《北京市高三物理二轮复习 原子物理教学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北京市高三物理二轮复习 原子物理教学案（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高考综合复习原子物理 知识网络 考纲要求：知识点要求说明粒子散射实验，原子的核式结构氢原子的能级结构，光子的发射和吸收氢原子的电子云原子核的组成，天然射放射现象，射线、射线、射线，衰变、半衰期 原子核的人工转变，核反应方程，放射性同位素及其应用放射性污染和防护核能、质量亏损，爱因斯坦的质能方程重核的裂变，链式反应，核反应堆 轻核的聚变，可控热核反应 人类对物质结构的认识 复习指导：本章所考查内容主要集中在原子的核式结构、玻尔理论、质能方程及核反应方程等知识点；题型以选择题和填空题形式出现。考查范围和题型相对稳定，“考课本”，“不回避陈题”成了本章高考命题的最大特点。本章复习应紧扣课本，突出原子
2、核式结构理论、能级跃迁规律、核反应方程中质量数和核电荷数守恒、衰变和衰变的规律、质能方程等知识，且对、等粒子的属性也应该有比较清晰的了解。 要点精析 原子的核式结构：1粒子散射现象绝大多数粒子穿过金箱后仍能沿原来方向前进，少数粒子发生了较大的偏转，并且有极少数粒子偏转角超过了90，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180。2原子的核式结构卢瑟福对粒子散射实验结果进行了分析，于1911年提出了原子的核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎所有的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数。原子的半径大约是101
3、0m，原子核的大小约为1015 m1014m。 玻尔的原子模型：1玻尔假说的内容：（1）轨道量子化：原子核外电子的可能轨道是某些分立的数值；（2）能量状态量子化：原子只能处于与轨道量子化对应的不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的，不辐射能量；（3）跃迁假说：原子从一种定态向另一种定态跃迁时，吸收（或辐射）一定频率的光子，光子能量 。2氢原子能级（1）氢原子在各个能量状态下的能量值，叫做它的能级。最低的能级状态，即电子在离原子核最近的轨道上运动的状态叫做基态，处于基态的原子最稳定，其他能级叫激发态。（2）氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能Ek和电势能Ep的代数和。由和E113.
4、6 eV可知，氢原子各定态的能量值均为负值。因此，不能根据氢原子的能级公式得出氢原子各定态能量与n2成反比的错误结论。（3）氢原子的能级图：（4）氢原子核外电子绕核运动的向心力即为原子核所带正电荷对电子的库仑引力。设氢原子基态轨道半径为r1，则由库仑定律和向心力公式得 可见，氢原子基态中电子绕核运动的动能值恰等于基态能级的绝对值，而电势能的绝对值恰等于电子动能值的2倍。该结论对氢原子的任何能级都成立。3原子光谱及应用（1）原子光谱：元素在稀薄气体状态下的光谱是分立的线状谱，由一些特定频率的光组成，又叫原子光谱；（2）原子光谱的应用：每种元素的原子光谱都有自己的一组特定谱线，应用光谱分析可以确定
5、物质成分。（3）原子的跃迁条件： 只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用而使原子电离，则不受此条件的限制。如基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大（至于实物粒子和原子碰撞的情况，由于实物粒子的动能可全部或部分地为原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，也可以使原子受激发而向较高能级跃迁）。（4）原子处于激发态是不稳定的，会自发地向基态或其他较低能级跃迁。由于这种自发跃迁的随机性，一个原子会有多种可能的跃迁。若是一
6、群原子处于激发态，则各种可能跃迁都会发生，所以我们会同时得到该种原子的全部光谱线。可以证明n=k的能级的氢原子自发跃迁辐射时能发出的光谱线条数Nk(k1)/2。4电子云玻尔模型引入了量子化观点，但不完善。在量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，玻尔的电子轨道，只不过是电子出现概率最大的地方。把电子的概率分布用图象表示时，用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”。 核反应：原子核的组成：质子和中子组成了原子核。质子和中子统称为核子。原子核的质量数等于其核子数，原子核的电荷数等于其质子数。原子核的中子数N等于其质量数A与电荷数Z之差，即NAZ。核反应虽然
7、有成千上万，但是根据其特点可分为四种基本类型：衰变、人工转变、轻核聚变和重核裂变。1衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。放射性元素衰变时放出的射线共有三种：射线、射线和射线，其射线的本质和性质如下表：按照衰变时放出粒子的不同又分为衰变和衰变，其核反应方程如下：半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，它表示放射性元素衰变的快慢。半衰期是由核本身的性质决定的，与它所处的物理状态或化学状态无关。不同的放射性元素半衰期不同。确定衰变次数的方法：设放射性元素经过n次衰变m次衰变后，变成稳定的新元素，则表示核反应的方程为： 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程两式联
8、立得由此可见确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。2人工转变：原子核在其他粒子作用下变成另一种原子核的变化称为人工转变。利用原子核的人工转变，人们发现了质子、中子，认清了原子核的结构，并且制造了上千种放射性同位素，在工业、农业、医疗和科研等许多方面得到广泛的应用。著名的方程式如：（卢瑟福，发现质子）（查德威克，发现中子）（约里奥居里、伊丽芙居里发现、人工制造放射性同位素）3重核裂变：是重核分裂成中等质量的核的反应过程。如：由于中子的增值使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应。发生链式反应的条件是：裂变物质的体积临界体积。裂变的应用：原子弹、原子反应堆。4轻核聚变：轻核结合成质量较大的核的
9、反应过程。如：发生聚变反应的条件是：超高温（几百万度以上）热核反应。聚变的应用：氢弹、可控热核反应。5疑难解释：原子核既然是由质子和中子组成的，那么为什么还会从原子核里发射出粒子、粒子？实际上，发射出来的粒子和粒子仍是原子核内的质子和中子结合或转化而成的。粒子是原子核内的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的，粒子是原子核内的中子转化为质子时产生并发射出来的。所以不能因为从原子核中发射出粒子和粒子就认为原子核也是由它们组成的。质量数守恒和核电荷数守恒是我们书写核反应方程的重要依据，但要以核反应的事实为基础，不能仅仅根据该两条守恒定律随意书写事实上不存在的核反应方程。另外，核反应通常是不可逆的，
10、方程中只能用箭头：“”连接并指示反应方向，而不能用等号“”连接。 核能：1核力：核子间作用力。其特点为短程强引力：作用范围为2.01015m，只在相邻的核子间发生作用。2核能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能。3质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程Emc2说明物体的质量和能量之间存在着一定的关系，一个量的变化必然伴随着另一个量的变化。核子在结合成原子核时放出核能，因此，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小m，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能Emc2；反之，由核能也可求出核反应过程的质量亏损。4Emc2是计算核能的常用方法。在
11、具体应用中要注意单位制的统一及不同单位的换算。若质量单位取原子质量单位u，则：此结论亦可在计算中直接应用。另外，在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成的新核和新粒子的动能。因而在此情况下可应用力学原理动量守恒和能量守恒来计算核能。5质能方程的理解：对于质量亏损，切忌不能认为这部分质量转化成了能量，质能方程的本质是：第一，质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性（质量和能量）等同起来。第二，质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在量值上的联系决不等于这两个量可以相互转化。第三，质量亏损不
12、是否定了质量守恒定律，生成的射线虽静质量为零，但动质量不为零。 精题精讲例题1. 卢瑟福的粒子散射实验的结果显示了下列哪些情况（ ）A原子内存在电子B原子的大小为1010mC原子内的正电荷均匀分布在它的全部体积上D原子的正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上解析：根据粒子散射实验的结论，由于电子的质量很小，不可能造成粒子大角度散射，只有原子内部的正电荷集中在很小的范围原子核上时，才能造成粒子大角度散射，并且原子几乎全部的质量也必须集中在原子核上。答案：D。点评：核式结构是使a被子产生大角度偏转根本原因。例题2. 氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中（ ）A电子的动能增大，
13、原子的电势能增大，原子的能量增大B电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大C电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量减小D电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大解析：根据玻尔理论，电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道时，量子数n变大。由 知EnE1，EnE1，即原子的能量增大本题从库仑定律和牛顿第二定律、圆周运动的规律及电场力做功与电势能变化的关系进行分析。从功能关系可知，在这一过程中，电场力做负功，因而原子的电势能将增大，而电子的动能将减小，但原子的总能量增大了。在解题中值得注意的是：原子的能量是原子的电势能与电子动能的总和，它是一个负值，其原因是假设电子离原子核无
14、穷远处时的电势能为零，因此电子在正点电荷的电场中具有的电势能为负值。答案：D。点评：可以简单的认为原子处于某一定态时，电子在相应轨道上做匀速圆周运动，由库仑力提供向心力。例题3. 一群氢原子处在n3的激发态，这些氢原子能发出几条谱线？计算这几条谱线中波长最长的一条谱线的波长。解析：由于氢原子是自发跃迁辐射的，所以会得到3条谱线，如下图所示。三条光谱线中波长最长的光子的能量最小，发生跃迁的两个能级的能量差最小，根据氢原子的能级分布规律可知，氢原子一定是从n=3的能级跃迁到n=2的能级的时候发出的谱线的波长最长，设波长为A，则有 加深1：欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（ ）A用10.2eV的光子照射 B用11eV的光子照射C用14eV的光子照射 D用11eV的电子碰撞
