近代物理实验之原子物理实验单元19页PPT

2. 氢原子光谱实验规律
• 线状光谱
• 五个线系：赖曼系、巴尔末系、帕邢系、布喇开系和
普芳德系等
• •
谱线的波数归结为广义巴尔末公式
氢原子光谱项
T (n)
RH n2
~
RH
(
1 k2
1 n2
)
• 并合原则 ~ T (k) T (n)
学习指导
原子光谱是线状谱？广义巴尔末公式中的正整数代表了原子内部哪些信息？
• 为什么？
一、玻尔基本假设
•巴斯德说： 在观察的领域中机 遇只偏爱那种有准备的头脑。
•爱因斯坦说：想象力比知识
更重要，因为知识是有限的， 而想象力概括着世界上的一切， 推动着进步，并且是知识进化 的源泉。严格地说，想象力是 科学研究中的实在因素。
• 玻尔(N. H. D. Bohr,1885-1962)
2.玻尔基本假设
定 原子中存在一系列不连续的稳定状
态 假
态,简称定态。这些定态各与一定的 能量E1,E2相对应，在这些定态 下，电子虽作加速运动，但不向外
设 辐射能量。
频 原子从一个能量Ei的定态跃迁到能
率 条 件
量Ej的定态时，会发出（或吸收） 一个光子，这个光子的频率满足 下列关系：
h Ei E j
恩格斯 说：只 要自然 科学在 思维着， 它的发 展形式 就是假 说。
圆轨道量 子化条件
处于定态时，电子绕核运 动的角动量, 必须满足:
h 导
•定态假设回答了原子的哪些问题？（原子稳定性） •频率条件回答了原子的哪些问题？（原子发光）
量子史话
• 1900年普朗克发表了著名的量子假说，但 当时很少有人注意他的文章，更不用说理 解它了，就连普朗克本人也不喜欢自己的 “量子”。他与很多人一起想把量子纳入 经典轨道。可是，爱因斯坦却认真对待这 一革命性的观念。他在提出狭义相对论的 同年（1905年）明确提出了光量子的概念。 无独有偶，爱因斯坦的论文同样不受名人 的重视；甚至到了1913年德国最著名的四 位物理学家（包括普朗克在内）在一封信 中还把爱因斯坦的光量子概念说成是“迷 失了方向”。可是，当时年仅28岁的丹麦 物理学家N.玻尔却创造性地把量子的概念 用到了人们持怀疑的卢瑟福原子结构模型， 连续发表了三篇关于原子结构和光谱的文 章，解释近30年的光谱之迷。

即学即用
判断下列说法的正误. (1)质子和中子都不带电，是原子核的组成成分，统称为核子.
( × )
(2)原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数.
( √ )
(3)同位素具有不同的化学性质.( × )
(4)原子核内的核子数与它的核电荷数不可能相等.( × )
答案
题型探究
一、天然放射现象和三种射线
B项铍核的质量数为9，中子数为5，所以B错误；
由于质子数相同而中子数不同的原子核互称为同位素，即它们的质量数 不同，因而C错误，D正确.
1 2 3
解析
答案
二、原子核的组成 知识梳理 1.质子的发现
1919年， 卢瑟福 用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一
种新的粒子，测定了它的电荷和质量，确定它是氢原子核，叫做 质子 ，
1 －27 kg 1.67 × 10 H p 用 或 1 表示，其质量为m言：原子核内可能还有一种不带电 的粒子，名字叫中子. (2)查德威克的发现：用实验证明了中子的存在，用 n 表示，中子的质量 非常接近质子的质量.
子与中子的质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的
整数倍，这个倍数叫做原子核的 质量数 .
(4)
中子数 原子核的质量数＝质子数＋______
A ZX
元素符号
核电荷数＝原子核的 质子数 ，即元素的原子序数
4.同位素 具有相同的 质子数 而 中子数 不同的原子核，在元素周期表中处于同一
2 3 位置 ，它们互称为同位素.例如：氢有三种同位素，分别是1 H 、 H 、 1 1 1 H.
图1
(2)在匀强磁场中，γ射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，α粒子和β粒子 沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径小，如 图2所示.

类型一
类型二
解析：由三种射线的本质和性质可以判断:在放射源和计数器之 间加上薄铝片后,计数器的计数率大幅度减小,说明射线中有穿透 力很弱的粒子,即α粒子;在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强 磁场,计数器的计数率不变,说明穿过铝片的粒子中无带电粒子,故 只有γ射线。因此放射源可能是α和γ的混合放射源。 答案：C 题后反思明确三种射线的性质以及α粒子、β粒子在电场、磁场中 的偏转方向和偏转的程度是解决这类问题的关键。
一
二
三
二、射线到底是什么 1.三种射线:在射线经过的空间施加磁场,射线分成三束,其中两 束在磁场中向不同的方向偏转,说明这两束是带电粒子流,另一束 在磁场中不偏转,说明这一束不带电,这三束射线分别叫作α射线、 β射线、γ射线。(均选填“带电”“不带电”)
一
二
三
2.α、β、γ三种射线的比较:
种类 组成 速率 贯穿本 领 电离作 用 α 射线 高速氦核流 0.1c β 射线 高速电子流 -e 0.99c γ 射线 光子流(高频电磁波) 0 c
1
原子核的组成
1.知道什么是放射性及放射性元素。 2.知道三种射线的本质及特点。 3.知道原子核的组成及原子核的表示方法。 4.理解同位素的概念。
一
二
三
一、天然放射现象 1.1896年,法国物理学家贝可勒尔发现铀和含铀的矿物都能发出 看不见的射线,这种射线可以穿透黑纸使照相底版感光,这个性质 称为放射性,具有该性质的元素称为放射性元素。 2.玛丽· 居里和皮埃尔· 居里发现了两种放射性更强的新元素,玛 丽· 居里把它们命名为钋(Po)、镭(Ra)。 3.放射性元素自发地发出射线的现象叫作天然放射现象。 4.原子序数大于或等于83的元素,都能自发地发出射线,原子序数 小于83的元素,有的也能放出射线。

α r
r r
2
r
O
r
α > 0 斥力 α < 0 引力
守恒 守恒
V=
α
r r⊥L
x
1 2 α E = mv + 2 r
L
M = r×F = 0
L = r × mv
O
r
mr 2 = L & m 2 2 2 α & & (r + r ) + = E 2 r
& = L mr 2
m 2 L2 α & r + + =E 2 2 2mr r
m = 1 n = 2, 3, 4, K
m = 2 n = 3, 4, 5, K
m = 3 n = 4, 5, 6, K m = 4 n = 5, 6, 7, K m = 5 n = 6, 7, 8, K
原子光谱特点： 原子光谱特点： 分立线光谱 波数可表示为两光谱项之差
§3．玻尔氢原子理论
1．原子行星模型的困难 me
原子物理 Physics） （Atomic Physics）
1．原子结构和玻尔模型 2．单电子原子 3．多电子原子
古代原子学说
B. C. 4世纪 4世纪
Democritus
原子（Atom） 组成物质的最小单元， 原子（Atom） 组成物质的最小单元，永恒不变 机械原子学说 17世纪 17世纪 有质量的球形微粒 通过吸引力机械地结合成宏观物体 原子的运动是机械位移，遵守力学定律 原子的运动是机械位移， 困难：不能解释光、 困难：不能解释光、电、热等物理现象和燃烧等化学过程 Newton
cot
θ
2
= tan r →∞
cot

对原子核的理解
1．原子核的组成 (1)概述 原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电 ．原子核内质子和中子的个数并不一定相同． (2)基本关系：核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝ 核外电子数． 质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．
2．对核子数、电荷数、质量数的理解 (1)核子数：质子和中子统称为核子，质子数和中子数之和 叫核子数． (2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍 ，通常用这个整数表示原子核的电荷数，叫做原子核的电荷数 ． (3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量 的总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎 等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫做原子核的质量数．
()
A．探测器探测到的放射线可以是α射线、β射线、γ射线 中的任何一种
B．轧出的钢板越厚，透过的射线越强 C．轧出的钢板越薄，透过的射线越强 D．探测器得到的射线变弱时，应当减小热轧机两轮之间 的厚度间隙 【答案】CD
解析：根据α、β、γ三种射线特点可知，γ射线穿透能力最 强，电离能力最弱，α射线电离能量最强，穿透能力最弱，为 了能够准确测量钢板的厚度，探测射线应该用γ射线，故A错误 ；随着轧出的钢板越厚，透过的射线越弱，而轧出的钢板越薄 ，透过的射线越强，故B错误，C正确；当探测器得到的射线 变弱时，则说明两轮之间的距离较大，应当减小热轧机两轮之 间的厚度间隙，故D正确．
【答案】B 【解析】质量数＝质子数＋中子数，中性原子中：质子数 ＝核外电子数，所以选B项．
对原子核衰变的理解
1．α衰变和β衰变的实质 (1)α粒子实质就是氦核，它是由两个质子和两个中子组成 的．当发生α衰变时，原子核中的质子数减2，中子数也减2， 因此新原子核的核电荷数比未发生衰变时的原子核的核电荷数 少2，为此在元素周期表中的位置向前移动两位． (2)β衰变是原子核中的一个中子转化成一个质子，同时还 放出一个电子即β粒子，使核电荷数增加1，但β衰变不改变原 子核的质量数，所以发生β衰变后，新核比原来的原子核在周 期表中的位置向后移动一位．

v1t l v2t s
1 2
a1t
2
4l
1 2
a2t 2
2s
a1
q1 E m1
a2
q2 E m2
4l Z
v1
l
O
由动量守恒定律
解得
q1 2 q2
m1v1 m2v2
s
v2
Y
2s
衰变时所放出的粒子Y与反冲核Z所带电荷量的比值
为1：2
（3） l v1 m2 2 s v2 m1 5
m1 m2 14 解得 m1 10 m2 4
P0
017.徐州市06—07学年度第三次质量检测17B
17.B题．在“云室”中加一匀强电场，通过观察带电
粒子在其中的运动径迹，可研究原子核的衰变规
律．现有一个原来速度几乎为零的某放射性原子核X
置于“云室”中的O点，它发生衰变时所放出的粒子
Y与反冲核Z的速度方向均与电场方向垂直，经过相
等的时间所形成的径迹如图所示(s、l 均表示长度)．
037.2008届南通市第一次调研考试 12-Ⅲ-2．
12-Ⅲ-2．（8分）一静止的质量为M的铀核
（
U 238
92
）发生α衰变转变成钍核（Th），放出的α
粒子速度为v0、质量为m．假设铀核发生衰变时，
释放的能量全部转化为α粒子和钍核的动能.
（1）写出衰变方程；
（2）求出衰变过程中释放的核能。
解：（1）
042.08年苏、锡、常、镇四市教学情况调查（一）14(1)
14．（供选修3-5考生作答） （1）以下是有关近代物理内容的若干叙述： A．紫外线照射到金属锌板表面时能够光电效应，则当
增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的 最大初动能也随之增大

发现电子——汤姆逊栆糕模型——卢瑟福的 散射实验——否定了汤姆逊模型——无法解释大 角散射——卢瑟福提出核式结构模型——由卢瑟 福模型进一步推出散射理论——散射理论被实验 验证——卢瑟福提出核式结构模型正确。
三、学习原子物理学需要注意的问题：
1、掌握原子物理学研究问题的方法： 根据事实提出合理的假设，看这个 假设能否说明实验事实或与进一步的实验 事实相符或由此推出较深的理论，由进一 步的实验验证理论的正确性。这是一个理 论与实践多次反复的过程。
原子物理学
原子物理学绪论
一、原子物理课程说明
课程性质：原子物理学是物理学专业的一门重要的基础课程。 学时: 48
考试成绩构成说明： 期末考试成绩: 70% 30% 平时成绩（作业、出勤、学习态度、课堂提问）:
二、原子物理学的研究对象、内容、研究方法：
1、 原子物理学的研究对象 原子物理学属于近代物理学课程，它主要研究物质在原子 层次内： （1）由什么组成； （2）各种组成成分间有怎样的相互作用； （3）各物质是怎样的运动形态。 等理论，是研究物质微观结构的一门科学。
原子的半径r= 10-10m ∴研究的空间在10-10m数量级以下。
这导致微观世界与宏观世界有很大的不同。具体的 体现就是量子化现象。
2、研究内容：（原子物理、核物理） （1）原子物理部分： 从原子光谱入手研究价电子的运动规律 从元素周期律和X射线入手研究内层电子的排布和运动规律
（2）核物理部分 主要研究核的整体性质如：核力、核模型、核衰变、核反应、 核能的开发和利用及基本粒子的相关知识。
四、原子物理学的发展历史
原子物理学的发展可以分为几个时期： 1、古代的原子论： （1）古希腊的原子论 最具代表性的是公元前4世纪古希腊的哲学家留基伯 （Leucippus）和他的学生得莫克利特（Democritus）提出： 物质结构不是连续的而是分立的学说。他们认为物质是由 许多极小的简单的不可分割的微粒组成。这种微粒称为原子。 这只是一种假设没有试验依据。

【预习小测】 1.人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从 A.发现电子开始的 B.发现质子开始的 ( )
C.进行α 粒子散射实验开始的
D.发现天然放射现象开始的
【解析】选D。自从贝可勒尔发现天然放射现象后,科 学家对放射性元素、射线的组成、产生的原因进行了 大量研究,逐步认识到原子核的复杂结构,故D正确。
【解析】(1)元素的原子序数等于该元素原子核的核电 荷数,等于核内质子数。故117号元素的核电荷数和核 内质子数均为117,原子呈中性,故核外电子数等于核内 质子数,也为117。
(2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和,故该元 素中子数为176的原子核的质量数为117+176=293,中子 数为177的原子核的质量数为117+177=294。 (3)元素符号一般用 A 表示,其中A表示质量数,Z表示 ZX
主题一 【互动探究】
射线的本质和特性的确定
1.天然放射现象使人们认识到原子核是有结构的,为什
么说射线来自原子核的内部?为什么说原子核是可分的,
是有结构的?
提示:因为实验发现,任何一种具有放射性的元素,无论 它是以单质形式存在还是以化合物形式存在,都具有放 射性,而且放射性的强度也不受温度、外界压强的影响。 由于元素的化学性质取决于原子的核外电子,这说明射
子核中打出了质子。所以质子是原子核的组成部分。
(2)质子带正电荷,电荷量与一个电子所带的电荷量相 等,质量mp=1.6726231×10-27kg。
2.中子是怎么发现的?它有什么特点? 提示:(1)1932年,查德威克通过实验证实了中子的存在。 (2)中子不带电,质量mn=1.6749286×10-27kg。
对,C错;居里夫妇研究含铀物质发现了新元素钋和镭,D