《高考風(fēng)向標(biāo)》物理章原子物理講原子的結(jié)構(gòu)能級

1、第十二章 原子物理一、考綱要求內(nèi)容要求說明1氫原子光譜2氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式3氫原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期4放射性同位素5核力、核反應(yīng)方程6結(jié)合能、質(zhì)量虧損7裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆8放射性的防護(hù)二、知識網(wǎng)絡(luò)原子物理實驗基礎(chǔ)實驗基礎(chǔ)原子結(jié)構(gòu)原子核基本粒子電子的發(fā)現(xiàn)粒子散射實驗光譜核式結(jié)構(gòu)波爾理論天然放射現(xiàn)象原子核的人工轉(zhuǎn)變核能衰變半衰期質(zhì)子中子發(fā)現(xiàn)發(fā)射性同位素核組成質(zhì)能方程裂變聚變第1講 原子的結(jié)構(gòu) 能級一、考情直播1考綱解讀考綱內(nèi)容能力要求考向定位1.氫原子光譜2.氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式1.知道湯姆生發(fā)現(xiàn)電子同時提出棗糕模型2.知道粒子散射實驗及盧瑟福的核式結(jié)

2、構(gòu)模型3.知道波爾的三條假設(shè)及對氫原子計算的兩個公式和氫原子能級考綱對氫原子光譜、能級結(jié)構(gòu)和能級公式均是級要求本部分高考的熱點是粒子散射實驗和波爾理論，高考中以選擇題的形式出現(xiàn)2考點整合考點一盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型1.湯姆生在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了，提出了原子的棗糕模型2粒子散射實驗粒子散射實驗是用粒子轟擊金箔，結(jié)果是穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)，發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，極個別粒子甚至.3.核式結(jié)構(gòu)盧瑟福從行星模型得到啟發(fā)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)，這是一種聯(lián)想思維.核式結(jié)構(gòu)：在原子的中心有一個很小的，叫原子核，原子的都集中在原子核里，帶在核外空間運動.特別提醒：粒子穿過金箔時，受到金原子核的庫侖力作用，這個

3、力是斥力，必然使粒子向遠(yuǎn)離金原子核方向偏轉(zhuǎn)，如圖1所示的問題中：粒子穿過金箔中的兩個原子時，會受到這兩個原子的原子核的合力的作用，由于粒子距離原子核A較近，受到的A的斥力較大，故其合外力指向B原子核方向，其偏轉(zhuǎn)軌跡應(yīng)該是N.4.由粒子散射實驗數(shù)據(jù)還可以估算原子核的大小，盧瑟福估算的結(jié)果是：原子核的大小的數(shù)量級在以下.圖2粒子原子核A例題1如圖2所示，為粒子散射實驗的示意圖，A點為某粒子運動中離原子核最近的位置，則該粒子在A點具有A最大的速度 B最大的加速度C最大的動能 D最大的電勢能【解讀】粒子在接近原子核的過程中受到原子核庫侖排斥力的作用，這個力對粒子做負(fù)功，使粒子的速度減小，動能減小，電勢

4、能增大，顯然，正確選項應(yīng)該為BD答案：BD【規(guī)律總結(jié)】本題考查的知識點有兩條，一是粒子與原子核之間的庫侖力，二是這個庫侖力做負(fù)功，距離原子核越近，庫侖力越大.【例題2】2008年上海）1991年盧瑟福依據(jù)粒子散射實驗中粒子發(fā)生了選填“大”或“小”）角度散射現(xiàn)象，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型.若用動能為1MeV的粒子轟擊金箔，則其速度約為m/s.質(zhì)子和中子的質(zhì)量均為1.671027kg，1MeV=1106eV）【解讀】根據(jù)粒子散射實驗現(xiàn)象，粒子發(fā)生了大角度散射.同時根據(jù)：代入數(shù)據(jù)答案：大，6.9106【規(guī)律總結(jié)】一是電子伏特與焦耳之間的換算，；二是粒子的質(zhì)量應(yīng)該是兩個中子和兩個質(zhì)子的質(zhì)量和，即：考點

5、二 波爾模型1.波爾的三條假設(shè)：1）、能量量子化：原子只能處于一系列狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫做.對氫原子滿足：，其中2）、軌道量子化：原子的跟電子沿不同的圓形軌道繞核運動相對應(yīng).原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的.對氫原子滿足：，其中.3）、能級躍遷：原子從一種定態(tài)設(shè)能量為E2）躍遷到另一種定態(tài)設(shè)能量為E1）時，它一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即.2.氫原子能級圖：如圖3所示圖33.波爾理論的局限性波爾理論成功解釋了氫原子光譜，但對其它原子光譜的解釋則不成功，主要原因是波爾理論過多的保留了經(jīng)

6、典物理理論.特別提醒：1.原子從低能級向高能級的躍遷：當(dāng)光子作用使原子發(fā)生躍遷時，只有光子的能量滿足的躍遷條件時，原子才能吸收光子的全部能量而發(fā)生躍遷./2；當(dāng)一個氫原子處于某個能級向低能級躍遷時，最多可產(chǎn)生的譜線條數(shù)為n-1），若氫原子的從高能級向某一確定的低能級躍遷，只能產(chǎn)生一條譜線【例題3】氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道過程中：.原子要吸收光子，電子的動能增大，原子的電勢能增大.原子要放出光子，電子的動能減小，原子的電勢能減小.原子要吸收光子，電子的動能增大，原子的電勢能減小.原子要吸收光子，電子的動能減小，原子的電勢能增大【解讀】根據(jù)玻爾理論，氫原子核外電子在離核

7、越遠(yuǎn)的軌道上運動能量越大，必須吸收一定能量的光子后，電子才能從離核較近的軌道躍遷到離核較遠(yuǎn)的軌道，選項可先排除.氫原子核外電子的繞核運動，由原子核對電子的庫侖力作向心力，即，電子的動能，離核越遠(yuǎn)，即r越大時，電子的動能越小.由此又可排除選項、.電子在不同軌道之間躍遷時，整個原子系統(tǒng)電勢能的變化可從兩方面加以判斷：根據(jù)庫侖力做功的正負(fù)，庫侖力做正功電子從離核較遠(yuǎn)的軌道被“吸”到離核較近的軌道），電勢能減?。粠靵隽ψ鲐?fù)功電子從離核較近的軌道克服庫侖力運動到離核較遠(yuǎn)的軌道），電勢能增加.根據(jù)各能級能量的關(guān)系：電子在離核不同距離的軌道上運動時，整個原子系統(tǒng)的總能量等于電子繞核運動的動能和系統(tǒng)的電勢能之

8、和，即：n=kn+pn, 離核越遠(yuǎn)時即量子數(shù)n越大），原子系統(tǒng)的總能量n越大，而電子的動能kn越小，可見，系統(tǒng)的電勢能pn一定越大.所以，本題正確答案是.答案：D【規(guī)律總結(jié)】1. 量子化的氫原子能量的不連續(xù)的量子化的氫原子，量子數(shù)越大，電子離核越遠(yuǎn)，原子的總能量越大；量子數(shù)越小，電子離核越近，總能量越??；在規(guī)定離核無窮遠(yuǎn)處的電勢能為零時，氫原子的總能量是負(fù)值2.庫侖力做的功等于電勢能變化量的相反數(shù)【例題4】2008年海南）質(zhì)子和中于是由更基本的粒子即所謂“夸克”組成的兩個強(qiáng)作用電荷相反類似于正負(fù)電荷）的夸克在距離很近時幾乎沒有相互作用稱為“漸近自由”）；在距離較遠(yuǎn)時，它們之間就會出現(xiàn)很強(qiáng)的引力

9、，取無窮遠(yuǎn)為勢能零點下列Ur圖4示中正確的是DU OU0 rr1r2AU OU0 rr1r2BU OU0 rr1r2CU OU0 rr1r2 圖4答案：B【解讀】當(dāng)兩夸克之間的距離時，兩夸克之間不存在相互作用力，引力的功為零，必有勢能保持不變，由于取無窮遠(yuǎn)為零勢能點，此時的勢能應(yīng)為負(fù)值.當(dāng)時，兩夸克之間存在吸引力，此時夸克間的距離變大，引力做負(fù)功，勢能增加，即其絕對值應(yīng)該減小.考慮到引力為恒力，引力的功隨距離均勻增大，必有勢能均勻增加.當(dāng)時，兩夸克間的相互作用力為零，引力的功必為零，勢能不變，一直到兩夸克相距無窮遠(yuǎn)，勢能應(yīng)該為零.答案應(yīng)為B.【規(guī)律總結(jié)】庫侖力做正功，電勢能減??；庫侖力做負(fù)功，

10、電勢能增加；庫侖力做多少功，電勢能就變化多少庫侖力不做功，電勢能不變【例題5】按照玻爾理論，一個氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到另一半徑為rb的圓軌道上rarb），在此過程中.原子發(fā)出一系列頻率的光子.原子要吸收一系列頻率的光子.原子要吸收某一頻率的光子.原子要發(fā)出某一頻率的光子答案：D【解讀】氫原子的軌道與其量子數(shù)是一一對應(yīng)關(guān)系，電子自一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到另一半徑為rb的圓軌道上rarb），對應(yīng)著電子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)，其量子數(shù)變小，顯然為惟一一組量子數(shù)，應(yīng)該放出一定頻率的光子.【規(guī)律總結(jié)】一個氫原子最多可以產(chǎn)生的譜線數(shù)是n-1條，但當(dāng)原子的初、末

11、狀態(tài)確定時，只能產(chǎn)生一條譜線二、高考熱點探究1. 關(guān)于粒子散射實驗及盧瑟福核式結(jié)構(gòu)【真題1】盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有A原子的中心有個核，叫做原子核B原子的正電荷均勻分布在整個原子中C原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里D帶負(fù)電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn)答案：A、C、D【名師指引】本題考查了盧瑟福核式結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)容：原子的中心有個核，叫做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，原子核的直徑在10-15m以下，原子內(nèi)大部分是空的，電子在核外繞著核高速旋轉(zhuǎn)新題導(dǎo)練12008廣州一模）盧瑟福通過實驗，發(fā)現(xiàn)了原子中間有一個很小的核，并由此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型.如果用帶箭

12、頭的四條線a、b、c、d來表示粒子在圖5所示的平面示意圖中運動的可能軌跡.請在圖5中補(bǔ)充完成b和c兩條粒子運動的大致軌跡.圖52.關(guān)于氫原子躍遷時產(chǎn)生譜線的數(shù)目、光子能量、光子波長的計算圖5【真題2】/2，可以列出下面的表格：N1234567N(n-1/20136101521由表格中可以發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來增加了5條所對應(yīng)的量子數(shù)為n=2和n=4；n=6和n=5，經(jīng)檢驗，其他的量子數(shù)不存在光譜線的數(shù)目比原來增加了5條這一情況.顯然，對于量子數(shù)為n=6和n=5，n1，調(diào)高后電子的能量E大于E5-E1=13.22eV，而小于E7-E1=13.32eV，故A正確.同理，對于量子數(shù)為n=4和n=2，

13、n2，調(diào)高后電子的能量E大于E4-E1=12.75eV，而小于E5-E1=13.06eV，故D正確【新題導(dǎo)練2】氫原子從能級躍遷到能級時，輻射出波長為的光，從能級躍遷到能級時，輻射出波長為的光子，若，則氫原子從能級躍遷到能級時，將，則照射光的波長為AB+CD答案： D 圖6【名師指引】處于基態(tài)的一群氫原子受某種單色光的照射時， 只發(fā)射三種波長的光子，說明是從量子數(shù)n=3向低能級躍遷的根據(jù)氫原子能級圖，兩能級差越大，發(fā)射的光子能量越大，其波長越短所以是由量子數(shù)n=3到量子數(shù)n=1躍遷產(chǎn)生的這樣就要求處于基態(tài)的氫原子吸收了入射光的能量躍遷到量子數(shù)n=3能級，所以，照射光的光子能量應(yīng)該等于，選項D正

14、確【新題導(dǎo)練3】圖6示為氫原子的能級圖，用光子能量為13.07eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，可能觀測到氫原子發(fā)射的不同波長有多少種？A15B10C4D1三、搶分頻道要求：每一講配一個限時基礎(chǔ)訓(xùn)練卷活頁裝訂），全部為基礎(chǔ)題，題量一般為10個題，排成一頁；如果是各地的模擬題，也要注明題的出處，可以是廣東各地的，也可以是全國其他地方的“基礎(chǔ)提升訓(xùn)練”一般46道題，“能力提高訓(xùn)練”一般34道題總體難度在2009年版的基礎(chǔ)上要有所降低，突出基礎(chǔ)1限時基礎(chǔ)訓(xùn)練卷活頁裝訂）2基礎(chǔ)提升訓(xùn)練3能力提高訓(xùn)練限時基礎(chǔ)訓(xùn)練20分鐘） 班級 姓名 成績1.在氫原子中，量子數(shù)n越大，則A.電子軌道半徑越小B.核外電子

15、速度越小C.原子的能量越小D.原子的電勢能越小2.盧瑟福于1911年提出原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，下述觀點不正確的是.原子中絕大部分是空的，原子核很小.電子在核外繞原子核旋轉(zhuǎn)，庫侖引力提供向心力.原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里.原子核的半徑大約是10-10M3.盧瑟福粒子散射實驗的結(jié)果.證明了質(zhì)子的存在.證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的.說明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核上.說明原子中的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運動4.設(shè)氫原子的基態(tài)能量為E1。某激發(fā)態(tài)的能量為E，則當(dāng)氫原子從這一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，所_填“輻射”或“吸收”）的光子在真空中的波長為_。5.玻爾在

16、他的原子模型中所做的假設(shè)有.原子處于定態(tài)時，雖然電子做加速運動，但并不向外輻射能量.原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道運動相對應(yīng)，所以電子的可能軌道分布是不連續(xù)的.電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，輻射或吸收）一定頻率的光子.電子躍遷時輻射的光子的頻率等于電子繞核運動的頻率6.原子中的電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時.核外電子受力減小 .原子的能量增大.核外電子的動能減小.核外電子的勢能減小7.一群處于n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子，向低能級躍遷，可能發(fā)射的譜線為A.3條B.4條C.5條D.6條8對于基態(tài)氫原子，下列說法正確的是233已知氫原子的能級規(guī)律為E1=13.6eV E23

17、.4eV 、E31.51eV 、 E 40.85eV 現(xiàn)用光子能量介于 11eV12.5eV 范圍內(nèi)的光去照射一大群處于基態(tài)的氫原子，則下列說法中正確的是A 照射光中可能被基態(tài)氫原子吸收的光子只有 1 種 B 照射光中可能被基態(tài)氫原子吸收的光子有無數(shù)種 C 激發(fā)后的氫原子發(fā)射的不同能量的光子最多有 3 種 D 激發(fā)后的氫原子發(fā)射的不同能量的光子最多有 2 種4下列觀點正確的是A用電磁波照射某原子，使它從能量為E1的基態(tài)躍遷到能量為E2的激發(fā)態(tài)，電子動能減小，原子電勢能增大，原子能量不變B用電磁波照射某原子，使它從能量為E1的基態(tài)躍遷到能量為E2的激發(fā)態(tài)，則該電磁波的頻率等于(E2-E1/h C

18、原子處于稱為定態(tài)的能量狀態(tài)時,雖然電子做加速運動,但并不向外輻射能量.D氫原子的核外電子從n=4能級軌道向低能級軌道躍遷所輻射的光子的頻率最多有8種 5. 在氫原子光譜中，電子從較高能級躍遷到n=2能級發(fā)出的譜線屬于巴耳末線系若一群氫原于自發(fā)躍遷時發(fā)出的譜線中只有2條屬于巴耳末線系，則這群氫原子自發(fā)躍遷時最多可發(fā)出_條不同頻率的譜線能力提升訓(xùn)練1.在盧瑟福的a粒子散射實驗中，有極少數(shù)a粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是 ）A、原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上B、正電荷在原子中是均勻分布的C、原子中存在著帶負(fù)電的電子D、原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中2.對于基態(tài)氫原子，下列說法正確的是 ）A、它能吸收10.2eV的光子B、它能吸收11eV的光子C、它能吸收14eV的光子D、它能吸收具有11eV動能的電子的部分動能 3.設(shè)氫原子的基態(tài)能量為E1某激發(fā)態(tài)的能量為E，則當(dāng)氫原子從這一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，所_-填“輻射”或“吸收”）的光子在真空中的波長為_4、原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說是盧瑟福根據(jù)以下哪個實驗現(xiàn)象提出的？ ）A、光電效應(yīng)現(xiàn)象 B、氫光譜實驗C、a粒子散