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差差,也可以使原子受激發(fā)而向較高能級躍遷也可以使原子受激發(fā)而向較高能級躍遷.二、原子核的變化二、原子核的變化1幾種變化方式的比較幾種變化方式的比較項目項目內(nèi)容內(nèi)容衰變衰變衰變衰變:放出放出粒子粒子,是速度約為是速度約為0.1c的氦的氦核核,貫穿本領(lǐng)最弱貫穿本領(lǐng)最弱,電離作用最強電離作用最強衰變衰變:放出放出粒子粒子,是速度約為是速度約為0.99c的的電子電子,貫穿本領(lǐng)較強貫穿本領(lǐng)較強,電離作用較弱電離作用較弱2.各種放射線性質(zhì)的比較各種放射線性質(zhì)的比較3.三種射線在電磁場中的偏轉(zhuǎn)情況比較三種射線在電磁場中的偏轉(zhuǎn)情況比較圖圖131如圖如圖131所示，在勻強磁場和勻強電場中都所示，在勻強磁場和勻強電場中都是是比比的偏轉(zhuǎn)大，的偏轉(zhuǎn)大，不偏轉(zhuǎn)；區(qū)別是：在磁場不偏轉(zhuǎn)；區(qū)別是：在磁場中偏轉(zhuǎn)軌跡是圓弧，在電場中偏轉(zhuǎn)軌跡是拋物中偏轉(zhuǎn)軌跡是圓弧，在電場中偏轉(zhuǎn)軌跡是拋物線如圖線如圖131丙圖中丙圖中肯定打在肯定打在O點；如果點；如果也打在也打在O點，則點，則必打在必打在O點下方；如果點下方；如果也打也打在在O點，則點，則必打在必打在O點下方點下方三、核力與質(zhì)能方程的理解三、核力與質(zhì)能方程的理解1核力的特點核力的特點(1)核力是強相互作用的一種表現(xiàn)，在它的作用核力是強相互作用的一種表現(xiàn)，在它的作用范圍內(nèi)，核力遠大于庫侖力范圍內(nèi)，核力遠大于庫侖力(2)核力是短程力核力是短程力,作用范圍在作用范圍在1.51015 m之內(nèi)之內(nèi).(3)每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用,這種這種性質(zhì)稱為核力的飽和性性質(zhì)稱為核力的飽和性.2質(zhì)能方程質(zhì)能方程Emc2的理解的理解(1)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是兩個不同的概念質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是兩個不同的概念.核反應(yīng)中質(zhì)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)都守恒量數(shù)、電荷數(shù)都守恒,但核反應(yīng)中依然有質(zhì)量虧但核反應(yīng)中依然有質(zhì)量虧損損.(2)核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損,并不是這部分質(zhì)量消失并不是這部分質(zhì)量消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量或質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量,質(zhì)量虧損也不是核子個數(shù)的質(zhì)量虧損也不是核子個數(shù)的減少減少,核反應(yīng)中核子的個數(shù)是不變的核反應(yīng)中核子的個數(shù)是不變的.(3)質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律，生成的質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律，生成的射線雖然靜質(zhì)量為零，但動質(zhì)量不為零，且射線雖然靜質(zhì)量為零，但動質(zhì)量不為零，且虧損的質(zhì)量以能量的形式輻射出去虧損的質(zhì)量以能量的形式輻射出去特別提醒：特別提醒：在核反應(yīng)中，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)在核反應(yīng)中，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，質(zhì)量不守恒，核反應(yīng)中核能的大小取決守恒，質(zhì)量不守恒，核反應(yīng)中核能的大小取決于質(zhì)量虧損的多少，即于質(zhì)量虧損的多少，即Emc2.熱點題型示例熱點題型示例能級躍遷的分析與計算能級躍遷的分析與計算2受激躍遷：低能級受激躍遷：低能級高能級，吸收能量高能級，吸收能量(1)光照光照(吸收光子吸收光子)：光子的能量必恰等于能：光子的能量必恰等于能級差級差hE.(2)碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級差即可等于能級差即可E外外E.(3)大于電離能的光子可被吸收將原子電離大于電離能的光子可被吸收將原子電離 (2010年高考重慶理綜卷年高考重慶理綜卷)氫原子部分能級氫原子部分能級的示意圖如圖的示意圖如圖132所示不同色光的光子能量所示不同色光的光子能量如下表所示如下表所示.例例1處于某激發(fā)態(tài)的氫原子處于某激發(fā)態(tài)的氫原子,發(fā)射的光的譜線在可發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有見光范圍內(nèi)僅有2條條,其顏色分別為其顏色分別為()A紅、藍紅、藍靛靛B黃、綠黃、綠C紅、紫紅、紫D藍藍靛、紫靛、紫圖圖132【解析解析】由題表可知處于可見光范圍的光由題表可知處于可見光范圍的光子的能量范圍為子的能量范圍為1.61 eV3.10 eV,處于某激處于某激發(fā)態(tài)的氫原子能級躍遷時發(fā)態(tài)的氫原子能級躍遷時:E3E2(3.401.51) eV1.89 eV,此范圍為紅光此范圍為紅光.E4E2(3.400.85) eV2.55 eV,此范圍為藍此范圍為藍靛靛光光,故本題正確選項為故本題正確選項為A.【答案答案】A強化訓(xùn)練強化訓(xùn)練1(2011年高考四川卷年高考四川卷)氫原子從能級氫原子從能級m躍遷到能級躍遷到能級n時輻射紅光的頻率為時輻射紅光的頻率為1,從能級從能級n躍遷到能級躍遷到能級k時吸收紫光的頻率為時吸收紫光的頻率為2,已知普朗克已知普朗克常量為常量為h,若氫原子從能級若氫原子從能級R躍遷到能級躍遷到能級m,則則()A吸收光子的能量為吸收光子的能量為h1h2B輻射光子的能量為輻射光子的能量為h1h2C吸收光子的能量為吸收光子的能量為h2h1D輻射光子的能量為輻射光子的能量為h2h1解析解析:選選D.氫原子從能級氫原子從能級m躍遷到能級躍遷到能級n時輻射紅時輻射紅光光,說明能級說明能級m高于能級高于能級n,而從能級而從能級n躍遷到能級躍遷到能級k時吸收紫光時吸收紫光,說明能級說明能級k也比能級也比能級n高高,而紫光的而紫光的頻率頻率2大于紅光的頻率大于紅光的頻率1,所以所以h2h1,因此能級因此能級k比能級比能級m高高,所以若氫原子從能級所以若氫原子從能級k躍遷到能級躍遷到能級m,應(yīng)輻射光子應(yīng)輻射光子,且光子能量應(yīng)為且光子能量應(yīng)為h2h1.故選項故選項D正確正確.核能的計算核能的計算1書寫核反應(yīng)方程的注意事項書寫核反應(yīng)方程的注意事項(1)書寫核反應(yīng)方程時要以事實為依據(jù)書寫核反應(yīng)方程時要以事實為依據(jù)(2)核反應(yīng)通常不可逆核反應(yīng)通常不可逆,方程中要用方程中要用“”“”連接連接,不能用不能用“”連接連接.(3)質(zhì)量數(shù)守恒并不意味著反應(yīng)前后粒子的總質(zhì)質(zhì)量數(shù)守恒并不意味著反應(yīng)前后粒子的總質(zhì)量相等量相等.(4)無光子輻射時，核反應(yīng)中釋放的核能轉(zhuǎn)化為無光子輻射時，核反應(yīng)中釋放的核能轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動能，在此情況下可應(yīng)用生成的新核和新粒子的動能，在此情況下可應(yīng)用力學規(guī)律力學規(guī)律(動量守恒和能量守恒動量守恒和能量守恒)來計算核能來計算核能2核能計算：核能計算：Emc2(1)若若m以以kg為單位，則為單位，則Emc2.(2)若若m以原子質(zhì)量以原子質(zhì)量u為單位，則為單位，則Em931.5 MeV. (8分分)(2011年山東濟南模擬年山東濟南模擬)2010年上海年上海世博會倡導(dǎo)世博會倡導(dǎo)“綠色世博綠色世博”和和“低碳世博低碳世博”的理念的理念,世博會中國主題館世博會中國主題館“東方之冠東方之冠”高大高大68米的屋米的屋頂臺上頂臺上“鑲嵌鑲嵌”有與建筑相融合的太陽能光伏組有與建筑相融合的太陽能光伏組件件,屋面太陽能板面積達屋面太陽能板面積達3萬多平方米萬多平方米,是目前世是目前世界最大的單體面積太陽能屋面界最大的單體面積太陽能屋面,上海世博會場館上海世博會場館周圍周圍80%90%的路燈利用太陽能發(fā)電技術(shù)來供的路燈利用太陽能發(fā)電技術(shù)來供電電.例例2強化訓(xùn)練強化訓(xùn)練2(改編題改編題)有關(guān)研究表明，宇宙中有關(guān)研究表明，宇宙中氦生成的途徑有兩條：一是在宇宙誕生后氦生成的途徑有兩條：一是在宇宙誕生后2分分鐘左右生成的；二是在宇宙演化到恒星誕生后，鐘左右生成的；二是在宇宙演化到恒星誕生后，由恒星內(nèi)部的氫核聚變反應(yīng)生成的天文學家由恒星內(nèi)部的氫核聚變反應(yīng)生成的天文學家測得銀河系中氦的含量約為測得銀河系中氦的含量約為25%.(3)根據(jù)你的估算結(jié)果根據(jù)你的估算結(jié)果,對銀河系中氦的主要生成對銀河系中氦的主要生成途徑作出判斷途徑作出判斷(可能用到的數(shù)據(jù)可能用到的數(shù)據(jù):銀河系的質(zhì)量約為銀河系的質(zhì)量約為M31041 kg,原子質(zhì)量單位原子質(zhì)量單位1 u1.661027 kg,1 u相當于相當于1.51010 J的能量的能量,電子質(zhì)量電子質(zhì)量me0.0005 u,氦核氦核質(zhì)量質(zhì)量m4.0026 u,氫核質(zhì)量氫核質(zhì)量mp1.0078 u,中微子中微子0質(zhì)量為零質(zhì)量為零)(3)由估算結(jié)果可知，由估算結(jié)果可知，k2%遠小于遠小于25%的實際的實際值，所以銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久值，所以銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久生成的生成的知能優(yōu)化訓(xùn)練知能優(yōu)化訓(xùn)練本部分內(nèi)容講解結(jié)束本部分內(nèi)容講解結(jié)束按按ESC鍵退出全屏播放鍵退出全屏播放