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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，通常會同時放出α、β和γ三種射線，即α、β衰變核反應(yīng)同時放出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、勻強(qiáng)電場、正交電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況比較：

如(1)、(2)圖所示，在勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場中都是β比α的偏轉(zhuǎn)大，γ不偏轉(zhuǎn)；兩圖區(qū)別是：在磁場中偏轉(zhuǎn)軌跡是圓弧，在電場中偏轉(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，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，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中不可能都做直線運(yùn)動(如果一個打在b，則另一個必然打在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，該生產(chǎn)線壓制的是3mm厚的鋁板，那么是三種射線中的____射線對控制厚度起主要作用。當(dāng)探測接收器單位時間內(nèi)接收到的放射性粒子的個數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)值時，將會通過自動裝置將M、N兩個軋輥間的距離調(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。因為知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，能級不同，可能輻射的光子就有不同的波長。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原子在兩個能級間躍遷時輻射或吸收光子的能量hν=E_m-E_n

(2)從高能級向低能級躍遷時釋放出光子；從低能級向高能級躍遷時可能是吸收光子，也可能是由于碰撞(用加熱的方法，使分子熱運(yùn)動加劇；分子間的相互碰撞可以傳遞能量)。原子從低能級向高能級躍遷時只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級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(或磁場)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)的向心力即核對它的為庫侖引力。	圓滿解釋α散射，可推算各元素原子核帶的正電荷數(shù)，可估計出原子核的大小<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。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)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	不能給出原子一個直圖景。

[點(diǎn)拔2]對“一個衛(wèi)星環(huán)繞地球”與“一個電子環(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)電場中的電子受核的庫侖引力作為向心力。

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

，

，

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

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

電子：電勢能ε=0、動能E_K=0；原子系統(tǒng)總能量=0

環(huán)行的衛(wèi)星與電子的動能、勢能、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濺落于地球上；

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，所以電子不會落到核上，原子是穩(wěn)定的。這是因為宏觀的經(jīng)典電磁理論并不適用于微觀電子的運(yùn)動。

氫原子定態(tài)能量的減少，是由于高能級的激發(fā)態(tài)向低能級定態(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()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)動半徑r₁=0.53×10^-10m．求氫原子處于n=4激發(fā)態(tài)時：(1)原子系統(tǒng)具有的能量？(2)電子在軌道上運(yùn)動的動能？(3)電子具有的電勢能？(4)向低能級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)因為，，所以。

(3)因為E₄=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，電子的動能和電勢能各為多少？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，說明這時氫原子處于第三能級。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)量一定集中在一個很小的核上。

1911年英國人盧瑟福由α粒子散射實(shí)驗提出：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。

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

1．湯姆生模型(棗糕模型)

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

127.一切偉大的行動和思想，都有一個微不足道的開始。

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，最好是去學(xué)些什么東西。學(xué)習(xí)會使你永遠(yuǎn)立于不敗之地。