《原子結構核能》PPT課件.pptx
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第二節(jié)原子結構核能,,,,,,,,,一、原子結構,1.電子的發(fā)現(xiàn),湯姆生在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了,提出了原子的棗糕模型。,2.α粒子散射實驗,α粒子散射實驗是用α粒子轟擊金箔,結果是穿過金箔后仍沿原來方向前進,發(fā)生了較大的偏轉,極個別α粒子甚至。,答案：1.電子,2.絕大多數(shù)少數(shù)反向,3.核式結構,在原子的中心有一個很小的,叫原子核,原子的都集中在原子核里,帶在核外空間運動。,答案：核幾乎全部質量和全部正電荷負電的電子,二、氫原子光譜,1.光譜分析,利用元素的特征譜線(線狀譜)分析和確定物質的組成成分即光譜分析。,2.氫原子光譜的實驗規(guī)律,巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線,其波長公式=R(-)(n=3,4,5…,R是里德伯常量,R=1.10107m-1)。,三、玻爾模型,1.玻爾的三條假設,(1)能量量子化:原子只能處于一系列狀態(tài)中,在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的,電子雖然繞核運動,但并不向外輻射能量,這些狀態(tài)叫做。,對氫原子滿足:En=E1,其中E1=-13.6eV,答案：不連續(xù)定態(tài),相對應。原子的定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子運動的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。,對氫原子滿足:rn=n2r1,其中r1=0.5310-10m。,(3)能級躍遷:原子從一種定態(tài)(設能量為E2)躍遷到另一種定態(tài)(設能量為E1)時,它一定頻率的光子,光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定,即hν=E2-E1。,(2)軌道量子化:原子的跟電子沿不同的圓形軌道繞核運動,答案：(2)定態(tài)軌道(3)輻射或吸收,,2.氫原子能級圖:如圖所示,1896年,在鈾礦石中發(fā)現(xiàn)未知的射線,把這些射線稱為α射線、β射線、γ射線,這就是天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),說明原子核。,答案：貝克勒爾具有復雜結構,四、天然放射現(xiàn)象及三種放射線的比較,1.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),2.三種射線的比較,3.三種射線在勻強磁場、勻強電場中偏轉情況比較:,五、原子核的衰變及衰變規(guī)律,1.衰變,原子核由于自發(fā)地放出某種粒子而轉化為新核的變化。,2.衰變規(guī)律,(1)α衰變XYHe,實質:H+nHe,(2)β衰變XYe,實質nHe,3.半衰期,(1)定義:放射性元素衰變有一定的速率,我們把放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間叫半衰期,用τ表示。,(2)公式:m=m0(,(3)特點:半衰期τ由該元素的原子核內部本身的因素決定,跟原子所處的物理狀態(tài)(如壓強、溫度等)或化學狀態(tài)(如單質、化合物等)無關。另外,半衰期僅是對大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律。比如研究200個鈾的原子核經(jīng)過一個半衰期后還剩多少個鈾的原子核是沒有意義的。,六、核能,1.核力,核子間的作用力。核力是短程強力,作用范圍在1.510-15m之內,只在的核子間發(fā)生作用。,答案：相鄰,結合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量,叫做原子核的能,亦稱核能。,3.質能方程、質量虧損,愛因斯坦質能方程E=,原子核的質量必然比組成它的核子的質量和要小,這就是質量虧損Δm。由質量虧損可求出釋放的核能ΔE=。,答案：2.核子結合,3.mc2Δmc2,2.核能,七、重核的裂變與輕核的聚變,1.裂變,重核分裂成質量較小的核的反應。如:U+XeSr+1n。,2.聚變,輕核結合成質量較大的核的反應。如:HHn。,,一、氫原子能級圖及原子躍遷的理解,【自主探究1】用頻率為ν0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子,在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為ν1、ν2、ν3的三條譜線,且ν3>ν2>ν1,則()。,A.ν0<ν1B.ν3=ν2+ν1,C.ν0=ν1+ν2+ν3D.=+,思路點撥:氫原子從n能級躍遷到基態(tài)能輻射幾種頻率的光?,答案：B,解析:大量處于基態(tài)的氫原子躍遷時只有三條譜線,這說明是從n=3的能級向低能級躍遷,根據(jù)能量守恒有,hν3=hν2+hν1,解得:ν3=ν2+ν1,選項B正確。,歸納要點對原子躍遷條件的理解,(1)原子從低能級向高能級躍遷,吸收一定能量的光子,當一個光子的能量滿足hν=E末-E初時,才能被某一個原子吸收,使原子從低能級E初向高能級E末躍遷,而當光子能量hν大于或小于E末-E初時都不能被原子吸收。,(2)原子從高能級向低能級躍遷,以光子的形式向外輻射能量,所輻射,的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時的兩能級間的能量差。,(3)原子躍遷條件hν=Em-En只適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。對于光子和氫原子作用而使原子電離時,只要入射光的能量E≥13.6eV,原子就能吸收。對于實物粒子與原子作用使原子激發(fā)時,粒子能量大于或等于能級差即可。,二、核反應的四種類型,【自主探究2】現(xiàn)有5個核反應方程,AHHHen,BUn→XSr+n,CNaMge,DNaRnHe,EHeBeCn,(1)是發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程,是研究核彈的基本核反應方程式。,(2)B項中X的質量數(shù)為,中子數(shù)為。,(3)以上五個核反應的反應類型是,A.;B.;C.;D.;E.。,答案:(1)EB、A(2)14086,(3)聚變裂變β衰變α衰變原子核的人工轉變,(3)衰變是原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子的反應,C是β衰變,D是α衰變,E是人工控制的原子核的變化,屬人工轉變,裂變是重核吸收中子后分裂成幾個中等質量的核的反應,B是裂變,聚變是幾個輕核結合成較大質量的核的反應,A是聚變。,(2)由電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒可以判定X質量數(shù)為140,電荷數(shù)為54,所以中子數(shù)為:140-54=86。,解析:(1)E是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程,A是氫彈、B是原子彈的核反應方程。,歸納要點1.熟記常見基本粒子的符號,是正確書寫核反應方程的基礎。如質子H)、中子n)、α粒子He)、β粒子e)、正電子e)、氘核H)、氚核H)等。,2.核反應方程遵守質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律,這是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據(jù)。,BeHeCn(查德威克發(fā)現(xiàn)中子),(3)重核裂變:例:UnXeSr+1n(可人工控制,緩慢釋放能量),UnBaKr+n,(4)輕核聚變:例HHHen(不能人工控制),3.熟悉核反應的四種基本類型,可以幫助我們理清思路,很快寫出正確的核反應方程。,(1)衰變:例:UThHe,ThPae,(2)人工轉變:例:NHeOH(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子),易錯辨析,請你判斷下列表述正確與否,對不正確的,請予以更正。,1.β衰變中的電子來源于原子核外電子。,2.核反應方程的質量數(shù)守恒,方程兩邊的質量也相等。,3.如某放射性元素的半衰期是5天,那么100個該元素的原子核經(jīng)過10天還剩下25個。,4.電子繞核旋轉的半徑越大,動能越小,電勢能越大,總能量越大。,5.目前核電站多數(shù)是采用核聚變反應發(fā)電。,3.錯誤。半衰期是對大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律,100個太少,不能用半衰期公式計算。,4.正確。,5.錯誤?，F(xiàn)在的核電站利用核裂變釋放的能量,不是聚變釋放的能量,利用聚變釋放的能量是現(xiàn)在努力的方向,雖有突破,但還不能大規(guī)模,應用。,答案:1.錯誤。β衰變的實質是中子衰變成質子,放出電子,來源于原子核內部,核反應方程為:He。,2.錯誤。核反應方程的質量數(shù)守恒,但方程兩邊的質量并不相等,核反應一般要釋放能量,反應后的核子的總質量小于反應前的總質量,稱為質量虧損。,◎提升應用技巧的突破口◎,命題研究一、能級躍遷與光譜線問題,【例1】如圖所示為氫原子最低的四個能級,當氫原子在這些能級間躍遷時:,(1)有可能放出多少種能量的光子。,(2)在哪兩個能級間躍遷時,所放出光子波長最長?波長是多少?,思路點撥:(1)輻射出的光譜線條數(shù)如何求?,(2)用hν=Em-En和c=λν求波長λ。,由hν=E4-E3得:h=E4-E3,所以λ==m≈1.8810-6m。,答案:(1)6種(2)見解析,解析:(1)N==種=6種。,(2)氫原子由第4能級向第3能級躍遷時,能級差最小,輻射的光子波長最長。,規(guī)律總結(1)一個氫原子和一群氫原子的區(qū)別:一個氫原子只有一個電子,在某個時刻電子只能在某一個可能的軌道上,當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道上時,可能情況有種,=,但產(chǎn)生的躍遷只有一種。而如果是大量的氫原子,這些原子的核外電子躍遷時就會出現(xiàn)所有的可能情況。,(2)入射光子和入射電子的區(qū)別:若是在光子的激發(fā)下引起原子躍遷,則要求光子的能量必須等于原子的某兩個能級差;若是在電子的碰撞下引起的躍遷,則要求電子的能量必須大于或等于原子的某兩個能級差。,拓展鏈接1用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子,觀測到了一定數(shù)目的光譜線。調高電子的能量再次進行觀測,發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來增加了5條。用Δn表示兩次觀測中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)n之差,E表示調高后電子的能量。根據(jù)氫原子的能級圖(如圖所示)可以判斷,Δn和E的可能值為()。,A.Δn=1,13.22eV
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