【物理课件】原子和原子核专题复习课件

原子和原子核专题复习深入探讨原子结构和原子核的奥秘为后续专题学习奠定坚实基础了解原子模,型的演化历程掌握原子核的基本构成和常见核反应,学习目标全面理解原子结构学习分析原子核结构掌握电子排布规则分析原子演化过程掌握原子的基本组成成分，包了解原子核的组成以及质量数熟悉电子在原子中的排布方式理解量子力学对原子结构的描括质子、中子和电子的性质和和原子序数的概念，区分同位以及能级跃迁产生光谱的原理述，探讨原子核的稳定性和放作用素和同素异形体射性现象原子的结构原子是构成物质的基本单元它由一个中心的原子核和绕着核心运动的电子组成原子核由质子和中子组成而电子则负责维持原子的整体电中性原子的基本,结构决定了其化学和物理特性是理解物质性质的基础,质子、中子、电子的性质质子中子电子质子是原子核中的基本粒子,带正电荷,质量中子是原子核中的中性粒子,质量约为

1.67电子是绕核轨道运动的带负电荷的基本粒子约为它是构成原子核它与质子共同构成了稳定的质量约为它是构成原

1.67x10^-27kg x10^-27kg,

9.11x10^-31kg的主要组成部分之一原子核子的重要组成部分之一原子核的结构原子核由质子和中子组成是原子的核心部分每个原子核都有一,个特定的质量数和原子序数决定了该原子的性质质子和中子以,特定的方式排列在原子核内部形成复杂的结构原子核结构的研,究对于理解原子的特性和行为至关重要原子核的成分质子原子核中带正电的基本粒子决定元素的化学性质和原子序数中子中性的基本粒子在原子核中与质子一起构成原子核电子绕原子核高速运动的带负电粒子决定原子的化学性质和电荷状态质量数和原子序数1原子序数表示一个原子核中质子的数目15质量数表示一个原子核中质子和中子的总数30同位素具有相同原子序数但质量数不同的原子同位素、同素异形体同位素同素异形体应用同位素是具有相同原子序数但质量数不同素异形体是指元素的原子结构不同,同位素和同素异形体在科学研究、医疗同的原子核它们化学性质十分相似,但化学性质相同的物质这是由于原子和工业等领域有广泛应用,如放射性同但在某些物理性质如密度、熔沸点等方排列方式的差异所致,如石墨和金刚石位素在医疗诊断及治疗中的使用面会有差异就是碳的同素异形体原子的电子排布K层1轨道最多个电子1s,2L层2和轨道最多个电子2s2p,8M层

3、和轨道最多个电子3s3p3d,18原子的电子排布遵循量子力学原理电子按照能量递增的顺序依次占据不同的轨道和能级这种有序的电子排布决定了每种元素的化学性质,和反应特点原子的电子层和价电子电子层价电子12原子中的电子排布在不同的电在最外层的电子层中的电子称子层中从里到外分别称为层为价电子它们决定了原子的化,K,、L层、M层等学性质价电子数3不同元素的价电子数不同这是决定元素化学性质的重要因素之一,原子能级与光子能量原子电子可以在不同的能级之间跃迁,在跃迁时会释放或吸收能量这种能量以光子的形式表现出来,每个跃迁过程都对应着特定的光子能量根据波尔原子模型,电子在不同能级之间的跃迁会产生特定波长的光,从而形成原子发射光谱和吸收光谱原子的发射和吸收光谱当原子吸收特定波长的光子时电子会从基态跃迁到激发态随后,电子从激发态跌落回基态会发射与吸收相同波长的光子这种发,射和吸收过程就形成了原子的发射光谱和吸收光谱不同种类的原子有不同的电子能级结构因此它们的发射和吸收光,谱也各不相同可用于原子种类的识别和分析,原子发射光和吸收光原子发射光原子吸收光激发态与发射光当原子的电子从高能级跃迁到低能级时,会相反地,当原子的电子从低能级吸收一定能处于激发态的原子电子会自发地从高能级跃释放出一定能量的光子这就是原子发射光量的光子后会跃迁到高能级这就是原子迁到低能级释放出与能级差相对应的光子,,,,的过程不同原子发射的光子具有不同的波吸收光的过程,也是原子光谱形成的原理这就是原子的发射光谱长和频率氢原子的能级跃迁基态1氢原子电子处于最低能量状态激发态2氢原子电子被外部能量激发到更高的能量状态跃迁3电子从高能级跃迁到低能级释放出光子,在氢原子中电子可以存在于不同的能级上当电子从高能级跃迁到低能级时会释放出光子这就是氢原子的能级跃迁过程这种能级跃迁,,,过程是氢原子发射光谱的基础也是我们理解原子结构的重要依据,波尔原子模型丹麦物理学家尼爾斯玻爾在年提出了原子模型这是第一個能夠合理解釋氫·1913,原子光譜的量子論模型玻爾提出了量子化的原子能級和電子軌道的概念為後,來的原子物理學開闢了新的道路玻爾原子模型描述電子在原子核周圍按固定能量軌道運行並且只能在這些離散,的軌道上吸收或發射光子這是原子物理學的重大突破為後來的量子力學奠定,了基礎波尔原子模型的局限性忽略电子云无法解释多电子原子波尔模型只考虑了电子绕核心转该模型只适用于氢原子,无法解释动,忽略了电子云的分布,无法解释具有多个电子的原子的行为原子的细微结构不符合量子力学无法解释光谱细结构波尔模型建立在牛顿力学基础上,波尔模型无法解释原子光谱中出与后来发展的量子力学理论存在现的细结构,无法解释电子自旋等矛盾量子效应量子力学对原子结构的描述波函数描述量子力学用复数波函数来描述电子在原子中的空间分布和能量状态量子数电子被分配有主量子数、角动量量子数和自旋量子数等量子数描述其状态电子轨道电子在原子中占据不同的量子态呈现出特定的空间分布即电子轨道,,原子的量子数和电子排布原子量子数电子排布原子的量子数包括主量子数、角动量量子数、磁量子数和自旋量根据量子论,每个电子都有独特的一组量子数电子在原子中的排子数这些量子数描述了电子在原子中的能量状态和空间分布布遵循Pauli不相容原理,确保每个电子处于不同的量子态电子云图和电子空间分布电子云图电子空间分布不同电子层的分布电子云图是量子力学描述原子电子空间分布根据量子力学理论,电子在原子中呈现出复在原子中,不同能级的电子会呈现出不同的的可视化表示它展示了电子在原子中的概杂的空间分布特征,可以用电子云图直观地空间分布特征内层电子分布较为集中,外率密度分布揭示了电子在原子中的空间分表示电子分布越密集的区域电子出现的层电子分布较为稀疏这决定了原子结构的,,,布状态概率越大稳定性原子核的稳定性核芯力质量数与原子序数12原子核内部存在着强大的核力,这种力使原子核能够保持稳原子核的稳定性与质量数和原子序数之间存在一定关系定外壳结构中子过剩或不足34原子核外层的质子和中子形成的壳层结构也影响着核稳定性中子质量数过剩或不足都会使原子核不稳定,易发生放射性衰变原子核的放射性核不稳定性放射性衰变过程12由于原子核内部质子和中子之在放射性衰变过程中,原子核会间的强烈电磁引力和核力的均发出高能粒子、粒子或射αβγ衡不稳定某些原子核会发生自线从而改变原子核的结构和性,,发的放射性衰变质半衰期概念放射性影响34每种放射性元素都有一个特定放射性元素的辐射可能对人体的半衰期即原子核辐射减少到和环境造成严重危害需要采取,,一半所需的时间有效的防护措施放射性衰变规律放射性衰变放射性原子核会自发发射粒子或能量使原子核转变为更稳定的,原子核的过程半衰期放射性元素的半衰期是指该元素辐射衰变到原量一半所需的时间指数衰变规律放射性原子核的衰变规律遵循指数函数随时间呈指数下降,放射性衰变的类型衰变衰变αβ原子核发射粒子核的过程原子核发射粒子电子或正电子α4He,β常见于重元素核主要由强核力的过程,主要由弱核力控制分为控制⁻、⁺和电子俘获三种类型ββ衰变γ原子核由激发态跃迁到基态时发出高能光子的过程主要由电磁力控制,放射性元素及其半衰期放射性元素半衰期铀年-

2357.04×10^8钚年-

2392.41×10^4镭年-2261600氡天-

2223.82放射性元素因其不稳定的原子核结构而发生自发性的放射性衰变不同放射性元素具有不同的半衰期即需要经过多长时间元素的放射性活度才会衰减到原来的,一半这些数据对于认识放射性元素的行为和性质非常重要放射性污染及防护放射性污染个人防护去污处理放射性物质的泄漏会导致空气、水源和土壤采取防护措施,如穿防护服、戴口罩,可降低对受到污染的区域进行去污清洁,可有效降受到污染,造成严重的环境问题接受辐射的风险低放射性物质的浓度核反应和核能的利用核反应核能利用核能优势未来发展核反应是指原子核发生变化的核电站利用核反应产生的热量与化石燃料相比,核能具有能未来,聚变反应堆、第四代核过程,包括核裂变和核聚变驱动汽轮机发电,是最广泛使量密度高、不排放温室气体等电站等新型技术将进一步提升这些反应可产生大量的能量用的核能利用形式此外核优势是可持续发展的清洁能核能利用的效率和安全性为,,,,是人类利用核能的基础能也应用于医学诊断、工业生源但同时也需要处理放射性人类可持续发展做出重要贡献产等领域废物核聚变和核裂变核聚变1核聚变是将轻原子核融合成重原子核的过程释放出大量能量,这是恒星内部的主要能量来源核裂变2核裂变是重原子核分裂成两个或多个较轻原子核的过程同样会,释放大量能量这是核电厂的能量来源能量释放3核聚变和核裂变都能产生巨大的能量可用于发电、推进航天器,等应用领域但需要严格控制以确保安全原子能与可持续发展核电的可持续优势聚变能源的前景辐射防护的重要性核电作为一种清洁、高效的能源,可以满足核聚变技术是一种理想的可持续能源解决方充分了解和掌握辐射防护知识非常重要,不不断增长的用电需求并且发电过程中没有案可以提供海量清洁、安全的能源尽管仅有助于维护民众的身体健康也可以促进,,,温室气体排放对于推动可持续发展具有重还需要进一步的研究与创新但这种能源的核能事业的健康发展为可持续发展做出贡,,,要意义潜力是巨大的献原子和原子核知识梳理原子结构原子核结构原子光谱原子核反应探究原子的组成粒子，包括质分析原子核由质子和中子组成学习原子的电子能级跃迁和发理解放射性衰变规律及其类型子、中子和电子了解电子在，质量数和原子序数的概念射/吸收光谱的形成掌握波了解核反应和核能的利用对原子中的排布情况探讨同位素和同素异形体尔原子模型及其局限性社会发展的意义原子和原子核知识要点总结原子结构放射性衰变包括核心的质子和中子，以及围绕核原子核不稳定时会发生自发的放射性心运转的电子衰变原子能量跃迁原子的周期性电子在原子能级之间跃迁时会吸收或原子的性质与它在元素周期表中的位辐射光子置有关思考和练习通过对本专题知识的反复思考和动手实践可以帮助我们更深入地理解原子和原,子核的结构及其在现实生活中的应用这不仅能够巩固我们的学习成果还能培,养我们的分析问题和解决问题的能力为将来的学习和工作奠定坚实的基础,我们可以思考一些与原子和原子核相关的实际问题比如核辐射的危害及防护措,施、原子能在日常生活中的应用、原子能源的优缺点等同时我们也可以通过,动手实验亲身体验一些基本的原子结构实验加深对相关概念的理解只有不断,,地思考和实践我们才能真正掌握这些知识发挥它们在科技发展中的重要作用,,。