1、第十七章原子物理學(xué)原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的歷史過(guò)程一湯姆生原子模型一盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型例：盧瑟福實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)兩個(gè)原子核之間的距離小到10-15m時(shí)，它們之間的排斥力仍遵守庫(kù)侖定律.金的原子核中有 79個(gè)質(zhì)子，氨原子核（“粒子）中有2個(gè)質(zhì)子.已知每個(gè) 質(zhì)子帶電e=1.60 xi019c, “粒子質(zhì)量為6.68 10-27kg,當(dāng)a粒子與金核相距為 6.9 10-15m時(shí) （設(shè)這時(shí)它們?nèi)钥僧?dāng)作點(diǎn)電荷）,求：（1） a粒子所受的力；（2） a粒子的加速度.例：電子的質(zhì)量 m=9.1X10-28g,電子的電荷e=1.6 10-19C,已知原子的核外電子繞核運(yùn)動(dòng)的圓軌道半徑r=5.3 M0-9cm .問(wèn)：（1）電

2、子所受向心力等于多少 ？（2）電子繞核運(yùn)動(dòng)的周期等于多少？一波爾原子模型例：玻爾在他提出的原子模型中所做的假設(shè)有（）.A、原子處于稱(chēng)為定態(tài)的能量狀態(tài)時(shí)，雖然電子做加速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量B、原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的C、電子從一個(gè)軌道躍遷到另一軌道時(shí)，輻射（或吸收）一定頻率的光子D、電子躍遷時(shí)輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率22例：玻爾理論中依據(jù)氫原子電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)是庫(kù)侖力提供向心力，即ke2 = me,加rnrn之玻爾假設(shè)的電子軌道（半徑）公式rn =n2rl （n為量子數(shù)），試推導(dǎo)出電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)能公式Ekn =

3、與及周期公式Tn =n31。 n例：氫原子處于基態(tài)時(shí)能量為Ei= -13.6eV ,電子的質(zhì)量為 m,電量為-e,求：（1）從n = 3的能量狀態(tài)躍遷到 n=2的能量狀態(tài)時(shí)所輻射的能量；（2）氫原子處于 m= 5狀態(tài)時(shí)核外電子的速度；（3）氫原子吸收波長(zhǎng)為 0.6X10-7m的紫外線而電離（即電子不再受核的束縛）后所具有的動(dòng) 能.一電子云 a粒子散射實(shí)驗(yàn)（現(xiàn)象、原因、解釋?zhuān)├寒?dāng)豆粒子被重核散射時(shí)，圖所示的運(yùn)動(dòng)軌跡哪些是不可能存在的（）.原子和原子核原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、氫原子模型的應(yīng)用、光子的發(fā)射與接收例：氫原子能級(jí)圖一部分如圖所示，A、B、C分別表示原子在三種躍遷過(guò)程中輻射出的光子.它們的能量和

4、波長(zhǎng)分別為 Ea、Eb、Ec和入a、入b、入c,則卜述關(guān)系中正詬的是A.B.入C=入A+入BC.Ec=Ea+EbD.例：電子繞原子核的運(yùn)動(dòng)可視為一環(huán)形電流。按玻爾模型氫原子處于基態(tài)時(shí)，電子軌道半徑r=0.53 X0-10米，試求電子繞氫原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)，等效電流的大小。e=1.6 10-19 庫(kù)，電子質(zhì)量 m=0.91xi0-30 千克,（109牛米2/庫(kù)2。）（電子電量核反應(yīng)類(lèi)型，衰變例：一個(gè)原子核a x進(jìn)行一次q衰變后成為原子核：丫,然后又進(jìn)行一次p衰變，成為原 子核fZ： ：XUTdY；Z它們的質(zhì)量數(shù)a、c、f及電荷數(shù)b、d、g之間應(yīng)有的關(guān) 系是（）.A: a=f+4 B: c=f C: d

5、=g-1 D: b=g+1一人工轉(zhuǎn)變例：如圖所示，靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的一個(gè)ZB粒子，俘獲一個(gè)速度為 v =7.3 X04米/秒的中子發(fā)生核反應(yīng)，生成一個(gè)氨核與一個(gè)新核。若測(cè)得氨核的速度為2X104米/秒，方向與反應(yīng)前中子運(yùn)動(dòng)方向相同，請(qǐng)(1)寫(xiě)出核反應(yīng)方程；(2)畫(huà)出核反應(yīng)兩個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡及旋轉(zhuǎn)方向的示意圖;(3)求出氨核與新核軌道半徑之比；(4)求出氨核與新核旋轉(zhuǎn)周期之比。一重核的裂變一輕核的聚變?nèi)N射線(本質(zhì)、特點(diǎn))原子核的人工轉(zhuǎn)變(質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)、中子的發(fā)現(xiàn))例：如圖5-2所示是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.A是“粒子源，F(xiàn)是鋁箔，S為熒光屏，在容器中充入氮?dú)夂笃罶上出現(xiàn)閃】匕 沒(méi)閃

6、兄是日丁 Aa粒子射到米卜產(chǎn)生的a粒干上淳核不產(chǎn)牛T福粒工昂一到用1牛片C.a粒子從F上打T向某和粒丁射到麻上產(chǎn)牛的D.粒子源中放入的丫射線射到屏上產(chǎn)生的9例：如圖所不，由天然放射性兀素針(Po)放出的射線 X1,轟擊皺(4 Be)時(shí)會(huì)產(chǎn)生粒子流X2,用粒子流X2轟擊石蠟時(shí)會(huì)打出粒子流X3,經(jīng)研究知道：(A)x 1為口粒子；X2為中子；(B)x 1為 函子；X3為質(zhì)子；(C)X2為質(zhì)子，X3為中子；(D)X2為質(zhì)子，X3為光子。2克市電重為-e, d夸克帶電重3例：目前普遍認(rèn)為，質(zhì)子和中子都是由被稱(chēng)為u夸克和d夸克的兩類(lèi)夸克組成。u夸1 _, .-re, e為基兀電荷。下列論斷可能正確的是3A

7、質(zhì)子由1個(gè)u夸克和 B質(zhì)子由2個(gè)u夸克和 C質(zhì)子由1個(gè)u夸克和 D質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1 1個(gè)d夸克組成，中子由1 2個(gè)d夸克組成，中子由2 1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成 個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成 個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成 個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成核能的計(jì)算例：鈾核(鬻U )裂變生成銀(14；Ba)和氟臂Kr) .已知鬻U、Ba、黑Kr以及中子925636.925630的質(zhì)量分別是 235.0439 u , 140.9139u , 91.8973u 和 1.0087u.(1)試寫(xiě)出鈾核裂變反應(yīng)方程，并計(jì)算一個(gè)235u核裂變時(shí)放出的核能.(2)我國(guó)秦山核電

8、站的功率為30萬(wàn)千瓦，假如235U能夠完全發(fā)生裂變，其中有一半的核能轉(zhuǎn)化為電能.以上述裂變反應(yīng)來(lái)估算，電站一年要消耗多少235u?用a粒子轟擊被核(:Be),產(chǎn)生中子并釋放出5. 6X 106eV的能量。求：(1) 45 g被全部發(fā)生反應(yīng)，可釋放多少能量？(2)反應(yīng)前后總質(zhì)量虧損是多少？(3)參加反應(yīng)的氨的質(zhì)量是多少？例：能源危機(jī)是一個(gè)全球性的共同問(wèn)題，科學(xué)家們正在積極探索核能的開(kāi)發(fā)與和平利 用， 其中可控?zé)岷朔磻?yīng)向人類(lèi)展示了誘人的前景。熱核反應(yīng)比相同數(shù)量的核子發(fā)生裂變 反應(yīng)釋放 的能量要大好幾倍，同時(shí)所造成的污染也要輕得多，而且可用于熱核反應(yīng)的笊(2h)在海水中的總含量非常豐富，所以一旦可控

9、熱核反應(yīng)能夠達(dá)到實(shí)用，便可解決人類(lèi) 所面臨的能源危機(jī)問(wèn)題。(1)熱核反應(yīng)中的一種反應(yīng)是1個(gè)笊核和1個(gè)瓶核(3H )聚變?yōu)橐粋€(gè)氨核(2h ),請(qǐng)完成這個(gè)核反應(yīng)方程式：2H +3 H-j4 H +能量。(2)若笊核的質(zhì)量為 2.0141U,瓶核的質(zhì)量為 3.0161U,中子的質(zhì)量為1.0087U,氨核的 質(zhì)量為4.0026U。其中u是原子質(zhì)量單位，已知 1u相當(dāng)于931MeV的能量，則上述核反應(yīng) 過(guò)程中釋放的能量為 MeV。(保留3位有效數(shù)字)例：4個(gè)質(zhì)子在高溫下能聚變成一個(gè)“粒子同時(shí)放出能量.已知質(zhì)子質(zhì)量為1.007276U, a粒子質(zhì)量為4.001506 u, 1u=1.66 10哭7kg,阿

10、伏加德羅常數(shù)為 6.02 1023/mol. (1)寫(xiě)出核反 應(yīng)方程;(2) 1g氫完全聚變成a粒子能釋放出多少能量？例：每一個(gè) 普U核裂變時(shí)平均釋放 200MeV的核能.發(fā)電能力為5M105kW的核電站若以U235為核燃料，一天至少需要多少個(gè) U235核發(fā)生裂變？相當(dāng)于多少克純 U235?裂 變所釋放的能量與多少千克煤燃燒釋放的化學(xué)能等效？(煤的燃燒值取3.0父107j/kg)例：(1)精確的研究表明，不同的原子核，其核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核 子數(shù))與原子序數(shù)有如圖所示的關(guān)系.試根據(jù)此圖說(shuō)出至少兩條相關(guān)信息.(2)太陽(yáng)的能量來(lái)自下面的反應(yīng)：四個(gè)質(zhì)子(氫核)聚變成一個(gè)a粒子，同時(shí)發(fā)射

11、兩個(gè)正電子和兩個(gè)沒(méi)有靜止質(zhì)量的中微子，已知?dú)錃馊紵c氧氣化合生成水，每形成一個(gè)水分子釋放的能量為6.2eV,若想產(chǎn)生相當(dāng)于太陽(yáng)上1 kg的氫核聚變成a粒子所釋放的能量，須燃燒多少千克氫a粒子質(zhì)量m “ =4.0026 u,質(zhì)子質(zhì)量mp=1.00783 u,電子質(zhì)量me=5.48 X 10-4 u ( u為原 子質(zhì)量單位)4核子?jì)染鶅x信g*心司界于序款例：如圖所示，有界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.50T ,磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，MN是磁場(chǎng)的左邊界.在磁場(chǎng)中A處放一個(gè)放射源，內(nèi)裝 226Ra (鐳)，826 Ra放出某種射線后衰變成(氨).試寫(xiě)出286 Ra衰變的方程.若 A距磁場(chǎng)的左邊界 M

12、N的距離OA=1.0m 時(shí)，放MN左側(cè)的粒子接收器接收到垂直于邊界 MN方向射出的質(zhì)量較小的粒子， 此時(shí)接 收器位置距經(jīng)過(guò) OA的直線1.0m.由此可以推斷出一個(gè)靜止鐳核 226 Ra衰變時(shí)放出的能量是多少？保留2位有效數(shù)字.(取lu =1.6 M10/7kg ,電子電量e=1.6M1019C)Ml TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document XXX! XXX01I X X H XI B町x X X例：在一原子反應(yīng)堆中，用石墨(碳)作減速劑使快中子減速.已知碳核的質(zhì)量是中子的 12倍.假設(shè)把中子與碳核的每次碰撞都看作是彈性正碰，

13、而且認(rèn)為碰撞前碳核都是靜止的.(1)設(shè)碰撞前中子的動(dòng)能是 E0,問(wèn)經(jīng)過(guò)一次碰撞中子損失的能量是多少？-6 -(2)至少經(jīng)過(guò)多少碰撞，中子的動(dòng)能才能小于 10 E0?( lg13=1.114, lg11=1.041).例：太陽(yáng)現(xiàn)正處于主序星演化階段。它主要是由電子和；H、2He等原子核組成。維持太陽(yáng)輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，核反應(yīng)方程是2e+4；HT 4He +釋放的核能，這些核能最后轉(zhuǎn)化為輻射能。根據(jù)目前關(guān)于恒星演化的理論，若由于聚變反應(yīng)而使太陽(yáng)中的；H核數(shù)目從現(xiàn)有數(shù)減少 10%,太陽(yáng)將離開(kāi)主序星階段而轉(zhuǎn)入紅巨星的演化階段。為了簡(jiǎn)化，假定目前太陽(yáng)全部由電子和1H核組成。(1)為了研究太陽(yáng)演化進(jìn)程，需知道目前太陽(yáng)的質(zhì)量Mo已知地球半徑 R=6.4X106 m ,地球質(zhì)量 m= 6.0 x 1024 kg,日地中心的距離 r=1.5X1011 m,地球表面處的重力加速度g=10 m/s2 , 1年約為3.2X107秒，試估算目前太陽(yáng)的質(zhì)量M。(