北京专用2020版高考物理大一轮复习专题十六原子物理与原子核物理课件.ppt

考点清单,考点一原子物理考向基础一、卢瑟福原子核式结构学说1.粒子散射实验,2.卢瑟福原子核式结构学说原子由原子核和核外电子组成,原子核对核外电子的库仑引力提供电子绕核做圆周运动的向心力。二、玻尔原子理论1.氢原子的能级图和光谱其中,巴耳末系的部分谱线处于可见光区。,2.能级在玻尔模型中,原子的可能状态是不连续的,因此各状态对应的能量也是不连续的,这些能量值叫做能级。各状态的标号1、2、3、叫做量子数,通常用n表示。能量最低的状态叫做基态,其他状态叫做激发态,基态和激发态的能量分别用E1、E2、E3、表示。3.对跃迁的理解(1)从低能量状态向高能量状态跃迁吸收能量原子的跃迁条件是h=Em-En,只适用于光子和原子的作用而使原子在各定态之间跃迁的情况,即下述两种情况则不受此条件限制:a.当光子与原子作用而使原子电离,产生离子和自由电子时,原子电离所,产生的自由电子的动能等于入射光子的能量减去电离能。b.实物粒子和原子作用而使原子激发或电离,是通过实物粒子和原子碰撞来实现的。只要入射粒子的动能大于或等于原子某两个能级差值,就可以使原子受激发而跃迁到较高的能级;当入射粒子的动能大于原子在某能级的电离能时,也可以使原子电离。(2)从高能量状态向低能量状态跃迁放出能量原子处于激发态时是不稳定的,会自发地向基态或其他较低能级跃迁,由于这种自发跃迁的随机性,一个原子会有多种可能的跃迁。若是一群原子处于激发态,则各种可能跃迁都会发生,辐射出的光谱线条数为N=。,(3)跃迁时能量的变化从高能态跃迁到低能态时,电子的动能增大,电势能减小,原子总能量减小;反之,电子的动能减小,电势能增大,原子总能量增大。考向突破考向一原子核式结构学说1.粒子散射实验用金箔作为靶子的原因(1)金的延展性好,容易做成很薄的箔,实验用的金箔厚度大约是10-7m;(2)金原子带的正电荷多,与粒子间的库仑力大;(3)金原子质量大约是粒子质量的50倍,因而惯性大,粒子运动状态容易改变。2.原子中有电子,但电子质量很小,不及粒子质量的七千分之一,粒子,碰到它,就像飞行的子弹碰到一粒尘埃一样,运动方向不会发生明显改变。粒子散射现象表明,原子内部非常空旷,带正电的部分体积很小,但集中了几乎全部质量,当粒子接近原子核时,就会受到很大的库仑斥力,发生较大角度的偏转,由于原子核体积小,粒子穿过金箔时接近原子核的机会很小,所以只有少数粒子发生大角度偏转。3.原子,例1关于粒子散射实验,粒子的运动轨迹如图所示,在其中一条粒子的运动轨迹上标出a、b、c三点。原子核对粒子的作用力在哪个点最大()A.a点B.b点C.c点D.三个点一样大,解析粒子与金原子核间存在静电斥力,即库仑力,根据库仑定律,该力与距离的二次方成正比,故在b位置力最大,故选B。,答案B,考向二玻尔原子理论,例2关于玻尔建立的氢原子模型,以下说法正确的是()A.氢原子处于基态时,电子的轨道半径最大B.氢原子在不同能量态之间跃迁时,可以吸收任意频率的光子C.氢原子从基态向较高能量态跃迁时,电子的动能减小D.氢原子从基态向较高能量态跃迁时,系统的电势能减小,解析根据电子轨道半径公式rn=n2r1,可以知道,处于基态时,电子的轨道半径最小,故A错误;根据跃迁时吸收光子的能量差公式E=Em-En,可以知道,跃迁时吸收特定频率的光子,故B错误;氢原子吸收能量后从低能级向较高能级跃迁,能级增大,总能量增大,电子绕核旋转的半径增大,电子的动能减小,电势能增大,所以C选项正确,D错误。,答案C,考点二原子核考向基础一、天然放射现象1.衰变和衰变的比较,2.三种射线的本质和特性,二、原子核的组成,三、原子核的人工转变、裂变和聚变,四、核能的释放1.爱因斯坦质能方程:E=mc2,方程揭示出质量与能量之间的密切关系。2.核能的释放:E=mc2,说明核反应中释放的能量与质量亏损成正比。,1原子质量单位(1u)相当于931.5MeV。,考向突破考向一天然放射现象1.衰变中,粒子和新生原子核在磁场中的轨迹外切,如图甲所示。2.衰变中,粒子和新生原子核在磁场中的轨迹内切,如图乙所示。,例3(多选)在匀强磁场中,一个原来静止的原子核发生衰变,得到一个如图所示的径迹,图中箭头表示衰变后粒子的运转方向。不计放出光子的能量。则下述说法中正确的是()A.发生的是衰变,b为粒子的径迹B.发生的是衰变,b为粒子的径迹C.磁场方向垂直纸面向外,D.磁场方向垂直纸面向里,解析根据题图中两轨迹圆内切,可知发生的是衰变。又因R=,粒子和新核动量大小相等,所以半径大的轨迹圆是粒子的径迹,半径小的轨迹圆是新核的径迹,故选项A正确。由左手定则可知,选项D也正确。,答案AD,例4在垂直纸面的匀强磁场中,有不计重力的甲、乙两个带电粒子,在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹如图所示。则下列说法中正确的是()A.甲、乙两粒子所带电荷种类不同B.若甲、乙两粒子所带电荷量及运动的速率均相等,则甲粒子的质量较大C.若甲、乙两粒子的动量大小相等,则甲粒子所带电荷量较大,D.该磁场方向一定是垂直纸面向里,解析因为两粒子都逆时针旋转,速度方向相同时受洛伦兹力方向相同,说明二者所带电荷种类相同,A项错。由Bqv=m得R=,若q、v相等,又是同一磁场,质量大的轨迹半径大,B项对;若甲、乙两粒子的动量大小相等,即mv相等,B也相同,q小的轨迹半径大,由题图知,甲所带电荷量小,C项错。因为粒子所带电荷的电性未知,所以无法判定磁场方向,D项错。,答案B,考向二核能的释放,核能:核反应中放出的能量称为核能。且核反应中释放的能量与质量亏损成正比:E=mc2。,例5太阳的能量来自下面的反应:四个质子(氢核)聚变成一个粒子,同时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子e,若太阳辐射能量的总功率为P,质子H、氦核He、正电子e的质量分别为mp、mHe、me,真空中的光速为c。(1)写出核反应方程式。(2)求核反应所释放的能量E。(3)求在t时间内参与上述热核反应的质子数。,解析(1)核反应方程式为HHe+e+2e(2)质量亏损m=4mp-mHe-2me,根据爱因斯坦质能方程得,核反应释放的能量E=(4mp-mHe-2me)c2(3)设时间t内参与热核反应的质子数为N依据能量关系Pt=N有N=。,答案见解析,方法技巧,方法1应用玻尔理论分析氢原子的能级、轨道及氢原子光谱的方法玻尔理论的成功之处在于引入了量子化的概念,但因保留了经典的原子轨道,故有关氢原子的计算仍应用经典物理的理论。对电子绕核运动的轨道半径、速度、周期、动能、电势能等的计算,是牛顿运动定律、库仑定律、匀速圆周运动等知识的综合应用。氢原子各定态的能量值为电子绕核运动的动能Ek和电势能Ep的代数和;当取无穷远处电势能为零时,各定态的电势能均为负值。光子和实物粒子均可与氢原子发生相互作用,从而使原子受激发而发生跃迁。跃迁到激发态的原子极不稳定,会自发地从高能级跃迁到低能级而辐射光子,形成氢原子光谱。,解题思路入射光子选择性吸收受激发后辐射光谱线条数N=,其中n为原子在激发态的量子数。,例1(多选)已知氢原子的能级如图所示,现用光子能量在1012.9eV的光去照射一群处于基态的氢原子,则下列说法中正确的是()A.在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种B.在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种C.照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种,D.照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种,解析能量在1012.9eV的光子,仅符合n=1n=2、n=1n=3、n=1n=4的能级差的三种光子被吸收,A错,B对;照射后处于最高能级的原子的量子数n=4,故向低能级跃迁能辐射的光谱线条数N=6,C对,D错。,答案BC,方法2核反应中的能量和动量综合分析法衰变、衰变过程中系统的动量守恒,若衰变前原子核在匀强磁场中是静止的,则有m粒v粒=-m新v新。由带电粒子在磁场中运动的轨迹半径及旋转方向可判断粒子或粒子的半径大、新核的半径小,两圆内切为衰变,两圆外切为衰变;由两圆半径关系可推知新核及原核的电荷数。因为原子核内部核子间存在很强的核力作用,所以核反应遵守动量守恒定律。核反应也遵守能量守恒定律。例如原子核的衰变过程中,伴随着光子放出,衰变前后系统的动量守恒,质量亏损放出的能量变为光子的能量或变为新原子核和粒子或粒子的动能,因此,需结合力学知识、电磁学知识进行有关计算。,例2自然界真是奇妙,微观世界的运动规律竟然与宏观运动规律存在相似之处。根据玻尔的氢原子模型,电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动,原子中的电子在库仑引力作用下,绕原子核做圆周运动。已知电子质量为m,电荷量为e,静电力常量为k。氢原子处于基态(n=1)时电子的轨道半径为r1,电势能为Ep1=-(取无穷远处电势能为零)。氢原子处于第n个能级的能量为基态能量