2022屆高考物理月刊專題1原子物理1

內(nèi)容要求說明氫原子光譜Ⅰ氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式Ⅰ氫原子的電子云Ⅰ原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期Ⅰ放射性同位素Ⅰ核力、核反應(yīng)方程Ⅰ內(nèi)容要求說明結(jié)合能、質(zhì)量虧損Ⅰ裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆Ⅰ射線的危害和防護(hù)Ⅰ光電效應(yīng)Ⅰ愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ⅰ

1．原子結(jié)構(gòu)、原子核、波粒二象性在新課標(biāo)高考中屬選考部分內(nèi)容，根據(jù)以前高考分析，一般難度不大，以識記、理解為主，常見的題型是選擇題．試題較多的以與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)有著密切聯(lián)系的近代物理為背景，這樣在一些計算題，甚至壓軸題中也出現(xiàn)了這方面的知識點(diǎn)．但就是在這類題中，對這些知識點(diǎn)本身的考查，難度也是不大的．需要適應(yīng)的是這些知識和其他知識的綜合．

2．高考對該部分知識每年均有題目出現(xiàn)，其中玻爾能級、原子核的結(jié)構(gòu)、原子核的衰變規(guī)律及質(zhì)能方程的命題頻率較高，其次物理學(xué)史、若干重要的相關(guān)物理學(xué)理論等，近幾年高考中也時有出現(xiàn)．從試題的難度來看，并不大，考查的知識面較廣，考查的頻率較高，每年都有考題，題型多為選擇題和填空題．“聯(lián)系實(shí)際，聯(lián)系生活，聯(lián)系高科技”已成為高考命題的趨向，考查內(nèi)容中體現(xiàn)時代氣息．用新名詞包裝試題．試題越來越重視知識的聯(lián)系，體現(xiàn)學(xué)科的綜合性．比如核衰變與動量守恒、放射線與生物、化學(xué)的聯(lián)系等．

3.“獲取知識的能力”是考試說明對考生提出的五個要求中的一個．隨著命題向能力立意方向的轉(zhuǎn)化，要注意近代物理知識的考查以信息題的形式出現(xiàn)．

1．原子物理的知識難度不太大，但“點(diǎn)多面寬”．復(fù)習(xí)時一定要緊扣課本，并以課本上介紹的一些實(shí)驗(yàn)為線索，將相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論(或規(guī)律)穿插其中來把握該部分的知識結(jié)構(gòu)．在熟記基本知識要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)能對一些物理現(xiàn)象作出相應(yīng)的解釋，能應(yīng)用結(jié)論(或規(guī)律)來解決一些簡單問題．要重視質(zhì)量守恒、電荷守恒、能量守恒、動量守恒等守恒規(guī)律在原子物理中的應(yīng)用．尤其是原子核在場(勻強(qiáng)電場或磁場)中的衰變問題，自然界中的各守恒規(guī)律都得到全面的體現(xiàn)，復(fù)習(xí)中應(yīng)緊緊把握這些守恒規(guī)律，牢固樹立守恒思想．

2．由于該部分內(nèi)容的試題常涉及一些物理前沿問題，是比較活躍的科學(xué)領(lǐng)域，所以預(yù)測今后高考在堅持原有考查的基礎(chǔ)上，會在試題的問題背景、信息提供的方式和知識應(yīng)用的能力等方面有所突破；會更注重知識與能力的雙重體現(xiàn)，設(shè)計所謂“起點(diǎn)高而落點(diǎn)低”的應(yīng)用型試題．因此復(fù)習(xí)過程中一方面要抓基礎(chǔ)知識，另一方面也要注重能力、方法的培養(yǎng)，注意知識的靈活遷移，對“非重點(diǎn)”內(nèi)容的考查不留盲點(diǎn)．原子和原子核原子結(jié)構(gòu)原子和原子核第1講原子結(jié)構(gòu)玻爾的原子模型1．電子的發(fā)現(xiàn)和湯姆孫的原子模型：電子的發(fā)現(xiàn)：

1897年英國物理學(xué)家

湯姆孫

，對陰極射線進(jìn)行了一系列的研究，從而發(fā)現(xiàn)了電子．

圖14-1-1

2．α粒子散射實(shí)驗(yàn)和原子核式結(jié)構(gòu)模型

(1)α粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909年，由盧瑟福及助手蓋革、馬斯頓完成．①裝置示意圖：如圖14-1-1

②現(xiàn)象：

a．絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，仍沿

原來方向

運(yùn)動，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)．

b．有少數(shù)粒子發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)．

c．有極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角超過了90°，有的幾乎達(dá)到180°，即被反向彈回．

(2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：

1911年，盧瑟福通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)的分析計算提出

原子核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心存在一個很小的核，稱為

原子核

，原子核集中了原子所有正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，帶負(fù)電荷的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)．原子核半徑數(shù)量級為10－15m，原子軌道半徑數(shù)量級為10－10m.

3．玻爾的原子模型

(1)原子核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾說明，經(jīng)典電磁理論已不適用于原子系統(tǒng)，玻爾從光譜學(xué)成就得到啟發(fā)，利用普朗克的能量量子化的概念，提出三個假設(shè)：①定態(tài)假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然做加速運(yùn)動，但并不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫定態(tài)．②躍遷

假設(shè)：原子從一個定態(tài)(設(shè)能量為E2)躍遷到另一定態(tài)(設(shè)能量為E1)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hν＝E2－E1.③

軌道量子化

假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)，跟電子不同的運(yùn)行軌道相對應(yīng)．原子的能量不連續(xù)因而電子可能軌道的分布也是不連續(xù)的．其中E1、r1為離核最近的第一條軌道(即n＝1)的氫原子能量和軌道半徑．即：E1＝－13.6eV，r1＝0.53×10－10m(以電子距原子核無窮遠(yuǎn)時電勢能為零計算)．②氫原子的能級圖(如圖14-1-2)：氫原子的各個定態(tài)的能量值，叫

氫原子的能級.按能量的大小用圖象表示出來即能級圖．其中n＝1的定態(tài)稱為

基態(tài)

.n＝2以上的定態(tài)，稱為

激發(fā)態(tài).圖14-1-2

1．為什么用α粒子散射實(shí)驗(yàn)研究原子結(jié)構(gòu)？

解答：原子結(jié)構(gòu)無法直接觀察到，要用高速粒子進(jìn)行轟擊，根據(jù)粒子的散射情況分析判斷原子的結(jié)構(gòu)，而α粒子有足夠能量，可以穿過原子，并且利用熒光作用可觀察α粒子的散射情況，所以選取α粒子進(jìn)行散射實(shí)驗(yàn)．

2．氫原子怎樣吸收能量由低能級向高能級躍遷？解答：此類問題可分為三種情況：

(1)光子照射氫原子，當(dāng)光子的能量小于電離能時，只能滿足光子的能量為兩定態(tài)間能級差時才能被吸收．

(2)光子照射氫原子，當(dāng)光子的能量大于電離能時，任何能量的光子都能被吸收，吸收的能量一部分用來使電子電離，另一部分可用來增加電子離開核的吸引后的動能．(3)當(dāng)粒子與原子碰撞(如電子與氫原子碰撞)時，由于粒子的動能可全部或部分被氫原子吸收，故只要入射粒子的動能大于或等于原子兩能級的能量差，就可以使原子受激發(fā)而向高能級躍遷．1．α粒子的散射實(shí)驗(yàn)

例1：英國物理學(xué)家盧瑟福用α粒子轟擊金箔，發(fā)現(xiàn)了α粒子的散射現(xiàn)象．下圖中，O表示金原子核的位置，則能正確表示該實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過金原子核附近的α粒子的運(yùn)動軌跡的圖是(

)

解析：α粒子散射的原因是原子核對其有庫侖斥力的作用，離核越近，斥力越大，偏轉(zhuǎn)越明顯．當(dāng)正好擊中原子核時由于α粒子質(zhì)量較小而反彈．所以BCD選項正確．

【答案】BCD

方法點(diǎn)撥：對α粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解易錯點(diǎn)主要表現(xiàn)為對關(guān)鍵詞理解不夠；對α粒子偏轉(zhuǎn)的原因理解不透導(dǎo)致錯誤．

變式訓(xùn)練1：關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下面說法正確的是(

)A．只有極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度散射

B．α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說明了帶正電的物質(zhì)只占整個原子的很小空間

C．α粒子在靠近金原子核的過程中電勢能減小

D．α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果否定了湯姆孫給出的原子“棗糕模型”解析：α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，只有極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度散射，說明了帶正電的物質(zhì)只占整個原子的很小空間，從而否定了湯姆孫給出的原子“棗糕模型”．α粒子在靠近金原子核的過程中電場力做負(fù)功，電勢能增加．

【答案】ABD

圖14-1-32．能級之間躍遷

例２：(2009·四川)氫原子能級的示意圖如圖14-1-3所示，大量氫原子從n＝4的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出可見光a，從n＝3的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出可見光b則(

)

A．氫原子從高能級向低能級躍遷時可能會輻射出γ射線

B．氫原子從n＝4的能級向n＝3的能級躍遷時會輻射出紫外線

C．在水中傳播時，a光較b光的速度小

D．氫原子在n＝2的能級時可吸收任意頻率的光而發(fā)生電離

解析：γ射線的產(chǎn)生機(jī)理是原子核受激發(fā)，是原子核變化才產(chǎn)生的，A錯；根據(jù)躍遷規(guī)律可知高能級向低能級躍遷時輻射光子的能量等于這兩個能級差，從n＝4的能級向n＝3的能級躍遷時會輻射出的光子能量小于a光子的能量，不可能為紫外線，B錯；根據(jù)躍遷規(guī)律可知從n＝4向n＝2躍遷時輻射光子的能量大于從n＝3向n＝2躍遷時輻射光子的能量，則可見光a的光子能量大于b，又根據(jù)光子能量E＝hν可得a光子的頻率大于b，則a的折射率大于b，又v＝c/n可得在水中傳播時，a光較b光的速度小，C對；欲使在n＝2的能級的氫原子發(fā)生電離，吸收的能量一定不小于3.4eV，D錯．

【答案】C

圖14-1-4

變式訓(xùn)練2：(2009·全國卷Ⅱ)氫原子的部分能級如圖14-1-4所示．已知可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間．由此可推知，氫原子()

A．從高能級向n＝1能級躍遷時發(fā)出的光的波長比可見光的短

B．從高能級向n＝2能級躍遷時發(fā)出的光均為可見光

C．從高能級向n＝3能級躍遷時發(fā)出的光的頻率比可見光的高

D．從n＝3能級向n＝2能級躍遷時發(fā)出的光為可見光

解析：本題考查玻爾理論．從高能級向n＝1的能級躍遷的過程中輻射出的最小光子能量為10.20eV，大于3.11eV，A正確．已知