北京專用202x版高考物理大一輪復(fù)習(xí)專題十六原子物理與原子核物理

考點清單考點一原子物理考向基礎(chǔ)一、盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說1.α粒子散射實驗實驗裝置實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論

①絕大多數(shù)α粒子

穿過金箔后仍沿原來

的方向前進,但②少數(shù)

α粒子發(fā)生了較大

角度的偏轉(zhuǎn),并且有③極少數(shù)

α粒子的偏

轉(zhuǎn)超過了90°,有的甚至幾乎達到180°在原子的中心有④一個很小的核

,叫做原

子核,原子的⑤全部正電荷

和⑥幾乎全

部質(zhì)量

都集中在原子核里,帶⑦負電的電

子

在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)課件ppt2.盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說原子由⑧原子核

和⑨核外電子

組成,原子核對核外電子的庫侖

引力提供電子繞核做圓周運動的向心力。二、玻爾原子理論1.氫原子的能級圖和光譜其中,巴耳末系的部分譜線處于可見光區(qū)。課件ppt2.能級在玻爾模型中,原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的,因此各狀態(tài)對應(yīng)的能量也

是不連續(xù)的,這些能量值叫做能級。各狀態(tài)的標號1、2、3、…叫做量

子數(shù),通常用n表示。能量最低的狀態(tài)叫做基態(tài),其他狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài),基

態(tài)和激發(fā)態(tài)的能量分別用E1、E2、E3、…表示。3.對躍遷的理解(1)從低能量狀態(tài)向高能量狀態(tài)躍遷——⑩吸收能量

原子的躍遷條件是

hν=Em-En

,只適用于光子和原子的作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況,即下述兩種情況則不受此條件限制:a.當(dāng)光子與原子作用而使原子電離,產(chǎn)生離子和自由電子時,原子電離所課件ppt產(chǎn)生的自由電子的動能

等于

入射光子的能量減去電離能。b.實物粒子和原子作用而使原子激發(fā)或電離,是通過實物粒子和原子碰

撞來實現(xiàn)的。只要入射粒子的動能

大于或等于

原子某兩個能級差值,就可以使原子受激發(fā)而躍遷到較高的能級;當(dāng)入射粒子的動能

大于

原子在某能級的電離能時,也可以使原子電離。(2)從高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)躍遷——

放出能量

原子處于激發(fā)態(tài)時是不穩(wěn)定的,會自發(fā)地向基態(tài)或其他較低能級躍遷,

由于這種自發(fā)躍遷的隨機性,一個原子會有多種可能的躍遷。若是一群

原子處于激發(fā)態(tài),則各種可能躍遷都會發(fā)生,輻射出的光譜線條數(shù)為N=

=

。課件ppt(3)躍遷時能量的變化從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)時,電子的動能

增大

,電勢能減

小

,原子總能量

減小

;反之,電子的動能

減小

,電勢能

增大

,原子總能量

增大

?？枷蛲黄瓶枷蛞辉雍耸浇Y(jié)構(gòu)學(xué)說1.α粒子散射實驗用金箔作為靶子的原因(1)金的延展性好,容易做成很薄的箔,實驗用的金箔厚度大約是10-7m;

(2)金原子帶的正電荷多,與α粒子間的庫侖力大;(3)金原子質(zhì)量大約是α

粒子質(zhì)量的50倍,因而慣性大,α粒子運動狀態(tài)容易改變。2.原子中有電子,但電子質(zhì)量很小,不及α粒子質(zhì)量的七千分之一,α粒子課件ppt碰到它,就像飛行的子彈碰到一粒塵埃一樣,運動方向不會發(fā)生明顯改

變。α粒子散射現(xiàn)象表明,原子內(nèi)部非?？諘?帶正電的部分體積很小,但

集中了幾乎全部質(zhì)量,當(dāng)α粒子接近原子核時,就會受到很大的庫侖斥力,

發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn),由于原子核體積小,α粒子穿過金箔時接近原子核

的機會很小,所以只有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。3.原子

課件ppt例1關(guān)于α粒子散射實驗,α粒子的運動軌跡如圖所示,在其中一條α粒

子的運動軌跡上標出a、b、c三點。原子核對α粒子的作用力在哪個點

最大

()

A.a點

B.b點C.c點

D.三個點一樣大解析

α粒子與金原子核間存在靜電斥力,即庫侖力,根據(jù)庫侖定律,該力

與距離的二次方成正比,故在b位置力最大,故選B。答案

B課件ppt考向二玻爾原子理論躍遷概念原子由一個能量狀態(tài)變?yōu)榱硪粋€能量狀態(tài)的

過程稱為躍遷輻射與激發(fā)從高能級向低能級的躍遷過程,若以釋放光子

的形式釋放能量,稱為輻射。hν=E初-E終從低能級向高能級的躍遷過程稱為激發(fā),始末

能級差的絕對值等于所吸收的能量,ΔE=E終-E

初例2關(guān)于玻爾建立的氫原子模型,以下說法正確的是

()A.氫原子處于基態(tài)時,電子的軌道半徑最大B.氫原子在不同能量態(tài)之間躍遷時,可以吸收任意頻率的光子C.氫原子從基態(tài)向較高能量態(tài)躍遷時,電子的動能減小D.氫原子從基態(tài)向較高能量態(tài)躍遷時,系統(tǒng)的電勢能減小課件ppt解析根據(jù)電子軌道半徑公式rn=n2r1,可以知道,處于基態(tài)時,電子的軌

道半徑最小,故A錯誤;根據(jù)躍遷時吸收光子的能量差公式ΔE=Em-En,可

以知道,躍遷時吸收特定頻率的光子,故B錯誤;氫原子吸收能量后從低

能級向較高能級躍遷,能級增大,總能量增大,電子繞核旋轉(zhuǎn)的半徑增大,

電子的動能減小,電勢能增大,所以C選項正確,D錯誤。答案

C課件ppt考點二原子核考向基礎(chǔ)一、天然放射現(xiàn)象1.α衰變和β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變方程?X?Y?He?X?Y?e衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子?H+?n?He?n?H?e衰變規(guī)律①電荷數(shù)

守恒、②質(zhì)量數(shù)

守恒課件ppt2.三種射線的本質(zhì)和特性名稱本質(zhì)出射速度電離作用穿透本領(lǐng)α射線高速③氦核流

c很強弱(小紙片即可擋住)β射線高速④電子流

99%c較弱較強(穿透幾毫米厚的鋁板)γ射線高能⑤光子流

c很弱強(穿透幾厘米厚的鉛板)課件ppt二、原子核的組成課件ppt三、原子核的人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變四、核能的釋放1.愛因斯坦質(zhì)能方程:E=mc2,方程揭示出質(zhì)量與能量之間的密切關(guān)系。2.核能的釋放:ΔE=Δmc2,說明核反應(yīng)中釋放的能量與質(zhì)量虧損成⑦正

比

。核反應(yīng)名稱核反應(yīng)方程實際意義或作用人工轉(zhuǎn)變?He?N?O?H盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子人工轉(zhuǎn)變?He?Be?C?n查德威克發(fā)現(xiàn)中子人工轉(zhuǎn)變?Al?He?P?n?P?Si?e約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素,同時發(fā)

現(xiàn)正電子重核裂變?U?n?Ba?Kr+?n?U?n?Xe?Sr+1?n原子彈、核電站原理輕核聚變?H?H?He?n氫彈原理1原子質(zhì)量單位(1u)相當(dāng)于931.5MeV。課件ppt考向突破考向一天然放射現(xiàn)象1.α衰變中,α粒子和新生原子核在磁場中的軌跡外切,如圖甲所示。2.β衰變中,β粒子和新生原子核在磁場中的軌跡內(nèi)切,如圖乙所示。課件ppt例3(多選)在勻強磁場中,一個原來靜止的原子核發(fā)生衰變,得到一個

如圖所示的徑跡,圖中箭頭表示衰變后粒子的運轉(zhuǎn)方向。不計放出光子

的能量。則下述說法中正確的是

()A.發(fā)生的是β衰變,b為β粒子的徑跡B.發(fā)生的是α衰變,b為α粒子的徑跡C.磁場方向垂直紙面向外D.磁場方向垂直紙面向里課件ppt解析根據(jù)題圖中兩軌跡圓內(nèi)切,可知發(fā)生的是β衰變。又因R=

=

,β粒子和新核動量大小相等,所以半徑大的軌跡圓是β粒子的徑跡,半徑小的軌跡圓是新核的徑跡,故選項A正確。由左手定則可知,選項D也

正確。答案

AD課件ppt例4在垂直紙面的勻強磁場中,有不計重力的甲、乙兩個帶電粒子,在

紙面內(nèi)做勻速圓周運動,運動方向和軌跡如圖所示。則下列說法中正確

的是

()

A.甲、乙兩粒子所帶電荷種類不同B.若甲、乙兩粒子所帶電荷量及運動的速率均相等,則甲粒子的質(zhì)量較

大C.若甲、乙兩粒子的動量大小相等,則甲粒子所帶電荷量較大D.該磁場方向一定是垂直紙面向里課件ppt解析因為兩粒子都逆時針旋轉(zhuǎn),速度方向相同時受洛倫茲力方向相

同,說明二者所帶電荷種類相同,A項錯。由Bqv=m

得R=

,若q、v相等,又是同一磁場,質(zhì)量大的軌跡半徑大,B項對;若甲、乙兩粒子的動量

大小相等,即mv相等,B也相同,q小的軌跡半徑大,由題圖知,甲所帶電荷

量小,C項錯。因為粒子所帶電荷的電性未知,所以無法判定磁場方向,D

項錯。答案

B課件ppt考向二核能的釋放核能:核反應(yīng)中放出的能量稱為核能。且核反應(yīng)中釋放的能量與質(zhì)量虧

損成正比:ΔE=Δmc2。例5太陽的能量來自下面的反應(yīng):四個質(zhì)子(氫核)聚變成一個α粒子,同

時發(fā)射兩個正電子和兩個沒有靜止質(zhì)量的中微子νe,若太陽輻射能量的

總功率為P,質(zhì)子

H、氦核

He、正電子

e的質(zhì)量分別為mp、mHe、me,真空中的光速為c。(1)寫出核反應(yīng)方程式。(2)求核反應(yīng)所釋放的能量ΔE。(3)求在t時間內(nèi)參與上述熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)。課件ppt解析(1)核反應(yīng)方程式為

H

He+

e+2νe(2)質(zhì)量虧損Δm=4mp-mHe-2me,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得,核反應(yīng)釋放的

能量ΔE=(4mp-mHe-2me)c2(3)設(shè)時間t內(nèi)參與熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)為N依據(jù)能量關(guān)系Pt=N

有N=

。答案見解析課件ppt方法技巧方法1應(yīng)用玻爾理論分析氫原子的能級、軌道及氫原子光譜的方法玻爾理論的成功之處在于引入了量子化的概念,但因保留了經(jīng)典的原子

軌道,故有關(guān)氫原子的計算仍應(yīng)用經(jīng)典物理的理論。對電子繞核運動的

軌道半徑、速度、周期、動能、電勢能等的計算,是牛頓運動定律、庫

侖定律、勻速圓周運動等知識的綜合應(yīng)用。氫原子各定態(tài)的能量值為電子繞核運動的動能Ek和電勢能Ep的代數(shù)和;

當(dāng)取無窮遠處電勢能為零時,各定態(tài)的電勢能均為負值。光子和實物粒子均可與氫原子發(fā)生相互作用,從而使原子受激發(fā)而發(fā)生

躍遷。躍遷到激發(fā)態(tài)的原子極不穩(wěn)定,會自發(fā)地從高能級躍遷到低能級

而輻射光子,形成氫原子光譜。課件ppt解題思路入射光子?選擇性吸收

受激發(fā)后輻射光譜線條數(shù)N=

,其中n為原子在激發(fā)態(tài)的量子數(shù)。課件ppt例1(多選)已知氫原子的能級如圖所示,現(xiàn)用光子能量在10~12.9eV的

光去照射一群處于基態(tài)的氫原子,則下列說法中正確的是

()

A.在照射光中可能被吸收的光子能量有無數(shù)種B.在照射光中可能被吸收的光子能量只有3種C.照射后可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有6種D.照射后可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有3種課件ppt解析能量在10~12.9eV的光子,僅符合n=1→n=2、n=1→n=3、n=1→n

=4的能級差的三種光子被吸收,A錯,B對;照射后處于最高能級的原子的

量子數(shù)n=4,故向低能級躍遷能輻射的光譜線條數(shù)N=

=6,C對,D錯。答案

BC課件ppt方法2核反應(yīng)中的能量和動量綜合分析法α衰變、β衰變過程中系統(tǒng)的動量守恒,若衰變前原子核在勻強磁場中

是靜止的,則有m粒v粒=-m新v新。由帶電粒子在磁場中運動的軌跡半徑及

旋轉(zhuǎn)方向可判斷α粒子或β粒子的半徑大、新核的半徑小,兩圓內(nèi)切為β

衰變,兩圓外切為α衰變;由兩圓半徑關(guān)系可推知新核及原核的電荷數(shù)。因為原子核內(nèi)部核子間存在很強的核力作用,所以核反應(yīng)遵守動量守恒

定律。核反應(yīng)也遵守能量守恒定律。例如原子核的衰變過程中,伴隨著

γ光子放出,衰變前后系統(tǒng)的動量守恒,質(zhì)量虧損放出的能量變?yōu)棣霉庾?/p>

的能量或變?yōu)樾略雍撕挺亮Ｗ踊颚铝Ｗ拥膭幽?因此,需結(jié)合力學(xué)知

識、電磁學(xué)知識進行有關(guān)計算。課件ppt例2自然界真是奇妙,微觀世界的運動規(guī)律竟然與宏觀運動規(guī)律存在

相似之處。根據(jù)玻爾的氫原子模型,電子的運動看做經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運動,

原子中的電子在庫侖引力作用下,繞原子核做圓周運動。①已知電子質(zhì)量為m,電荷量為e,靜電力常量為k。氫原子處于基態(tài)(n=

1)時電子的軌道半徑為r1,電勢能為Ep1=-

(取無窮遠處電勢能為零)。氫原子