2022年十五原子结构原子核专题复习.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载高考综合复习原子结构原子核专题复习总体感知学问网络考纲要求考点 要求氢原子光谱 氢原子的能级结构、能级公式 原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期 放射性同位素 核力、核反应方程 结合能、质量亏损 裂变反应、聚变反应、裂变反应堆 放射性的防护 命题规律1从近五年的高考试题来看,本专题所考查的内容主要集中在原子的核式结构、玻尔理论、原子核的衰变、质能方程和核反应方程等学问点;名师归纳总结 2本专题内容考查的形式多以挑选题和填空题为主,例如 2022 年广东单科的第2 题,第 6第 1 页,共 32 页- - - - - -
2、-精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载题和第 9 题等均为挑选题,再如 2022 年山东理综的 38(1),江苏单科的 12C(3),宁夏理综的33(1)和海南单科的 19(1)均是以填空题形式显现;3本专题内容有时也有与动量、能量结合的运算题,如 2007 年山东理综第 37 题, 2006 年江苏物理第 18 题等;4从考查的频率来看,对本专题内容的考查有越来越高的趋势,复习时应引起重视;本专题属选考内容,作为选修3 5 一个模块中的内容,在高考中出题的可能性很大;估量今后的高考对本专题命题有以下特点:一是难度不大,大多直接考查懂得和记忆;二是考 查细节较多
3、;三是表达时代气息,用新名词包装试题;四是有少数试题与力学、电磁学相结合,体 现学科内综合;当然由于各个考区对本专题的要求不同,因而出题的形式也可能各不相同,挑选题、填空题、运算题都有可能;比如在山东考区此专题内容将以非挑选题的形式显现,因而与动量结合在一起出 一道中等难度的运算题的可能性很大;复习策略 本章学问是学习现代物理的基础,在复习时要采纳系统懂得、重点记忆的方法;要做到:1对每个概念、规律、现象有正确的懂得,并弄清其来龙去脉,只有这样才能记忆深刻、明 辨是非、正确表达;2紧扣课本,重点把握原子的核式结构理论、能级跃迁规律、核反应方程中质量数和核电荷数守恒、衰变衰变规律;、等的属性要有
4、清楚的明白,它们属于当今物理学的前沿、3对一些粒子的特性,如高能物理学基础;重点把握核反应方程式的写法和核能释放的学问;第一部分 原子结构学问要点梳理 学问点一原子的核式结构模型 学问梳理 一、电子的发觉 1阴极射线的发觉 19 世纪,科学家争论淡薄气体放电,发觉阴极发出一种射线阴极射线;名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载2电子的发觉汤姆孙确定阴极射线是由带负电的粒子组成,并测定出它的荷质比,之后用油滴试验测定了它的电量,确定它是组成各种物质的基本成分,称之为电子;3电子的发觉说明原子也是有结构的
5、;二、原子的核式结构模型粒子散射试验(1)试验装置(2)试验条件:金属箔是由重金属原子组成,很薄,厚度接近单原子的直径;全部设备装在真空环境中,由于 粒子很简洁使气体电离,在空气中只能前进几厘米;显微镜可在底盘上旋转,可在 的范畴内进行观看;(3)试验现象过了绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进,少数粒子发生较大偏转,个别粒子偏转超有的甚至近;(4)试验结论原子有一个很小的核,它集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量,电子绕核运转;这就是卢瑟福原子核式结构模型;依据粒子散射试验的数据,可以估算原子核的大小为m; 疑难导析1英国物理学家汤姆孙在争论阴极射线时发觉了电子;试验装置如下列图;名师归纳总
6、结 - - - - - - -第 3 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载上;从高压电场的阴极发出的阴极射线,穿过后沿直线打在荧光屏(1)当在平行极板上加一如下列图的电场,发觉阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏,就可判定,阴极射线带有负电荷;(2)为使阴极射线不发生偏转,就请摸索可在平行极板区域实行什么措施;在平行极板区域加一磁场, 且磁场方向必需垂直纸面对外;当满意条件时,就阴极射线不发生偏转;就:;(3)如下列图,依据带电的阴极射线在电场中的运动情形可知,其速度偏转角为:,又由于,且就,依据已知量,可求出阴极射线的比荷;2粒子散射现象的分析(1)
7、由于电子质量远远小于粒子的质量 (电子质量约为粒子质量的1/7 300),即使粒子遇到电子,其运动方向也不会发生明显偏转,就像一颗飞行的子弹遇到尘埃一样,所以电子不行能使 粒子发生大角度的散射;(2)使 粒子发生大角度散射的只能是原子核带正电的部分,依据汤姆孙的原子模型,正电荷在原子内是匀称分布的,粒子穿过原子时, 它受到两侧正电荷的斥力有相当大一部分相互抵消,因而也不行能使 粒子发生大角度偏转,更不行能把 粒子反向弹回,这与 粒子散射试验的结名师归纳总结 第 4 页,共 32 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载果相冲突,从而否定了
8、汤姆孙的原子模型;(3)试验中,粒子绝大多数不发生偏转,少数发生较大的偏转,极少数偏转,个别甚至被弹回, 都说明原子中绝大部分是空的,带正电的物质只能集中在一个很小的体积内(原子核) ;3粒子散射的实质粒子散射的实质是带正电荷的 粒子向固定的正电粒子靠近,由于斥力的作用,使 粒子偏转,此过程中,开头电场力做负功,电势能增加,后来电场力做正功,电势能减小;:卢瑟福通过对粒子散射试验结果的分析,提出()A原子的核式结构模型 C电子是原子的组成部分答案: A B 原子核内有中子存在 D原子核是由质子和中子组成的解析:英国物理学家卢瑟福的 粒子散射试验的结果是绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原方向前
9、进, 但有少数 粒子发生较大的偏转;粒子散射试验只发觉原子可以再分,但并不涉及原子核内的结构; 查德威克在用 粒子轰击铍核的试验中发觉了中子,卢瑟福用 粒子轰击氮核时发觉了质子;学问点二玻尔的原子模型和氢原子的能级 学问梳理一、玻尔的原子模型1原子只能处于一系列的不连续的能量状态之中,在这些状态中原子是稳固的,电子虽然做加速运动,但并不向外辐射能量,这些状态叫定态;2原子从一种定态(设能量为)跃迁到另一种定态(设能量为)时,它辐射(或吸取)肯定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差打算,即;3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的
10、分布也是不连续的;特殊提示: 玻尔模型的胜利之处在于它引入了量子概念,局限之处在于它过多地保留了经典理论,现代量子理论认为电子的轨道只能用电子云来描述;名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载二、氢原子光谱 1光谱(1)定义:用光栅或棱镜可以把光按波长绽开,获得光的波长(频率)成分和强度分布的记 录;(2)分类:发射光谱:物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱;发射光谱有连续光谱和明线光谱两 种;连续光谱由酷热的固体、液体或高压气体所发出的光形成;明线光谱是淡薄气体或蒸气发出的光生成的;原子的特点光谱为明线
11、光谱,不同原子的明线光谱不同;吸取光谱:吸取光谱是温度很高的光源发出来的白光,通过温度较低的蒸气或气体后产生 的;太阳光谱为吸取光谱;(3)特点谱线:线状谱中的亮线,不同原子中是不一样的,这些亮线称为原子的特点谱线;(4)光谱分析:用原子的特点谱线,来鉴别和确定物质的组成成分;光谱分析的优点:灵敏度高;样本中一种元素的含量达到 g 时就可以检测到;2氢原子光谱(1)氢光谱:如下列图;(2)氢原子光谱的试验规律巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线,其波长公式 式中 R 为里德伯常量,;特殊提示: 卢瑟福的原子核式结构模型与经典电磁理论的冲突主要有两点:依据经典电磁理论,电子在绕核做加速运动的过程中,
12、要向外辐射电磁波,因此能量要削减,电子轨道半径也要变小,最终会落到原子核上,因而原子是不稳固的;电子在转动过程中,随着转动半径的缩小,转动频率名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载不断增大,辐射电磁波的频率不断变化,因而大量原子发光的光谱应当是连续光谱;然而事实上,原子是稳固的,原子光谱也不是连续光谱而是线状光谱;三、氢原子的能级和能级图 1氢原子的能级和能级图 原子各定态的能量值叫做原子的能级,能级图如下列图;对于氢原子,其能级公式为,轨道半径公式为,其中 n 称为量子数,只能取正整数;13.6eV
13、 ,;特殊提示: 相邻横线间的距离,表示相邻的能级差,量子数越大,相邻的能级差越小;2氢原子的跃迁及电离(1)氢原子受激发由低能级向高能级跃迁当光子作用使原子发生跃迁时,只有光子能量满意 能吸取光子的全部能量而发生跃迁;的跃迁条件时,原子才当用电子等实物粒子作用在原子上,只要入射粒子的动能大于或等于原子某两“ 定态”能量之差,即可使原子受激发而向较高能级跃迁;假如光子或实物粒子与原子作用而使原子电离(绕核电子脱离原子的束缚而成为“ 自由电子” ,即的状态)时,不受跃迁条件限制,只不过入射光子能量越大,原子电离后产生的第 7 页,共 32 页名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料
14、- - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载自由电子的动能越大;(2)氢原子自发辐射由高能级向低能级跃迁当一群氢原子处于量子数为n 的激发态时,可能辐射出的光谱线条数为当单个氢原子处于某个能级向低能级跃迁时,最多可能产生 n 一 1 个频率的光子;四激光 1自发发射:处于能量较高状态的原子是不稳固的,会自发地跃迁到较低能量状态,同时放 出光子;2受激吸取:一个入射光子的能量恰好等于原子基态与某个激发态的能量差,原子吸取这个 光子而跃迁到这个激发态;发态3受激发射:一个入射光子的能量正好等于原子的某一对能级的能量差,就处于激的原子就可能受到这个光子的激发而跃迁到能量较低的状态,同时发射
15、个与入射光子完全相同的光子;4激光的产生:受激发射的过程不断进行,形成光子的“ 雪崩” ,这样的输出光即激光;5. 激光器 构造:激活介质、抽运装置、光学共振腔;激光器工作原理图:如图;种类:固体、液体、气体、染料、半导体激光器等红宝石激光器 激介质:红宝石 氦、氖激光器 激介质:氖;帮助物质:氦 疑难导析 1某定态时氢原子中的能量关系 设 r 为某定态时氢原子核外电子的轨道半径,电子绕核运动的向心力由库仑力供应,有:名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载由电子动能:电子在轨道r 上的电势能:该定态能
16、级能量为:将式比较可得:(1)某定态时, 核外电子的动能总是等于该定态总能量的肯定值,原子系统的电势能总是等于该定态总能量值的两倍;(2)电子动能 随轨道半径 r 的减小而增大,随 r 增大而减小(与 v 也直接相关);系统电势能 随轨道半径 r 的增大而增大, 随 r 的减小而减小; 原子的总能量也随轨道半径r 的增大而增大,随r 的减小而减小;(3)某定态能量,说明氢原子核外电子处于束缚态,欲使氢原子电离,外界必需对系统至少补充的能量,原子的能级越低,需要的电离能就越大;13.6eV ,例如:当氢原子处于n=1 能级时,13. 6eV ,立刻得出该态下电子动能电势能27.2eV ,最小电离
17、能 13.6eV ,当氢原子处于 n=5 激发态时,0. 544eV,即刻可知此定态下电子动能 0.544eV ,电势能1.088eV ,最小电离能 0.544eV ,这的确快捷、精确;2玻尔理论对氢光谱的说明名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载玻尔理论很好地说明白氢光谱( 1)由玻尔的频率条件可得出巴耳末公式代表的是电子从量子数 的能级向量子数为 2 的能级跃迁时发出的光谱线;玻尔理论很好地说明并预言了氢原子的其他谱线系;(2)通常情形原子处于基态,是最稳固的,原子吸取光子或受到电子的撞击,跃迁到
18、激发态,不稳固,自发地向能量较低的能级跃迁,放出光子;(3)原子跃迁放出的光子,能级是分立的,所以光子的能量也是分立的,所以发射光谱只有一些分立的亮线;不同原子结构不同,能级各不相同,辐射(或吸取)的光子频率也不相同因此不同元素的原子具有不同的特点谱线;3夫兰克一赫兹试验(1)原理图(2)激发原子可以通过吸取电磁辐射、加热或使粒子碰撞等方式;夫兰克一赫兹试验证明白能量是量子化的;:处于基态的一群氢原子受某种单色光的照耀时,只发射波长为、的三种单色光,且,就照耀光的波长为() DAB C答案: D 解析: 处于基态的氢原子吸取单色光发出三种波长的光,肯定是由基态跃迁到 n3 的激发态,吸取的光的
19、波长是,由可得,D正确;名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载典型例题透析题型一粒子散射试验和原子核式结构(1)原子的核式结构模型: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的空间运动;(2)核式结构模型的试验基础是 粒子散射试验;从 粒子散射的试验数据,估量原子核半径的数量级为 mm,而原子半径的数量级是 m;(3)在 粒子散射中,留意构建物理模型;散射中,动量守恒,能量守恒;1、卢瑟福和他的助手做粒子轰击金箔试验,获得了重要发觉:(
20、1)关于粒子散射试验的结果,以下说法正确选项()A证明白质子的存在B证明白原子核是由质子和中子组成的C证明白原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D说明白原子中的电子只能在某些轨道上运动(2)在粒子散射试验中,现有一个粒子以m/s 的速度去轰击金箔,如金原子的核电荷数为 79;求该 粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为,粒子质量为 6. 64 kg);思路点拨:粒子散射试验使人们熟悉到原子的核式结构,从能量转化角度看,当 粒子靠近原子核运动时,粒子的动能转化为电势能,达到最近距离时,动能全部转化为电势能,可以估算原子核的大小;解析:(1)选 C
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- 2022 十五 原子结构 原子核 专题 复习
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