1、第十二章 物質的微觀結構A、 原子的核式結構【知識點1】了解電子的發現1、英國物理學家湯姆遜對陰極射線進行了一系列的實驗研究，1897年，他確認陰極射線是由質量小于氫原子質量千分之一的帶負電的粒子組成的，湯姆遜把這種粒子叫電子。以后美國物理學家密立根精確地測定了電子的電量，電子的電量是e=1.6×10-19C；電子的質量是m=0.91×10-30kg。2、湯姆遜發現電子，是物理學史上的重要事件。電子比已知的最小的原子還要小，它說明原子不是構成物質的最小微粒，原子本身也具有結構，原子還可以再分，這樣“原子不可分”的觀念就徹底被否定了。通常情況下，原子是電中性的，而電子是原子的

2、組成部分，電子帶負電且質量又很小，那么原子里一定還有帶正電的且集中了原子幾乎所有質量的部分。電子和原子中帶正電的部分是怎樣組成原子的呢？科學家們曾提出了幾種原子模型，湯姆遜提出的原子模型是：原子是一個球體，正電荷均勻分布在整個球體內，電子則鑲嵌在球內（“棗糕型”）。【知識點2】知道粒子散射實驗1、實驗目的：英國物理學家盧瑟福想證明湯姆遜原子模型的正確性，1911年起做了“粒子散射實驗”。所謂“粒子散射實驗”是用放射性元素釙放出的粒子束，轟擊金箔的實驗。實驗結果卻否定了湯姆遜原子模型。2、為什么用粒子轟擊金箔？原子的結構非常緊密，要認識原子的組成，需要用高速粒子對它進行轟擊，以便對產生的物理現象

3、進行分析。由于粒子具有足夠的能量，有可能接近原子的中心，并且粒子還可以使熒光物質發光，如果粒子因與其它粒子發生相互作用而改變了運動的方向，便可在熒光屏上顯示出它的方向變化，因此盧瑟福用粒子散射的方法來研究原子的結構。圖12-A-1粒子源閃爍屏閃爍屏金箔定向障礙板3、實驗裝置：主要由：放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡和轉動圓盤幾部分組成，如圖12-A-1所示。放射源釙放出粒子；為避免氣體分子對粒子的運動產生影響，整個裝置放在真空中；使用金箔的目的有二個：（1）金有極好的延展性，便于制成很薄的金箔，使粒子在穿過金箔的過程中只與某一個金原子發生相互作用，（2）金的原子序數很大，這樣金原子跟粒子有足夠大的

4、庫侖力，使產生的物理現象更為明顯。實驗過程中，熒光屏和顯微鏡能夠圍繞金箔在一個圓周上轉動，可以觀察到穿過金箔后偏轉角度不同的粒子的徑跡。4、實驗結果以及對結果分析：實驗的結果：粒子穿過金箔后“絕大多數”沿原來的方向前進； “少數”發生了較大的偏轉； “極少數”發生了大角度偏轉；“有的甚至”被反彈。對結果分析：由于電子帶負電，其質量約為粒子的17300，不可能使動能較大的粒子產生大角度偏轉。若按湯姆遜原子模型，原子是一個球體，正電荷均勻分布在整個球內，粒子穿過原子時由于粒子周圍正電荷對它的斥力有相當一部分互相抵消，使粒子偏轉的力也不會很大，因此粒子的大角度偏轉說明湯姆遜模型與實驗事實不符。實驗現

5、象中的“絕大多數”粒子穿過金箔后方向沒有明顯改變，表明粒子在穿過時基本上沒有受到力的作用，說明原子中的絕大部分幾乎是空的，實驗現象中的“極少數”粒子發生了大角度偏轉，“有的甚至”反彈回來，說明粒子在原子中的某些地方受到了質量、電量均比粒子本身大得多的原子核的作用。 【知識點3】知道盧瑟福原子核式結構模型盧瑟福原子核式結構學說是：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎所有的質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間繞核高速旋轉。原子半徑大約是10-10m，核的大小約為10-1410-15m，假如把原子核比作一個乒乓球，那么整個原子就有一個足球場大；原子核集中了原子的全部正

6、電荷和幾乎全部質量，最小的原子核是氫原子核，其質量是核外電子質量的1840倍；電子繞核高速旋轉，就如太陽系中行星繞著太陽運轉一樣。電子做圓周運動所需要的向心力是原子核對電子的庫侖力。根據原子的核式結構學說，粒子穿過原子時，如果離核較遠，受到的庫侖斥力就很小，運動方向基本不變.只有當粒子與核十分接近時，才會受到很大的庫侖斥力，發生大角度的偏轉，產生散射.根據粒子散射實驗的數據可估計出原子核直徑的數量級為10-1410-15m，原子直徑的數量級約為10-10m，可見整個原子是十分“空曠”的。【典型例題】圖12-A-2(3)(1)(4)(2)例1：粒子散射實驗中，圖12-A-2所示的粒子的運動軌跡中

7、不可能能存在的是（ ） （A）（l）； （B）（2）； （C）（3）； （D）（4）。分析與解 粒子是氦原子核，帶正電，金核也帶正電，因而它們間的庫侖力是斥力。所以圖12-A-2中的軌跡（2）和（3）是不可能的，故應選（B）、（C）。解題關鍵理解粒子散射的原因。 例2：下列敘述中，不屬于盧瑟福原子核式結構學說內容的，或有錯誤的是（ ） （A）原子的全部正電荷集中在一個很小的核上。 （B）原子的全部質量集中在一個很小的核上。 （C）電子在核外繞核做圓周運動。 （D）電子運動的可能軌道對應一系列不連續的能量。分析與解 盧瑟福的原子核式結構學說解決了原子中正電荷的分布問題，（A）顯然正確。負電荷的分

8、布問題在核式結構學說中只提及電子在核外繞核運動，沒有涉及可能軌道的問題，因而（D）是不屬于盧瑟福原子核式結構學說內容的，（C）是正確的。又電子在核外，因而原子的質量只是幾乎全部集中在核內，核外還有電子的質量，選項（B）是錯誤的，故應選（B）、（D）。解題關鍵 要全面、正確地理解盧瑟福的原子核式結構學說的內容。練習題1下列的說法正確的是（ ）（A）陰極射線管的陰極與電源的正極相連接；（B）陰極射線管的電源使用交流電；（C）陰極射線垂直電場方向進入電場后會發生偏轉；（D）陰極射線是由帶負電的電子組成的。2.盧瑟福提出原子的核式結構學說的根據是，在用粒子轟擊金箔的實驗中，發現粒子（ ）（A）全部穿過

9、或發生很小的偏轉；（B）絕大多數穿過，只有少數發生很大偏轉，甚至極少數被彈回；（C）絕大多數發生很大的偏轉，甚至被彈回，只有少數穿過；（D）全部發生很大的偏轉。3. 根據盧瑟福的原子核式結構模型，下列說法正確的是（ ）（A）原子中的正電荷均勻分布在整個原子范圍內。（B）原子中的質量均勻分布在整個原子范圍內。（C）原子中的正電荷和質量都均勻分布在整個原子范圍內。（D）原子中的正電荷和幾乎全部質量都集中在很小的區域內。4盧瑟福對粒子散射實驗的解釋是（ ）（A）使粒子產生偏轉的主要力是原子中電子對粒子的作用力；（B）使粒子產生偏轉的力主要是庫侖力；（C）原子核很小，粒子接近它的機會很少，所以絕大多數

10、的粒子仍沿原來的方向前進；（D）能產生大角度偏轉的粒子是穿過原子時離原子核近的粒子。5在粒子散射實驗中，如果一個粒子跟金箔中的電子相撞，則（ ）（A）粒子的動能幾乎沒有損失； （B）粒子將損失大部分動能；（C）粒子不會發生顯著的偏轉； （D）粒子將發生較大角度的偏轉。6在粒子散射實驗中，當粒子最接近金核時（ ）（A）粒子動能最小； （B）粒子受到的庫侖力最大；（C）粒子電勢能最小； （D）粒子速度的變化率最小。圖12-A-3（A）（B）（C）（D）7圖12-A-3所示，各圖表示盧瑟福粒子散射實驗的原子核和兩個粒子的徑跡，其中可能正確的是（ ）8發現電子的科學家是_，他提出了_原子模型。9. 盧

11、瑟福的原子核式結構模型的內容是 。10原子半徑的數量級是 m，原子核半徑的數量級是 m。B、物質的放射性及其應用【知識點1】知道、射線的本質和性質1、天然放射現象：放射性元素不斷自發地放出射線的現象，這種射線來自于原子核，原子序數大于83的所有天然存在的元素都具有放射性；原子序數小于83的天然存在的元素也有一些具有放射性。天然放射現象是法國物理學家貝克勒爾首先發現的。2、三種射線：放射性物質天然衰變時放射出的射線有三種，即、射線，它們的本質和性質如表下所示。本質速度電量質量數穿透本領電離本領射線高速氦核流C/102e4u最弱最強射線高速電子流Ce0較強較弱射線高能光子流C00最強最弱表中所列穿

12、透本領，射線的穿透本領很弱，在空氣中只能前進幾厘米，一張薄鋁箔或一張薄紙就能擋住它。射線的貫穿本領較強，可以穿透幾厘米的鋁板；射線貫穿本領最強，能穿透幾厘米的鉛板。【知識點2】知道放射性元素的衰變和衰變及其衰變方程1、衰變:原子核由于放出某種粒子而轉變為新核的變化叫做原子核的衰變。各種粒子的符號：粒子 He 粒子 e 正電子 e 質子 H 電子 e 中子n 氘核 H以上粒子符號中左下角的下標表示粒子電量數，左上角的上標表示粒子的質量數。2、原子核的衰變滿足：電荷守恒；質量數守恒；能量守恒。3、在衰變中，其核反應方程是；4、在衰變中，其核反應式是:.5、輻射：原子核發生衰變和衰變時產生的新核有的

13、具有過多的能量，這時它會輻射光子，射線是伴隨射線和射線產生的。【知識點3】知道半衰期半衰期（T）：放射性元素的原子核有半數發生衰變需要的時間叫做半衰期；不同的放射性元素有不同的半衰期，甚至差別很大；半衰期的大小是由原子核內部因素決定的.跟這種元素所處的物理狀態和化學狀態無關。半衰期長短反映了放射性元素衰變的快慢。設衰變前的原子核數為N0，衰變后的原子核數為N，T為半衰期，t為衰變時間，則 N N0（1/2）【典型例題】例1：（1）鈾238具有放射性，放出一個粒子變成什么，寫出衰變方程（2）釷234具有放射性，放出一個粒子變成什么，寫出衰變方程分析與解（1）鈾238（）放出一個粒子變成釷234（

14、），衰變方程是。（2）釷234（）放出一個粒子變成鏷234（），衰變方程是例2：U（鈾）衰變為Rn（氡），共發生了 次衰變， 次衰變。分析與解設共發生了x次衰變，y次衰變，則可寫出其衰變的核反應方程式為 U RnxHeye根據質量數守恒和電荷數守恒，有： 2382224X 92862Xy 解得 x4，y2 所以共發生了4次衰變和2次衰變。解題關鍵 關鍵是要抓住衰變的核反應方程及衰變前后質量數、電荷數守恒的規律。例3：關于衰變所釋放的電子，下列說法中正確的是（ ）（A）由于它是從原子核中釋放出來的，所以它是原子核的組成部分（B）它是原子核的核外電子（C）當它通過空氣時電離作用很強（D）它的穿透本

15、領很強分析與解 衰變所釋放的電子來源于原子核，但電子不是原子核的組成部分。（在以后的學習中我們會理解衰變的實質）選項A、B錯；射線的穿透本領很強但電離作用弱故選項C錯，選項D正確。解題關鍵 記住三種射線的本質和性質例4：一放射性物質的半衰期是3天，用計數器探測得一小瓶裝有該物質的放射源每分鐘發生衰變的次數為24000次，則經過12天，該放射源每分鐘衰變的次數為多少？分析與解放射性物質單位時間內衰變的次數跟尚未發生衰變的放射性物質的質量成正比。要根據MM0（1/2）推算出剩余質量與原有質量的比值，也就可求出該放射源在每分鐘發生衰變的次數。經過12天剩余的放射性物質的質量與原有質量的比值M /M0

16、（1/2）（12/3）1/16 。所以經過12天每分鐘衰變的次數為24000×（1/16）1500（次）解題關鍵要明確半衰期的意義和衰變規律。練習題1. 在天然放射性元素的放射線中，已經查明，射線是 ，射線是 。2. 在、三種射線中，穿透本領由強到弱的順序是 。3. 在、三種射線中，電離本領由強到弱的順序是 。圖12-B-14. 在圖12-B-1所示的實驗示意圖中，下部是一個鉛盒，把微量的放射源放在鉛盒底部，由于射線不能穿透很厚的鉛板，因此由放射源放出的射線就沿鉛盒上方的小孔向外射出。將整個裝置放在電場中，可以從照相底片感光的位置發現，射線在電場的作用下分成了三束。試在圖中標出三種射

17、線的名稱5完成下列衰變方程式（1）鐳（）自發衰變為為氦和氡；（2）釷230（）發生衰變；（3）鈁223（）發生衰變；6射線的本質是 （ ）（A）電子流； （B）高速電子流； （C）光子流； （D）高速氦核流。7. 以下幾個原子核反應式中，X代表粒子的反應式是（ ） （A）He+Be C+X （B）Th Pa+X（C）H+H n+X （D）P Si+X8. U經3次衰變和2次衰變，最后得到的原子核中的電量數為（ ）（A）92； （B）88； （C）138； （D）236。9.放射性探傷是利用了（ ）（A）射線的電離本領； （B）射線的貫穿本領；（C）射線的貫穿本領； （D）放射性元素的示蹤本領。

18、10. 若元素A的半衰期為4天，元素B的半衰期為5天，則相同質量的A和B，經過20天后，剩下的質量之比（ ） （A）30:31 ； （B）31:30； （C）1:2； （D）2:1。11的半衰期是5天，10克鉍210經過20天還剩下多少？ 12放射性同位素Na的樣品經過6小時后還剩下1/8沒有衰變，它的半衰期是多少？ C、 原子核的組成【知識點1】了解原子核的人工轉變、質子的發現問題的提出：原子核的天然衰變現象發現以后，使人們認識到原子核仍然具有復雜的結構，并且原子核是能夠發生變化的。人們自然聯想到是否能用人工的方法使原子核發生變化，原子核到底是由什么組成的？原子核的人工轉變：人為地用高能粒子

19、撞擊原子核，使它轉變成另一種新原子核，這個過程叫原子核的人工轉變。盧瑟福實驗：1919年盧瑟福做了用粒子轟擊氮核的實驗，發現了質子，首次完成了原子核的人工轉變的實驗。發現質子的核反應方程為：NHe OH。【知識點2】了解中子的發現盧瑟福預言中子的存在：質子的發現，使人們對原子核中包含質子成為共識，但如果原子核只是由質子組成，它的電荷數（以基本電荷為單位）應該與質量數（單位u）相等，但是實際上原子核的電荷數只是質量數的一半或者還少一些，盧瑟福根據這一事實，預言原子核內還有質量跟質子相等的不帶電的中性粒子（中子）存在。中子的發現：1930年人們在用由釙放射出的射線轟擊鈹時產生了一種不知名的射線，它

20、的貫穿能力極強，能夠穿透幾厘米厚的鉛.后來用這種射線去轟擊石蠟(含有大量氫原子)，竟能從石蠟中打出質子來。1932年英國物理學家查德威克經過仔細的研究和分析，發現這種射線在磁場中不發生偏轉，可見它是中性粒子流.又測出射線的速度約為十分之一光速，排除了它是射線的可能.他又用這種射線轟擊氫原子和氮原子，結果打出了一些氫核(質子)和氮核.他測出了被打出的氫核和氮核的速度，并由此計算出了這種射線粒子的質量， 發現與氫核質量差不多，這樣中子被發現了。【知識點3】了解原子核的組成中子發現后，物理學家海森伯和伊凡寧柯創立了原子核的質子中子結構學說，即原子核是由質子和中子組成的理論。質子和中子統稱為核子。例：

21、原子核（鈾）中有238個核子、92個質子、146個中子。【典型例題】例：用粒子轟擊硼10，產生一個中子和一個具有放射性的核，這新核是；這新核可放出一個正電子，衰變所成的核為，其核反應方程式為.分析與解原子核的人工轉變與原子核的衰變一樣滿足：電荷數守恒；質量數守恒；能量守恒，由新核可知，新核的電荷數（原子序數）為7，它的質量數為13，故這種原子核為氮13，；由新核可知，新核的電荷數（原子序數）為6，質量數為13，是碳13，其核反應方程式為。解題關鍵 原子核的人工轉變遵守電荷數、質量數守恒鞏固練習 1. 用粒子轟擊鈹時得到原子核，同時放出一種射線，關于這種射線的說法與事實不符的是（ ）（A）它來自原子核； （B）它能穿透幾厘米的鉛板；（C）它在電場中不受力的作用； （D）它是一種帶電粒子。2. 科學家常用中子轟擊原子核，這是因為中子（ ）（A）質量較小； （B）質量較大；（C）能量較大； （D）顯電中性。圖12-C-1釙石蠟B鈹粒子A3. 如圖12-C-1所示為查德威克發現中子實驗示意圖，由天然放射性元素釙（Po）放出的射線轟擊鈹時產生粒子流A，用粒子流A轟擊石蠟時，會打出粒子流B，經研究知道（ ）（A）A為中子，B為質子；（B）A為質子，B為中子