选修3-5 原子物理基础知识复习

第十七、十八章原子物理基础知识复习
一、原子模型 1.汤姆生模型（枣糕模型）汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂结构。 2.卢瑟福的核式结构模型 ⑴用α粒子轰击金箔现象：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生了较大的偏转。（注：实验需在真空中进行） ⑵卢瑟福由α粒子散射实验提出原子的核式结构，由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m。 3.玻尔模型 ⑴基本假设：①轨道量子化rn=n2r1 r1=0.53×10-10m ②能量量子化：21nEEn E1=-13.6eV ③原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量hν=|Em-En| ⑵ ①从高能级向低能级跃迁时辐射能量（光子）；从低能级向高能级跃迁时要吸收能量（光子或碰撞等） ②选择性吸收：原子从低能级向高能级跃迁时只吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。（如在基态，可以吸收E ≥13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，转化为电离出去的电子的动能）。 ③从能级n跃迁到基态，可辐射的光的种类：n(n－1)/2 ⑶经典理论在原子世界的困难：①解释不了原子的稳定性。②解释不了光谱的分立性。 ⑷玻尔理论的成功与局限性。成功：引进了量子理论成功解释氢光谱的规律。局限：保留了过多的经典物理理论，在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。 二、光谱和光谱分析 2.光谱分析：利用原子的特征谱线（发射谱中的亮线或吸收谱中的暗线）来鉴定物质. 3、同种原子的发射光谱中的亮线和吸收光谱中的暗线是对应的。 三、放射现象 1、贝可勒尔发现天然放射现象，使人们认识到原子核也有复杂结构。 种 类 粒子本质 速度 电离性 贯穿性 α射线 氦核（带正电） 0.1c 最强 最弱，一张厚纸能挡住 β射线 电子（带负电） 0.99c 较强 较强，穿几mm铝板 γ射线 光子（不带电） c 最弱 最强，穿几cm铅版 2.半衰期⑴放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。 ⑵计算式为：该元素原子核剩余个数TttNN210 该元素原子核剩余质量Tttmm210， ⑶半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。 3.放射性同位素的应用 ⑴利用其射线：α射线电离性强，用于使空气电离，消除有害静电。γ射线贯穿性强，可用于金属探伤，γ射线高能量可用于治疗恶性肿瘤。射线可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。 ⑵作为示踪原子。⑶进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代。
一般都使用人工制造的放射性同位素（品种多。半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强
度容易控制）。
四、核力与结合能
1、四种基本相互作用：万有引力、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用
2、核力：属于强相互作用，为短程力，作用范围为1.5×10－15m，距离大于0.8×10－15m体现为引
力，距离小于0.8×10－15m体现为斥力。核力的饱和性：每个核子只跟邻近的核子发生核力作用。
3、弱相互作用 是引起β衰变的原因，力程更短为10－18m。
4、结合能：核子结合成原子核时有质量亏损，会释放能量，要把原子核分开所需的提供的能量就
是原子核的结合能。
比结合能：结合能与核子数之比。比结合能越大，核越稳定。中等大小的原子核比结合能最大，
核子的平均质量最小,最稳定。
四、核反应
⑴衰变： α衰变：e422349023892HThU（核内Hen2H2421011）
β衰变：ePaTh012349123490（核内eHn011110）
正电子衰变：eSiP0130143015（核内enH011011）
⑵人工转变：HOHeN1117842147（卢瑟福发现质子的核反应,也是人类第一次实现原子核的人式
转变）
nCHeBe101264294
（查得威克发现中子的核反应）

nPHeAl103015422713 eSiP0130143015
（人工制造放射性同位素）

⑶重核的裂变：n3KrBanU109236141561023592 ⑷轻核的聚变：nHeHH10423121
所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）
在无光子辐射的情况下，核反应释放的核能为新核的动能，可根据动量守恒和能量守恒求解。
五、核能
1、利用核能的两个途径：由于中等大小的原子核比结合能最大，因此可将重核裂变或轻核聚变。
2、质能方程：E = mc2，ΔE=Δmc2。两式中的各个物理量都必须采用国际单位。
在非国际单位里，可以用1u相当于931.5MeV。
3、重核裂变 (主要应用：原子弹 核电站)
⑴在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。
⑵核反应堆主要构造：
①核燃料。用浓缩铀（能吸收慢中子的铀235）。②慢化剂。用石墨、重水、轻水（使裂变中
产生的中子减速，以便被铀235吸收）。③控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。④导热
剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却）。⑤水泥防护层。
用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。
4、轻核聚变（热核反应）： （主要应用：氢弹，太阳能量来源）
⑴条件：需使两核距离达到10－15m，即需使核具有很大的初动能。方法：加热到高温。
⑵轻核聚变与重核裂变比较，其优点：①产能效率高，②核燃料储量丰富，③安全清洁，放射性
污染小。

氢原子的能级图
n E/eV
∞ 0

1 -13.6
2 -3.4
3 -1.51
4 -0.85

E
1

E
2

E
3

1.光谱
吸收光谱：连续谱中出现的暗线。如太阳光谱

发射光谱
连续谱：连在一起的光带。炽热的固体、液体，高压气体光谱为连续谱。
线状谱：分立的亮线。稀薄气体光谱，各种原子的发射光谱均为线状谱。