高三物理二轮复习 原子物理教学案

1、高考综合复习原子物理知识网络考试要求：知识点要求解释粒子的散射实验，原子的核结构氢原子的能级结构、光子的发射和吸收氢原子电子云核成分，自然辐射现象，射线，射线，射线，衰变，半衰期人工原子核变换、核反应方程、放射性同位素及其应用放射性污染与防护核能，质量缺陷，爱因斯坦质量能量方程重核裂变，链式反应，核反应堆轻核融合，可控热核反应人类对物质结构的理解审查指南：本章内容主要集中在原子的核结构、玻尔理论、质能方程和核反应方程；问题以选择题和填空题的形式出现。考试范围和试题相对稳定。“考课本”和“不避旧题”成为本章高考命题的最大特点。本章的复习应紧跟教材，突出核结构理论、能级跃迁定律、核反应方程中的质量

2、数和核荷数守恒、衰变和衰变定律、质能方程等知识，并应清楚了解、等粒子的性质。关键点的详细分析原子的核结构；1.粒子散射现象绝大多数粒子通过金盒后仍能沿原方向运动，少数粒子偏转较大，少数粒子偏转角度超过90，有的甚至反弹，偏转角度几乎达到180。2.原子的核结构卢瑟福分析了粒子的散射实验结果，并在1911年提出了原子的核结构理论：在原子的中心有一个小核，叫做原子核，所有的正电荷和几乎所有的原子质量都集中在原子核内，而带负电荷的电子在核外空间绕着原子核旋转。原子核每单位的正电荷数等于原子核外的电子数。原子的半径约为10-10米，原子核的大小约为10-15米 10-14米。玻尔的原子模型；1.玻尔假

3、说的内容：(1)轨道量子化：核外电子的可能轨道是一些离散值；(2)能态量子化：原子只能处于对应于轨道量子化的不连续能态，在这种能态中原子是稳定的，不辐射能量；(3)跃迁假说：当一个原子从一个稳态跃迁到另一个稳态时，它吸收(或辐射)具有一定频率和光子能量的光子。2.氢原子能级(1)氢原子在每个能量状态下的能量值称为它的能级。最低能级状态，即电子在离原子核最近的轨道上运动的状态，称为基态。处于基态的原子是最稳定的，其他能级称为激发态。(2)氢原子每个稳态的能量值是围绕原子核运动的电子的动能Ek和势能Ep的代数和。从E1之和=-13.6ev可以看出，氢原子每个稳态的能量值都是负的。因此，根据氢原子的

4、能级公式，我们不能得出氢原子的稳态能量与n2成反比的错误结论。(3)氢原子的能级图：(4)氢原子核外的电子围绕原子核运动的向心力是原子核正电荷对电子的库仑引力。假设氢原子基态的轨道半径为r1，它可以由库仑定律和向心力公式得到可以看出，氢原子基态电子围绕原子核运动的动能值正好等于基态能级的绝对值，而电子势能的绝对值正好是电子动能值的两倍。这个结论适用于氢原子的任何能级。3.原子光谱及其应用(1)原子光谱：处于稀薄气体状态的元素光谱是一个离散的线性光谱，它由一些特定频率的光组成，也称为原子光谱；(2)原子光谱的应用(3)原子的跃迁条件：它仅适用于由于光子和原子之间的相互作用而导致的原子在稳态之间的

5、跃迁，但当原子由于光子和原子之间的相互作用而电离时，它不受这个条件的限制。例如，基态氢原子的电离能是13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子可以被基态氢原子吸收和电离，但是入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能就越大(至于物理粒子和原子之间的碰撞， 物理粒子的动能可以被原子全部或部分吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子的两个稳态能量之差，原子也可以被激发到更高的能级。(4)原子在激发态是不稳定的，会自发地跃迁到基态或其他较低的能级。由于这种自发跃迁的随机性，一个原子会有许多可能的跃迁。如果一组原子处于激发态，所有可能的跃迁都会发生，所以我们可以同时得到所有原子的谱线

6、。可以证明，在自发跃迁辐射过程中，能级为n=k的氢原子所能发射的谱线数为n=k (k-1)/2。4.电子云玻尔的模型引入了量子化的思想，但它并不完美。在量子力学中，核外电子没有确定的轨道，玻尔的电子轨道只是电子出现概率最高的地方。当用图像来表示电子的概率分布时，用小黑点的密度来表示概率，结果就像是电子围绕原子核形成的云，称为“电子云”。核反应：原子核的组成：质子和中子组成原子核。质子和中子统称为核子。原子核的质量数等于它的核子数，原子核的电荷数等于它的质子数。原子核的中子数n等于其质量数a和电荷数Z之差，即n=a-Z.虽然有成千上万的核反应，但根据它们的特性可以分为四种基本类型：衰变、人工转化

7、、轻核聚变和重核裂变。1.衰变：原子核自发释放某些粒子并转变成新的原子核的变化称为原子核的衰变。放射性元素衰变时发射的辐射有三种：射线、射线和射线。下表显示了辐射的性质和特性：根据衰变过程中释放的不同粒子，它们分为衰变和衰变，它们的核反应方程式如下：半衰期是放射性元素的一半原子核衰变所需的时间，它表示放射性元素的衰变速度。半衰期由原子核本身的性质决定，与它的物理或化学状态无关。不同的放射性元素有不同的半衰期。衰变时间的确定方法：如果放射性元素经过n次衰变和m次衰变后成为稳定的新元素，则代表核反应的方程为：根据电荷数和质量数的守恒，方程可以列出这两种类型结合在一起可以看出，确定衰变时间可以归因于

8、求解二元线性方程组。2.人工转换：在其他粒子的作用下，原子核转变成另一种原子核的过程叫做人工转换。利用原子核的人工变换，人们发现了质子和中子，认识了原子核的结构，并产生了数以千计的放射性同位素，它们被广泛应用于工业、农业、医疗和科学研究等许多方面。著名的方程式，例如：(卢瑟福，发现质子)(查德威克，中子发现)(伊奥尼奥居里，伊夫居里发现，人工制造的放射性同位素)3.重核裂变：这是一个反应过程，重核分裂成中等质量的核。例如：由于中子的增加，裂变反应可以继续的过程称为链式反应。链式反应的条件是：裂变材料的体积临界体积。裂变的应用：原子弹、原子反应堆。4.轻核聚变：轻核结合成大核的反应过程。例如：聚

9、变反应条件是：超高温(超过几(1)既然原子核由质子和中子组成，那么为什么会从原子核中发射出粒子和粒子呢？事实上，发射的粒子和粒子仍然是由原子核中的质子和中子的结合或转化形成的。粒子是由原子核中的两个质子和两个中子结合而发出的，而粒子是在原子核中的中子转化为质子时产生和发出的。因此，仅仅因为粒子和粒子是从原子核发射出来的，就不能认为原子核也是由它们组成的。(2)质量数守恒和核荷数守恒是编写核反应方程的重要基础。然而，基于核反应的事实，事实上并不存在的核反应方程不能仅根据这两个守恒定律随意写成。另外，核反应通常是不可逆的，方程只能用箭头“”表示反应方向，不能用等号“=”表示。核能：1.核能：核间力

10、量。其特点是短程强引力：作用范围为2.010-15米，仅作用于相邻核子之间。2.核能：原子核结合成原子核时释放的能量或原子核分解成原子核时吸收的能量称为原子核结合能，也称为核能。3.质能方程与质量缺陷爱因斯坦的质能方程e=mc2表明，一个物体的质量和能量之间有一定的关系，一个量的变化必然伴随着另一个量的变化。核子结合成原子核时会释放出核能。因此，原子核的质量必须比组成它们的原子核的质量总和小m。这是质量缺陷。释放的核能 E= MC2可以从质量缺陷计算出来。相反，核反应过程的质量缺陷可以从核能中获得。4. E= MC2是计算核能的常用方法。在具体应用中应注意单位制的统一和不同单位的转换。如果质量

11、单位是原子质量单位u，那么：这一结论也可直接应用于计算。此外，在没有光子辐射的情况下，核反应中释放的核能被转化为新原子核和新粒子的动能。因此，在这种情况下，力学原理动量守恒和能量守恒可以用来计算核能。5.对质能方程的理解：对于质量缺陷，我们不能认为这部分质量转化为能量。质能方程的本质是：首先，质量或能量是物质的属性之一，物质绝不能等同于它们的属性之一(质量和能量)。其次，质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，并建立了这两个属性之间的数值关系。这两个量分别遵守质量和能量守恒，质量和能量在数量上的关系绝不等于这两个量的相互转化。第三，质量缺陷并没有否定质量守恒定律。虽然产生的射线的静止质量是零，但

12、运动质量不是零。阐述主题例1。卢瑟福粒子散射实验的结果表明下列哪种情况()A.原子中有电子B.原子的大小是10-10米C.原子中的正电荷均匀分布在整个体积上D.正电荷和几乎所有的原子质量都集中在原子核上解析：根据粒子散射实验的结论，由于电子的质量很小，不可能引起粒子大角度散射。只有当原子内部的正电荷集中在很小的范围内时原子核，才能引起粒子大角度散射，而且几乎所有的原子质量也必须集中在原子核上。回答：d。评论：核结构是被子甲大角度偏转根本原因.例2。在氢原子的核外电子从靠近原子核的轨道向远离原子核的轨道转变的过程中()A.电子的动能增加，原子的势能增加，原子的能量增加B.电子的动能增加，原子的势

13、能减少，原子的能量增加C.电子的动能降低，原子的势能降低，原子的能量降低D.母牛本文分析了库仑定律与牛顿第二定律、圆周运动定律和电势变化之间的关系。从函数关系可以看出，在这个过程中，电场力做了负功，所以原子的势能会增加，而电子的动能会减少，但原子的总能量会增加。在解决问题时，值得注意的是，一个原子的能量是一个原子的势能和一个电子的动能的总和，这是一个负值。原因是假设电子的势能在离原子核无穷大时为零，所以电子在带正点电荷的电场中的势能是负的。回答：d。评论：可以简单地认为，当一个原子处于某种状态时，电子在相应的轨道上作匀速圆周运动，向心力由库伦力提供。例3。一组氢原子处于n=3的激发态。这些氢原

14、子能发射多少条谱线？计算这些谱线中最长谱线的波长。解析：由于氢原子是通过自发跃迁辐射的，将获得三条谱线，如下图所示。在三条谱线中，波长最长的光子能量最小，跃迁中两个能级的能量差最小。根据氢原子的能级分布规律，当氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级时，其发射谱线的波长必须最长。如果波长是，那么就有加深1:为了激发基态氢原子，下列措施是可行的()A.用10.2电子伏特的光子照射B.用11eV的光子照射C.14eV光子辐照D.与11eV电子碰撞解析：根据玻尔的理论，当一个氢原子在两个能级之间跃迁时，它只能吸收能量值正好等于两个能级之差的光子。根据氢原子的能级关系，可以计算出10.2eV正好等于氢原

15、子n=1和n=2的两个能级之差，而11eV不是氢原子基态和任何激发态之间的能量差，所以氢原子可以吸收前者，但不能吸收后者。对于14eV的光子，其能量大于氢原子的电离能(13.6eV)，足以电离氢原子(使电子脱离原子核而成为自由电子)，因此不受氢原子级间跃迁条件的限制。根据能量转换和守恒定律，不难知道氢原子吸收14eV的光子并电离后，产生的自由电子也应该有0.4eV的动能当用电子与氢原子碰撞时，入射电子的动能可以全部或部分被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和激发态之间的能量差，氢原子也可以被激发。答：洛杉矶、华盛顿、华盛顿评论：真实粒子和光子之间能级跃迁的本质不同，氢原子被大于氢原子电离能的光子电离不受氢原子级间跃迁条件的限制。加深2:当一个原子从一个能级跃迁到较低的能级时，它可能不会发射光子。例如，在某些条件下，铬原子的N=2能级上的电子在跃迁到N=1能级时不发射光子，而是将相应的能量转移到N=4能级上的电子，这样