第二十一单元复习与测试

第二十一单元复习与测试

学习指导

1.电子的发现。

1897年英国科学家汤姆生利用阴极射线在电场中和磁场中的偏转的实验证明了阴极射线是带负的的粒子流。并进一步测定了阴极射线粒子的荷质比e/m，发现不同物质组成的阴极发出的射线都有相同的e/m值。表明这种带电粒子是一切不同元素的原子的共同组成部分，称它为电子。测得电子的荷质比e/m约是氢离子荷质比的二千倍，又测得二者电量基本相同，由此可知电子的质量约是氢离子质量的二千分之一，电子比原子的质量小得多。

电子的发现证明了原子是可分的 2.汤姆生原子模型 3.α粒子的散射实验。

（1）1909-1911年英国物理学家卢瑟福和他的助手盖革做了用α粒子轰击薄金箔的实验。 α粒子：带正电，电量是电子电量的2倍，质量约是氢原子的4倍，约是电子质量的7000

7

倍。从放射性元素中放射出来的α粒子动能很大，射出速度达10米/秒，α粒子打到荧光屏上能产生一个闪烁的亮点，可用显微镜观察。

（2）介绍α粒子散射实验装置各部分的名称和作用。 放射源：钋放在带小孔的铅盒中，能放射α粒子。

金 箔：厚度极小，可至1微米（虽然很薄但仍有几千层原子）。 显微镜：能够围绕金箔在水平面内转动。

荧光屏：玻璃片上涂有荧光物质硫化锌，装在显微镜上。 （3）介绍实验过程：

①钋放出的α粒子从铅盒小孔射出，形成很细的束射线，射到荧光屏上产生闪光，通过显微镜观察。

②放上金箔F，观察α粒子穿过金箔打到荧光屏上发出的闪光。

③转动显微镜和荧光屏，在不同偏转角θ处观察，可看到α粒子的散射现象。 （4）介绍实验结果

绝大数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转。

散射的α粒子的数目随着θ角的增大而很快地

0

减少。有极少数α粒子的偏转角θ超过了90，有的

0

甚至几乎达到180，象是被金箔弹回来。

（5）汤姆生原子模型不能解释α粒子的散射实验结果中的大角度散射现象，因而被否定。 （6）为了解释α粒子的散射实验结果，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构学说： 在原子的中心有一个很的核，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空间里绕着核旋转。

思考：①用原子的核式结构学说解释：α粒子的散射实验中为什么绝大多数α粒子仍沿原方向前进，只有极少数发生大角度偏转？②为什么卢瑟福认为电子一定要绕核旋转？

原子的核式结构

（1）?粒子散射实验结果：绝大多数?粒子沿原方向前进，少数?粒子发生较大偏转。 （2）原子的核式结构模型：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的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。

-10-14-15

（3）原子核的大小：原子的半径大约是10米，原子核的半径大约为10米～10米。

e2v2以氢原子为例 电子绕核旋转 （看作匀速圆周运动） k2?me

rr1ke22电子绕核旋转的动能 Ek?mev? r?Ek?

22rke2 原子核与电子的势能 Ep?? r?Ep? （离核无穷远处势能为零）

rke2 原子能量 E?Ek?Ep?? r?E?

2r

原子核结构与经典理论矛盾

光子能量 E?h??hc?

玻尔的原子理论（1913年 丹麦玻尔）

（1）定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态之中，在这些状态中能量是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。

（2）跃迁假设：原子从一种定态（设能量为E初）跃迁到另一种假定态（设能量为E未）时它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即 辐射光子 h??hc??E初?E未 吸收光子 h??hc??E未?E初

（3）轨道假设：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道，原子定态是不连续的，因而电子的可能轨道是分立的，即电子不能在任意半径的轨道上运行，只有满足下列条件的轨道才是可能的：轨道的半径r跟电子的动量mv的乘积等于h/2π的整数倍，即

mvr=nh/2π，n=1，2，3，……

式中n的是正整数，叫量子数，这种现象叫做轨道的量子化假设。

在玻尔原子模型中，原子的可能状态是不连续的，各状态对应的能量也是不连续的，这些不连续的能量值的能量值叫做能级。 氢原子能级

2?10（1）可能轨道的半径rn?nr1 r1?0.53?10m r1离核最近的可能轨道半径

（2）能级：①原子在各个定态时的能量值En称为原子的能级。它对应电子在各条可能轨道上运动时的能量En（包括动能和势能） En?E1 （n=1,2,3,……） n2E1??13.6eV代表电子在离核最近可能轨道上运动时的能量

注意：计算能量时取离核无限远处的电势能为零，电子带负电，在正电荷的场中为负值，电子的动能为电势能绝对值的一半，总能量为负值。 (3)基态和激发态

基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态，叫基态

激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，这种定态，叫激发态

(4)原子发光：原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程。原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，吸收或辐射的光子能量恰等于发生跃迁的两能级之差。 若核外电子碰撞时，能量传递可以部分

4.原子核的组成 核力

原子核是由质子和中子组成的．质子和中子统称为核子

将核子稳固地束缚在一起的力叫核力，这是一种很强的力，而且是短程力，只能在

-15

2．0X10的距离内起作用，所以只有相邻的核子间才有核力作用 5.原子核的衰变

（1）天然放射现象：有些元素自发地放射出看不见的射线，这种现象叫天然放射现象 （2）放射性元素放射的射线有三种：?射线、?射线、?射线 三种射线可以用磁场和电场加以区别，如图所示

三种射线: ?射线:2He原子核,速度约10m/s,?射线:?1e电子,速度接光速, ?射线：光子，频率极高电磁波。

470

（3）放射性元素的衰变：放射性元素自发放射出?粒子或?粒子后，衰变成新的原子核，原子核的这种变化称为衰变。衰变规律：衰变中的电荷数和质量数都是守恒的

衰变过程中放出α粒子的衰变叫α衰变。

238924AA?44U?23490Th?2He ZX?Z?2Y?2He

衰变过程中放出β粒子的衰变叫β衰变，其实质是核内中子转化成质子和电子。

234900AA0Th?234Pa?eX?Y? 91?1ZZ?1?1e

110110β衰变与+β衰变中，原子核的变化可理解为：0n?1H??1e，1H?0n??1e 衰变成新的原子核，往往处理高能级状态，向低能级状态跃迁，放出?射线。 (4)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间称为半衰期。不同的放射

性元素的半衰期是不同的，但对于确定的放射性元素，其半衰期是确定的。它由原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关。(大量原子核统计规律) N?N0()12t/? m?m0()12t/?

（5）同位素：具有相同质子数，中子数不同的原子在元素周期表中处于同一位置，互称同位素。

例1．关于天然放射现象，以下叙述正确的是 A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小

B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的

C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强 D．铀核

23892U衰变为铅核20682Pb的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变

分析：半衰期是由放射性元素原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压

强等因素无关。A错；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的，

1010238n?1H??1e，B对；根据三种射线的物理性质，C对；92U的质子数为92，中子数为146，

20682Pb的质子数为82，中子数为124，因而铅核比铀核少10个质子，22个中子。注意到