論文：氫原子能級與衰變原理

　　【編者按】微觀物理世界極其復(fù)雜，在高中階段接觸比較少。主要以原子結(jié)構(gòu)和氫原子能級、衰變和核能等方面介紹性內(nèi)容，高考主要會考察氫原子能級結(jié)構(gòu)，放射性原子的衰變。高考中經(jīng)常會考察對a射線、 射線、 射線的理解，同時會結(jié)合在原子衰變中同時考察。

　　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)光形成賴曼線系；n=3,4,5,6向n=2躍進遷發(fā)光形成馬爾末線系；n=4,5,6,7……向n=3躍遷發(fā)光形成帕邢線系;n=5,6,7,8……向n=4躍遷發(fā)光形成布喇開線系；其中只有馬爾末線生活費的前4條譜線落在可見光區(qū)域內(nèi)。

　　天然放射現(xiàn)象

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

　　天然衰變中核的變化規(guī)律

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

　�、賏衰變：隨著a衰變，新核在元素周期表中位置向后移2位，即

　�、� 衰變：隨著 衰變，新核在元素周期表中位置向前移1位，即

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

　　關(guān)于半衰期的幾個問題

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

　�。�2）意義：反映了核衰變過程的統(tǒng)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個放射性元素的核，經(jīng)過一個半衰期T，衰變了一半，再經(jīng)過一個半衰期T，全部衰變完。第二種錯誤認識是：若有4個放射性元素的核，經(jīng)過一個半衰期T，將衰變2個。事實上，N0個某種放射性元素的核，經(jīng)過時間t后剩下的這種核的個數(shù)為

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

　　原子核的人工轉(zhuǎn)變和原子核的組成

　　用高速運動的粒子去轟擊原子核，是揭開原子核內(nèi)部奧秘的要本方法。轟擊結(jié)果產(chǎn)生了另一種新核，其核反應(yīng)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驗。在了解盧瑟福的實驗裝置、進行情況和得到的實驗結(jié)果后，應(yīng)該記住反應(yīng)方程式

　　這是人類第一次發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程。另外，對1930年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實驗裝置、過程和結(jié)果也應(yīng)有個基本的了解。值得指出的是，查德威克在對不可見粒子的判斷中，運用了能量和動量守恒定律，科學(xué)地分析了實驗結(jié)果，排除了 射線的可能性，確定了是一種粒子——中子，發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程

　　核能

　　對這部分內(nèi)容，應(yīng)該注意以下幾點：

　　（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(yīng)。核子在結(jié)合成原子核時的總質(zhì)量減少了，相應(yīng)的總能量也要減少，根據(jù)能量守恒定律，減少的這部分能量不會憑空消失，它要在核子結(jié)合過程中釋放出去。反過來，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憑空產(chǎn)生，要由外部來供給。能量總是守恒的，在原子核反應(yīng)伴隨有巨大的放能和吸能現(xiàn)象。

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

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

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