原子物理(特长生强化辅导)(共9页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上原子和原子核 l 思维导图第一课时 原子结构 能级 基础知识一、原子的核式结构1.粒子散射现象绝大多数粒子穿过金箔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：（请思考卢瑟福是怎样根据粒子散射实验推断出原子的核式结构模型的）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

2、是10-10 m，原子核的大小约为10-15m10-14 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？玻尔假说的贡献，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

3、子，光子能量E=h=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

4、结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”.难点辨析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：hE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，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.3.原子处于激发态是不稳

5、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.典型例题题型解析【例题1】卢瑟福的粒子散射实验中，有极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【例题2】用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的一群氢原子。停止照射后，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为1、2、3，由此可知，开始用来照射容器的

6、单色光的光子能量可以表示为：h1；h3；h(1+2)；h(1+2+3) 以上表示式中 A只有正确 B只有正确 C只有正确 D只有正确123v3v2v1【例题3】对于基态氢原子，下列说法正确的是（ ）A、它能吸收10.2eV的光子B、它能吸收11eV的光子C、它能吸收14eV的光子D、它能吸收具有11eV动能的电子的部分动能课堂练习1下列现象中，与原子核内部变化有关的是A粒子散射现象 B天然放射现象 C光电效应现象 D原子发光现象2.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.原子的绝大部分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

7、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3.氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下列判断正确的是（ ）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3.氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n4的能级向n2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n3的能级向n2的能级跃迁时辐射出可见光b，则（ ）A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出射线B.氢原子从n4的能级向n3的能级跃迁时会辐射出紫外线C.在水中传播时，a光较b光的速度小D.氢原子在n2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离5.氢原子能级图的一部分如图1513所示，a、b、c分别表示氢原

8、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a、b、c，则图1513b=a+cb=acEb=Ea+Ec以上关系正确的是A.B.C.只有D. 6关于天然放射现象，叙述正确的是（ C ）A若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减少B衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的C在、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强D铀核（）衰变为铅核（）的过程中，要经过8次衰变和10次衰变 7天然放射性元素（钍）经过一系列核衰变之后，变成（铅）。下列论断中正确的是：（ D ） A铅核比钍核少23个中子； B铅核比钍核少24个质子； C衰变

9、过程中共有4次衰变和8次衰变； D衰变过程中共有6次衰变和4次衰变。8.氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为=0.6328m，=3.39m，已知波长为的激光是氖原子在能级间隔为=1.96eV的两个能级之间跃迁产生的。用表示产生波长为的激光所对应的跃迁的能级间隔，则的近似值为A.10.50eV B.0.98eV C. 0.53eV D. 0.36eV9.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.射线B.红光C.黄光D.紫光第二课时 原子核反应核能基础知识核反应虽然有成千上万，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

10、变和重核裂变.一、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：种类本质电离本领穿透本领射线He最强最弱(空气中几厘米或一张薄纸)射线e较弱很强(几毫米的铝板)射线光子最弱最强(几厘米的铅板)按照衰变时放出粒子不同又分为衰变和衰变，其核反应方程如：UThHe（衰变）ThPae（衰变)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因素决定的，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.关于半衰期的几个问题放射性元素衰变的快慢用半衰

11、期来表示，（1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间。（2）意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度。（3）特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关。（4）公式表示：，式中、分别表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，、分别表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，T表示半衰期。（5）理解： N0（大量）个某种放射性元素的核，经过时间t后剩下的这种核的个数为而对于少量的核（如4个），是无法确定其衰变所需要的时间的。这实质上就是“半衰期反映了核衰变过程的统计快慢程度”的含义。二、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

12、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、医疗和科研的许多方面得到广泛的应用.著名的方程式如：NHeOH（卢瑟福，发现质子）BeHe6CU (查德威克，发现中子)三、重核裂变重核裂变：是重核分裂成中等质量的核的反应过程.如：UU54XeSr10n.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.四、轻核聚变轻核聚变是轻核结合成质量较大的核的反应过程.如：HHHeU.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

13、控热核反应.五、核能1.核力：为核子间作用力.其特点为短程强引力：作用范围为2.010-15 m，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. 题型解析【例题1】原子核自发地放出电子的现象称为衰变，开始时科学家曾认为

14、衰变中只放出电子，即粒子，后来发现这个过程中除了放出电子以外，还放出一种叫做“反中微子”的高速粒子，反中微子不带电，则A原子核能发生衰变，说明原子核内还有电子B发生衰变后的原子核的核子数不变，带电量增加C原子核发生衰变时放出的能量等于粒子与衰变后的核的动能之和D静止的原子核发生衰变时粒子与衰变后的核的运动速度方向一定相反【例题2】静止在匀强磁场中的某种放射性元素的原子核放出一个粒子，其速度方向与磁场方向垂直，测得粒子与反冲核轨道半径之比为30：1，如图所示，则（ ）A、粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反B、反冲核的原子序数为62C、原放射性元素的原子序数是62D、反冲核与粒子的速率之比为1：

15、62【例题3】两种放射性元素的原子和，其半衰期分别为T和。若经过2T后两种元素的核的质量相等，则开始时两种核的个数之比为_；若经过2T后两种核的个数相等，则开始时两种核的质量之比为_。类型题： 核反应与核反应方程的书写问题 1无论何种反应方程必须遵守电荷数守恒，质量数守恒规律，有些核反应方程还要考虑到能量守恒规律（如裂变和聚变方程常含有能量项）2核反应方程中的箭头表示反应进行的方向，不能把箭头写成等号3写核反应方程必须有实验依据，决不能毫无根据地编造。4注意原子核表示为（A为质量数，z为核电荷数），要熟悉常见的基本粒子的表达式，如中子，质子，氕，氘，氚，电子，正电子，氦核等。类型题： 核能的计

16、算 1根据爱因斯坦质能联系方程（或）计算2根据1原子质量单位（1u）对应931.5能量，即质量亏损1u相当于放出931.5能量。核反应时释放的能量可用原子质量单位数乘以931.53利用动量和能量守恒计算参与核反应的粒子组成的系统在核反应过程中动量和能量是守恒的，在核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，可以从动量和能量守恒角度计算核能的变化4由阿伏加得罗常数NA计算宏观物质释放的核能若要计算具有宏观物质所有原子核都发生核反应所放出的总核能，应用阿伏加得罗常数计算核能比较方便现分别举例如下1、利用爱因斯坦的质能方程计算核能【例题4】一个铀核衰变为钍核时释放出一个粒子，

17、已知铀核的质量为 kg，钍核的质量为粒子的质量为，在这个衰变过程中释放出的能量等于_J（保留两位有效数字）。课堂练习 1.一个原子核经一次衰变和一次衰变生成稳定的核Z，其衰变过程为，下面关系式中，正确的是（ ）a=e+4c=ed=f-1b=f+2A.B.C.D.2关于核力，下列说法中正确的是（ ）原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用核力既可能是引力，又可能是斥力核力对核子做正功，原子核要释放核能原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用A.B.C.D.3.匀强磁场中有一个静止的氮核N，被与磁场方向垂直、速度为v的粒子击中形成复合核，然后沿相反方向释放出一个速度也为v的质子，则（

18、）质子与反冲核的动能之比为1725质子与反冲核的动量大小之比为15质子与反冲核的动量大小之比为817质子与反冲核在磁场中旋转频率之比为178以上说法正确的是A.B.C.D.4、Th（钍）经过一系列和衰变，变成Pb（铅），下列说法正确的是A.铅核比钍核少8个质子B.铅核比钍核少16个中子C.共经过4次衰变和6次衰变D.共经过6次衰变和4次衰变5、假设两个氘核在同一直线上相碰发生聚变反应生成氦同位素和中子，已知氘核的质量为2.0136u，中子的质量为1.0087u，氦的同位素的质量为3.0150u，求该聚变反应中释放的能量（保留两位有效数字）。课后练习1.下列说法正确的是w.w.w.k.s.5.u

19、.c.o.m A.是衰变方程 B.是核聚变反应方程 C.是核裂变反应方程 D.是原子核的人工转变方程2.表示放射性元素碘3 衰变的方程是A. B. C. D. 3、某放射性元素经过6 次衰变和8次衰变，生成了新核则新核和原来的原子核相比 ( D )A质子数减少了12 B质子数减少了20 C中子数减少了14 D核子数减少了244、钍核，具有放射性，它放出一个电子衰变成镤核，伴随该过程放出光子，下列说法中正确的 ( BD )A该电子就是钍原子核外的电子B光子是衰变过程中原子核放出的C给钍元素加热，钍元素的半衰期将变短D原子核的天然放射现象说明原子核是可分的5、下列说法正确的是（BD ）A康普顿效应

20、和电子的衍射现象说明粒子的波动性B粒子散射实验可以用来确定原子核电荷量和估算原子核半径C氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子的运动加速度减小D比结合能越大表示原子核中核了结合得越牢靠，原子核越稳定 4、关于天然放射现象，叙述正确的是 （ C ）A、若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减少B、衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的C、在、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强D、铀核()衰变为铅核（）的过程中，要经过8次衰变和10次衰变5、按照玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是（ ）A.第m个定态和第n个定态的轨道半径rm和rn之比为rmrnm2n2B.第m个定态和第n个定态的能量Em和En之比为EmEnn2m2.电子沿某一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率是，则其发光频率也是.若氢原子处于能量为E的定态，则其发光频率为专心-专注-专业