論文：氫原子能級與衰變原理

　　【編者按】微觀(guān)物理世界極其復雜，在高中階段接觸比較少。主要以原子結構和氫原子能級、衰變和核能等方面介紹性?xún)热�，高考主要�?huì )考察氫原子能級結構，放射性原子的衰變。高考中經(jīng)常會(huì )考察對a射線(xiàn)、 射線(xiàn)、 射線(xiàn)的理解，同時(shí)會(huì )結合在原子衰變中同時(shí)考察。

　　氫原子能級

　�、倌芗壒�式：

　�、诎霃焦�式：

　　氫光譜

　　在氫光譜中，n=2,3,4,5,……向n=1躍遷發(fā)光形成賴(lài)曼線(xiàn)系；n=3,4,5,6向n=2躍進(jìn)遷發(fā)光形成馬爾末線(xiàn)系；n=4,5,6,7……向n=3躍遷發(fā)光形成帕邢線(xiàn)系;n=5,6,7,8……向n=4躍遷發(fā)光形成布喇開(kāi)線(xiàn)系；其中只有馬爾末線(xiàn)生活費的前4條譜線(xiàn)落在可見(jiàn)光區域內。

　　天然放射現象

　　天然放射現象中三種身線(xiàn)及其物質(zhì)微粒的有關(guān)特性的比較。

　　天然衰變中核的變化規律

　　在核的天然衰變中，核變化的最基本的規律是質(zhì)量數守恒和電荷數守恒。

　�、賏衰變：隨著(zhù)a衰變，新核在元素周期表中位置向后移2位，即

　�、� 衰變：隨著(zhù) 衰變，新核在元素周期表中位置向前移1位，即

　�、� 衰變：隨著(zhù) 衰變，變化的不是核的種類(lèi)，而是核的能量狀態(tài)。但一般情況下， 衰變總是伴隨a衰變或衰變進(jìn)行的。

　　關(guān)于半衰期的幾個(gè)問(wèn)題

　�。�1）定義：放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變所需要的時(shí)間。

　�。�2）意義：反映了核衰變過(guò)程的統計快慢程度。

　�。�3）特征：只由核本身的因素所決定，而與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。

　�。�4）理解：搞清了對半衰期的如下錯誤認識，也就正確地理解了半衰期的真正含義。第一種錯誤認識是：N0個(gè)放射性元素的核，經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期T，衰變了一半，再經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期T，全部衰變完。第二種錯誤認識是：若有4個(gè)放射性元素的核，經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期T，將衰變2個(gè)。事實(shí)上，N0個(gè)某種放射性元素的核，經(jīng)過(guò)時(shí)間t后剩下的這種核的個(gè)數為

　　而對于少量的核（如4個(gè)），是無(wú)法確定其衰變所需要的時(shí)間的。這實(shí)質(zhì)上就是“半衰期反映了核衰變過(guò)程的統計快慢程度”的含義。

　　原子核的人工轉變和原子核的組成

　　用高速運動(dòng)的粒子去轟擊原子核，是揭開(kāi)原子核內部奧秘的要本方法。轟擊結果產(chǎn)生了另一種新核，其核反應方程的一般形式為

　　其中X是靶核的符號，x為入射粒子的符號，Y是新生核的符號，y是放射出的粒子的符號。

　　1919年盧瑟福首先做了用a粒子轟擊氮原子核的實(shí)驗。在了解盧瑟福的實(shí)驗裝置、進(jìn)行情況和得到的實(shí)驗結果后，應該記住反應方程式

　　這是人類(lèi)第一次發(fā)現質(zhì)子的核反應方程。另外，對1930年查德威克發(fā)現中子的實(shí)驗裝置、過(guò)程和結果也應有個(gè)基本的了解。值得指出的是，查德威克在對不可見(jiàn)粒子的判斷中，運用了能量和動(dòng)量守恒定律，科學(xué)地分析了實(shí)驗結果，排除了 射線(xiàn)的可能性，確定了是一種粒子——中子，發(fā)現中子的核反應方程

　　核能

　　對這部分內容，應該注意以下幾點(diǎn)：

　�。�1）已經(jīng)確定核力的主要特性有：是一種很強的力（相比于其他的力），是一種短程力。

　�。�2）一定的質(zhì)量m總是跟一定的能量mc2對應。核子在結合成原子核時(shí)的總質(zhì)量減少了，相應的總能量也要減少，根據能量守恒定律，減少的這部分能量不會(huì )憑空消失，它要在核子結合過(guò)程中釋放出去。反過(guò)來(lái)，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的這部分能量也不會(huì )憑空產(chǎn)生，要由外部來(lái)供給。能量總是守恒的，在原子核反應伴隨有巨大的放能和吸能現象。

　�。�3）核反應中釋放或吸收的能量，可以根據反應物和生成物間的質(zhì)量差用質(zhì)能關(guān)系方程來(lái)計算。

　�。�4）核反應中能量的吸、放，跟核力的作用有關(guān)。當核子結合成原子核時(shí)，核力要做功，所以放出能量。把原子核分裂成核子時(shí)，要克服核力做功，所以要由外界提供能量。

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