2011届高考物理单元总复习课件第1单元 原子结构 氢原子光谱

1、考纲展示氢原子光谱氢原子的能级结构、能级公式原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期放射性同位素核力、核反应方程结合能、质量亏损裂变反应和聚变反应、裂变反应堆放射性的防护1了解氢原子光谱2了解氢原子的能级结构、能级公式3本专题要求知道原子核的组成，了解天然放射现象4知道射线、射线、射线、衰变、半衰期，了解原子核的人工转变、核反应方程、放射性同位素及其应用5掌握核能、质量亏损、爱因斯坦的质能方程的相关计算6知道重核的裂变、链式反应、核反应堆的相关知识及应用7了解轻核的聚变、可控热核反应的应用现状本章知识是学习现代物理学的基础，在复习中要采取系统理解、重点记忆的方法(1)正确理解概念、现象和规律

2、(2)紧扣教材，重点了解玻尔理论，氢原子光谱、原子核的衰变规律及射线的性质(3)理解爱因斯坦质能方程，了解裂变和聚变的特点及规律第一单元原子结构氢原子光谱11858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象德国物理学家戈德斯坦研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的所以他把这种未知射线称之为阴极射线2对于阴极射线的本质，有大量的科学家做出大量的科学研究，主要形成了两种观点(1)电磁波说：代表人物，认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程(2)粒子说：代表人物，认为这种射线的本质是一种高速粒子流赫兹汤姆孙3美国物理学家密立根利用油滴实验测量出电子的电量密立根通过实验还发

3、现，电荷具有量子化的特征即任何电荷只能是e的整数倍电子的质量：mkg，电子的电荷量：eC.9.110311.610191汤姆生通过对的研究发现电子，说明原子也是可分的2卢瑟福用粒子轰击金箔，发现 粒子空过金箔后仍沿原方向前进，的粒发生较大角度偏转，极少数发生大角度偏转，达到180而反向弹回阴极射线绝大多数少数个别的3卢瑟福提出原子核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核，叫它集中了原子的 和几乎全部带负电的电子在核外绕核旋转从粒子散射实验可以估计出原子核的大小约为 m.原子核全部正电荷1014质量1光谱：复色光经过色散以后形成的彩色图案称为光谱2发射光谱：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱发射

4、光谱有连续光谱和明线光谱两种连续光谱由炽热的固体、液体或高压气体所发出的光形成；明线光谱是稀薄气体或蒸气发出的光生成的原子的特征光谱为明线光谱，不同原子的明线光谱不同3吸收光谱：吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸气或气体后产生的太阳光谱为吸收光谱1玻尔的原子模型：是以假说的形式提出来的，它包括以下三方面的内容：(1)轨道假设：即轨道是 的，只能是某些分立的值(2)定态假设：即不同的轨道对应着不同的状态，这些状态中原子是 的，不向外辐射能量(3)跃迁假设：原子在不同的状态具有不同的 ，从一个定态向另一个定态跃迁时要 或 一定频率的光子，该光子的能量等于这两个状态的 量子化能量

5、稳定能量辐射吸收能级差2能级：在玻尔模型中，原子的可能状态是的，因此各状态对应的能量也是的这些能量值叫能级3基态与激发态：能量 状态叫做基态；其他能量状态叫激发态不连续不连续最低的1氢原子能级对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应着的原子能量也不同，若使原子电离，外界必须对原子做功，使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚，所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高我们把原子电离后的能量记为0，即选取电子离核无穷远处时氢原子的能量为零，则其他状态下的能量值就是负的2能级图氢原子的能级图如图1所示1原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hE末E初时

6、，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量h大于或小于E末E初时都不能被原子吸收2原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差4原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的差值(EEmEn且mn)，均可使原子发生能级跃迁5跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能Ep减小，电子动能增大，原子能量减小反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大原子在各

7、能级间跃迁时，所吸收的光子的能量只能等于两能级间的能级差原子电离时所吸收的光子的能量可以大于或等于某一能级的能量绝对值，即EEEn.【例1】卢瑟福和他的助手做粒子轰击金箔实验，获得了重要发现(1)关于粒子散射实验的结果，下列说法正确的是()A证明了质子的存在B证明了原子核是由质子和中子组成的C证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动分析：粒子散射实验使人们认识到原子的核式结构，从能量转化角度看，粒子靠近原子核运动时，粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，可以估算原子核的大小解析：(1)粒子散射实验发现了原子内存在

8、一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以C对，A、B错玻尔发现了电子轨道量子化，D错 答案：(1)C(2)2.71014m高分通道粒子轰击金箔并不是直接接触原子核，所以只能是估算原子核的大小变式1：根据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型如图2所示，表示了原子核式结构模型的粒子散射图景图中实线表示粒子的运动轨迹其中一个粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中(粒子在b点时距原子核最近)，下列判断正确的是()A粒子的动能先增大后减小B粒子的电势能先增大后减小C粒子的加速度先变小后变大D电场力对粒子先做正功后做负功解析：根据题意，粒子运动过程中

9、，电场力对粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，而动能先减小后增大，B正确、A、D错误；根据库仑定律和牛顿第二定律可知粒子加速度应先增大后减小，C错误答案：B【例2】如图3所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时：(1)有可能放出_种能量的光子(2)在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？波长是多少？答案：(1)6(2)431.88106m高分通道(1)量子数为n的氢原子辐射光子的可能频率的判定方法：如果是一个氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子数为(n1)；如果是一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子为C种(2)理解氢原子能级图，量子数越大，能级差越小，发出光子波

10、长越长变式2：如图4所示，氢原子从n2的某一能级跃迁到n2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子问(1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？(2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图答案：(1)12.75 eV(2)(3)若要使处于n2的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？(普朗克常量h6.631034 Js)分析：由玻尔的能级理论可求得(1)，玻尔的原子模型(轨道理论)和圆周运动相结合可求得(2)，使原子电离与两能级间的跃迁有所区别，不要将二者混淆，理解电离的实质：电子获得足够能量从而脱离原子束缚答案：(1)0.85 eV(2)0

11、.85 eV(3)8.211014Hz高分通道求解电子在某条轨道上的动能时要将玻尔的轨道理论与电子绕核做圆周运动的向心力结合起来变式3：氢原子在基态时的能级为E113.6 eV，其电子的轨道半径为r10.531010m，求：(1)电子在第一条轨道上的电势能(2)要使基态原子电离，至少要吸收多高频率的电磁波？解析：(1)电子的电势能不能直接求出，可以考虑先算出它的动能Ek1，再由Ep1E1Ek1求出，注意基态时r10.531010 m答案：(1)27.2 eV(2)3.281015 Hz1卢瑟福提出原子的核式结构学说的依据是用粒子轰击金箔，实验中发现粒子()A全部穿过或发生很小偏转B绝大多数穿过

12、，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回C绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过D全部发生很大偏转解析：卢瑟福散射实验结果是绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，故选项A错误粒子被散射时只有少数发生了较大偏转，并且有极少数粒子偏转角超过了90，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180，故选项B正确根据粒子散射实验结果可知选项C、D错误答案：B2如图6所示为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下述对观察到现象的说法中正确的是()A放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比

13、A位置时稍少些C放在C、D位置时，屏上观察不到闪光D放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少解析：粒子散射实验的结果是，绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数粒子发生了较大的偏转因此，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，在相同时间内观察到屏上的闪光次数分别为绝大多数、少数、极少数，故A、D正确答案：AD3(2009年全国卷)氢原子的部分能级如图7所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间由此可推知，氢原子()A从高能级向n1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B从高能级向n2能级跃迁时发出的光均为可见光C从高能级向n3能级跃

14、迁时发出的光的频率比可见光的高D从n3能级向n2能级跃迁时发出的光为可见光答案：AD4(2009年宁夏卷) (1)关于光电效应，下列说法正确的是_(填入选项前的字母，有填错的不得分)A极限频率越大的金属材料逸出功越大B只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多解析：由Wh.可知A正确照射光的频率大于极限频率时才能发生光电效应，即B错由EkhW可知C错单位时间内逸出的光电子数与频率无关，取决于入射光的强度，故D错答案：A5氢原子处于基态时，原子的能级为E113.6 eV，普朗克常量h6.631034 Js，氢原子在n4的激发态时，问：(1)要使氢原子电离，入射光子的最小能量是多少？(2)能放出的光子的最大能量是多少？答案：(1