2．各種放射線的性質(zhì)比較

種類	本質(zhì)	質(zhì)量(u)	電荷(e)	速度(c)	電離性	貫穿性
α射線	氦核	4	+2	0.1	最強(qiáng)	最弱，紙能擋住
β射線	電子	1/1840	-1	0.99	較強(qiáng)	較強(qiáng)，穿幾mm鋁板
γ射線	光子	0	0	1	最弱	最強(qiáng)，穿幾cm鉛版

放射性元素衰變時(shí)，通常會(huì)同時(shí)放出α、β和γ三種射線，即α、β衰變核反應(yīng)同時(shí)放出γ射線(釋放能量)。在某些特殊情況下，某些放射性元素只放出α或只放出β射線。但任何情況下都不會(huì)只放出γ射線，γ射線只能伴隨α或β射線放出。

三種射線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)、勻強(qiáng)電場(chǎng)、正交電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況比較：

如(1)、(2)圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中都是β比α的偏轉(zhuǎn)大，γ不偏轉(zhuǎn)；兩圖區(qū)別是：在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)軌跡是圓弧，在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)軌跡是拋物線。(3)圖中γ肯定打在O點(diǎn)；如果α也打在O點(diǎn)，則β必打在O點(diǎn)下方；如果β也打在O點(diǎn)，則α必打在O點(diǎn)下方。

[例題3]如圖所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質(zhì)，放射線從其右端小孔中水平向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則下列說法中正確的有

A．打在圖中A、b、c三點(diǎn)的依次是α射線、γ射線和β射線

B．α射線和β射線的軌跡是拋物線

C．α射線和β射線的軌跡是圓弧

D．如果在鉛盒和熒光屏間再加一豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，則屏上的亮斑可能只剩下b

解：由左手定則可知粒子向右射出后，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中α粒子受的洛倫茲力向上，β粒子受的洛倫茲力向下，軌跡都是圓弧。由于α粒子速度約是光速的1/10，而β粒子速度接近光速，所以在同樣的混合場(chǎng)中不可能都做直線運(yùn)動(dòng)(如果一個(gè)打在b，則另一個(gè)必然打在b點(diǎn)下方。)本題選AC。

[例題4]如圖所示，是利用放射線自動(dòng)控制鋁板厚度的裝置。假如放射源能放射出α、β、γ三種射線，而根據(jù)設(shè)計(jì)，該生產(chǎn)線壓制的是3mm厚的鋁板，那么是三種射線中的____射線對(duì)控制厚度起主要作用。當(dāng)探測(cè)接收器單位時(shí)間內(nèi)接收到的放射性粒子的個(gè)數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，將會(huì)通過自動(dòng)裝置將M、N兩個(gè)軋輥間的距離調(diào)___一些。

解：α射線不能穿過3mm厚的鋁板，γ射線又很容易穿過3mm厚的鋁板，基本不受鋁板厚度的影響。而β射線剛好能穿透幾毫米厚的鋁板，因此厚度的微小變化會(huì)使穿過鋁板的β射線的強(qiáng)度發(fā)生較明顯變化，即是β射線對(duì)控制厚度起主要作用。若超過標(biāo)準(zhǔn)值，說明鋁板太薄了，應(yīng)該將兩個(gè)軋輥間的距離調(diào)節(jié)得大些。

1．天然放射現(xiàn)象

1896年法國(guó)人貝克勒爾首先發(fā)現(xiàn)了鈾的放射性現(xiàn)象。隨后居里夫婦發(fā)現(xiàn)了有更強(qiáng)放射性的元素釙和鐳。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核是可分的。因?yàn)橹�道了三種射線的本質(zhì)后，通過思考分析即能斷定：α粒子的質(zhì)量、電性與電量與原子核外電子大不相同；β射線中的電子能量遠(yuǎn)大于核外電子的能量；γ射線能量也大于核外層電子受激輻射的X射線能量。所以三種射線是由原子核發(fā)出的。

4．光譜和光譜分析

(1)熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光形成連續(xù)光譜。

(2)稀薄氣體發(fā)光形成線狀譜(又叫明線光譜、原子光譜)。

根據(jù)玻爾理論，不同原子的結(jié)構(gòu)不同，能級(jí)不同，可能輻射的光子就有不同的波長(zhǎng)。所以每種原子都有自己特定的線狀譜，因此這些譜線也叫元素的特征譜線。

根據(jù)光譜鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成，這種方法叫做光譜分析。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是非常靈敏而且迅速。只要某種元素在物質(zhì)中的含量達(dá)到10^-10g，就可以從光譜中發(fā)現(xiàn)它的特征譜線。

3．玻爾模型(引入量子理論，量子化就是不連續(xù)性，整數(shù)n叫量子數(shù)。)

1913年丹麥人玻爾提出“玻爾原子理論”，20世紀(jì)20年代，海森堡等科學(xué)家提出“量子力學(xué)的原子理論”。

(1)玻爾的三條假設(shè)(量子化)

①軌道量子化r_n=n²r₁r₁=0.53×10^-10m

②能量量子化：E₁=-13.6eV

③原子在兩個(gè)能級(jí)間躍遷時(shí)輻射或吸收光子的能量hν=E_m-E_n

(2)從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)釋放出光子；從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)可能是吸收光子，也可能是由于碰撞(用加熱的方法，使分子熱運(yùn)動(dòng)加��；分子間的相互碰撞可以傳遞能量)。原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級(jí)到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。(如在基態(tài)，可以吸收E≥13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于電離外，都轉(zhuǎn)化為電離出去的電子的動(dòng)能)。

(3)玻爾理論的局限性。由于引進(jìn)了量子理論(軌道量子化和能量量子化)，玻爾理論成功地解釋了氫光譜的規(guī)律。但由于它保留了過多的經(jīng)典物理理論(牛頓第二定律、向心力、庫(kù)侖力等)，所以在解釋其他原子的光譜上都遇到很大的困難。

[點(diǎn)拔1]原子模型的發(fā)現(xiàn)比較：

實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)	理論內(nèi)容與模型	成功	困難
發(fā)現(xiàn)電子 陰極射線(電子)在電場(chǎng)(或磁場(chǎng))中偏轉(zhuǎn)，射到陰極玻璃管發(fā)出熒光。	原子中正電荷均勻分布，電子如棗鑲嵌在內(nèi)。	可解釋一些原子受激發(fā)產(chǎn)生原子光譜的事實(shí)。
α粒子散射性現(xiàn)象： 絕大多數(shù)過金原子仍向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至反彈。	(1)原子中心有核，核外有電子繞核旋轉(zhuǎn)。 (2)帶正電原子核幾乎集中原子全部質(zhì)量，帶負(fù)電的電子質(zhì)量很小。(3)核帶正電荷數(shù)與核外帶負(fù)電荷數(shù)相等。(4)電子繞核旋轉(zhuǎn)的向心力即核對(duì)它的為庫(kù)侖引力。	圓滿解釋?duì)辽⑸洌�可推算各元素原子核帶的正電荷�?shù)，可估計(jì)出原子核的大小<10-14m(原子半徑約10-10m)	據(jù)經(jīng)典電磁理論，有加速度的運(yùn)動(dòng)電子應(yīng)不斷幅射電磁波，能量不斷減少，原子發(fā)光應(yīng)產(chǎn)生連續(xù)光譜，最終電子落到核上。但實(shí)際上原子光譜為明線(或吸收光譜)，原子也是穩(wěn)定的。
氫的原子光譜現(xiàn)象。明線光譜為	(1)原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，這些狀態(tài)叫定態(tài)，各定態(tài)的能量值為能級(jí)。電子雖繞核旋轉(zhuǎn)，但不向外輻射能量，原子是穩(wěn)定的。(2)原子從一定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，它輻射或吸收一定頻率(或波長(zhǎng))的光子，光子能量由兩定態(tài)的能量差決定，即。(3)原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同軌道相對(duì)應(yīng)，原子定態(tài)不連續(xù)，則電子的軌道也不連續(xù)。	表明了盧瑟福核式結(jié)構(gòu)學(xué)說困難。圓滿解釋氫原子光譜的規(guī)律。	解釋有兩個(gè)以上電子的復(fù)雜原子光譜遇到困難。
復(fù)雜原子的光譜現(xiàn)象	核外電子無確定軌道，電子在原子內(nèi)各處出現(xiàn)幾率不同。	克服了玻爾理論的困難	不能給出原子一個(gè)直圖景。

[點(diǎn)拔2]對(duì)“一個(gè)衛(wèi)星環(huán)繞地球”與“一個(gè)電子環(huán)繞氫原子核”盧瑟福結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行類比分析。

地球引力場(chǎng)中的衛(wèi)星所受地球的萬有引力作為向心力。()

原子核(正電荷)電場(chǎng)中的電子受核的庫(kù)侖引力作為向心力。

(1)衛(wèi)星、電子的環(huán)繞速度和動(dòng)能與距離的關(guān)系：

，

，

(2)若規(guī)定距地球和原子核無窮遠(yuǎn)時(shí)，衛(wèi)星、電子勢(shì)能為零：

地球的衛(wèi)星：重力勢(shì)能E_P=0、動(dòng)能E_k=0；地球系統(tǒng)總能量(機(jī)械能)=0

電子：電勢(shì)能ε=0、動(dòng)能E_K=0；原子系統(tǒng)總能量=0

環(huán)行的衛(wèi)星與電子的動(dòng)能、勢(shì)能、系統(tǒng)的總能量：

衛(wèi)星要克服大氣阻力做功，損耗機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；

↓E_總=E_p↓+E_k↑(E_P減少多，E_k增加少，E_總減少)

環(huán)繞速度v增大，高度h(r)降低，沿螺旋線最終墜入大氣層燒毀或?yàn)R落于地球上；

據(jù)經(jīng)典電磁理論，速度變化的電子要輻射電磁波能量，使它總能量減少；

↓E_總=ε↓+E_k↑(ε減少多，E_k增加少，E_總減少)

環(huán)繞速度v增大，與核距離減小，輻射電磁波(光)的頻率逐漸增大，(波長(zhǎng)逐減)為生成連續(xù)光譜，沿螺旋線最終落于核上；

(3)根據(jù)玻爾理論，氫原子的電子為什么最終不落在核上？為什么原子發(fā)光生成原子光譜？

電子在某一定態(tài)軌道上雖有加速度，但不輻射電磁波能量，所以電子不會(huì)落到核上，原子是穩(wěn)定的。這是因?yàn)楹暧^的經(jīng)典電磁理論并不適用于微觀電子的運(yùn)動(dòng)。

氫原子定態(tài)能量的減少，是由于高能級(jí)的激發(fā)態(tài)向低能級(jí)定態(tài)或基態(tài)躍遷，輻射一定能量光子造成。由于各定態(tài)有確定能量差，所以能生成有確定光子能量(hv)或確定光波頻率(v)、波長(zhǎng)()的明線光譜或吸收光譜。

[例題1]氫原子基態(tài)能量E₁=-13.6eV，電子繞核運(yùn)動(dòng)半徑r₁=0.53×10^-10m．求氫原子處于n=4激發(fā)態(tài)時(shí)：(1)原子系統(tǒng)具有的能量？(2)電子在軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能？(3)電子具有的電勢(shì)能？(4)向低能級(jí)躍遷輻射的光子頻率最多有多少種？其中最低頻率為多少(保留兩位有效數(shù)字)？

解：(1)

(2)因?yàn)?sub>，，所以。

(3)因?yàn)镋₄=E_k4+ε₄，所以ε₄=E₄-E_k4=-0.85-0.85=-1.7eV。

(4)最多有六種：從n=4→3；3→2；2→1；4→2；4→1；3→1。

能級(jí)差最小的是n=4→n=3，所輻射的光子能量為：，

最低頻率：

[思考]已知?dú)湓�子基態(tài)能量E₁，氫原子在量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，電子的動(dòng)能和電勢(shì)能各為多少？處于量子數(shù)為n激發(fā)態(tài)的氫原子最多能輻射多少種頻率的光譜線？

學(xué)生討論：，，，。

[例題2]用光子能量為E的單色光照射容器中處于基態(tài)的氫原子。停止照射后，發(fā)現(xiàn)該容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，它們的頻率由低到高依次為ν₁、ν₂、ν₃，由此可知，開始用來照射容器的單色光的光子能量可以表示為：①hν₁；②hν₃；③h(ν₁+ν₂)；④h(ν₁+ν₂+ν₃)以上表示式中

A．只有①③正確　　 B．只有②正確　　 C．只有②③正確　　 D．只有④正確

解：該容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，說明這時(shí)氫原子處于第三能級(jí)。根據(jù)玻爾理論應(yīng)該有hν₃=E₃-E₁，hν₁=E₃-E₂，hν₂=E₂-E₁，可見hν₃=hν₁+hν₂=h(ν₁+ν₂)，所以照射光子能量可以表示為②或③，答案選C。

2．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型(行星式模型)

α粒子散射實(shí)驗(yàn)是用α粒子轟擊金箔，結(jié)果是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但是有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)。這說明原子的正電荷和質(zhì)量一定集中在一個(gè)很小的核上。

1911年英國(guó)人盧瑟福由α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間運(yùn)動(dòng)。

由α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還可以估算出原子核大小的數(shù)量級(jí)是10^-15m。

1．湯姆生模型(棗糕模型)

1897年，英國(guó)人湯姆生研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子。電子的發(fā)現(xiàn)說明原子是可分的。

127.一切偉大的行動(dòng)和思想，都有一個(gè)微不足道的開始。

126.如果你希望成功，以恒心為良友，以經(jīng)驗(yàn)為參謀，以小心為兄弟，以希望為哨兵。

125.世界上只有一樣?xùn)|西是任何人都不能搶走的，那就是智慧。

124.當(dāng)你感到悲哀痛苦時(shí)，最好是去學(xué)些什么東西。學(xué)習(xí)會(huì)使你永遠(yuǎn)立于不敗之地。