高二物理 原子和原子核.doc

高二物理 原子和原子核 1.α粒子散射实验 1909～1911年，英国物理学家卢琴福和他的助手们进行了α粒子散射实验. （1）实验装置如图所示： 如图所示，用α粒子轰击金箔，由于金原子中的带电微粒对α粒子有库仓力作用，一些α粒子穿过金箔后改变了运动方向，这种现象叫做α粒子散射. 荧光屏可以沿着图中虚线转动，用来统计向不同方向散射的粒子数目.全部设备装在真空中. （2）实验结果： 绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转. （3）现象解释： 认为原子中的全部正电荷和几乎所有质量都集中到一个很小的核上，由于核很小，大部分α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的库仑力很小，它们的运动几乎不受影响.只有少数α粒子从原子核附近飞过，明显受到原子核的库仑力而发生大角度偏转. 2.原子的核式结构模型 内容：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间运动. [说明] 核式结构模型的实验基础是α粒子散射实验，从α粒子散射的实验数据，估计原子核半径的数量级为10-14m～10-15m，而原子半径的数量级是10-10m. 3.玻尔的原子模型 内容：玻尔认为，围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫轨道量子化；不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的. 理解要点：玻尔的原子模型是以假说的形式提出来的，包括以下三方面的内容： 轨道假设：即轨道是量子化的，只能是某些分立的值. 定态假设：即不同的轨道对应着不同的能量状态，这些状态中原子是稳定的，不向外辐射能量. 跃迁假设：原子在不同的状态具有不同的能量，从一个定态向另一个定态跃迁时要辐射或吸收一定频率的光子，该光子的能量，等于这两个状态的能级差. 4.三种射线的比较 α射线：是氦核（He）流，速度约为光速的十分之一，在空气中射程几厘米，贯穿本领小，电离作用强. β射线：是高速的电子流，穿透本领较大，能穿透几毫米的铝板，电离作用较弱. γ射线：是高能光子流，贯穿本领强，能穿透几厘米铅板，电离作用小. [说明] 放射性元素有的原子核放出α射线，有的放出β射线，多余的能量以γ光子的形式射出. 5.衰变 定义：放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变. 衰变规律：电荷数和质量数都守恒. α衰变：X→Y+He，α衰变的实质是某元素的原子核放出由两个质子和两个中子组成的粒子（即氦核）. β衰变：X→Y+e，β衰变的实质是某元素的原子核内的一个中子变为一个质子时放射出一个电子. γ衰变：γ衰变是伴随α衰变或β衰变同时发生的.γ衰变不改变原子核的电荷数和质量数.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子. [例3] U衰变后Rn共发生了 次α衰变和 次β衰变. [解析] 根据衰变规律，Rn的质量数比U的质量数减少了238-222＝16，而天然放射只有α衰变才能使质量数减少，且每次α衰变减少质量数为4，故发生了16÷4＝4次α衰变.因每次α衰变核的电荷数减少2，故由于α衰变核 的电荷数应减少4×2＝8.而Rn核的电荷数仅比U核少了92-86＝6，故说明发生了2次β衰变（即92-8+2＝86）. [答案] 发生了4次α衰变，2次β衰变. [评价] 在分析有关α、β衰变的问题时，应抓住每次α衰变质量数减4，电荷数减2和每次β衰变时质量数不变，电荷数加1这一衰变规律进行分析. 6.半衰期 定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，叫这种元素的半衰期. [说明] （1）半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定的，跟原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关. （2）半衰期只对大量原子核衰变才有意义，因为放射性元素的衰变规律是统计规律，对少数原子核衰变不再起作用. （3）确定衰变次数的方法：设放射性元素X经过n次α衰变m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则表示核反应的方程为：X→Y+nHe +me. 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 两式联立得： 由此可见确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组. 7.放射性同位素的应用 （1）利用它的射线 如利用钴60放出的很强的γ射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹，这叫γ射线探伤，利用放射线的贯穿本领了解物体的厚度和密度的关系，可以用放射性同位素来检查各种产品的厚度、密封