《2011版物理一轮精品复习学案：第二章原子原子核(选修3-5)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2011版物理一轮精品复习学案：第二章原子原子核(选修3-5)（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第 2 章章 原子原子 原子核原子核【考纲知识梳理考纲知识梳理】一、原子的核式结构模型1、汤姆生的“枣糕”模型（1）1897 年汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂结构，揭开了研究原子的序幕(2)“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里2、卢瑟福的核式结构模型 19091911 年，英国物理学家卢琴福和他的助手们进行了 粒子散射实验(1)实验装置如图所示：如图所示，用 粒子轰击金箔，由于金原子中的带电微粒对 粒子有库仓力作用，一些 粒子穿过金箔后改变了运动方向，这种现象叫做 粒子散射.荧光屏可以沿着图中虚线转动，用来统计向不同方向散射的粒
2、子数目.全部设备装在真空中.(2) 粒子散射实验结果：绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数 粒子发生了较大的偏转.，极少数偏转角超过 900，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到 1800(3)现象解释：认为原子中的全部正电荷和几乎所有质量都集中到一个很小的核上，由于核很小，大部分 粒子穿过金箔时都离核很远，受到的库仑力很小，它们的运动几乎不受影响.只有少数 粒子从原子核附近飞过，明显受到原子核的库仑力而发生大角度偏转.核式结构模型：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全部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
3、等于核外的电子数，所以整个原子是呈电中性的电子绕着核旋转所需的向心力就是核对它的库仑引力说明 核式结构模型的实验基础是 粒子散射实验，原子核是多么小，原子内部是多么“空”.从 粒子散射的实验数据，估计原子核半径的数量级为 10-14m10-15m，而原子半径的数量级是 10-10m.二、天然放射性现象1放射性现象：贝克勒耳发现天然放射现象，使人们认识到原子核也有复杂结构，揭开了人类研究原子核结构的序幕通过对天然放射现象的研究，人们发现原子序数大于 83 的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于 83 的天然存在的元素有些也具有放射性，它们放射出来的射线共有三种： 射线、 射线、 射线2、三
4、种射线的本质和特性比较 射线：是氦核(4 2He)流，速度约为光速的十分之一，在空气中射程几厘米，贯穿本领小，电离作用强. 射线：是高速的电子流，速度约为光速十分之几，穿透本领较大，能穿透几毫米的铝板，电离作用较弱. 射线：是高能光子流，波长极短的电磁波，贯穿本领强，能穿透几厘米铅板，电离作用小.说明 放射性元素有的原子核放出 射线，有的放出 射线，多余的能量以 光子的形式射出.种 类本 质质 量（u）电 荷（e）速 度（c）电 离 性贯 穿 性 射线氦核4+20.1最强最弱，纸能挡住 射线电子1/1840-10.99较强较强，穿几 mm 铝板 射线光子001最弱最强，穿几 cm 铅版三种射线
5、在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较：3、原子核的衰变定义：放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变.衰变规律：电荷数和质量数都守恒.(1) 衰变的一般方程：XA ZYA Z4 2 4 2He每发生一次 衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减小 2，质量数减少 4 衰变的实质：是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核)(核内 OHenH4 21 01 122)(2) 衰变的一般方程：XA ZYA Z 10 1e每发生一次 衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1，质量数不变 衰变的实质：是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电
6、子(核内110 011nHe)， +衰变：eSiP0 130 1430 15(3) 射线是伴随 衰变或 衰变同时产生的、 射线不改变原子核的电行数和质量数 射线实质:是放射性原子核在发生 衰变或 衰变时,产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子三、 氢原子能级及氢光谱1、 氢原子能级氢原子的能级：原子各个定态的能量值叫做原子的能级。氢原子的能级公式为21 nE nE，对应的轨道半径关系式为：12rnrn，其中 n 叫量子数，只能取正整数。n =1 的状态称为基态，氢原子基态的能量值m1053. 0,eV6 .1310 11rE。量子数 n 越大，动能越小，势能越大，总能量越
7、大。（1）能级公式：)6 .13(1112eVEEnEn；该能量包括电子绕核运动的动能和电子与原子核组成的系统的电势能。（2）半径公式：)53. 0(112 Arrnrn2、 氢光谱在氢光谱中，n=2，3，4，5，向 n=1 跃迁发光形成赖曼线系；n=3，4，5，6 向 n=2 跃进迁发光形成马尔末线系；n=4，5，6，7向 n=3 跃迁发光形成帕邢线系；n=5，6，7，8向 n=4 跃迁发光形成布喇开线系，其中只有马尔末线的前 4 条谱线落在可见光区域内。3、光子的吸收与发射原子从一种定态（能量为初E） ，跃迁到另一种定态（能量为终E） ，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的
8、能级差决定：即终初EEh。若终初EE，则辐射光子；若终初EE，则吸收光子。能级跃迁：使原子发生跃迁时，入射的若是光子，光子的能量必须恰好等于两定态能级差；若入射的是电子，电子的能量须大于或等于两个定态的能级差。电离：不论是光子还是电子使元子电离，只要光子或电子的能量大于两能级差就可以使其电离。四、 重核的裂变与轻核的聚变1重核的裂变（原子弹、核电站的原理）所谓重核即为质量数很大的原子核裂变方程式例举： 2351901361 9203854010UnSrXen重核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核的反应过程叫重核的裂变。在裂变的同时，还会放出几个中子和大量能量铀 235 裂变时，同
9、时放出 23 个中子，如果这些中子再引起其他铀 235 核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，释放越来越多的能量，这种反应叫链式反应（原子弹的原理） 核反应堆是人类对核裂变能的利用。铀 235 核能够发生接式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积链式反应条件：纯铀 235；达到临界体积核反应堆的构造：A.核燃料用铀棒(含U235 923%-4%的浓缩铀) B减速剂用石墨、重水或普通水(U235 92只吸收慢中子)C控制棒用镉做成(镉吸收中子的能力很强) D冷却剂用水或液态钠(把反应堆内的热量传递出去)E建很厚的水泥防护层屏蔽射线，还要考虑核废料的处理。2轻核的聚变（原子弹的原理） 优点：产能效率
10、高，燃料的储量丰富，安全清洁，废料少易处理。所谓轻核是指质量数很小的原子核，如氢核、氘核等某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做轻核的聚变，同时放出大量的能量方程：2 1H3 1H4 2He1 0n轻核聚变条件：只能发生在超高温(需要几百万度高温)条件下，故轻核聚变也叫做热核反应【要点名师精解要点名师精解】类型一 原子的结构与 粒子散射实验【例 1】在卢瑟福的 粒子散射实验中，有少数 粒子发生大角度偏转，其原因是（ ）A原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B正电荷在原子中是均匀分布的 C、原子中存在着带负电的电子D原子只能处于一系列不连续的能量状态中解析解析： 粒子散射实验中
11、，有少数 粒子发生了较大偏转并且有极少数 粒子的偏转超过了 900，有的甚至被反弹回去，偏转角达到 l800，这说明了这些 粒子受到很大的库仑力，施力体应是体积甚小的带电实体。根据碰撞知识，我们知道只有质量非常小的轻球与质量非常大的物体发生碰撞时，较小的球才被弹回去，这说明被反弹回去的 粒子碰上了质量比它大得多的物质实体，即集中了全部质量和正电荷的原子核答案答案：A类型二 能级跃迁与光纤谱线【例例 2】2】 （0909全国卷全国卷1818）氢原子的部分能级如图所示。已知可见光的光子能量在 1.62eV 到 3.11eV之间。由此可推知, 氢原子 （ AD ）A. 从高能级向 n=1 能级跃迁时
12、了出的光的波长比可见光的短 B. 从高能级向 n=2 能级跃迁时发出的光均为可见光C. 从高能级向 n=3 能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D. 从 n=3 能级向 n=2 能级跃迁时发出的光为可见光解析解析：本题考查玻尔的原理理论. 从高能级向 n=1 的能级跃迁的过程中辐射出的最小光子能量为 9.20ev,不在 1.62eV 到 3.11eV之间,A 正确.已知可见光子能量在 1.62eV 到 3.11eV 之间从高能级向 n=2 能级跃迁时发出的光的能量3.40ev，B 错. 从高能级向 n=3 能级跃迁时发出的光的频率只有能量大于 3.11ev 的光的频率才比可见光高,C 错.从
13、n=3 到 n=2 的过程中释放的光的能量等于 1.89ev 介于 1.62 到 3.11 之间,所以是可见光 D 对。类型三 核能的计算【例例 3】3】 （0909山东物理山东物理3838） (1)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为 0.5MeV 的质子1 1H 轰击静止的 X，生成两个动能均为 8.9MeV 的4 2He.（1MeV=1.6-13J）上述核反应方程为_。质量亏损为_kg。解析解析：（1）1744 1322HXHeHe或1744 1322HLiHeHe，29 23.1 10EmKgC。考点：原子核【感悟高考真题感悟高考真题】1 （20102010重庆重庆11
14、）氢原子分能级示意图如题 19 所示，不同色光的光子能量如下表所示。色光赤橙黄绿蓝靛紫光子能量范围（eV）1.612.002.002.072.072.142.142.532.532.762.763.10处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有 2 条，其颜色分别为1.红、蓝靛2.黄、绿3.红、紫4.蓝靛、紫【答案】A【解析】如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出 10.2 eV 的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出 12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV 的三种光子，只有 1.89 eV 属于可见光；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出
15、12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV 的六种光子，1.89 eV 和 2.55 eV 属于可见光，1.89 eV 的光子为红光，2.55 eV 的光子为蓝靛，A 正确。2.2.（20102010全国卷全国卷1414）原子核238 92U经放射性衰变变为原子核234 90Th，继而经放射性衰变变为原子核234 91Pa，再经放射性衰变变为原子核234 92U。放射性衰变 、和依次为A 衰变、 衰变和 衰变 B 衰变、 衰变和 衰变C 衰变、 衰变和 衰变 D 衰变、 衰变和 衰变【答案】A【解析】ThU234 90238 92,质量数少 4,电荷数少 2,说明为 衰变. PaTh234 91234 90,质子数加 1,说明为 衰变,中子转化成质子. UPa234 92234 91
