2023年高考物理总复习名师学案原子和原子核23页WORD147388doc高中物理.docx

2023高考物理总复习名师学案--原子和原子核（23页WORD） ●考点指要 知识点 要求程度 1.α粒子散射实验.原子的核式结构. Ⅰ 2.氢原子的能级结构. Ⅱ 3.氢原子的电子云.光子的发射和吸收. Ⅰ 4.天然放射现象.α射线、β射线、γ射线.半衰期. Ⅰ 5.原子核的人工转变.原子核的组成.核反响方程，放射性同位素及其应用. Ⅰ 6.放射性污染和防护. Ⅰ 7.核能、质量亏损.爱因斯坦的质能方程. Ⅱ 8.核反响堆.核电站. Ⅰ 9.重核的裂变.链式反响.轻核的聚变. Ⅰ 10.可控热核反响. Ⅰ ●复习导航 本章以人们认识微观世界的过程为线索，介绍了历史上著名的实验及根据实验得出的关于原子结构和原子核组成的根底知识.高考对该局部知识要求较低，但每年均有试题涉及.其中以原子能级、核反响方程和质能方程等命题频率较高.其次对物理学史、著名实验和重要的物理学理论等，近几年高考中也时有出现.其他知识点，试题呈交替出现情况.因此，对本章的复习应注意既突出重点，又不丢细节. 本章知识分成两个单元组织复习：(Ⅰ)原子结构.能级;(Ⅱ)原子核反响.核能. 第Ⅰ单元 原子结构·能级 ●知识聚焦 一、原子的核式结构 1.α粒子散射现象 绝大多数α粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎到达180 °. 2.原子的核式结构 卢瑟福对α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10-10 m，原子核的大小约为10-15m～10-14 m. 二、玻尔的原子模型 1.玻尔假说提出的背景：经典电磁理论在解释原子结构时碰上了无法克服的困难，原子为什么是稳定的？原子光谱为什么不是连续光谱？玻尔假说的奉献，就是成功解释了经典理论无法解释的这些问题.玻尔假说的核心，是引入了量子化理论，从而找到了描绘微观世界的一条重要规律. 2.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：原子从一种能级向另一种能级跃迁时，吸收（或辐射）一定频率的光子，光子能量E=hν=E2-E1. 三、氢原子能级 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. 四、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，由一些特定频率的波组成，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物质成分. 五、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〞. ●疑难辨析 1.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En＝和E1＝-13.6 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En＝得出氢原子各定态能量与n2成反比的错误结论. 2.原子的跃迁条件：hν＝E初－E终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，那么不受此条件的限制.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. 3.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.假设是一群原子处于激发态，那么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. ●典例剖析 ［例1］在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，以下的哪些说法是正确的 A.α粒子一直受到金原子核的斥力作用 B.α粒子的动能不断减小 C.α粒子的电势能不断增大 D.α粒子发生散射，是与电子碰撞的结果 【解析】 α粒子一直受到原子核的斥力作用，动能先减小后增大，电势能先增大后减小.α粒子的质量M远大于电子质量mｅ（M＝4×1837me)，与电子相碰后运动状态根本保持不变.所以，应选答案A. 【思考】 (1)只有很少的一局部α粒子发生大角度散射的事实，说明了原子具有什么样的结构 (2)图15—1—1为该实验中金原子核和两个α粒子的径迹，哪幅图是正确的 图15—1—1 (3)假设将实验中的金箔改为铝箔，而其他条件不变，α粒子的散射角如何变化 【思考提示】 （1）原子有一个很小的核. （2）A图正确. （3）同等情况的α粒子的散射角将变小. 【设计意图】 通过本例说明α粒子的散射规律. ［例2］氢原子基态的电子轨道半径为r1＝0.53×10-10 m，基态的能级值为E1＝-13.6 eV. (1)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态.画一能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线. (2)计算这几条光谱线中最长的波长. 图15—1—2 【解析】 (1)由于这群氢原子的自发跃迁辐射，会得到三条光谱线，如能级图15—1—2中所示. (2)三条光谱线中波长最长的光子能量最小，发生跃迁的两个能级的能量差最小，根据氢原子能级的分布规律可知，氢原子一定是从n=3的能级跃迁到n=2的能级.设波长为λ，由 ｈ＝E3－E2 得λ＝m ＝6.58×10-7m 【说明】 (1)原子物理中的计算问题数据较为冗繁，运算很易出错.这里的计算问题在高考题中一般是以填空题的形式出现.所以在运算中一定既要细心又要有耐心才行，不然就可能因为最后结果有误而前功尽弃. (2)注意公式中各量的单位，计算频率、波长时，能量单位“电子伏(eV)〞要化成“焦(J)〞. 【设计意图】 通过本例说明氢原子能级及利用该能级计算氢原子从一能级跃迁到另一能级时吸收或放出光子的能量、频率、波长的方法. ●反响练习 ★夯实根底 1.对α粒子散射实验装置的描述 ①主要实验器材有：放射源、金箔、荧光屏、显微镜 ②金箔的厚薄对实验无影响 ③如果改用铝箔就不能发生散射现象 ④实验装置放在真空中 以上说法正确的选项是 A.①② B.③④ C.①④ D.②③ 【解析】 α粒子散射实验是指用α粒子轰击很薄的金箔（或铝箔）物质层，通过观察α粒子穿过物质层后的偏转情况，获得原子结构的信息.为准确观察α粒子偏转情况，荧光屏和显微镜能够围绕金箔转动，且整个装置放在真空容器中. 【答案】 C 2.在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是 A.原子的绝大局部质量和全部正电荷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.原子只能处在一系列不连续的能量状态中 【解析】 由于原子的全部正电荷和绝大局部质量都集中在一个很小的核上，当α粒子穿过原子时，接近或正碰原子核的时机极少，所以只能有少数的α粒子发生大角度偏转. 【答案】 A 3.氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，以下判断正确的选项是 A.电子绕核旋转的半径增大 B.电子的动能减少 C.氢原子的电势能增大 D.氢原子的能级减小 【解析】 氢原子辐射出一个光子是由绕核运转的电子由外层轨道向内层轨道跃迁产生的，即由高能级向低能级跃迁产生的，故A、C错D对.由ke2/rn2＝mvn2/rn得：Ekn=mvn2=ke2/2rn，B错. 【答案】 D 4.氢原子从第4能级跃迁到第2能级发出蓝光，那么，当氢原子从第5能级跃迁到第2能级应发出 A.Ｘ射线 B.红光 C.黄光 D.紫光 【解析】 由于E5－E2＞E4－E2，所以该光子的能量比蓝光的大. 【答案】 D 图15—1—3 5.氢原子能级图的一局部如图15—1—3所示，a、b、c分别表示氢原子在不同能级之间的三种跃迁途径，设在a、b、c三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc，那么 ①λb=λa+λc ② ③λb=λa·λc ④Eb=Ea+Ec 以上关系正确的选项是 A.①③ B.②④ C.只有① D.③④ 【解析】 由玻尔理论知，Eb=Ea+Ec, 又因为h得， . 故②④对，选B. 【答案】 B 6.用经典的电磁理论解释卢瑟福的原子核式结构，会产生的错误结论是：(1)_________，(2)_______. 【答案】 （1）原子应是不稳定的（2）原子光谱应为连续光谱 ★提升能力 7.玻尔模型给出氢原子核外电子的两个可能轨道的半径之比为r1∶r2＝1∶4，那么两轨道上电子的周期之比T1∶T2＝______，线速度大小之比为______. 【解析】 电子绕核运动时应有 k·r ① k ② 由①式可得T1∶T2＝1∶8，由②式可得 v1∶v2=2∶1 【答案】 1∶8 2∶1 8.欲使处于基态的氢原子激发，以下措施可行的是 ①用10.2 eV的光子照射 ②用11 eV的光子照射 ③用14 eV的光子照射 ④用11 eV的电子碰撞 A.①② B.②③ C.①③④ D.②③④ 【解析】 由原子的跃迁条件知①对，根本氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子能量越大，原子电离后的自由电子的动能越大，故③对.对于入射粒子和原子碰撞情况，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，故④对,应选C. 【答案】 C 9.钠的极限频率为6.00×1014 Hz，今用一群处于n＝4的激发态的氢原子的发射光谱照射钠，试通过计算说明，氢光谱中有几条谱线可使钠发生光电效应 【解析】 钠的逸出功W=hν =6.63×10-34×6.00×1014 J=2.49 eV 氢原子n=1至n=4的能级： n=1,E1＝－13.6 eV n=2,E2＝＝-3.4 eV n=3,E3＝＝-1.51 eV n=4,E4＝＝-0.85 eV 由n=4，跃迁到n=1放出的光子的能量 E4,1＝－0.85 eV－（－13.6）eV＝12.75 eV＞2.49 eV 同理， E3,1＝－1.51 eV－（－13.6）eV＝12.09 eV＞2.49 eV E2,1＝－3.4 eV－（－13.6）eV＝10.2 eV＞2.49 eV E4,2＝－0.85 eV－（－3.4）eV＝2.55 eV＞2.49 eV E3,2＝－1.51 eV－（－3.4）eV＝1.89 eV＜2.49 eV E4,3＝－0.85 eV－（－1.51）eV＝0.66 eV＜2.49 eV 所以，处于n=4的激发态的氢原子的光谱中，只有E4,1、E3,1、E2,1、E4,2四条谱线可使钠发生光电效应. 【答案】 有四条谱