2022年高中物理原子与原子核知识点总结选修-讲课稿.docx

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1、精品_精品资料_高中物理原子与原子核学问点总结 选修 35原子、原子核 这一章虽然不是重点 ,但是高考挑选题也会涉及到 ,其实只要记住模型和方程式 ,就不会在做题上出错 ,下面的一些总结期望对同学们有所帮忙 .一 波粒二象性1 光电效应的讨论思路1 两条线索：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_34h 为普朗克常数 h=6.63 10为光子频率J S可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2. 三个关系(1) 爱因斯坦光电效应方程 EkhW0.(2) 光电子 的最大初动能 Ek 可以利用光电管试验的方法测得,即EkeUc, 其中 Uc 是遏止电压.(3) 光电效应方程中的

2、W0 为逸出功,它与极限频率 c 的关系是 W0hc.3 波粒二象性波动性和粒子性的对立与统一(1) 大量光子易显示出波动性,而少量光子易显示出粒子性.(2) 波长长 频率低 的光波动性强,而波长短 频率高 的光粒子性强.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_hc(3) 光子说并未否定波动说, Eh 中,（频率） 和就是波的概念.光速 C=(4) 波和粒子在宏观世界是不能统一的,而在微观世界却是统一的.3. 物质波(1) 定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应,这种波叫做物质波,也叫德布罗意波.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(2) 物质波的波长：hh , h 是普

3、朗克常量.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_pmv二 原子结构与原子核（ 1）卢瑟福的核式结构模型卢瑟福依据 粒子散射试验提出了原子的核式结构学说, 玻尔把量子说引入到核式结构模型之中 , 建立了以下三个假说为主要内容的玻尔理论. 熟悉原子核的结构是从发觉自然放射现象开头的, 发觉质子的核反应是熟悉原子核结构的突破点 . 裂变和聚变是猎取核能的两个重要途径. 裂变和聚变过程中释放的能量符合爱因斯坦质能方程.整个学问体系,可归结为：两模型 原子的核式结构模型、波尔原子模型 .六子 电子、质子、中子、正电子、粒子、 光子 .四变 衰变、人工转变、裂变、聚变 .两方程 核反应方程、质能

4、方程 .4 条守恒定律 电荷数守恒、质量数守恒、能量守恒、动量守恒 贯串全章.1.1 电子的发觉： 1897 年,英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的讨论发觉了电子.电子的发觉证明白原子是可再分的.2 汤姆孙原子模型：原子里面带正电荷的物质匀称分布在整个原可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_子球体中,而带负电的电子镶嵌在球内.2. 卢瑟福的核式结构模型 行星式模型 卢瑟福 粒子散射试验装置 , 现象, 从而总结出核式结构学说 粒子散射试验是用 粒子轰击金箔,试验现象：结果是绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原先的方向前进, 但是有少数 粒子发生了较大的偏转 . 这说明原子的正电荷和质量

5、肯定集中在一个很小的核上.卢瑟福由 粒子散射试验提出：在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,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运动.由 粒子散射试验的试验数据仍可以估算出原子核大小的数量级是10-15m.而核式结构又与经典的电磁理论发生冲突：原子是否稳固, 其发出的光谱是否连续3. 玻尔模型 引入量子理论, 量子化就是不连续性,整数 n 叫量子数 玻尔补充三条假设定态 - 原子只能处于一系列不连续的能量状态 称为定态 , 电子虽然绕核运转 , 但不会向外辐射能量. 本假设是针对原子稳固性提出的 跃迁 - 原子从一种定态跃迁到另一种定态, 要辐射 或吸取 肯定

6、频率的光子 其能量由两定态的能量差打算 本假设针对线状谱提出 辐射 吸取 光子的能量为 hf E 初-E 末或（ h EmEn）氢原子跃迁的光谱线问题 一群氢原子可能辐射的光谱线条数为 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 大量 处于 n 激发态原子跃迁到基态时的全部辐射方式能级图中相关量意义的说明：相关量意义能级图中的横线横线左端的数字“ 1,2,3”表示氢原子可能的能量状态表示量子数 定态横线右端的数字“ 13.6, 3.4”表示氢原子的能量可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_相邻横线间的距离带箭头的竖线2. 两类能级跃迁表示相邻的能量差,量子数越大相邻的能量差越

7、小,距离越小表示原子由较高能级向较低能级跃迁, 原子跃迁的条件为 hEmEn可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(1) 自发跃迁：高能级低能级,释放能量,发出光子.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_光子的频率 EE高 E低h h.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(2) 受激跃迁：低能级高能级,吸取能量.光照吸取光子 ：光子的能量必需恰等于能级差hE.碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可,E 外 E.大于电离能的光子被吸取,将原子电离.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3. 谱线条数的确定方法1一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条

8、数最多为n1.2一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法.用数学中的组合学问求解：NC2n n1 .n2利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情形一一画出,然后相加.1,2,3, n 为量子数1 处能量最低,能量最低的状态叫做基态,其可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_他处（如 2, 3,n）状态叫做激发态.量子数 ：原子处在定态的能量用 En 表示,此时电子以rn 的轨道半径绕可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_核运动, n 称为量子数.（注）E1= 13.6eV 这个负号是我们人为规定的 . 设无限远处电子的电势能为零 , 在有限远的位置电子

9、的电势能都是负值. 在最近轨道运转的电子的势能就是负 13.6eV能量和轨道量子化 -定态不连续 , 能量和轨道也不连续 ; 即原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应 , 原子的定态是不连续的 , 因此电子的可能轨道分布也是不连续的 针对原子核式模型提出,是能级假设的补充 （ 4）跃迁要求从一个电子能级到另一个能级 , 电子仍旧可以受原子核束缚.电离指电子从某一能级到第无穷个能级（该能级能量为 0）（虽然能级数是无穷大 , 但是所需要能量是有限的） , 这时电子可以认为不受原子核可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_束缚, 完全脱离原子 .电离可以看做是特别的跃迁电离

10、是电子完全脱离了原子核束缚, 跃迁是电子从低能级迁移到高能级例：1995 年科学家“制成”了反氢原子,它是由一个反质子和一个环绕它运动的正电子组成,反质子和质子有相同的质量,带有等量异种电荷.反氢原子和氢原子有相同的能级分布,氢原子能级如下列图,就以下说法中正确选项 A 反氢原子光谱与氢原子光谱不相同B基态反氢原子的电离能为13.6 eVC基态反氢原子能吸取11 eV 的光子而发生跃迁D大量处于 n 4 能级的反氢原子向低能级跃迁时,从 n 2 能级跃迁到基态辐射的光子的波长最短解析： 选 B反氢原子和氢原子有相同的能级分布,故反氢原子光谱与氢原子光谱相同,A 错.基态反氢原子的电离能为13.

11、6eV ,只有大于等于 13.6 eV 的能量的光子才可以使反氢原子电离, B 对.基态反氢原子发生跃迁时,只能吸取能量等于两个能级的能量差的光子, C 错.在反氢原子谱线中,从 n 4 能级跃迁到基态辐射的光子的能量最大,频率最大,波长最短,D 错.氢原子的激发态和基态的能量 最小 与核外电子轨道半径间的关系是 :【说明】氢原子跃迁2-10 轨道量子化 r n =n r 1 n 1,2.3 r 1 =0.53 10m能量量子化：E1= 13.6eVEn , Ep,r , nEk ,v吸取光子时增大减小放出光子时减小增大氢原子跃迁时应明确：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_一个氢

12、原子直接跃迁向高能级跃迁,吸取光子一般光子某一频率光子一群氢原子各种可能跃迁向低能级跃迁放出光子可见光子一系列频率光子氢原子吸取光子时要么全部吸取光子能量,要么不吸取光子1 光子能量大于电子跃迁到无穷远处 电离 需要的能量时,该光子可被吸取. 即：光子和原于作用而使原子电离 2 光子能量小于电子跃迁到无穷远处 电离 需要的能量时 , 就只有能量等于两个能级差的光子才能被吸取. 受跃迁条件限： 只适用于光于和原于作用使原于在各定态之间跃迁的情形 .氢原子吸取外来电子能量时可以部分吸取外来碰撞电子的能量（实物粒子作用而使原子激发）.因此,能量大于某两个能级差的电子均可被氢原子吸取,从而使氢原子跃迁

13、.E51=13.06E41=12.75E31=12.09E21=10.2. 有规律可依 E52=2.86E42=2.55E32=1.89.E53=0.97E43=0.66. E54=0.31玻尔理论的局限性.由于引进了量子理论（轨道量子化和能量量子 化）,玻尔理论胜利的说明白氢光谱的规律.但由于它保留了过多的经可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_典物理理论（牛顿其次定律、向心力、库仑力等）,所以在说明其他原子的光谱上都遇到很大的困难.氢原子在 n 能级的动能、势能,总能量的关系是：EP=2EK,E=EK+EP= EK. 类似于卫星模型 由高能级到低能级时,动能增加,势能降低,且势能

14、的降低量是动能增加量的 2 倍,故总能量 负值 降低.三 原子的衰变1. 自然放射现象的发觉,使人们熟悉到原子核也有复杂结构.核变化从贝克勒耳发觉自然放射现象开头衰变 用电磁场讨论 ：2. 三种射线的比较种类射线射线组成高速氦核流高速电子流射线光子流高频电磁波 带电荷量2ee0质量4mp, mp 1.6710kg 0.1c 27mp1 836静止质量为零速度0.99cc光速在电磁场中偏转与 射线反向偏转不偏转贯穿本事最弱,用纸能拦住较强,能穿透几毫米厚的铝板最强,能穿透几厘米厚的铅板对空气的很强较弱很弱可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_电离作用3. 衰变、 衰变的比较衰变类型衰变

15、衰变可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_衰变方程AA44AA0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_衰变实质Z XZ2 Y2He2 个质子和 2 个中子结合成一个整体射出Z XZ1Y 1e1 个中子转化为 1 个质子和 1 个电子可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_11411021H 20n2He0n 1H 1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒4. 衰变次数的确定方法Z方法一：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律,设放射性元素AX 经过An 次 衰变和 m 次 衰变后, 变成稳固的新元素 Z Y ,就表示该核反应的方程为ZZAXAYn42He m0 1

16、e.依据质量数守恒和电荷数守恒可列方程可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_AA 4nZZ 2n mAAAA可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_由以上两式联立解得 n4,m2Z Z可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组.方法二：由于 衰变对质量数无影响,可先由质量数的转变确定衰变的次数,然后依据衰变规律确定衰变的次数.5. 对半衰期的懂得放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期.是对大量原子核的统计规律.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(1) 半衰期公式： N 余N 原1 t1 t.2

17、,m 余m 原 2 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(2) 半衰期的物理意义：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量,同一放射性元素的衰变速率肯定,不同的放射性元素半衰期不同,有的差别很大.(3) 半衰期的适用条件：半衰期是一个统计规律,是对大量的原子核衰变规律的总结,对于一个特定的原子核,无法确定何时发生衰变.三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情形比较：四种核反应类型 衰变, 人工核转变 , 重核裂变 , 轻核骤变 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_衰变： （ e 核）衰变： 实质：核内 衰变形成外切 同方向旋 ,（电子）衰变： 实质： 核内的

18、中子转变成了质子和中子 衰变形成内切 相反方向旋 ,且大圆为 、 粒子径迹.+ 衰变：（核内）（光子）衰变：原子核处于较高能级,辐射光子后跃迁到低能级.人工转变： 发觉质子的核反应 卢瑟福 用 粒子轰击氮核 , 并预言中子的存在 发觉中子的核反应 查德威克 钋产生的 射线轰击铍 人工制造放射性同位素 正电子的发觉 约里奥居里和伊丽芙居里夫妇 粒子轰击铝箔重核的裂变：在肯定条件下 超过临界体积 ,裂变反应会连续不断的进行下去,这就是链式反应.轻核的聚变：（需要几百万度高温,所以又叫热核反应）全部核反应的反应前后都遵守： 质量数守恒、电荷数守恒. （留意： 质量并不守恒.）四核反应方程与核能运算类

19、型可控性核反应方程典例衰衰变自发238U2349290 Th 2He4变衰变自发234Th 234Pa 0 1e90911. 核反应的四种类型可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_147N 4He17O1H281卢瑟福发觉质子 人工控49121人工转变制2He4Be 6C 0n查德威克发觉中子 27比较容13Al 2He 15P 0n3105P3104Si 01e92 U 0n 564301约里奥 居里夫妇发现人工放射性 235114414456Ba36Kr 30n891重核裂变易进行人工控23592 U0n54 Xe 38Sr 100n1136901制很难控轻核聚变2H3H4He1

20、n1120制2. 核反应方程式的书写1(1) 熟记常见基本粒子的符号,是正确书写核反应方程的基础.如质子1H 、140023中子0n、粒子 2He、粒子 1e、正电子 1e、氘核1H 、氚核1H 等.(2) 把握核反应方程遵守的规律,是正确书写核反应方程或判定某个核反应方程是否正确的依据,由于核反应不行逆,所以书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向.(3) 核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒.3对质能方程的懂得(1) 肯定的能量和肯定的质量相联系, 物体的总能量和它的质量成正比, 即 E mc2.方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简洁的正比关系,物体的能量增大,质量也增大.物体的能

21、量削减,质量也削减.(2) 核子在结合成原子核时显现质量亏损m,其能量也要相应削减,即 E mc2.(3) 原子核分解成核子时要吸取肯定的能量, 相应的质量增加 m,吸取的能量为 Emc2.4核能的运算方法可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(1) 依据 Emc2 运算时, m 的单位是 “kg”,c 的单位是 “m/s”,E 的单位是“J”.(2) 依据 E m931.5 MeV运算时, m 的单位是 “ u”,E 的单位是 “ MeV”.(3) 依据核子比结合能来运算核能：92原子核的结合能核子比结合能核子数.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 典例 2022江苏

22、高考 1核电站利用原子核链式反应放出的庞大能量进行发电,235U可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_是核电站常用的核燃料. 23514489可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_92 U 受一个中子轰击后裂变成56 Ba 和36Kr 两部分,并产生27n27个中子. 要使链式反应发生,裂变物质的体积要 选填“大于”或“小于”它的临界体积.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2 取质子的质量 mp 1.672 610kg ,中子的质量 m 1.674 9 10kg,粒子的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资

23、料_质量 m 6.646 7 10 27 kg ,光速 c 3.0 108 m/s .请运算 粒子的结合能.运算结果保可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_留两位有效数字 解析 1 核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒,且该核反应方程为：235 U 1n可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_144891920可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_56 Ba36Kr 30n,即产生 3 个中子.临界体积是发生链式反应的最小体积,要使链式反应发生,裂变物质的体积要大于它的临界体积.2 组成 粒子的核子与 粒子的质量差m 2m p 2mn m结合能 E mc2代入数据得

24、 E 4.3 10 12 J.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 答案 13大于24.3 1210J可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_例： 2022 四川宜宾模拟 已知氘核的平均结合能为1. 1 MeV, 氦核的平均结合能为7. 1 MeV,就两个氘核结合成一个氦核时A. 释放出 4. 9 MeV 的能量B. 释放出 6. 0 MeV 的能量C.释放出 24. 0 MeV 的能量D. 吸取 4. 9 MeV 的能量答案 C解析 依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为 He, 由于氘核的平均结合能为1. 1 MeV, 氦核的平均结合能为7. 1 MeV,

25、故结合前氘核的结合能为E1=21. 1MeV,结合后氦核的结合能为E2=4 7. 1 MeV,故 E=2E1-E2=- 24. 0 MeV, 负号表示释放能量, 选项 C 正确.2. 放射性同位素的应用可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_利用其射线： 射线电离性强 , 用于使空气电离 , 将静电泄出 , 从而排除有害静电. 射线贯穿性强 , 可用于金属探伤 , 也可用于治疗恶性肿瘤.各种射线均可使 DNA发生突变 , 可用于生物工程,基因工程.作为示踪原子. 用于讨论农作物化肥需求情形, 诊断甲状腺疾病的类型,讨论生物大分子结构及其功能.进行考古讨论. 利用放射性同位素碳14,判定出土木质文物的产生岁月.一般都使用人工制造的放射性同位素 （种类齐全, 各种元素都有人工制造的放射性同位.半衰期短,废料简洁处理.可制成各种外形,强度简洁掌握）.高考对本章的考查：以 粒子散射试验、原子光谱为试验基础的卢瑟福原子核式结构学说和玻尔原子理论, 各种核变化和与之相关的核反应方程、核能运算等.在核反应中遵循电荷数守恒和质量数守恒,在微观世界中动量守恒定律同样适用.可编辑资料 - - - 欢迎下载