高中物理原子与原子核知识点总结选修3-5

1、高中物理原子与原子核知识点总结(选修3-5)原子、原子核 这一章虽然不是重点，但是高考选择题也会涉及到,其实只要 记住模型和方程式,就不会在做题上出错,下面的一些总结希望对同学们有所帮 助.-波粒二象性1光电效应的研究思路两条线索：、频率决定着每个光子的能量5 照射光j强度决定着每秒钟光源发射的光子数 j、/每秒钟逸出的光电子数决定着光电流的大小光电子1光电子逸出后的最大初动能；.h为普朗克常数h=X10"JSv为光子频率2.三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程&=力/一用。(2)光电子的最大初动能6可以利用光电管实验的方法测得，即6 =其中是遏止电压。(3)光电效应方程中的此

2、为逸出功，它与极限频率 九的关系是叫=力九。3波粒二象性波动性和粒子性的对立与统一(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性。(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强。he(3)光子说并未否定波动说，£=力=7中，v0率)和人就是波的概念。A光速c=/1 k(4)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的。3.物质波(1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，也 叫德布罗意波。物质波的波长：入=9=8，h是普朗克常量。p mv二原子结构与原子核(1)卢瑟福的核式结构模型卢瑟福根据a粒子散射实验提出了原子的核式结构

3、学说，玻尔把量 子说引入到核式结构模型之中，建立了以下三个假说为主要内容的玻尔 理论.认识原子核的结构是从发现天然放射现象开始的,发现质子的核 反应是认识原子核结构的突破点.裂变和聚变是获取核能的两个重要途 径.裂变和聚变过程中释放的能量符合爱因斯坦质能方程。整个知识体系，可归结为：两模型(原子的核式结构模型、波尔原子模 型)；六子(电子、质子、中子、正电子、粒子、光子)；四变(衰变、 人工转变、裂变、聚变)；两方程(核反应方程、质能方程)。4条守恒定律(电荷数守恒、质量数守恒、能量守恒、动量守恒)贯串全 章。1 . (1)电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研 究发现了

4、电子。电子的发现证明了原子是可再分的。(2)汤姆孙原子模型：原子里面带正电荷的物质均匀分布在整个原子球体中，而带负电的电子镶嵌在球内。2 .卢瑟福的核式结构模型（行星式模型）卢瑟福a粒子散射实验装置，现 象,从而总结出核式结构学说a粒子散射实验是用a粒子轰击金箔，实验现象：结果是绝大多数a 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数a粒子发生了 较大的偏转.这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。 卢瑟福由a粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原 子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的 电子在核外空间运动。由a粒子散射实验的实验数据还可以估

5、算出原子核大小的数量级是10-15mo而核式结构又与经典的电磁理论发生矛盾：原子是否稳定,其发出 的光谱是否连续3 .玻尔模型（引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n叫量子数）玻 尔补充三条假设（1）定态一原子只能处于一系列不连续的能量状态（称为定态），电子虽然 绕核运转，但不会向外辐射能量。（本假设是针对原子稳定性提出的）跃迁一原子从一种定态跃迁到另一种定态,要辐射（或吸收）一定频率 的光子（其能量由两定态的能量差决定）（本假设针对线状谱提出）（） 辐射（吸收）光子的能量为hf = E初-E末或Qhv=EE）氢原子跃迁的光谱线问题一群氢原子可能辐射的光谱线条数为or 4 5 1 e.5.8

6、.5F/O-O-OHOT 543（大量）处于n激发态原子跃迁到基态时的所有辐射方式能级图中相关意义的说明:相关意义能级图中的横线表示氢原子可能的能状态一定态横线左端的数字“1,2, 3”表示量子数横线右端的数字“一，一”表示氢原子的能相邻横线间的距离表示相邻的能差，子数越大相邻的 能差越小，距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hv=E.-En2.两类能级跃迁自发跃迁：高能级-低能级，释放能，发出光子。光子的频率'=丁=殳卢受激跃迁：低能级-高能级，吸收能量。光照（吸收光子兀光子的能必须恰等于能级差Ak = A£o碰撞、加热等：只要入射粒子能大

7、于或等于能级差即可，EBNE。大于电离能的光子被吸收，将原子电离。3.谱线条数的确定方法一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为（/?-D o（2） 一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。用数学中的组合知识求解：N=n=n ny o利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一 画出，然后相加。1, 2, 3,n为量子数1处能量最低，能量最低的状态叫做基态，其 他处（如2, 3,n）状态叫做激发态。子数：原子处在定态的能量用E表示，此时电子以乙的轨道半径绕核 运动，n称为量子数。（注）Ef这个负号是我们人为规定的.设无限远处电子的电势能为 零,在有限远的位置电子的电

8、势能都是负值.在最近轨道运转的电子的 势能就是负能量和轨道量子化一一定态不连续,能量和轨道也不连续；（即原子的 不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，原子的定态是 不连续的，因此电子的可能轨道分布也是不连续的）（针对原子核式模型 提出，是能级假设的补充）（4）跃迁要求从一个电子能级到另一个能级,电子仍然可以受原子核束 缚.电离指电子从某一能级到第无穷个能级（该能级能量为0）（虽然能级 数是无穷大,但是所需要能量是有限的），这时电子可以认为不受原子核 束缚,完全脱离原子.电离可以看做是特殊的跃迁电离是电子完全脱离了原子核束缚，跃迁是电子从低能级迁移到高能级例：1995年科学家“制成”

9、 了反氢原子，它是由一个反质子和一 2"eV40 85个围绕它运动的正电子组成，反质子和质子有相同的质,带有等量异3L51种电荷。反氢原子和氢原子有相同的能级分布，氢原子能级如图所示，23.4则下列说法中正确的是（）1 -13.6A.反氢原子光谱与氮原子光谱不相同B.基态反氢原子的电离能为eVC.基态反氢原子能吸收11 eV的光子而发生跃迁D.大处于=4能级的反氢原子向低能级跃迁时，从n=2能级跃迁到基态辐射的光 子的波长最短解析:选B反氢原子和氢原子有相同的能级分布,故反氮原子光谱与氢原子光谱相同， A错；基态反氮原子的电离能为eV,只有大于等于eV的能置的光子才可以使反氢原子电

10、离，B对；基态反氢原子发生跃迁时，只能吸收能等于两个能级的能差的光子，C错； 在反氢原子谱线中，从=4能级跃迁到基态辐射的光子的能量最大，频率最大，波长最短，D错。氢原子的激发态和基态的能量（最小）与核外电子轨道半径间的关系是：【说明】氢原子跃迁 轨道量子化厂n="2-1 （n = 1,） 乃二X 10 %能量量子化：Ef-En , EP, r, nEk, v吸收光子时增大减小放出光子时减小增大氢原子跃迁时应明确：一个氢原子直接跃迁向高能级跃迁，吸收光子一般光子某一频率光子一群氢原子各种可能跃迁向低能级跃迁放出光子 可见光子一系列频率光子氢原子吸收光子时要么全部吸收光子能量，要么不吸

11、收光子1光子能量大于电子跃迁到无穷远处（电离）需要的能量时，该光子可被 吸收。（即：光子和原于作用而使原子电离）2光子能量小于电子跃迁到无穷远处（电离）需要的能量时,则只有能量 等于两个能级差的光子才能被吸收。（受跃迁条件限：只适用于光于和原于作用使原于在各定态之间跃迁的 情况）o氢原子吸收外来电子能量时可以部分吸收外来碰撞电子的能量 （实物粒子作用而使原子激发）。因此，能量大于某两个能级差的电子均可被氢原子吸收，从而使氢原子 跃迁。E51= E41 = E31 二 E21 二；（有规律可依）E52= E42= E32=；E53= E43=；E54=玻尔理论的局限性。由于引进了量子理论（轨道量

12、子化和能量量子 化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。但由于它保留了过多的经 典物理理论（牛顿第二定律、向心力、库仑力等），所以在解释其他原 子的光谱上都遇到很大的困难。氢原子在n能级的动能、势能，总能量的关系是：EP=-2EK, E=EK+EP二-EKo （类似于卫星模型）由高能级到低能级时，动能增加，势能降低，且势能的降低量是动能增 加量的2倍，故总能量（负值）降低。三原子的衰变1.天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构。核变化从贝克勒耳发现天然放射现象开始衰变（用电磁场研究）：2.三种射线的比较种类a射线B射线Y射线组成高速氧核流高速电子流光子流（高频电磁波）带电荷量2。一

13、.0质4姆，=X10-27 kgg 1 836静止质为零速度。（光速）在电磁场中偏转与a射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱，用纸能挡住较强，能穿透几毫 米厚的铝板最强，能穿透几厘米厚 的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱3. a衰变、B衰变的比较衰变类型a衰变B衰变衰变方程伙一£升+初*>3丫+221个中子转化为1个质子和1个电子2个质子和2个中子结合成一个整体衰变实质射出2：H+2；nT-e；nT；H+)e衰变规律电荷数守恒、质数守恒、动守恒4 .衰变次数的确定方法方法一：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素鬃经过 次a衰变和麻次p衰变后，变成稳定的新元素，Y,则表示

14、该核反应的方程为 XT，Y+加e+贰伸。根据质数守恒和电荷数守恒可列方程O' +4n Z=7 +2nm由以上两式联立解得A-Af n=4，户A-Af由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组。方法二：因为B衰变对质数无影响，可先由质量数的改变确定a衰变 的次数，然后根据衰变规律确定B衰变的次数。5 .对半衰期的理解放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。是对大原子核的 统计规律。半衰期公式："余="原?，历余=勿年)?。(2)半衰期的物理意义：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一 放射性元素的衰变速率一定，不同的放射性元素半衰期不同，有的

15、差别很大。(3)半衰期的适用条件：半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规 律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变。三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较:四种核反应类型(衰变,人工核转变,重核裂变,轻核骤变)衰变：a （He核）衰变：（实质：核内）a衰变形成外切（同方向旋），B （电子）衰变：（实质：核内的中子转变成了质子和中子）P衰 变形成内切（相反方向旋），且大圆为a、B粒子径迹。+ B衰变：（核内）r （光子）衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。人工转变：（发现质子的核反应）（卢瑟福）用a粒子轰击氮核，并预言中子的存（发现中子的核反

16、应）（查德威克）针产生的a射线轰击被（人工制造放射性同位素）正电子的发现（约里奥居里和伊丽芙居里夫妇）a粒子轰击铝箔重核的裂变:在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。轻核的聚变：（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。（注意: 质量并不守恒。）（四）核反应方程与核能计算1,核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰a衰变自发魏TljTh+痴变B衰变自发肿叶”人工转变人工控制加+抽 TO+：H（卢瑟福发现质子）$He+jBe->1lC+Jn（查德威克发现中子）法 I+加（约里奥居里夫妇发现人工放射性）群

17、 T?JSi +：e重核裂变比较容 易进行 人工控制2软J+；nT '”"56Ba+数r+3jn% U+；nT+«Sr+1 Ojn轻核聚变很难控制甜 e+：n2.核反应方程式的书写（1）熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子CH）、 中子Cn）、a粒子GHe）、B粒子（4）、正电子（?e）、中核国）、中核CH）等。（2）掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应 方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用 表示反应方向。核反应过程中质数守恒，电荷数守恒。3.对质能方程的理解一定的能和一定的质量相联系，物

18、体的总能和它的质成正比，即方程的含义：物体具有的能与它的质量之间存在简单的正比关系，物体 的能增大，质也增大；物体的能量减少，质也减少。核子在结合成原子核时出现质量亏损km,其能也要相应减少，即£原子核分解成核子时要吸收一定的能,相应的质量增加A斯吸收的 能为NE= &就。4.核能的计算方法(1)根据A£=A温计算时，A例的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，£ 的单位是"J" O(2)根据A£=AG< MeV计算时，A加的单位是“u”，£的单位是“MeV”。(3)根据核子比结合能来计算核能： 原子核的结合能

19、=核子比结合能X核子数。典例(2015江苏高考)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能进行发电， 2却是核电站常用的核燃料。软J受一个中子轰击后裂变成知a和躯r两部分，并产生 个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要(选填“大于”或“小 于“)它的临界体积。(2)取质子的质嬉=6X10-27 kg,中子的质福=9X10-27 kg, a粒子的质配 =7XW27 kg,光速c=X108 m/s。请计算a粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数 字)解析(1)核反应方程遵守质数守恒和电荷数守恒，且该核反应方程为：嘴U+：n -a+SKr+Sln,即产生3个中子.临界体积是发生链式反应的最小体积，要使链式反应 发生，裂变物质的体积要大于它的临界体积。(2)组成a粒子的核子与a粒子的质差&m= (2 每+加)一%