（北京專用）2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 專題十六 原子物理與原子核物理課件.ppt

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1、考點清單,考點一原子物理 考向基礎(chǔ) 一、盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說 1.粒子散射實驗,2.盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說 原子由原子核和核外電子組成,原子核對核外電子的庫侖引力提供電子繞核做圓周運(yùn)動的向心力。 二、玻爾原子理論 1.氫原子的能級圖和光譜 其中,巴耳末系的部分譜線處于可見光區(qū)。,2.能級 在玻爾模型中,原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的,因此各狀態(tài)對應(yīng)的能量也是不連續(xù)的,這些能量值叫做能級。各狀態(tài)的標(biāo)號1、2、3、叫做量子數(shù),通常用n表示。能量最低的狀態(tài)叫做基態(tài),其他狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài),基態(tài)和激發(fā)態(tài)的能量分別用E1、E2、E3、表示。 3.對躍遷的理解 (1)從低能量狀態(tài)向高能量狀態(tài)躍遷吸收能量 原子的

2、躍遷條件是h=Em-En,只適用于光子和原子的作用而使原 子在各定態(tài)之間躍遷的情況,即下述兩種情況則不受此條件限制: a.當(dāng)光子與原子作用而使原子電離,產(chǎn)生離子和自由電子時,原子電離所,產(chǎn)生的自由電子的動能等于入射光子的能量減去電離能。 b.實物粒子和原子作用而使原子激發(fā)或電離,是通過實物粒子和原子碰撞來實現(xiàn)的。只要入射粒子的動能大于或等于原子某兩個能級 差值,就可以使原子受激發(fā)而躍遷到較高的能級;當(dāng)入射粒子的動能 大于原子在某能級的電離能時,也可以使原子電離。 (2)從高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)躍遷放出能量 原子處于激發(fā)態(tài)時是不穩(wěn)定的,會自發(fā)地向基態(tài)或其他較低能級躍遷,由于這種自發(fā)躍遷的隨機(jī)性,

3、一個原子會有多種可能的躍遷。若是一群原子處于激發(fā)態(tài),則各種可能躍遷都會發(fā)生,輻射出的光譜線條數(shù)為N==。,(3)躍遷時能量的變化 從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)時,電子的動能增大,電勢能減小, 原子總能量減小;反之,電子的動能減小,電勢能增大 ,原子總能量增大。 考向突破 考向一原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說 1.粒子散射實驗用金箔作為靶子的原因 (1)金的延展性好,容易做成很薄的箔,實驗用的金箔厚度大約是10-7 m;(2)金原子帶的正電荷多,與粒子間的庫侖力大;(3)金原子質(zhì)量大約是粒子質(zhì)量的50倍,因而慣性大,粒子運(yùn)動狀態(tài)容易改變。 2.原子中有電子,但電子質(zhì)量很小,不及粒子質(zhì)量的七千分之一,粒子,碰到它,就像

4、飛行的子彈碰到一粒塵埃一樣,運(yùn)動方向不會發(fā)生明顯改變。粒子散射現(xiàn)象表明,原子內(nèi)部非?？諘?帶正電的部分體積很小,但集中了幾乎全部質(zhì)量,當(dāng)粒子接近原子核時,就會受到很大的庫侖斥力,發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn),由于原子核體積小,粒子穿過金箔時接近原子核的機(jī)會很小,所以只有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。 3.原子,例1關(guān)于粒子散射實驗,粒子的運(yùn)動軌跡如圖所示,在其中一條粒子的運(yùn)動軌跡上標(biāo)出a、b、c三點。原子核對粒子的作用力在哪個點最大() A.a點B.b點 C.c點D.三個點一樣大,解析粒子與金原子核間存在靜電斥力,即庫侖力,根據(jù)庫侖定律,該力與距離的二次方成正比,故在b位置力最大,故選B。,答案B,考向二玻爾

5、原子理論,例2關(guān)于玻爾建立的氫原子模型,以下說法正確的是() A.氫原子處于基態(tài)時,電子的軌道半徑最大 B.氫原子在不同能量態(tài)之間躍遷時,可以吸收任意頻率的光子 C.氫原子從基態(tài)向較高能量態(tài)躍遷時,電子的動能減小 D.氫原子從基態(tài)向較高能量態(tài)躍遷時,系統(tǒng)的電勢能減小,解析根據(jù)電子軌道半徑公式rn=n2r1,可以知道,處于基態(tài)時,電子的軌道半徑最小,故A錯誤;根據(jù)躍遷時吸收光子的能量差公式E=Em-En,可以知道,躍遷時吸收特定頻率的光子,故B錯誤;氫原子吸收能量后從低能級向較高能級躍遷,能級增大,總能量增大,電子繞核旋轉(zhuǎn)的半徑增大,電子的動能減小,電勢能增大,所以C選項正確,D錯誤。,答案C,

6、考點二原子核 考向基礎(chǔ) 一、天然放射現(xiàn)象 1.衰變和衰變的比較,2.三種射線的本質(zhì)和特性,二、原子核的組成,三、原子核的人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變,四、核能的釋放 1.愛因斯坦質(zhì)能方程:E=mc2,方程揭示出質(zhì)量與能量之間的密切關(guān)系。 2.核能的釋放:E=mc2,說明核反應(yīng)中釋放的能量與質(zhì)量虧損成正比。,1原子質(zhì)量單位(1 u)相當(dāng)于931.5 MeV。,考向突破 考向一天然放射現(xiàn)象 1.衰變中,粒子和新生原子核在磁場中的軌跡外切,如圖甲所示。 2.衰變中,粒子和新生原子核在磁場中的軌跡內(nèi)切,如圖乙所示。,例3(多選)在勻強(qiáng)磁場中,一個原來靜止的原子核發(fā)生衰變,得到一個如圖所示的徑跡,圖中箭頭表示衰

7、變后粒子的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。不計放出光子的能量。則下述說法中正確的是() A.發(fā)生的是衰變,b為粒子的徑跡 B.發(fā)生的是衰變,b為粒子的徑跡 C.磁場方向垂直紙面向外,D.磁場方向垂直紙面向里,解析根據(jù)題圖中兩軌跡圓內(nèi)切,可知發(fā)生的是衰變。又因R== ,粒子和新核動量大小相等,所以半徑大的軌跡圓是粒子的徑跡,半 徑小的軌跡圓是新核的徑跡,故選項A正確。由左手定則可知,選項D也正確。,答案AD,例4在垂直紙面的勻強(qiáng)磁場中,有不計重力的甲、乙兩個帶電粒子,在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動,運(yùn)動方向和軌跡如圖所示。則下列說法中正確的是() A.甲、乙兩粒子所帶電荷種類不同 B.若甲、乙兩粒子所帶電荷量及運(yùn)動的速率

8、均相等,則甲粒子的質(zhì)量較大 C.若甲、乙兩粒子的動量大小相等,則甲粒子所帶電荷量較大,D.該磁場方向一定是垂直紙面向里,解析因為兩粒子都逆時針旋轉(zhuǎn),速度方向相同時受洛倫茲力方向相同,說明二者所帶電荷種類相同,A項錯。由Bqv=m得R=,若q、v相 等,又是同一磁場,質(zhì)量大的軌跡半徑大,B項對;若甲、乙兩粒子的動量大小相等,即mv相等,B也相同,q小的軌跡半徑大,由題圖知,甲所帶電荷量小,C項錯。因為粒子所帶電荷的電性未知,所以無法判定磁場方向,D項錯。,答案B,考向二核能的釋放,核能:核反應(yīng)中放出的能量稱為核能。且核反應(yīng)中釋放的能量與質(zhì)量虧損成正比:E=mc2。,例5太陽的能量來自下面的反應(yīng):

9、四個質(zhì)子(氫核)聚變成一個粒子,同時發(fā)射兩個正電子和兩個沒有靜止質(zhì)量的中微子e,若太陽輻射能量的總功率為P,質(zhì)子H、氦核He、正電子e的質(zhì)量分別為mp、mHe、me,真 空中的光速為c。 (1)寫出核反應(yīng)方程式。 (2)求核反應(yīng)所釋放的能量E。 (3)求在t時間內(nèi)參與上述熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)。,解析(1)核反應(yīng)方程式為HHe+e+2e (2)質(zhì)量虧損m=4mp-mHe-2me,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得,核反應(yīng)釋放的能量E=(4mp-mHe-2me)c2 (3)設(shè)時間t內(nèi)參與熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)為N 依據(jù)能量關(guān)系Pt=N有N=。,答案見解析,方法技巧,方法1應(yīng)用玻爾理論分析氫原子的能級、軌道及氫原子光譜的

10、方法 玻爾理論的成功之處在于引入了量子化的概念,但因保留了經(jīng)典的原子軌道,故有關(guān)氫原子的計算仍應(yīng)用經(jīng)典物理的理論。對電子繞核運(yùn)動的軌道半徑、速度、周期、動能、電勢能等的計算,是牛頓運(yùn)動定律、庫侖定律、勻速圓周運(yùn)動等知識的綜合應(yīng)用。 氫原子各定態(tài)的能量值為電子繞核運(yùn)動的動能Ek和電勢能Ep的代數(shù)和;當(dāng)取無窮遠(yuǎn)處電勢能為零時,各定態(tài)的電勢能均為負(fù)值。 光子和實物粒子均可與氫原子發(fā)生相互作用,從而使原子受激發(fā)而發(fā)生躍遷。躍遷到激發(fā)態(tài)的原子極不穩(wěn)定,會自發(fā)地從高能級躍遷到低能級而輻射光子,形成氫原子光譜。,解題思路 入射光子選擇性吸收 受激發(fā)后輻射光譜線條數(shù)N=,其中n為原子在激發(fā)態(tài)的量子數(shù)。,例1(

11、多選)已知氫原子的能級如圖所示,現(xiàn)用光子能量在1012.9 eV的光去照射一群處于基態(tài)的氫原子,則下列說法中正確的是() A.在照射光中可能被吸收的光子能量有無數(shù)種 B.在照射光中可能被吸收的光子能量只有3種 C.照射后可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有6種,D.照射后可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有3種,解析能量在1012.9 eV的光子,僅符合n=1n=2、n=1n=3、n=1n=4的能級差的三種光子被吸收,A錯,B對;照射后處于最高能級的原子的量子數(shù)n=4,故向低能級躍遷能輻射的光譜線條數(shù)N==6,C對,D 錯。,答案BC,方法2核反應(yīng)中的能量和動量綜合分析法 衰變、衰變過程中系統(tǒng)的動

12、量守恒,若衰變前原子核在勻強(qiáng)磁場中是靜止的,則有m粒v粒=-m新v新。由帶電粒子在磁場中運(yùn)動的軌跡半徑及旋轉(zhuǎn)方向可判斷粒子或粒子的半徑大、新核的半徑小,兩圓內(nèi)切為衰變,兩圓外切為衰變;由兩圓半徑關(guān)系可推知新核及原核的電荷數(shù)。 因為原子核內(nèi)部核子間存在很強(qiáng)的核力作用,所以核反應(yīng)遵守動量守恒定律。核反應(yīng)也遵守能量守恒定律。例如原子核的衰變過程中,伴隨著光子放出,衰變前后系統(tǒng)的動量守恒,質(zhì)量虧損放出的能量變?yōu)楣庾拥哪芰炕蜃優(yōu)樾略雍撕土Ｗ踊蛄Ｗ拥膭幽?因此,需結(jié)合力學(xué)知識、電磁學(xué)知識進(jìn)行有關(guān)計算。,例2自然界真是奇妙,微觀世界的運(yùn)動規(guī)律竟然與宏觀運(yùn)動規(guī)律存在相似之處。 根據(jù)玻爾的氫原子模型,電子的運(yùn)

13、動看做經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動,原子中的電子在庫侖引力作用下,繞原子核做圓周運(yùn)動。 已知電子質(zhì)量為m,電荷量為e,靜電力常量為k。氫原子處于基態(tài)(n=1)時電子的軌道半徑為r1,電勢能為Ep1=-(取無窮遠(yuǎn)處電勢能為零)。 氫原子處于第n個能級的能量為基態(tài)能量的(n=1,2,3,)。求氫原子 從基態(tài)躍遷到n=2的激發(fā)態(tài)時吸收的能量。 一個處于基態(tài)且動能為Ek0的氫原子與另一個處于基態(tài)且靜止的氫原子進(jìn)行對心碰撞。若要使其中一個氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài),則Ek0,至少為多少?,若v1有實數(shù)解,則-40 即Ek0=m2E 氫原子能從n=1的基態(tài)躍遷到n=2的激發(fā)態(tài),需要吸收的能量為,故 要使其中一個氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài),Ek0至少為。,答案見解析,