第第頁(yè)共7頁(yè)第十五講原子物理30.原子物理<11原于的核式結(jié)構(gòu)模電電F的發(fā)現(xiàn)年湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，揭開(kāi)『人類研究原子結(jié)構(gòu)的序鼠他提出門；汀的*棗糕”模據(jù)*但后披實(shí)購(gòu)事實(shí)否定.盧瑟槁的原子核式結(jié)構(gòu)模型：業(yè)粒子鍛射實(shí)驗(yàn)——用Q粒子轟由金箔?絕大爭(zhēng)數(shù)a粒了不發(fā)牛倔轉(zhuǎn)：少數(shù)a粒子發(fā)牛./較大的館轉(zhuǎn);極少數(shù)Q純予出現(xiàn)人角度偏轉(zhuǎn).甚至反彈阿來(lái)*（IIIj倣射性物質(zhì)枚出的a粒子浪高速的氮核+它□有足夠的能如町以接近原子的屮心.還可以使覺(jué)光物質(zhì)發(fā)光，因此盧瑟福選用。粒子作為喪缶金納的**炮弾J因均金原子核的電荷Q=旳聯(lián)比?粒f的庫(kù)侖力大*金原嚴(yán)核的質(zhì)墾遠(yuǎn)大于口粒子.使。鉉子在碰幢過(guò)程中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化明顯亠且金的延展性能好，町制成很薄的粕.減小a粒產(chǎn)與金原子核發(fā)生二次碰痺的町能件*所以盧瑟棉選用金箔作為a粒產(chǎn)散射實(shí)驗(yàn)的“靶內(nèi)容;在原子的中心有-個(gè)很小的核（半桂約1曠?⑷”tp）叫原f?核■原子的全部正電荷和幾乎仝:部質(zhì)業(yè)都集中在原子核！"帶負(fù)電的電Mi擷外空間里繞甘核筒速旋轉(zhuǎn)（訊了-半桎約10-'°m）o（2）玻爾的很予模型盧瑟曲的核式結(jié)構(gòu)橙型與經(jīng)典電磁理論的才盾一-獵「址橙定的述足不穩(wěn)定的仙;［子光譜址線狀比満述是連絨光譜.內(nèi)容（三條假設(shè)）；能級(jí)假設(shè)（解決原子的穩(wěn)定性）：原子只能處于一系列不連續(xù)的能呈狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原于是穩(wěn)定的?電子蟲(chóng)然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量"這些狀態(tài)叫做定態(tài)?各亍定態(tài)的能址值｛包括動(dòng)能和電勢(shì)能）叫做能級(jí)』躍遷假設(shè)（解釋原F光譜）屈于從…種崔態(tài)（設(shè)能啟為坊宀躍遷到擁一種崔態(tài)〔設(shè)能址為EI時(shí).它輻射（由扃能級(jí)向低能級(jí)躍遷）或吸收（由低能級(jí)向髙陸級(jí)躍遷）一定頻率的址子?光子的能曲為加=|E切一坯山軌道址子化假設(shè)主原子的不同能就狀態(tài)跟Ell子沿不同的軌逍繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)”原產(chǎn)的定態(tài)塑不連續(xù)的?因此電產(chǎn)的町能軌道的分布也叢不連續(xù)的。只有滿足卜列條件的軌道才址可能的；軌跟電『的動(dòng)啟,心的乘積等Th/2jt的整數(shù)借*即HJVT=皿/2兀，5=1*2.3?…n式中的n是止幣數(shù).叫做駅子數(shù)n（3）氫原子的軌道公式和能級(jí)公式氫的電子的可能軌道半徑tra=u2r（,（r|=0^53X10l0m）?對(duì)應(yīng)的氫頂子的能級(jí)：耳-Ei/n2tXE,=一13.6eV）.就f?數(shù)打=1時(shí)丫氯原產(chǎn)的能級(jí)廉低（跟子最穩(wěn)宦）?這時(shí)電子在離核嚴(yán)近的軌道上運(yùn)動(dòng).這種定態(tài)叫做帛態(tài)°X孑2的定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。處于鍛發(fā)態(tài)的原;T-不太穩(wěn)定，會(huì)自發(fā)躍遷到能級(jí)較低的激發(fā)態(tài)或荃態(tài)"（4）原子核的組成與核反應(yīng)天然放射現(xiàn)象（自發(fā)核轉(zhuǎn)變）J896年，貝克勒耳育先發(fā)現(xiàn)放射現(xiàn)熱揭開(kāi)了人類研究原子結(jié)構(gòu)的序幕。三種射線，a妙線*速度約為光速1/10的氮核（HG流*乩電離本領(lǐng)最強(qiáng).貫穿本領(lǐng)垠小*卩射線:速度接近光速的応速電子漩，其電離本領(lǐng)較弱，貫穿本領(lǐng)較強(qiáng)。7射線:披喪極短的電磁波（丫光子流）?其電離車領(lǐng)蟻騎?貫穿本頌很強(qiáng)。原子核的衰變:放射性尤素的原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓?。兩種衰變怡Hc（a衰變）5X-z+7Y+4e（p^變）對(duì)同一個(gè)原于核來(lái)說(shuō)?不町能同時(shí)既發(fā)生?衰變又發(fā)生P克變”發(fā)牛.a衰變和卩衰變楚有先后的.而對(duì)產(chǎn)一個(gè)放射源來(lái)說(shuō)?由F右大於的原子核?其中有的原子核發(fā)生口衰變,有的發(fā)生0衰變、同時(shí)伴隨丫寢變，所以護(hù)同時(shí)"放岀叭隊(duì)丫三種射線。。粒子、卩粒子及Y光子都是從原子核里發(fā)射出來(lái)的?但不能認(rèn)為原子核是由這些粒子組成的?IS了骸足由質(zhì)子和中于組成的?其實(shí)。粒子是原子核內(nèi)的2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合在一起發(fā)對(duì)岀來(lái)的鼻粒F址原子核內(nèi)的中F轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)了時(shí)發(fā)射出來(lái)的，至于丫比子是放射性原子核住發(fā)牛Q衰變或0哀變時(shí)產(chǎn)住的臬些新核?由于具有過(guò)多的能扯（核處于激發(fā)態(tài)）而輻射出來(lái)的。半議期:放射性尤素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間，它表示放射性元累衰變的快慢?是由核內(nèi)部本身的閃素決定的，與其物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。半衰期反映了對(duì)大獻(xiàn)原子核囲育的一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律。人工核轉(zhuǎn)變:原子核找殊他粒子作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原于核的變化。貞子的發(fā)現(xiàn)盧瑟福卅N+；Hl暑O4H中子的發(fā)現(xiàn)：（査德威克片&+2Hl^C+和順子核的組成:不同元素的原子核是由不同數(shù)冃的質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)產(chǎn)和中子統(tǒng)稱為核子*原了孩的質(zhì)城數(shù)等于苴核尹數(shù)，原子核的電荷數(shù)零于兀質(zhì)子數(shù)?原子核的中子數(shù)N等于其質(zhì)狀數(shù)A與電荷數(shù)2之差?即N=A—Z。核反應(yīng);某種元素的原子核變?yōu)榱硪环N元素的原子核的過(guò)程叫做核反應(yīng)。類型:常見(jiàn)的核反應(yīng)可分為衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變、聚變等兒種類型。規(guī)律:質(zhì)lit數(shù)守恒>電荷數(shù)守恒?？譇+席盅「+乳DtA】+Ag=Aj+A〕iZi+Z2=懇+乙（5）愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程核能及其應(yīng)用核力：核獷間存在著強(qiáng)大的核力*它把各種核子緊緊地拉在-起。核力是吸引力為短程力,貝在相鄰前核子間發(fā)生作用亠核能：曲于核子間存在著強(qiáng)大的核辦，核子結(jié)合成原子核（或原子核分解為核子）時(shí)，放出(或吸收)的能砧叫做原子核的結(jié)合能，簡(jiǎn)稱核熱愛(ài)網(wǎng)斯坦的質(zhì)能方程質(zhì)能方程；E=me2a質(zhì)凰虧擁;組成原子核的核子的總質(zhì)撾與嚴(yán)子核的質(zhì)母之差；叫做核的質(zhì)孫弓損。核能的汁算；血=心宀釋放核能的途輕：重核裂變’亜核分裂成屮等質(zhì)量的核的反應(yīng)過(guò)程°例如，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(甫核裂變時(shí)放出的中干便裂變反應(yīng)持續(xù)地逬行的過(guò)程、發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件尼裂建物質(zhì)的體積大F臨界體積兒輕核聚變:輕核結(jié)合成質(zhì)童較大的核的反應(yīng)過(guò)程^JAnfH-blH-mc^n+17.6MeV應(yīng)該記準(zhǔn)一些常用粒子的符號(hào)。例如，質(zhì)子IH、中子」m電子一扛、正電子俺』粒子等亠［例叮常TM出經(jīng)過(guò)一系列□和曰衰變.變成轡Pb｛即下列說(shuō)法正確的是(、鉛核比社核少8個(gè)質(zhì)子B.鉛核比社核少16個(gè)中子共經(jīng)歷了4次口衰變和6次B衰變D.共經(jīng)歷了B次厲寰變和4次曰衰變解析:根據(jù)P哀變不會(huì)引起質(zhì)忻數(shù)的減少JI先依據(jù)質(zhì)童數(shù)的減少確定住哀變的次數(shù)?卩匸依據(jù)電荷數(shù)守恒確定P我變的次數(shù)。常Th的質(zhì)子數(shù)為90沖尹數(shù)為1億鍛珂的質(zhì)子數(shù)為82沖子數(shù)為図?因而鉛核比社核少盤傘質(zhì)TJ6牛屮子.注意到一次?珪變質(zhì)量數(shù)減少4,故口衰變的次數(shù)為z=?3匕嚴(yán)=§次。.再結(jié)合核電荷數(shù)的變化悄況和衰變規(guī)律來(lái)判定3養(yǎng)變的次數(shù).y應(yīng)滿足2『一，+取二90.，匸力一8=4次。故木題應(yīng)選ABl\［例2］—牛電子,遠(yuǎn)離氫原子時(shí)速度為1.9X10sm/s.與氧原子碰撞后?速度變?yōu)榱?如果氮嵐子中的電子原來(lái)處于第一玻爾軌道，求氧原子被激發(fā)后發(fā)生自發(fā)躍遷所放出光子的頻率。解析：貝右一盤動(dòng)能的電子吁氮原子碰掩后使氯原子處j激發(fā)狀態(tài)丫氯原子的核外電耳由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)乂輜射放出光子*根據(jù)玻爾的躍遷理論可求得光子的頻睪'電子的動(dòng)能Ek=令加-L64XW］2J=詢2eV氫原子吸收/10,2eV的能Sb躍遷到較商的能級(jí)上.其能級(jí)值E”=爲(wèi)+10.2eV=—13.6eV+10+2W=-M4eV設(shè)相應(yīng)的戰(zhàn)子數(shù)為m根據(jù)碼=EL/n2可得n=2fr電子處于丹=2的激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，它能自發(fā)躍遷到基態(tài)并放出光子，設(shè)輻射光子的頻率為片則hv=E2-E,得w=2.46X10l3Hzn［例3］太陽(yáng)現(xiàn)止處于空庫(kù)星漁化階段。它主婪是由電子和JH.等原子核組成.維持太陽(yáng)輛射的足它內(nèi)部的核聚變反應(yīng)?核反應(yīng)方程是2亡斗們H-!He+釋放的核能*這些核能最后轉(zhuǎn)化為輛肘能"根據(jù)冃肋關(guān)干恒星演化的理論，若由于聚變反應(yīng)而使太陽(yáng)中的】H核數(shù)

R從現(xiàn)有數(shù)減少⑷％’太陽(yáng)舟離開(kāi)主序星階段而轉(zhuǎn)人紅巨星的演化階段。為了簡(jiǎn)化?假定忖前太陽(yáng)全部山電子和;H核組成。<］）為『研究太陽(yáng)演化進(jìn)程「詣知逍目朗太陽(yáng)的質(zhì)怕M匕知地球半徑R=&4x2m*地球質(zhì)量斯=6.0X1034kgo日地中心的距離r=L5XWf.地球表而處的璽力加速度f(wàn)i=lOm/s\1年約為3.2XIO7s,試估算目前衣陽(yáng)的質(zhì)ttMtl⑵已知質(zhì)子質(zhì)量Mp=1?6726XIO"27kg.JHe質(zhì)呆叫=6.6458XIO-27kg,電子質(zhì)量用=6gx10?kf??光速r=3X10sm/s.求毎發(fā)生一次題中所述的核聚變反應(yīng)所釋放的核能。解析；（1）估算太陽(yáng)的質(zhì)量JVL設(shè)丁為地球繞日心運(yùn)動(dòng)的周期*則由萬(wàn)有引力定律和牛頓定律可知G—=rn\T）r地球表面處的雜力加速度以題給數(shù)值代人?得（2）根據(jù)質(zhì)量虧損和質(zhì)能公式?該核反應(yīng)每發(fā)生一次釋放的核能為AE=（伽m+2杯-叫）宀代入數(shù)值?得AE=4.2X10^12J.2,4.、攻芫條（十五）2,4.、攻芫條（十五）盧瑟福的a粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果證明了質(zhì)子和中子的存在原子核由質(zhì)子和中子組成原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)蛍集中在一個(gè)很小的核內(nèi)D原子內(nèi)的電子在核外繞核運(yùn)動(dòng)當(dāng)a粒子被童核射散時(shí)?圖15-1所示的各種運(yùn)動(dòng)軌跡中，H能岀現(xiàn)的是A*aC.c關(guān)于天然放射現(xiàn)象,下述說(shuō)法屮正確的是a.具有天然放射性的原子核由于不穩(wěn)足而n發(fā)地進(jìn)行衰變B?放射線是從原子核內(nèi)釋放出的看不見(jiàn)的射線c.B射線是由電子組成，表明在原子核內(nèi)有電子IX三種射線都屬于電磁波嚎Th原子核要能變成。韁Pb原子核.則婆經(jīng)過(guò)4次衣衰變、6次0衰變要經(jīng)過(guò)6次a衰變、4次B衰變B.bD.d圖15-1匚要經(jīng)過(guò)12次住衰變e次B衰變D.要經(jīng)過(guò)6次a褻變、2次R謹(jǐn)變5-卜列關(guān)于放射性元素半滾期的幾種說(shuō)法中，正確的是()A.同種放射性元素在化合物中的半衰期比單質(zhì)中的長(zhǎng)B-壓強(qiáng)増大，半衰期變短匚鋭的半衰期為3?只天，若冇4牛筑原子核?經(jīng)過(guò)？冷天就只剩1個(gè)IA筑的半走期為3?8天舁g筑經(jīng)過(guò)7.6天就只剰lgTOC\o"1-5"\h\z6?卜?列核反應(yīng)方程中,X代衣中子的方程有(}A.能P—翟Si+XB.召AI+^Hl罷P+X'C.囁Th+X—嚼Ba十票Kr+2(h)D.:Be+扌Hl峙C+X7*以下說(shuō)法中正確的是()A.具有相同質(zhì)子數(shù)不同中子數(shù)的原子稱為同位素1人在電場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的放射線是Y射線,它是一種波長(zhǎng)很短的電磁波在電場(chǎng)屮逆電場(chǎng)線方向偏轉(zhuǎn)的是P射線.它來(lái)自原子核外的電子【)?在電場(chǎng)中順電場(chǎng)線方向偏轉(zhuǎn)的是a射線,它有很強(qiáng)的電離本領(lǐng)&設(shè)菜放射性物質(zhì)八的半袞期為八另一種放射性物質(zhì)B的半衰期為2八在初始時(shí)刻，的順子核數(shù)(1為“的原子核數(shù)冃的4借■則()經(jīng)過(guò)時(shí)間2T.A與B的原子核數(shù)目相同經(jīng)過(guò)時(shí)間2T.A的原子核數(shù)冃大于B的原子核數(shù)目C?經(jīng)過(guò)時(shí)間37\A的原子核數(shù)日大于￡的原子核數(shù)冃經(jīng)過(guò)時(shí)間4T,A馬￡的原子核數(shù)目相同9?粒了肢射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明『()九原子中冇一個(gè)很小的核H?原子核集中了原子的全部正電荷IX子核集中了涼子的全部的質(zhì)就原子核由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子組成10,目前普遍認(rèn)為，質(zhì)子和中子祁足由被稱為m夸克和甘夸克的兩類夸克組成…夸克帶電91吐為專rd夸克帶電irt-ye,e為基元電荷。下列論斷町能正確的是()A.質(zhì)子由1個(gè)尹夸克和1個(gè)<1夸克組成，中子由1個(gè)》夸克和2個(gè)d夸克組成B-質(zhì)子由2個(gè)卩夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)》夸克和2個(gè)T夸克組成質(zhì)予由I個(gè)F夸克和2個(gè)&守克組成沖子由2個(gè)!丄夸克和1個(gè)日夸克組成D.質(zhì)子由2牛卜夸克和1個(gè)d夸克組成,中子由1個(gè)尹夸克和1個(gè)d夸克組成訂?處于慕態(tài)的一群氫原子受某種單色光的照射時(shí)?只發(fā)射波長(zhǎng)為入，心，規(guī)的三種單色光,R入A缶>不，則服射光的波氏為()無(wú)人」c轡R的半衰期是無(wú)人」c轡R的半衰期是5天JOE鳴Bi經(jīng)過(guò)20天后述剩下.磷30是不穩(wěn)定的?它會(huì)自發(fā)放出一個(gè)正電子，生成的新核足A.A,IX*核反TOC\o"1-5"\h\z應(yīng)方程是■原子核由和組成.其中數(shù)等于原子在元素周期表中的庁?cái)?shù)?相對(duì)原子質(zhì)fit等于一;具有相同數(shù)而不同數(shù)的原子為同位索。用。粒子轟擊硼10,產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)具有放射性的核?這新核是｛這新核叫放出一個(gè)正電子，衰變所成的核為，其核反應(yīng)方程式為*16?英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福用“粒子轟擊氮】4核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子廣核反應(yīng)方程式為H932年盧瑟福的學(xué)生査德威克用a粒子轟擊鐵9核發(fā)現(xiàn)r中子，其核反應(yīng)方程式為_(kāi)__。17.將1cm3含有人工放射性同位素鈉24的溶液注人人體靜脈中必過(guò)30hE再?gòu)娜梭w屮抽取1cm3祉液，測(cè)得每分鐘有5個(gè)鈉24原子發(fā)生衰變“已知輸入人體前鈉24溶液您秒鐘有2000個(gè)鈉24原子發(fā)生衰變，例24的半套期為15h,由此可知道該人的血液大約有匸肘a18?如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的?p+*C~*臂N號(hào)Nf峙C+P+vp+沐亠扌Np+TNt^O■吟N十A+yp+l?N—?liC4~a氏中\(zhòng)）為質(zhì)子/為a粒子為正電子r為一種中微子*已知質(zhì)子