原子物理学课件

第十

一讲粒子物理高三物理备课组哈密市第一中学二、原子物理枣糕模型卢瑟福原子

核式模型天然放射现象核反应质子

卢瑟福

有结构中子一

查德威克9Be+2He→

"C+!nα粒子散

射射实验质量数、

电荷数

守恒质能方程

E=mc²1897年，英国J·J汤姆孙发现电子

德国戈德斯坦发现阴极射线电子原子核氢原子光谱¹4N+2He→

'8O+{H实验规律玻尔理论核裂变核聚变能源宝库a粒子散射实验实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少

数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角

度甚至大于90°,也就是说它们几乎

被“撞”了回来，如图所示。英国物理学家卢瑟福进行了α粒子散

射实验，提出了原子的核式结构模型。实验装置1、(2020

·天津

·

高考真题)在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中

导致发现原子具有核式结构的是

(D

)2、(2011

·上海

·高考真题)卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子

结构，正确反映实验结果的示意图是(

D)显微镜接收线圈a

粒

子

源

金箔

荧光屏发射

电路电磁波3

、(2015

·上海

·高考真题)在α粒子散射实验中，电子对α粒子运动的

影响可以忽略，这是因为与α粒子相比，电子

(D)A.

电量太小B.速度太小C.

体积太小D.质量太小玻尔理论假说1:轨道假设围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的值，即电子的轨道是

量子化的。假说2:定态假设当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态。原子在不同状态中具有不同的能量，因此，

原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫做能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态称为定态，能量最低的状态叫基态，其他的状态叫做激发态。假说3:频率条件(跃迁假设)当电子从能量较高的定态轨道向能量较低的定态轨道跃迁时，会放出或

辐射能量为hv的光子，即hv=Em-En玻尔理论对氢光谱的解释1.

氢原子中电子量子化的轨道半径公式为rn=n²

r₁(

其中

r₁=0.53×10-10m)2.氢原子量子化的能级公式为E=E₁/n²(其中E₁=-13.6

eV)n=1,2,3

……E/eV0-0.54-0.85-1.51-3.41

—

—-13.6n0325

4两类能级跃迁①原子自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子。跃迁

条件——定态间的跃迁：满足能级差。②受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。

光照(吸收光子):光

子的能量必须恰等于能级差hv=△E

;特殊地，大于电离能的光子被吸收，将原子电离。①一个氢原子处于量子数为n激发态，可能光谱线条数最多为

(n—1)。

②一群氢原子处于量子数为n的激发

态

，A

、可能光谱线条数最多

B、利用能级图求解、碰撞，加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，

谱

线

条

数的

确定

方

法4、(2020

·北京

·高考真题)氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n=3

能级上，下列说法正确的是(

C

)A.

这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B.

从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2

能级辐射的光子频率低C.从n=3能级跃迁到n=4

能级需吸收0.66eV的能量

D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量5

、(2019

·全国

·

高考真题)氢原子能级示意图如图所示，光子能量在1.63

eV~3.10

eV的光为可见光，要使处于基态

(n=1)的氢原子被激发后可辐

射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为(

A)A.12.09

eVB.10.20eV

C.1.89eV

D.

1.5leV17

E/eV

00

-------

0

5

-0.54

4-0.85

3

—

-1.512

—

—-3.41—

—-13.6

2

_

_-3.407、(2014

·

山东

·高考真题)氢原子能级如图，当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射光的波长为656nm.

以下判断正确的是

(

CD

)

1

—

13.6A

.

氢原子从n=2

跃迁到n=1

的能级时，辐射光的波长大于656nmB.

用波长为325

nm

的光照射可使氢原子从n=1

跃迁到n=2

的能级C.

大量处6、(2011

·全国

·高考真题)已知氢原子的基态能量为E₁,激发态能量

Eₙ=E₁/n²

,

其中n=2,3.

….用h表示普朗克常量，

c

表示真空中的光

速.能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为(C)nE/(eV)0-----------------04—

—-0.853

—

—-1.51D.8、(2011

·

四川

·高考真题)氢原子从能级m跃迁到能级n

时辐射红光的

频率为v₁,从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为v₂,已知普朗克常量为h,若氢原子从能级k跃迁到能级m,则(D)A.

吸收光子的能量为hv₁

+hv₂

B.辐射光子的能量为hv₁

+hv₂C.吸收光子的能量为hv₁-hv₂

D.辐射光子的能量为hv₁-hv₂9

、(2007

·全国

·高考真题)氢原子在某三个相邻能级间跃迁时，可发出三种不同波长的辐射光.已知其中的两个波长分别为λ₁和λ2,且λ₁

>λ2,则另一个波长可能是(

CD)A.λ1+22

B.λ1—22

D.

天然放射性现象一、原子核的衰变1.衰

变：放射性元素的原子核放出α或β粒子后变成新的原

子核.2.衰变规律：衰变前后的电荷数和质量数都守恒.3.

衰变方程：α衰变：

γ射线：当原子核发生α、β衰变后，新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁辐射γ光子，γ射线是伴随α衰变或β衰变而产

生的.β衰变：10、(2015

·天津天津

·高考真题)物理学重视逻辑

推理，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察

的基础上，下列说法正确的是

(B)A.

电子的

发现使人们认识到原子具有核式结构B.

天然放射

现象说明原子核内部是有结构的C.

α

粒子散射实

验的重要发现是电荷是量子化的D.

密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的(2009·

北京·

高考真

题)下列现象中，与原子核内部变化

有关的是

(B)A.α

粒子散射现象B.天然放射现象C.

光电效应现象D.原子发光现象11.

(2021

·

山东

·高考真题)在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的,其衰变方程为。以下说法正确的是(

)A.

衰变方程中的X

是电子

C.与Bi的质量差等于衰变的质量亏损B.

升高温度可以加快

Pb的衰变

D.

方程中的X来自于内质子向中子的转化组成速率贯穿能力电离能力α射线氦原子核1/10光速弱很强β射线高速电子流接近光速较强较弱γ射线高能量

电磁波光速很强弱三种射线的比较13、(2014

·福建

·高考真题)如图，放射性

元素镭衰变过程中释放出a

、β

、γ

三种射线，

分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说

法正确的是(C)A.①

表示γ射线，③表示α射线B.②

表示β射线，③表示α射线C.④

表示α射线，⑤表示γ射线D.⑤

表示β射线，⑥表示α射线12、(2011·

浙江高考)关于天然放射现象，下列说法正确的是(

D)A.α射线是由氦原子核衰变产生B.β射线是由原子核外电子电离产

生C.

γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D.

通过化学反应不能

改变物质的放射性27、(2015

·上海

·高考真题)铀核可以发生衰变和裂变，铀核的(C)A.

衰变和裂变都能自发发生B.

衰变和裂变都不能自发发生C

.衰

变能自发发生而裂变不能自发发生D.衰变不能自发发生而裂变能自发

发生28、(2012

·上海

·高考真题)某种元素具有多种同位素，反映这些同

位素的质量数A

与中子数N

关系的是图

(B)重核裂变

(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂

成几个质量数较小的原子核的过程。

(2)典型的裂变反应方程：(3)链式反应：由重核裂

去的过程。(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最

小体积及其相应的质量。

(5)裂变的应用：原子弹、核反应堆。

(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。轻核聚变

(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程。聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。

(2)典型的聚变反应方程：29、(2016

·全国

·

高考真题)在下列描述的核过程的方程中，属于α

衰变的是

C

,

属于β衰变的是

AB_,

属于裂变的是

E

,

属

于聚变的是

F

.

(填正确答案标号)A.

B.

C.

D.

F.

核力、结合能1.核力

(1)定义：原子核内部，核子间所特有的相互

作用力。(2)特点：①核力是强相互作用的一种表现；②核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m

之内。核力在大于0.8×10-15m

时表现为引力，且

随距离增大而减小，超过1.5×10-15m

时核力急剧下降几乎消失；在距离

小于0.8×10-15m时表现为斥力，因此核子不会融合在一起；③每个核子

只跟它的相邻核子间才有核力作用(饱和性)。④原子核中质子与中子

的比例受核力与电磁的作用而呈现一定的规律性。2.结合能——核能核

子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做

原子核的结合能，亦称核能。

(1)核子在结合成原子核时出现质量亏损△m,其能量也要相应减少，即△E=△mc²。(2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加△m,吸收的能量为△E=△mc²。

3.

比结合能

(1)定义：原子核的结合能与核

子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。

(2)特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越

牢固，原子核越稳定。4

.质能方程质能方程、质量亏损：爱因斯坦质

能方程E=mc²,原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小△m,这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能△E=△mc²

。核能的计算方法

(1)根据△E=△mc²

计算，计算时△m

的单位是“kg”,c

的单位是

“m/s”,△E的单位是

“J”

。(2)根据△E=△m×931.5MeV计算。因1u相当于931.5

MeV

的能量，所以计算时△m

的单位是“u”,△E的单位是“MeV”。30、(2013

·全国

·

高考真题)关于原子核的结合能，下列说法正确的是

(ABC

)A.

原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的

最小能量B.

一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合

能之和一定大于原来重核的结合能C.

铯原子核(

)的结合能小于铅

原子核(

)的结合能D.

比结合能越大，原子核越不稳定E.自由核子组

成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能31、(2017

·江苏

·

高考真题)原子核的比结合能曲线如图所示，根据该

曲线，下列判断中正确的有(BC)A.He

核的结合能约为14

MeVB.2He

核比Li

核更稳定C.

两个²H

核结合成2He核时释放能量D.232U

核中核子的平均结合能比36Kr

核中的大32、

(2014

·

北京

·

高

考

真

题

)

质

子、中子

和

氘

核的质

量

分

别

为m

、m₂和

m₃

。当

一

个

质子和一个

中

子

结

合

成

氘

核

时

，

释

放

的

能

量

是

(c

表

示

真

空

中

的

光

速

)()A.(m₁+m₂—m₃)c

B.(m₁—m₂—m₃)cC.(m₁+m₂—m₃)c²D.(m₁—m₂—m₃)c²33、

(2021

·海南

·高

考

真

题

)19

3

2

年，考

克

饶夫

和瓦

尔

顿

用

质

子

加

速

器

进

行

人

工核

蜕

变

实验，验证

了质能关

系

的

正

确

性

。

在

实

验

中

，

锂

原

子

核

俘

获

一

个

质

子

后

成

为

不

稳

定

的

铍

原子核，随后又蜕变为两个原子

核

，

核

反应

方程

为

H-

Be→2X

。

已

知H

、3Li、X的

质

量

分

别

为m₁=1.00728u

、m₂=7.01601u

、m₃=4.00151u,

光在真

空

中

的

传

播

速度

为c,

则

在

该

核

反

应

中