高中物理原子與原子核知識(shí)點(diǎn)總結(jié)選修(共13頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上高中物理原子與原子核知識(shí)點(diǎn)總結(jié)(選修35)原子、原子核 這一章雖然不是重點(diǎn),但是高考選擇題也會(huì)涉及到,其實(shí)只要記住模型和方程式,就不會(huì)在做題上出錯(cuò),下面的一些總結(jié)希望對(duì)同學(xué)們有所幫助.一波粒二象性1光電效應(yīng)的研究思路(1)兩條線索：h為 h=6.63×J·S為光子頻率2三個(gè)關(guān)系(1)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0。(2)光電子的最大初動(dòng)能Ek可以利用光電管實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得，即EkeUc，其中Uc是遏止電壓。(3)光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功，它與極限頻率c的關(guān)系是W0hc。3波粒二象性波動(dòng)性和粒子性的對(duì)立與統(tǒng)一(1)大量光子易顯示出波動(dòng)性，

2、而少量光子易顯示出粒子性。(2)波長(zhǎng)長(zhǎng)(頻率低)的光波動(dòng)性強(qiáng)，而波長(zhǎng)短(頻率高)的光粒子性強(qiáng)。(3)光子說(shuō)并未否定波動(dòng)說(shuō)，Eh中，（頻率）和就是波的概念。光速C=(4)波和粒子在宏觀世界是不能統(tǒng)一的，而在微觀世界卻是統(tǒng)一的。3物質(zhì)波(1)定義：任何運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與之對(duì)應(yīng)，這種波叫做物質(zhì)波，也叫德布羅意波。(2)物質(zhì)波的波長(zhǎng)：，h是普朗克常量。二原子結(jié)構(gòu)與原子核（1）盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō),玻爾把量子說(shuō)引入到核式結(jié)構(gòu)模型之中,建立了以下三個(gè)假說(shuō)為主要內(nèi)容的玻爾理論.認(rèn)識(shí)原子核的結(jié)構(gòu)是從發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象開(kāi)始的,發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)是認(rèn)識(shí)原子核結(jié)構(gòu)的突

3、破點(diǎn).裂變和聚變是獲取核能的兩個(gè)重要途徑.裂變和聚變過(guò)程中釋放的能量符合愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程。整個(gè)知識(shí)體系，可歸結(jié)為：兩模型(原子的核式結(jié)構(gòu)模型、波爾原子模型)；六子(電子、質(zhì)子、中子、正電子、 粒子、 光子)；四變(衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變、聚變)；兩方程(核反應(yīng)方程、質(zhì)能方程)。4條守恒定律(電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、能量守恒、動(dòng)量守恒)貫串全章。1.(1)電子的發(fā)現(xiàn)：1897年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子。電子的發(fā)現(xiàn)證明了原子是可再分的。(2)湯姆孫原子模型：原子里面帶正電荷的物質(zhì)均勻分布在整個(gè)原子球體中，而帶負(fù)電的電子鑲嵌在球內(nèi)。2.盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型(行星式模型)盧瑟福

4、粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置,現(xiàn)象,從而總結(jié)出核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)粒子散射實(shí)驗(yàn)是用粒子轟擊金箔，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：結(jié)果是絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn),但是有少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn).這說(shuō)明原子的正電荷和質(zhì)量一定集中在一個(gè)很小的核上。盧瑟福由粒子散射實(shí)驗(yàn)提出：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間運(yùn)動(dòng)。由粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還可以估算出原子核大小的數(shù)量級(jí)是10-15m。而核式結(jié)構(gòu)又與經(jīng)典的電磁理論發(fā)生矛盾：原子是否穩(wěn)定,其發(fā)出的光譜是否連續(xù)3.玻爾模型(引入量子理論，量子化就是不連續(xù)性，整數(shù)n叫量子數(shù))玻爾補(bǔ)充三條假設(shè)定態(tài)-原子只能處

5、于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)(稱為定態(tài)),電子雖然繞核運(yùn)轉(zhuǎn),但不會(huì)向外輻射能量。(本假設(shè)是針對(duì)原子穩(wěn)定性提出的)躍遷-原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài),要輻射(或吸收)一定頻率的光子(其能量由兩定態(tài)的能量差決定)(本假設(shè)針對(duì)線狀譜提出) ( ) 輻射(吸收)光子的能量為hfE初-E末或（hEmEn）氫原子躍遷的光譜線問(wèn)題一群氫原子可能輻射的光譜線條數(shù)為 。  (大量)處于n激發(fā)態(tài)原子躍遷到基態(tài)時(shí)的所有輻射方式能級(jí)圖中相關(guān)量意義的說(shuō)明：相關(guān)量意義能級(jí)圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)定態(tài)橫線左端的數(shù)字“1,2,3”表示量子數(shù)橫線右端的數(shù)字“13.6，3.4”表示氫原子的能量相鄰橫線間的距離表

6、示相鄰的能量差，量子數(shù)越大相鄰的能量差越小，距離越小帶箭頭的豎線表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷，原子躍遷的條件為hEmEn2兩類能級(jí)躍遷(1)自發(fā)躍遷：高能級(jí)低能級(jí)，釋放能量，發(fā)出光子。光子的頻率。(2)受激躍遷：低能級(jí)高能級(jí)，吸收能量。光照(吸收光子)：光子的能量必須恰等于能級(jí)差hE。碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級(jí)差即可，E外E。大于電離能的光子被吸收，將原子電離。3譜線條數(shù)的確定方法(1)一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n1)。(2)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法。用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解：NC。利用能級(jí)圖求解：在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可

7、能情況一一畫出，然后相加。 1，2，3，n為量子數(shù)1處能量最低，能量最低的狀態(tài)叫做基態(tài)，其他處（如2，3，n）狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。量子數(shù)：原子處在定態(tài)的能量用En表示，此時(shí)電子以的軌道半徑繞核運(yùn)動(dòng)，n稱為量子數(shù)。（注）  E1=13.6eV這個(gè)負(fù)號(hào)是我們?nèi)藶橐?guī)定的.設(shè)無(wú)限遠(yuǎn)處電子的電勢(shì)能為零,在有限遠(yuǎn)的位置電子的電勢(shì)能都是負(fù)值.在最近軌道運(yùn)轉(zhuǎn)的電子的勢(shì)能就是負(fù)13.6eV能量和軌道量子化-定態(tài)不連續(xù),能量和軌道也不連續(xù);(即原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng),原子的定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子的可能軌道分布也是不連續(xù)的)(針對(duì)原子核式模型提出，是能級(jí)假設(shè)的補(bǔ)充)

8、（4）躍遷要求從一個(gè)電子能級(jí)到另一個(gè)能級(jí),電子仍然可以受原子核束縛.電離指電子從某一能級(jí)到第無(wú)窮個(gè)能級(jí)（該能級(jí)能量為0）（雖然能級(jí)數(shù)是無(wú)窮大,但是所需要能量是有限的）,這時(shí)電子可以認(rèn)為不受原子核束縛,完全脫離原子.電離可以看做是特殊的躍遷電離是電子完全脫離了原子核束縛，躍遷是電子從低能級(jí)遷移到高能級(jí)例：1995年科學(xué)家“制成”了反氫原子，它是由一個(gè)反質(zhì)子和一個(gè)圍繞它運(yùn)動(dòng)的正電子組成，反質(zhì)子和質(zhì)子有相同的質(zhì)量，帶有等量異種電荷。反氫原子和氫原子有相同的能級(jí)分布，氫原子能級(jí)如圖所示，則下列說(shuō)法中正確的是()A反氫原子光譜與氫原子光譜不相同B基態(tài)反氫原子的電離能為13.6 eVC基態(tài)反氫原子能吸收1

9、1 eV的光子而發(fā)生躍遷D大量處于n4能級(jí)的反氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，從n2能級(jí)躍遷到基態(tài)輻射的光子的波長(zhǎng)最短解析：選B反氫原子和氫原子有相同的能級(jí)分布，故反氫原子光譜與氫原子光譜相同，A錯(cuò)；基態(tài)反氫原子的電離能為13.6 eV，只有大于等于13.6 eV的能量的光子才可以使反氫原子電離，B對(duì)；基態(tài)反氫原子發(fā)生躍遷時(shí)，只能吸收能量等于兩個(gè)能級(jí)的能量差的光子，C錯(cuò)；在反氫原子譜線中，從n4能級(jí)躍遷到基態(tài)輻射的光子的能量最大，頻率最大，波長(zhǎng)最短，D錯(cuò)。氫原子的激發(fā)態(tài)和基態(tài)的能量(最小)與核外電子軌道半徑間的關(guān)系是:【說(shuō)明】氫原子躍遷 軌道量子化rn=n2r1(n1,2.3)  r1=0.5

10、3×10-10m  能量量子化：  E1=13.6eV En ，Ep，r，nEk，v吸收光子時(shí)增大減小放出光子時(shí)減小增大氫原子躍遷時(shí)應(yīng)明確：一個(gè)氫原子    直接躍遷      向高能級(jí)躍遷，吸收光子    一般光子   某一頻率光子 一群氫原子    各種可能躍遷 向低能級(jí)躍遷 放出光子    可見(jiàn)光子   一系列頻

11、率光子氫原子吸收光子時(shí)要么全部吸收光子能量，要么不吸收光子1光子能量大于電子躍遷到無(wú)窮遠(yuǎn)處(電離)需要的能量時(shí)，該光子可被吸收。(即：光子和原于作用而使原子電離)2光子能量小于電子躍遷到無(wú)窮遠(yuǎn)處(電離)需要的能量時(shí),則只有能量等于兩個(gè)能級(jí)差的光子才能被吸收。(受躍遷條件限： 只適用于光于和原于作用使原于在各定態(tài)之間躍遷的情況)。氫原子吸收外來(lái)電子能量時(shí)可以部分吸收外來(lái)碰撞電子的能量（實(shí)物粒子作用而使原子激發(fā)）。因此，能量大于某兩個(gè)能級(jí)差的電子均可被氫原子吸收，從而使氫原子躍遷。E51=13.06  E41=12.75 E31=12.09 E21=10.2；

12、0;  (有規(guī)律可依)E52=2.86 E42=2.55 E32=1.89；   E53=0.97 E43=0.66； E54=0.31玻爾理論的局限性。由于引進(jìn)了量子理論（軌道量子化和能量量子化），玻爾理論成功地解釋了氫光譜的規(guī)律。但由于它保留了過(guò)多的經(jīng)典物理理論（牛頓第二定律、向心力、庫(kù)侖力等），所以在解釋其他原子的光譜上都遇到很大的困難。氫原子在n能級(jí)的動(dòng)能、勢(shì)能，總能量的關(guān)系是：EP=2EK，E=EK+EP=EK。(類似于衛(wèi)星模型)由高能級(jí)到低能級(jí)時(shí)，動(dòng)能增加，勢(shì)能降低，且勢(shì)能的降低量是動(dòng)能增加量的2倍，故總能量(負(fù)

13、值)降低。三原子的衰變1.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，使人們認(rèn)識(shí)到原子核也有復(fù)雜結(jié)構(gòu)。核變化從貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象開(kāi)始衰變(用電磁場(chǎng)研究)：2三種射線的比較種類射線射線射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2ee0質(zhì)量4mp，mp1.67×1027 kg靜止質(zhì)量為零速度0.1c0.99cc(光速)在電磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)與射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱，用紙能擋住較強(qiáng)，能穿透幾毫米厚的鋁板最強(qiáng)，能穿透幾厘米厚的鉛板對(duì)空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱3衰變、衰變的比較衰變類型衰變衰變衰變方程XYHeXYe衰變實(shí)質(zhì)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體射出1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子2H2n

14、HenHe衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動(dòng)量守恒4.衰變次數(shù)的確定方法方法一：確定衰變次數(shù)的方法是依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律，設(shè)放射性元素X經(jīng)過(guò)n次衰變和m次衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Y，則表示該核反應(yīng)的方程為XYnHeme。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可列方程AA4nZZ2nm由以上兩式聯(lián)立解得n，mZZ由此可見(jiàn)確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為求解一個(gè)二元一次方程組。方法二：因?yàn)樗プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無(wú)影響，可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定衰變的次數(shù)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定衰變的次數(shù)。5.對(duì)半衰期的理解放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間叫半衰期。是對(duì)大量原子核的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。(1)半衰期公式：N余N原，m余m原。(2)半衰期的物理意

15、義：半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量，同一放射性元素的衰變速率一定，不同的放射性元素半衰期不同，有的差別很大。(3)半衰期的適用條件：半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，是對(duì)大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對(duì)于一個(gè)特定的原子核，無(wú)法確定何時(shí)發(fā)生衰變。三種射線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)、勻強(qiáng)電場(chǎng)、正交電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況比較：四種核反應(yīng)類型(衰變,人工核轉(zhuǎn)變,重核裂變,輕核驟變)衰變： （e核）衰變： (實(shí)質(zhì)：核內(nèi) )衰變形成外切(同方向旋)，            （電子）衰變： (實(shí)質(zhì)：核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變成了質(zhì)子

16、和中子)衰變形成內(nèi)切(相反方向旋)，且大圓為、粒子徑跡。             +衰變：（核內(nèi)） （光子）衰變：原子核處于較高能級(jí)，輻射光子后躍遷到低能級(jí)。人工轉(zhuǎn)變：(發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng))(盧瑟福)用粒子轟擊氮核,并預(yù)言中子的存在     (發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng))(查德威克)釙產(chǎn)生的射線轟擊鈹        (人工制造放射性同位素)正電子的發(fā)現(xiàn)(約里奧居里和伊麗芙居里夫婦

17、)粒子轟擊鋁箔重核的裂變：    在一定條件下(超過(guò)臨界體積)，裂變反應(yīng)會(huì)連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，這就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。輕核的聚變：（需要幾百萬(wàn)度高溫，所以又叫熱核反應(yīng)）所有核反應(yīng)的反應(yīng)前后都遵守：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。（注意：質(zhì)量并不守恒。）(四)核反應(yīng)方程與核能計(jì)算 1核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變衰變自發(fā)UThHe衰變自發(fā)ThPae人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?7NHe1OH (盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)HeBe1Cn(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)AlHe Pn(約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性)PSie重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制Un56BaKr3nUnXeSr1

18、0n輕核聚變很難控制HHHen2核反應(yīng)方程式的書寫(1)熟記常見(jiàn)基本粒子的符號(hào)，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子(H)、中子(n)、粒子(He)、粒子(e)、正電子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。(2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)，由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“”表示反應(yīng)方向。(3)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。3對(duì)質(zhì)能方程的理解(1)一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比，即Emc2。方程的含義：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡(jiǎn)單的正比關(guān)系，物體的能量增大，質(zhì)量也增大；物體的能量減少，質(zhì)量也

19、減少。(2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損m，其能量也要相應(yīng)減少，即Emc2。(3)原子核分解成核子時(shí)要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加m，吸收的能量為Emc2。4核能的計(jì)算方法(1)根據(jù)Emc2計(jì)算時(shí)，m的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，E的單位是“J”。(2)根據(jù)Em×931.5 MeV計(jì)算時(shí)，m的單位是“u”，E的單位是“MeV”。(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來(lái)計(jì)算核能：原子核的結(jié)合能核子比結(jié)合能×核子數(shù)。典例(2015·江蘇高考)(1)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電，U是核電站常用的核燃料。U受一個(gè)中子轟擊后裂變成Ba和Kr兩部分，并產(chǎn)生_

20、個(gè)中子。要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要_(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積。(2)取質(zhì)子的質(zhì)量mp1.672 6×1027 kg，中子的質(zhì)量mn1.674 9×1027 kg，粒子的質(zhì)量m6.646 7×1027 kg，光速c3.0×108 m/s。請(qǐng)計(jì)算粒子的結(jié)合能。(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析(1)核反應(yīng)方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，且該核反應(yīng)方程為：Un BaKr3n，即產(chǎn)生3個(gè)中子。臨界體積是發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積，要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要大于它的臨界體積。(2)組成粒子的核子與粒子的質(zhì)量差m(2mp2mn)m結(jié)合能Emc2代入數(shù)據(jù)得E4.3×1012 J。答案(1)3大于(2)4.3×1012