2019届高考物理总复习第十二章近代物理第二节原子与原子核测试题.pdf
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1、第二节原子与原子核 学生用书P233 【基础梳理】 一、原子的核式结构 1 粒子散射实验的结果:绝大多数 粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前 进,但少数 粒子发生了大角度偏转,极少数 粒子的偏转超过了90,有的甚至被撞 了回来,如图所示 2原子的核式结构:在原子中心有一个很小的核,原子全部的正电荷和几乎全部质量 都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转 二、玻尔理论 1定态: 原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的, 电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量 2跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子 的能量由这两个定态的能量差决
2、定即hEmEn (h是普朗克常量,h6.62610 34 J s) 3轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周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也是不连续的 4氢原子的能级、能级公式 (1) 氢原子的能级图( 如图所示 ) (2) 氢原子的能级和轨道半径 氢原子的能级公式:En 1 n 2E1(n1,2,3, ) ,其中E1为基态能量,其数值为E1 13.6 eV. 氢原子的半径公式:rnn 2r 1(n1,2,3, ) ,其中r1为基态半径,又称玻尔半径, 其数值为r10.5310 10 m. 三、天然放射现象、原子核的组成 1天然放射现象 (1) 天然放射现象:
3、元素自发地放出射线的现象,首先由贝克勒尔发现天然放射现象 的发现,说明原子核具有复杂的结构 (2) 放射性和放射性元素:物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性具有放射性的 元素叫放射性元素 (3) 三种射线:放射性元素放射出的射线共有三种,分别是 射线、 射线、 射线 2原子核 (1) 原子核的组成 原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为核子 原子核的核电荷数质子数,原子核的质量数质子数中子数 (2) 同位素:具有相同质子数、不同中子数的原子,在元素周期表中的位置相同,同位 素具有相同的化学性质 四、原子核的衰变和半衰期 1原子核的衰变 (1) 原子核放出 粒子或 粒子,变成另一种原子核的变
4、化称为原子核的衰变 (2) 分类: 衰变: A ZX A4 Z2Y 4 2He; 衰变: A ZX A Z1Y 0 1e. 2半衰期 (1) 定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 (2) 衰变规律:NN0 1 2 t/ 、mm0 1 2 t/ (3) 影响因素:由原子核内部因素决定,跟原子所处的物理化学状态无关 五、核力、结合能、质量亏损、核反应 1核力 (1) 定义:原子核内部,核子间所特有的相互作用力 (2) 特点:核力是强相互作用的一种表现; 核力是短程力,作用范围在1.5 10 15m之内; 每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用 2核能 (1) 结合能:核子结合为原子核时
5、放出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 (2) 比结合能 定义:原子核的结合能与核子数之比,称做比结合能,也叫平均结合能 特点: 不同原子核的比结合能不同,原子核的比结合能越大,表示原子核中核子结合 得越牢固,原子核越稳定 3质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程Emc 2,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Emc 2 4获得核能的途径 (1) 重核裂变; (2) 轻核聚变 5核反应 (1) 遵守的规律:电荷数守恒、质量数守恒 (2) 反应类型:衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变 【自我诊断】 判一判 (1
6、) 原子的能量量子化现象是指原子在不同状态中具有不同的能量( ) (2) 炽热的固体、液体和高压气体发出的光谱是连续光谱( ) (3) 根据玻尔理论,氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,辐射一定频率的 光子,同时电子的动能增大,电势能减小( ) (4) 假如有 18 个某种放射性元素的原子核,经过一个半衰期, 一定有 9 个原子核发生了 衰变 ( ) (5) 衰变的电子来源于原子核外的电子( ) (6) 高温、高压的情况下,原子核的半衰期将会变短( ) (7) 爱因斯坦的质能方程反映了物质的质量就是能量,它们之间可以相互转化( ) 提示: (1) (2) (3) (4) (5) (6)
7、 ( 7) 做一做 ( 多选 )( 高考全国卷改编) 在人类对微观世界进行探索的过程中,科学实验起到了非常 重要的作用下列说法符合历史事实的是( ) A密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值 B贝克勒尔通过对天然放射现象的研究,发现了原子中存在原子核 C居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po) 和镭 (Ra) 两种新元素 D汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验,发现了阴极射线是由带负电的粒 子组成的,并测出了该粒子的比荷 提示:选ACD.密立根通过油滴实验,验证了物体所带的电荷量都是某一值的整数倍, 测出了基本电荷的数值,选项 A正确; 贝克勒尔通过对天然放射现象的研究,明确了原子核 具有
8、复杂结构, 选项 B错误; 居里夫妇通过对含铀物质的研究发现了钋(Po) 和镭 (Ra) ,选项 C正确;汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验,说明了阴极射线是带负电的粒子, 并测出了粒子的比荷,选项D正确 玻尔理论和氢原子的光谱分析 学生用书P234 【知识提炼】 1能级图中各物理量意义的说明 相关量意义 能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态 横线左端的数字“ 1, 2,3”表示量子数 横线右端的数字 “ 13.6 ,3.4 ” 表示氢原子的能量 相邻横线间的距离 表示相邻的能量差,量子数越大相邻的能量差 越小,距离越小 带箭头的竖线 表示原子由较高能级向较低能级跃迁,原子跃 迁
9、的条件为hEmEn 2. 原子跃迁的条件 (1) 原子跃迁条件h EmEn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 (2) 当光子能量大于或等于13.6 eV 时,也可以被处于基态的氢原子吸收,使氢原子电 离;当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV时,氢原子电离后,电子具有一定的 初动能 (3) 原子还可吸收外来实物粒子( 例如自由电子) 的能量而被激发由于实物粒子的动能 可全部或部分被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(EEm En) ,均可使原子发生能级跃迁 3跃迁中两个易混问题 (1) 一群原子和一个原子:氢原子核外只有一个电子,这个电子
10、在某个时刻只能处在某 一个可能的轨道上, 在某段时间内, 由某一轨道跃迁到另一个轨道时,可能的情况只有一种, 但是如果容器中盛有大量的氢原子,这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了 (2) 直接跃迁与间接跃迁:原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时有时可能是 直接跃迁, 有时可能是间接跃迁两种情况下辐射( 或吸收 ) 光子的能量是不同的直接跃迁 时辐射 ( 或吸收 ) 光子的能量等于间接跃迁时辐射( 或吸收 ) 的所有光子的能量和 【典题例析】 ( 多选 ) 如图所示是氢原子的能级图,大量处于n4 激发态的氢原子向低能级跃 迁时,一共可以辐射出6 种不同频率的光子,其中巴耳末系是指氢原
11、子由高能级向n 2 能 级跃迁时释放的光子,则( ) A6 种光子中波长最长的是n4激发态跃迁到基态时产生的 B6 种光子中有2 种属于巴耳末系 C使n4 能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量 D若从n 2 能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应,则从n3 能级 跃迁到n2 能级释放的光子也一定能使该金属板发生光电效应 审题指导 激发态的氢原子向低能级跃迁时,能级差越大, 发射光子的频率越大;而 巴耳末系是高能级向n 2 能级跃迁时发射的光子,可看出有2 种 解析 根据跃迁假说,在跃迁的过程中释放光子的能量等于两能级之差,故从n4 跃迁到n3 时释放光子的能量最小,频率最小,波
12、长最长,所以A错误;由题意知6 种光 子中有 2 种属于巴耳末系, 它们分别是从n4 跃迁到n2 和从n3 跃迁到n2 时释放的 光子,故B正确;E4 0.85 eV ,故n4 能级的电离能等于0.85 eV ,所以 C正确;由题 图知,从n3 能级跃迁到n 2 能级释放的光子的能量小于n2 能级跃迁到基态释放的光 子的能量,所以D错误 答案 BC 氢原子能级图与原子跃迁问题的解答技巧 (1) 能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的 (2) 能级之间发生跃迁时放出( 吸收 ) 的光子频率由hEmEn求得若求波长可由公式 c 求得 (3) 一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1) (4)
13、 一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法 用数学中的组合知识求解:NC 2 nn( n1) 2 . 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况一一画出,然后相 加 【迁移题组】 迁移 1 对原子核式结构的理解 1(2015高考安徽卷) 如图所示是 粒子 ( 氦原子核 ) 被重金属原子核散射的运动轨 迹,M、N、P、Q是轨迹上的四点,在散射过程中可以认为重金属原子核静止图中所标出 的 粒子在各点处的加速度方向正确的是( ) AM点BN点 CP点DQ点 解析:选 C. 粒子 ( 氦原子核 ) 和重金属原子核都带正电,互相排斥,加速度方向与 粒子所受斥力方向相同带电粒子加速
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