1.1 原子核的电荷、质量和半半径
化学反应中的原子半径和离子半径知识点总结
化学反应中的原子半径和离子半径知识点总结化学反应是物质之间发生变化的过程，而在化学反应过程中，原子半径和离子半径是重要的知识点。
原子半径是原子的大小，而离子半径是离子的大小。
本文将对原子半径和离子半径的相关知识进行总结。
1. 原子半径原子半径是指原子核到原子外层电子最远轨道的距离。
原子半径大小与元素的周期表位置有关，一般来说，原子半径随着周期数的增加而增加，原子半径由上到下逐渐增大。
1.1 原子半径的趋势规律1.1.1 原子半径随原子序数的增加而增大随着元素周期数的增加，电子层数增加，原子半径逐渐增大。
这是因为随着电子层的增多，电子云分布范围相对扩大。
1.1.2 原子半径由上到下逐渐增大原子周期表中同一族元素，周期数增加，电子层数增加，电子云分布范围扩大，原子半径逐渐增大。
1.1.3 原子半径由左到右逐渐减小原子周期表中同一周期元素，原子半径由左到右逐渐减小。
这是因为随着原子核电荷数的增加，吸引外层电子的能力增强，电子云收缩，原子半径减小。
2. 离子半径离子半径是离子的大小，离子半径与原子半径有着密切的关系。
当一个原子失去或获得电子形成离子时，会产生离子半径的变化。
2.1 正离子与原子半径的关系正离子比原子半径小。
当原子失去一个或多个电子，原子核对剩余电子的吸引力增强，电子云受到缩小，从而形成较小的正离子。
2.1 负离子与原子半径的关系负离子比原子半径大。
当原子获得一个或多个电子，原子核对额外电子的吸引力减弱，电子云因电子间的静电排斥而膨胀，从而形成较大的负离子。
3. 原子半径和离子半径对化学反应的影响3.1 原子半径和离子半径的变化可导致化学反应的发生原子半径或离子半径的变化可以导致电子层结构的改变，从而影响元素的化学性质。
例如，原子半径的减小会使得元素对电子的亲和力增强，从而更容易接受或丢失电子，促使化学反应的发生。
3.2 原子半径和离子半径的差异可影响离子间的相互作用力原子半径和离子半径的大小差异会影响化学反应中离子间的相互作用力。
第一章 原子核的基本性质
式中
r0 (1.4 1.5) 10 cm (1.4 1.5) fm
1fm=10-13cm = 10-15m
R r0 A
1/ 3
(1.1 8)
13
（2） 电荷分布半径
测量方法：利用高能电子在原子核上的散射，电 子波长小于核半径
E E m c 2 k 0 1 2 2 4 2 E (c p m0 c ) h p hc 解之得 1 2 [ Ek ( Ek 2m0c )] 2
3. 测量方法---质谱仪
三部分: 离子源、电磁场、探测器
质量为M的离子通过加速电极后所具有的速度v,满足下列关系：
M 2 qV 2
(1.1 2)
被加速的离子在磁场B的作用下，将在垂直磁场的平面内以半 径R作圆弧运动，最后通过狭缝 S 2到达接收电极。于是有
由以上两个式子消去v可得
Mv 2 qvB R
e e l Pl gl P l 2me 2me
（1.3-2）
s g s B Ps
（1.3-3）
和
l g l B Pl
（1.3-4）
e 式中 B 9.2740 10 24 A · m 2,称之为玻尔磁子。 2me
qB 2 R 2 M 2V
3作用半径
中子、质子等粒子的散射 快中子---核散射
2 ( R )
2
散射截面等于单位时间的散射粒子数除以入射 粒子通量[表示一个入射粒子被单位面积靶上 一个靶核散射的几率]
测得R
实验表明：核半径与质量数A有关。它们之间的关系可近似地表 示作下面的经验公式：
设F=I+j，I+j-1，…时的相互作用能E分别为E1， E2,…，由（1.2-8）式就容易算得两相邻能级的间距
1.1 原子结构 原子核外电子排布
h:普朗克常数，6.626×10-34J· s
Heisenberg测不准原理
海森堡
Werner Carl Heisenberg 1902-1972 德国物理学家 获1932年Nobel物理奖
具有波粒二象性的微 观粒子，不能同时测 准其位置和速度（动 量）。如果微粒的运 动位置测得愈准确， 则相应的速度愈不易 测准，反之亦然。
多电子原子中的能级图
能级交错现象
近似能级图
l 相同，n 越大，能量越高
Eg. E1s<E2s<E3s<E4s; E2p<E3p<E4p<E5p. n 相同，l 越大，能量越高
– 同一主层中各亚层能级产生差别的现象叫做能 级分裂. Eg. E2s<E2p; Ens<Enp<End
n、l 都不同，比较原子能量使用 (n+0.7l)： (n+0.7l) 越小，能量越低；比较离子能量使用
主量子数— n
主量子数 n
1
2
3
4
5
6
7
· · ·
电子层
一
二
三
四
五
六
· · 七 ·
符号
K
L
M
N
O
P
Q
· · ·
角量子数— l
用来描述核外电子运动所处原子轨道（或电子云） 形状的，也是决定电子能量的次要因素。 对于确定 的主量子数 n ，角量子数 l 可以为 0, 1, 2, 3, 4, … ( n-1 )， 共 n 个取值，光谱学上依次用 s , p , d , f , g , … 表示 。 意义 角量子数 l 决定原子轨道的形状 l
n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 电子层 K L M N O P Q
原子物理第一章知识点总结
角动量守恒：
角动量守恒：
由能量守恒和角动量守恒的表达式消`：
利用库仑公式：
代入整理得：
α粒子距原子核越近
α粒子所能达到的最小距离
两个相斥的粒子碰撞时能靠近的最小距离
可以由此估计原子核大小的数量级：
原子半径数量级为 米，原子核半径数量级为 米，相差4-5个数量级，面积相差8-10个数量级，体积相差12-15个数量级。若把原子放大到足球场地那么大，则原子核相当于场地中心的一个黄豆粒。可见原子中是非常空旷的。
2.实验结果：
绝大部分α粒子进入金箔后直穿而过(θ=0)或基本直穿而过(θ很小，约在2-3度之间)；
有少数α粒子穿过金属箔时，运动轨迹发生了较大角度的偏转(45o )；
个别的α粒子，其散射角>90o，有的竟沿原路完全反弹回来,θ180o。
2．汤姆逊模型的困难
近似1：α粒子散射受电子的影响忽略不计
近似2只受库仑力的作用。
2、粒子散射实验为人类开辟了一条研究微观粒子结构的新途径，以散射为手段来探测，获得微观粒子内部信息的方法，为近代物理实验奠定了基础，对近代物理有着巨大的影响。
3、粒子散射实验还为材料分析提供了一种手段。
α粒子散射理论中的几个近似：
1．薄膜中的原子核前后不互相覆盖。
2．只发生一次散射。
3．核外电子的作用可以忽略。
0.019
0.19
1.7
16.9
112
172.3
由此可以看出，要得到大角散射，正电荷必须集中在很小的范围内，α粒子必须在离正电荷很近处通过。
2．卢瑟福散射公式
通过b~b-db之间的圆环形面积的α粒子，必定散射到θ~θ+dθ之间的空心圆锥体中。
原子物理问题解析原子核的质量数与电荷数计算
原子物理问题解析原子核的质量数与电荷数计算原子核是构成原子的重要组成部分，包含质子和中子。
质子具有正电荷，中子则没有电荷。
原子核的质量数是指质子和中子的总数，而电荷数则是指质子的数量。
在原子物理中，我们可以通过一些方法来计算原子核的质量数与电荷数。
本文将解析这些计算方法。
1. 质量数的计算方法原子核的质量数为质子和中子的总数，可以通过以下公式计算：质量数 = 质子数 + 中子数质子数可以通过元素的原子序数得到，也可以通过核式表示法进行确定。
核式表示法使用元素符号和质量数来表示某个元素的原子核，例如氧元素的核式表示法为^16O，其中16代表氧的质量数。
中子数可以通过质量数减去质子数得到：中子数 = 质量数 - 质子数举例来说，如果我们想计算氧元素的质量数和中子数，可以根据氧元素的原子序数和质量数进行计算。
氧元素的原子序数为8，而氧-16的核式表示法为^16O，因此氧元素的质子数为8，质量数为16。
根据质量数减去质子数的公式，可以得到中子数：中子数 = 16 - 8 = 8所以氧元素的质量数为16，中子数为8。
2. 电荷数的计算方法原子核的电荷数等于质子的数量，因为质子带有正电荷。
质子的数量可以通过原子核的质量数和元素的原子序数得到。
举例来说，如果我们要计算氧元素的电荷数，可以根据氧元素的原子序数得到质子数，因为质子数等于电荷数。
氧元素的原子序数为8，所以氧元素的电荷数为8。
3. 实际应用质量数和电荷数的计算在原子物理研究中起到了至关重要的作用，有助于确定元素的同位素和核素。
同位素是指具有相同质子数但中子数不同的原子核，而核素是指具有相同质量数的原子核。
通过计算质量数和电荷数，我们可以辨别不同元素的同位素和核素，从而深入研究原子核的性质和特点。
此外，在核能反应和放射性衰变等研究中，质量数和电荷数的计算也扮演着重要的角色。
通过对原子核的质量数和电荷数进行分析，可以预测和解释核反应的过程和产物，为核能利用和放射性物质的应用提供理论依据。
原子核的基本性质
1 12
12
1 1 =1.6605655×10 27kg = NA 12 6.022045×1023
8
第一章 原子核的基本性质
测质量的质谱仪方法（电磁方法）：
首先让原子电离，然后在电场中加速以获得一定动能，接着在磁场中偏 转，由偏转的曲率半径的大小可求得离子的质量。 D 为一扁平的真空盒，放于磁铁间隙内；
实际仪器中，B和R都已固定，q也已知，只要改变加速电势差V就可测得 不同的粒子质量M。
例：设离子带一个单位电荷，B=0.3580T，R=0.05m，实验测得V=672V
时，离子电流有一极大值，则由公式可以算出所测离子质量
19 ×(0.358)2 ×(0.05)2 qB2R2 1.6×10 Kg = 3.81×10 26kg = 2×672 2V
13
第一章 原子核的X ：元素符号
Z ：核电荷数 N ：中子数 A ：核子数（A＝Z＋N）
Li4
A
元素符号X与Z具有唯一的确定关系，
Z可省略， N＝A－Z 也可省略。
X
7
Li
14
第一章 原子核的基本性质
§1.3．核的半径
(1)核力作用半径：核力有一作用半径，在半径之外，核力为零。这
7
第一章 原子核的基本性质
§1.2．核的质量
原子的质量是原子核质量与核外电子质量之和，同时考虑结合能时：
MA=MN+Me-We
一般不必推算原子核质量，对于核的变化（核反应），变化前后的
电子数目不变，电子的质量可以自动相消 一个原子质量单位定义如下：
1u=12C原子质量的
原子质量单位与kg的关系为：
种半径叫做核半径，这样定义的核半径是核力作用的半径
第一章_原子核物理讲义
②当A＞30时，比结合能接近于8MeV/Nu， 这表明原子核的结合能与核子数近似成正 比。这一事实揭示了核力的饱和性。 ③比结合能曲线的形状是中间高、两头低。 说明A为50－150的中等质量的原子核结合 的比较紧，而很轻的核和很重的核结合得 比较松，这正是人类利用核能的基本根据。 当一个重原子核分裂成两个中等质量的原 子核时，比结合能由小变大，有核能释放 出来。例如235U吸收一个热中子后，裂变成 两个中等质量的原子核，比结合能由7.6增 大到8.5MeV/Nu，同时有大约210MeV的能量 放出。
7 (2 )3 L i核 的 半 径 为 ： R 1 .2 73 1 .2 1 .9 12 .3 0 f m 2 n 7 由 原 子 物 理 易 知 ， 电 子 的 轨 道 半 径 由 公 式 ： r = a 计 算 ， 对 于 i原 子 最 内 层 1 3L z 0 .5 3 10 1 0 4 轨 道 ， 取 n = 1 、 z = 3 、 a 0 .5 3 1 0 m , 则 r 1 0 m = 1 .7 7 1 0f m ， 从 而 1 3 r 1 7 7 0 0 7 6 9 6 。 R 2 .3 0 可 见 原 子 核 半 径 比 原 子 半 径 小 数 千 倍 。
1
§1.3原子核的结合能和质量（或结 合能的）半经验公式
1、原子能的结合能
（1）“1+1≠2” 原子核既然是中子和质子所组成，但 原子核的质量小于核内中子和质子质量之 和。 中子和质子组成氘核时，会发出一部分 能量（2.225MeV），这就是氘核的结合能。
（2）核的结合能 假如，一原子核质量为m，有Z个质子， N个中子，那么该原子核的结合能B由下式 决定：
利用高能电子散射实验，测得一些核的电荷分布如图 1.2.1，这种分布可近似用二参量费米分布函数描述， 即： ρ r－c （1.2.4） 1+exp( ）
新教材 人教版高中物理选择性必修第三册 第五章 原子核 知识点考点重点难点提炼汇总
第五章原子核1．原子核的组成............................................................................................................ - 1 -2. 放射性元素的衰变..................................................................................................... - 6 -3. 核力与结合能........................................................................................................... - 13 -4. 核裂变与核聚变....................................................................................................... - 19 -5. “基本”粒子 ................................................................................................................ - 19 -章末复习提高................................................................................................................ - 29 -1．原子核的组成一、天然放射现象及三种射线1．天然放射现象(1)1896年，法国物理学家贝克勒尔发现某些物质具有放射性。
(2)①放射性：物质发射射线的性质。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一章
原子核的基本性质
1）原子的核式模型
1871～1937
19081908年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖其他主要贡献：1919年，1920年，预言中子存在O
H N 17
1
14
+→+α培养了12位诺贝尔奖获奖者
1909年卢瑟福α散射试验，1911年提出原子的核式模型。
卢瑟福散射实验结论：
•正电荷集中在原子的中心，即原子核；
•线度为10–12cm量级，为原子的10–4量级；
•质量为整个原子的99.9%以上；
从此建立了原子的有核模型。
从此建立了原子的有核模型。
原子的电中性，要求：
•原子核所带电量与核外电子电量相等，•核电荷与核外电子电荷符号相反。
即：核电荷Ze，核外电子电荷–Ze。
2）中子的发现与原子核的组成
发现中子之前，人们猜测原子核是由质子和电子组成的。
这个假设可以解释原子核的质量和电荷。
但也遇到了不可克服的困难。
与实验和理论不符。
*小论文：用三种不同方法证明原子核中不含电子？
19321932年查德威克年查德威克年查德威克(J. Chadwick)(J. Chadwick)(J. Chadwick)发现
发现中子。
(据此获据此获193519351935年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖))1891～1974
用
用 α 粒子轰击铍，铍放射出穿透力很强的中性粒子，可以将含氢物质中的质子击出，并证明其有与质子相近的质量。
实验中放出的不是高能γ，而是中子。
C
n Be 12
9+→+α
核电荷数Z 同时表示：
核内质子数，核的电荷数，核外电子数，原子序数。
原子核由质子和中子组成， 中子和质子统称为核子。
中子不带电。
质子带正电，电量为e 。
电荷数为Z 的原子核含有Z 个质子。
中子发现后，海森堡(W.Heisenberg )很快提出，原子核由质子和中子组成，并得到实验支持。
1901～1976因量子力学方面贡献，获1932年诺贝尔物理奖
3）测量原子核电荷数方法----莫塞莱方法
2）原子核物理常用术语及意义A.核素（nuclide ）
具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核或原子称为核素。
核子数、中子数、质子数和能态只要有一个不同，就是不同的核素。
N A Z X
1266C
126
C 12C
Tl 20886Pb 20882 两种核素，A 同，Z 、N 不同。
Sr 9038Y 9139两种核素，N 同，A 、Z 不同。
60
Co 58
Co 两种核素，Z 同，A 、N 不同。
60
Co 60m Co
两种核素，A 、Z 、N 同，能态不同。
某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为同位素丰度。
具有相同原子序数但质量数不同的核素称为某元素的同位素。
(即Z 相同，N 不同，在元素周期表中处
于同一个位置，具有基本相同化学性质。
于同一个位置，具有基本相同化学性质。
)
)B.同位素（isotope ）和同位素丰度
235
92U 23892
U 铀的二种同位素。
1
1H
21H 31H 氢的三种同位素；16O 17O 18O 99.756%、0.039%、0.205%
1
1H 21H
99.985%、0.015%
C.C.同中子异荷素（
同中子异荷素（isotone ）D.D.同量异位素（
同量异位素（isobar ）质量数A 相同，质子数Z 不同的核素。
中子数N 相同，质子数Z 不同的核素。
12
1H 231He 6148C 8168
O 也称为同中子素或同中异位素。
1840
Ar 1940K 4095Zr 4195N b
E.E.同质异能素（
同质异能素（isomer ）（同核异能素）质子数质子数 Z 和中子数中子数
N 均相同，而能态不同的核素。
87
38Sr 同质异能态：
同质异能素所处的能态，是寿命比较长的激发态。
同质异能素所处的能态，是寿命比较长的激发态。
8738m Sr 激发态半衰期为激发态半衰期为2.81hr 2.81hr 2.81hr。
87
38m Sr 锶
核素图及ββ稳2) 核素图及
定曲线
核素图
β稳定曲线
稳定曲线``
核素图及核素图及β
β稳定曲线的特点：
A.A.核素图包括
核素图包括300多个天然存在的核素(其中稳定核素280280多个，放射性核素多个，放射性核素多个，放射性核素303030多个多个多个)
)及1600多个人工放射性核素。
B.B.稳定同位素几乎全落在一条光滑的曲线，稳定曲
稳定同位素几乎全落在一条光滑的曲线，稳定曲线在轻核靠近轻核靠近 Z ＝N 线，而对重核则对重核则
N > Z .C.C.偏离稳定曲线上方的核素为
偏离稳定曲线上方的核素为丰中子核素，易发生β－衰变；下方的核素为缺中子核素，易发生易发生β
β＋衰变。
3）核的质量测量。