原子,原子核,第十二章,一、电子的发现 二、汤姆孙原子结构模型 三、粒子散射实验 四、卢瑟福原子结构模型,原子的核式结构,一、电子的发现,阴极射线管接通高压直流电源,管内阴极发射出一 束射线,使涂有荧光物质的白色底板上出现一条亮迹。 它是什么射线呢？,1、阴极射线实验（是由电子组成的）,原子的内部结构如何?,3、电子的发现证明原子不是组成物质的最小颗粒，揭示了原子可分，具有复杂的结构 。,2、 电子,英汤姆孙,1897年汤姆孙发现电子， 12年后密立根用油滴实验测出了电子的电荷。,电子的质量 m =9.110-31kg，电荷量大小 e =1.610-19C、带负电的粒子。,电子带负电，而原子是电中性的，可见，原子内还有带正电的物质。 这些带正电的物质和带负电的电子如何构成原子呢,？,在汤姆孙的原子模型中，原子是一个球体；正电核均匀分布在整个球内，而电子都象葡萄干那样镶嵌在原子里面,电子,正电荷,这个模型不久就被实验事实否定了,二、汤姆孙的原子结构模型,卢瑟福,1、粒子的散射：,粒子照射在金箔上面，由于金箔原子中的带电微粒对粒子有库仑力作用，会使粒子在穿过金箔时，改变原来的运动方向，这个现象叫做粒子的散射。,三、粒子散射实验,实验目的:试图证实汤姆逊提出的“枣糕”模型,粒子是带2个正电荷的氦离子,粒子散射实验,高速 粒子,荧光屏,实验装置,放射源放射性元素钋（Po）放出粒子，粒子 是氦核，带2e正电荷，质量是氢原子的4倍，具有较大的动能。 金箔作为靶子，厚度1m, 重叠了3000层左右的 金原子。 荧光屏粒子打在上面发出闪光。 显微镜通过显微镜观察闪光，且可360转动观察不同角度粒子的到达情况。,三、粒子散射实验,实验预期:大多数粒子穿过金箔后方向发生微小偏转，不存在大角度的方向改变。,三、粒子散射实验,实验结果: （1）绝大多数粒子穿过金箔后，与原来运动方向偏离不多（平均23）； （2）少数粒子产生较大角度的偏转； （3）极少数粒子产生超过90的大角度偏转（散射），个别粒子的甚至被弹回。,1、绝大多数 粒子穿过金箔后，与原来的运动方向偏离不多（平均2o-3o）,2、少数 粒子产生较大角度的偏转。,3、极少数粒子产生超过90的大角度偏转。,4、个别粒子甚至被弹回。,第一条现象说明，原子中绝大部分是空的,第二、三现象可看出， 粒子受到较大的库仑力作用,第四条现象可看出，粒子在原子中碰到了比他质量大的多的东西,粒子穿过原子时，电子对粒子运动的影响很小，影响粒子运动的主要是带正电的原子核。 而绝大多数的粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转 。,原子的核式结构的提出,对粒子散射实验现象解释,三、粒子散射实验,卢瑟福的原子核式结构模型: （1）在原子中心有一个很小的核，叫做原子核。 （2）原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里。 （3）带负电荷的电子都在核外不停地绕核运动（电子绕核运动所需的向心力就是原子核对它的电场力）。,通过对散射现象的理论计算，估算中原子核直径的数量级约：10-1510-14m，而原子直径数量级约：10-10m。,B物质的放射性及应用,一、放射性现象的发现 二、放射性现象、放射性、放射性元素 三、三种射线 四、放射线的探测、放射性的应用、放射性辐射的防护,天然放射性现象,一、放射性现象的发现,贝可,法国物理学家,人们通过什么现象或实验发现原子核是由更小的微粒构成的？,人们认识原子核的结构就是从天然放射性开始的。,天然放射现象揭示了原子核具有复杂的结构。,1、原子核能自发地放射出看不见的射线，这种现象称为天然放射现象。 2、具有放射性的元素叫放射性元素。,3、居里夫人在实验室中，从沥青铀矿的放射现象中发现钋和镭。 4、原子序数大于83的所有天然存在元素都具有放射性，83以下的元素中有的也具有天然放射性。,一、天然放射现象：,二、天然放射性现象、放射性、放射性元素,三、三种射线,射线：是高速运动的粒子（氦核）流。,射线：是高速电子流。,射线：是波长很短的电磁波。,、射线都是从原子核里放射出来的。特别要区别阴极射线和射线，组成阴极射线的电子是原子核外电子，而组成射线的电子是由中子发生衰变而产生的电子。,三种射线的穿透本领,三种射线的穿透本领, 、三种射线都是从原子核里放射出来的，放射性元素的原子核放出射线时，有的放射射线，有的放射射线，同时伴随着射线放射。,放射性元素不论以单质形态还是化合物形态存在，其放射性都不受影响。,原子核自发射出某种粒子而变为另一种原子核的过程叫做原子核的衰变。,一、原子核的符号 二、原子核的衰变、衰变、衰变 三、半衰期 四、核力,放射性元素的衰变,一、原子核的组成及符号,原子核的组成: （1）原子核是由中子组成的，质子和中子统称为核子。 （2）核子数A等于质子数与中子数之和，即A=Z+N。,常见原子核的符号:,二、原子核的衰变、衰变、衰变,原子核的衰变: 定义：原子核放出射线后变成新的原子核，原子核的这种变化叫做原子核的衰变。,衰变: 定义：原子核自发放出粒子衰变，叫衰变。 衰变方程： 常见的衰变：,衰变: 定义：原子核自发放出粒子衰变，叫衰变。 衰变方程： 常见的衰变：,2.衰变遵循的原则：,质量数守恒，电荷数守恒。,原子核放出粒子或粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。,1.原子核的衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变,三、放射性元素的衰变,思考与讨论,原子核里没有电子，衰变中的电子来自哪里？,点击,1、衰变时，从放射性元素的原子核中释放出来的粒子就是两个质子和两个中子结合在一起放出的.,2、衰变时，释放的粒子是核内的一个中子转化成质子和电子时，从核里发射出来。,3、辐射是因为原子核放出粒子或粒子后，处在一种“激发”状态时释放出频率很高的电磁波，常称为光子。,注意：,1、 放射性元素衰变不可能有单独的衰变！ 2、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：生成了新的原子核！,三、半衰期,半衰期: 定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做元素的半衰期。 每一种放射性元素都有一定的半衰期，不同的放射性元素，半衰期不同。放射性元素半衰期的长短是由原子核的内部因素决定的，它不受外部因素的影响。例如温度的高低，物态的变化，化学结构的变化等等，都不能改变它的半衰期。,半衰期的规律: 在已知半衰期T和放射性元素原来核数量N0的情况下，求经过t时间还余下多少数量的核，可以用下式计算：,注意：,1、“单个的微观事件是不可预测的”， 所以，放射性元素的半衰期，描述的是统计规律。 2、半衰期的长短由核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件都没有关系。,三、半衰期,例题：,四、核力,核力:原子核之间的质子，存在很强的静电斥力，但原子核却是稳定的。这说明原子核的核子之间不仅存在着相互作用的静电斥力，还有其他的力维持的原子核的稳定，这种力称为核力。,核力的特点:短程、强力。核力的作用范围：相邻的两个核子之间；不仅质子间有核力，质子与中子、中子与中子之间也存在核力。,自由地呼吸,原子核的人工转变,一、原子核的人工转变：用高速运动的粒子轰击原子核，用人工方法使一种原子核变成另一种原子核的的方法。,引言：天然放射现象的发现，使人们认识到原子核内部有复杂的结构，而且原子核可以发生变化，成为另一种原子核。于是，科学家们对原子核的组成的研究进入了更深的层次。但是单靠天然放射性元素的衰变是不够的，所以，有必要用人工方法把原子核“轰开”，从而去探索原子核的结构，这种方法称为原子核的人工转变。,一、原子核的人工转变 质子的发现 二、中子的发现 三、放射性同位素,原子核的人工转变,一、原子核的人工转变、质子的发现,原子核的人工转变: 定义：使用人工的方法使原子核发生转变的过程，叫做原子核的人工转变。 *人工的方法通常指用粒子、质子、中子、粒子或高能射线流轰击原子核而实现，现代科技中常用加速器获得高能粒子流。,粒子轰击氦核的实验: (1)实验的历史地位：世界上第一个原子核的人工转变实验。 (2)实验的设计人：卢瑟福。 (3)实验介绍：见下张PPT (3)实验的结果：发现了质子。,一、原子核的人工转变、质子的发现,(1)容器内抽成真空，选择银箔的厚度可以使A射出的粒子恰好被银箔吸收，而不穿过。此时荧光屏上无闪光。,(2)容器内冲入氮气，观察到荧光屏上有上闪光。表明粒子轰击氮原子核以后产生了能量较大的新粒子，新粒子的贯穿能力比粒子强，因而穿透银箔到达荧光屏而引起闪光。后来测出粒子的质量，才知道它是氢原子核，即质子。,核反应方程式：,上述实验中的质子从何而来？英国的物理学家布拉凯特在充氮的云室里做了上述实验，目的是想弄明白，质子是粒子轰击氮核直接打出来的，还是打进氮核形成一个复核，这复核立即衰变而放出的一个质子？,布拉凯特实验证实发生了核反应,在云室中可以观察粒子的径迹。 英国的物理学家布拉凯特在云室中做了粒子轰击氮核的实验，拍摄了两万多张云室照片，终于从万条粒子径迹的照片中，发现有八条产生了分叉。 分析径迹的情况可以确定，分叉后的细长径迹是质子的径迹，短而粗的径迹是产生的新核的径迹，碰撞后粒子径迹不再出现,上述实验以及后来用粒子轰击氟、钠、铝等元素的原子核都发生了类似的反应，并且都产生了质子。 这些实验表明，由于从不同元素的原子核中都能打出质子来，因此质子应该是原子核的组成部分。 原子核只由质子组成吗？,？,？,质量数 电荷数,钙,汞, , ,想 一 想 由于原子核的质量大体上是质子质量的整数倍，如果原子核只由质子组成，则原子核的质量数应该与质子数相等，因而也与原子核的核电荷数相等。但任意考察两种元素（下表），就知它们的核质量数与核电荷数不等。原子核只由质子组成的设想能够成立吗？,原子核 示意图,卢瑟福的预言 1920年，根据以上分析，卢瑟福曾预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，并把它叫做中子。,一、原子核的人工转变、质子的发现,讨论：当粒子穿过充满云室时拍摄的照片时。拍摄到如下照片，请判断细而长的径迹和短而粗的径迹分别是那种粒子的径迹。,二、中子的发现,中子的发现： （1）实验的设计人：查德威克 （2）实验介绍：在真空容器中，用放射源钋（Po）放出的射线轰击铍（Be），产生了一种不可见的粒子，这种粒子轰击石蜡，这产生了质子。后来的研究发现，这种不可见的粒子就是中子。,核反应方程式：,三、放射性同位素,放射性同位素：有相同的核电荷数和不同中子数的元素叫同位素。具有放射性的同位素，叫放射性同位素。,正电子的发现：约里奥 居里夫妇用粒子轰击铝箔时，除探测到中子外，还探测到了正电子。,质子,中子的发现:,4.原子核的组成:原子核由质子,中子等基本粒子组成,(1)质子的发现: (卢瑟福)“打鸡蛋”,(2)中子的发现: ( 查得威克)“喝啤酒”,(3)正电子的发现: (居里夫妇),一、重核裂变 、链式反应 二、反应堆、核电站,重核裂变,一、重核裂变、链式反应,核能：原子核的结构发生变化时放出的能量，叫做核能。,裂变：重核受到其他粒子轰击时分裂成两块或两块以上中等质量的核的过程称为裂变。裂变过程中放出中子并释放大量的能量。裂变最早是由德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核时发现的。,核反应方程式：,典型的裂变反应过程：,一、重核裂变、链式反应,裂变反应：重核裂