原子物理知识点总结全

原子物理知识点总结全 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

原 子 物 理

一、卢瑟福的原子模型——核式结构

1.1897年,_________发现了电子.他还提出了原子的______________模型.

2.物理学家________用___粒子轰击金箔的实验叫__________________。

3.实验结果: 绝大部分α粒子穿过金箔后________;少数α粒子发生了较大的偏转; 极少数的α粒子甚至被____.

4.实验的启示：绝大多数α粒子直线穿过，说明原子内部存在很大的空隙； 少数α粒子较大偏转，说明原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；

极个别α粒子反弹，说明个别粒子正对着质量比α粒子大很多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用．

5.原子的核式结构:

卢瑟福依据α粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构：在原子中心有一个很小的核，叫________，

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绕核旋转．

例1:在α粒子散射实验中,卢瑟福用α粒子轰击金箔,下列四个选项中哪一项属于实验得到的正确结果: A.α粒子穿过金箔时都不改变运动方向 B.极少数α粒子穿过金箔时有较大的偏转,有的甚至被反弹

C.绝大多数α粒子穿过金箔时有较大的偏转

D.α粒子穿过金箔时都有较大的偏转. 例2:根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图1-1所示表示了原子核式结构模型的α粒子散射图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中一个α粒子在从a 运动到b 、再运动到c 的过程中（α

粒子在b 点时距原子核最近），下列判断正确的是（ ）

A ．α粒子的动能先增大后减小

B ．α粒子的电势能先增大后减小

C ．α粒子的加速度先变小后变大

D ．电场力对α粒子先做正功后做负功 二 玻尔的原子模型 能级

1．玻尔提出假说的背景——原子的核式结构学说与经典物理学的矛盾：

⑴按经典物理学理论，核外电子绕核运动时，要不断地辐射电磁波，电子能量减小，其轨道半径将不断减小，最终落于原子核上，即核式结构将是不稳定的，而事实上是稳定的．

⑵电子绕核运动时辐射出的电磁波的频率应等于电子绕核运动的频率，由于电子轨道半径不断减小，发射出的电磁波的频率应是连续变化的，而事实上，原子辐射的电磁波的频率只是某些特定值。 为解决原子的核式结构模型与经典电磁理论之间的矛盾，玻尔提出了三点假设，后人称之为玻尔模型．

2．玻尔模型的主要内容：

⑴定态假说：原子只能处于一系列__________的能量状态中，在这些状态中原子是_______的，电子虽然绕核运动，但不向外辐射能量．这些状态叫做________．

⑵ 跃迁假说：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两定态的能量差决定，即________________.

⑶轨道假说：原子的不同能量状态对应于______子的不同轨道.原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．

3．氢原子的能级公式和轨道公式

原子各定态的能量值叫做原子的能级，对于氢原子，其能级公式为:______________；

对应的轨道公式为：12r n r n 。其中n 称为量子数，只能取正整数.E 1=-13.6eV ，r 1=0.53×10-10m ． 原子的最低能量状态称为_______，对应电子在离核最近的轨道上运动；

图1-1 a b c 原子核

α粒子

图甲 图乙 原子的较高能量状态称为_______，对应电子在离核较远的轨道上运动． 4．氢原子核外的电子绕核运动的轨道与其能量相对应

核外电子绕核做圆周运动的向心力，来源于库仑力(量子化的卫星运动模型) 由r

v m

r

e k F 22

2

=＝库得动能r

ke mv E k 2

2212

1==， 即r 越大时，动能________.

又因为12r n r n =，2

1n E E n =

即量子数n 越大时，动能_______，势能______，总能量_______．

5．用玻尔量子理论讨论原子跃迁时释放光子的频率种数

氢原子处于n=k 能级向较低激发态或基态跃迁时，可能产生的光谱线条数的计算公式为：

2

)

1(2

-=

=k k C N k

例1:氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中 ( ) A ．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大 B ．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小 C ．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小 D ．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大

例2:大量氢原子处于n ＝4的激发态，当它们向各较低能级跃迁时，对于多种可能的跃迁，下面说法中正确的是( )

A ．最多只能释放出4种不同频率的光子

B ．从n ＝4能级跃迁到n ＝1能级释放出的光子波长最长

C ．从n ＝4能级跃迁到n ＝1能级释放出的光子频率最大

D ．从n ＝4能级跃迁到n ＝3能级释放出的光子波长等于从n ＝2能级跃迁到n 1能级释放出的光子

波长

例3:氢原子发出a 、b 两种频率的光，经平行玻璃砖折射后的光路如

图2-1所示。若a 光是由能级n =4向n =1跃迁时发出的，则b 光可能是( )

A ．从能级n =5向n =1跃迁时发出的

B ．从能级n =3向n =1跃迁时发出的

C ．从能级n =5向n =2跃迁时发出的

D ．从能级n =3向n =2跃迁时发出的

例4:如图2-2所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n =3的激发态，原子在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子。若用这些光照射逸出功为2. 49 eV 的金属钠，则下列说法正确的是（ ）

A ．这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从n =3跃迁到n =2所发出的光波长最短

B ．这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n =3跃迁到n =1所发出的光频率最高

C ．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11. 11 eV

D ．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9. 60 eV

例5:a 、b 两束单色光分别用同一双缝干涉装置进行实验，在距双缝恒定

距离的屏上得到如图2-3所示的干涉图样，图甲是a 光照射时形成的干涉图样，图乙是b 光照射 时形成的干涉图样。下列关于a 、b 两束单色光的说法正确的是（ ） A ．a 光子的能量较大

B ．在水中a 光传播的速度较小

C ．若用b 光照射某金属没有光电子逸出,则a 光照射该金属时也没有光电子

图2-1

玻璃砖 b 光束 a

图2-2

逸出

D ．若a 光是氢原子的核外电子从第三能级向第二能级跃迁时产生的, 则b 光可能 是氢原子的核外电子从第四能级向第三能级跃迁时产生的 例6:处于n ＝3激发态的大量氢原子向基态跃迁时所放出的光子中，只有一种光子不能使金属A 产生光电效应，则下列说法不正确．．．的是 （ ） A ．不能使金属A 产生光电效应的光子一定是氢原子从n ＝3的激发态直接跃迁到基态时放出的

B ．不能使金属A 产生光电效应的光子一定是氢原子从n ＝3的激发态跃迁到n ＝2的激发态时放出的

C ．氢原子从n ＝4的激发态跃迁到n ＝3的激发态，所放出的光子一定不能使金属A 产生光电效应

D ．氢原子从n ＝4激发态直接跃迁到基态,所放出的光子一定能使金属A 产

生光电效应

例7:如图2-4所示是氢原子的能级图，现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子，受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为( )

A ．13.6eV

B ．12.09eV

C ．10.2eV

D ．3.4eV

例8:如图2-4所示为氢原子能级图，可见光的光子能量范围约 为1.62eV-3.11eV 。下列说法正确的是 （ ）

A ．大量处在n>3的高能级的氢原子向n=3能级跃迁时，发出的光有一部分是可见光

B ．大量处在n=3的氢原子向n=2能级跃迁时，发出的光是紫外线

C ．大量处在n=3能级的氢原子向n=1能级跃迁时，发出的光都应具有显著的热效应

D ．处在n=3能级的氢原子吸收任意频率的紫外线光子都能发生电离

例9:如图2-5所示,设光子A 、B 、C 的能量和波长分别为 和、、C B A E E E C B A λλλ、、则( )

A ．C

B A λλλ+= B ．C

A

B

λλλ

1

1

1

+

=

C ．C B A λλλ?=

D ．C A B

E E E +=

三、天然放射现象

1.天然放射现象:首先由贝克勒耳发现，天然放射现象的发现，说明_________还有内部结构．

2.衰变

⑴不稳定的原子核自发放出α粒子或β粒子后，转变为新核的变化称为原子核的衰变．γ射线是伴随着α衰变或β衰变产生的，也叫γ辐射．天然放射现象就是__________的衰变现象． 三种射线的性质种类 α射线 β射线 γ射线

组成 高速______流 高速______流

________流(高频电磁波)

带电量

质量 4p m （p m ＝1.67×2710-kg ）

1840

p m

静止质量为零

在磁场中

穿透本领

对空气的电离作

用

1 2 3 4 ∞

n －13.6 －3.4 －1.51

－0.85

0 E /eV 图2-3

图2-4 图2-5

⑶半衰期：放射性元素的_________有________发生衰变所需的时间．半衰期由_______因素决定，跟原子所处的______或______状态无关。半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测。 衰变规律衰变规律

α衰变

He Y X A Z A Z 4242+→--(新核的核电荷数________，质量数_________.)

β衰变 e

Y X A Z A Z 011-++→ (新核的核电荷数________，质量数_________.)

半衰期T

一半原子核发生衰变需要的时间 T

t

m m ）

（＝原余2

1

一

对_____(内、外)切圆, 两粒子的动量之比为_________.两圆的运动半径之比为_____________. 发生α衰变后，α粒子与反冲核的运动轨迹为一对_____(内、外)切圆,两粒子的动量之比为_______,动能之比

为_________.两圆的运动半径之比为_______,周期之比为_______. 例1:关于半衰期,下列叙述正确的是( )

A. 放射性物质的质量越大,半衰期越长

B. 提高温度和压力不能改变半衰期

C. 单质铀的半衰期比化合态铀中的半衰期长

D. 半衰期是指原子核全部衰变所需时间的一半 例2:下列现象中，与原子核内部变化有关的是( )

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

例3: 按照电离能力来看，放射性元素放出的三种射线由弱到强的排列顺序是( ) A ．α射线，β射线，γ射线 B ．β射线，α射线，γ射线 C ．γ射线，α射线，β射线 D ．γ射线，β射线，α射线 例4:下列说法正确的是( ) A ．用加温或加压的方法不能改变原子核衰变的半衰期 B ．某原子核经过一次α衰变后，核内质子数减少4个 C ．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流 D ．α射线的贯穿作用很强，可用来进行工业探伤

例5: 一置于铅盒中的放射源发射的γβα和,射线，由 铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔， 铝箔右侧的空间有一匀强电场。射线进入电场后，变为a 、b 两束，射线a 沿原来方向行进，射线b 发生了偏转，如图3-1所示，则图中的（ ）

A ．射线a 为α射线，射线b 为β射线

B ．射线a 为β射线，射线b 为α射线

C ．射线a 为γ射线，射线b 为α射线

D ．射线a 为γ射线，射线b 为β射线

例6:29325U 衰变成28027Pb,要经过____次α衰变和____次β衰变.

例7:若元素A 的半衰期为4 天，元素B 的半衰期为5 天，则相同质量的A 和 B ，经过20天后，剩下的质量之

比m A ︰m B 为（ ）

A ．30︰1

B ．31︰30

图3-1

C ．1︰2

D ．2︰1

例8:某放射性元素经20天后剩下原有质量的6.25％，可知其半衰期为 ．再经过l0天，剩下质量为最初质量的 ．

例9: 一个原来静止在匀强磁场中的原子核发生衰变，放出某种粒子后，

在匀强磁场中形成如图3-2所示的径迹，原子核放出的粒子可能是（ ）

A. 氦核

B. 电子

C. γ光子 D . 正电子 四、核 能

1.原子核的组成: 原子核是由质子和中子组成，质子和中子统称核子．

2.核能

(1)爱因斯坦质能方程:凡具有质量的物体都具有能量，物体的质量和能量间的关系为：_____________. 若原子核质量亏损△m ．对应释放的能量为___________．

注意: ①质量亏损并不是质量损失，也不是与质量守恒定律相矛盾，而是亏损的质量以能量的形式辐射出去了.

②在核能的计算中c 的单位取国际单位制，此时若△m 的单位为kg ，能量的单位为J ，当△m 的单位为u （原子质量单位）时，1u=1.660566×10-27kg=1.49×10-10J =9.315×108eV ；1eV=1.6×10-19J.

(2)原子核中的核子(质子、中子)的平均质量在不同的原子中是______同的,其大小与核

子数的关系如图4-1所示.可见在元素Fe 附近,核子的平均质量是最_____的。 当比Fe 小得多原子核结合成较大的原子核时，核子的平均质量将_____(增大、减小),

因而______(放出、吸收)能量;

当比Fe 大得多原子核裂变成较小的原子核时，核子的平均质量将_____(增大、减小), 因而______(放出、吸收)能量。 3.重核的裂变

⑴重核的裂变：重核分裂成两个质量较小的原子核的核反应叫裂变． 铀核的裂变 :核反应方程为：29325U+10n →15461Ba+9326 Kr+3 10 n.

(2)链式反应：裂变要在一定的条件下才能进行，铀235核受到中子轰击时会发生裂变，而裂变时又要放出一些中子，这些中子又可引起其它的轴235核裂变，而使裂变反应不断进行下去，这种反应叫做链式反应．

4.轻核的聚变

(1)轻核的聚变：轻核结合成质量较大的原子核的核反应称为聚变． 氢核的聚变：核反应方程为：n He H H 10

42

31

21

+→+

(2)热核反应：聚变必须在轻核间的距离十分接近，即达到10-15m 时才能进行．在极高温度下，原子核可以获得足够的动能克服库仑斥力而发生聚变，这种聚变反应叫做热核反应． (3)目前已实现的人工热核反应是氢弹的爆炸．

例1:如图4-2所示，给出了核子平均质量（原子核的质量除以核

子数）与原子序数的关系。下列说法中正确的是( )

图4-1

核子平均质量 a 1× × × × × × × × × ×

× ×

×

× × × × × × × × × × ×

× × × × × × × × × × × ×

2图3-2

A ．英国物理学家汤姆生，在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型

B ．天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒，放出的射线垂直磁感线穿过磁 场时，一定发生偏转

C ．由图可知，原子核A 裂变成原子核B 和C 要放出核能

D ．由图可知，原子核D 和

E 聚变成原子核

F 要吸收核能

例2:一个氘核（H 21）与一个氚核（H 3

1）发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损，则聚变过程（ ）

A ．吸收能量，生成的新核为He 42

B ．放出能量，生成的新核为He 3

2

C ．吸收能量，生成的新核为He 3

2 D ．放出能量，生成的新核为He 42

例3:用α粒子轰击铍94Be （）核，生成物是碳126

C （）核和另一个粒子，则该粒子是 A ． 11

H B. 1

0 n C. 01 e － D.2 H 1

例4:太阳内部的核聚变可以释放出大量的能量，这些能量以电磁波（场）的形式向四面八方辐射出去，其总功率达到3.8×1026Ｗ。根据爱因斯坦的质能方程估算，单纯地由于这种辐射，太阳每秒钟减少的物质质量的数量级最接近于（ ）

A ．1018 kg

B ． 109 kg

C ． 10-10 kg

D ． 10-17 kg

例5: 太阳的能量来源于太阳内部氢核的聚变，设每次聚变反应可以看作是4个氢核（H 11）结

合成1个氦核（He 42），同时释放出正电子（e 0

1）。已知氢核的质量为p m ，氦核的质量为αm ，正电子的质量为e m ，真空中光速为c 。下列关于氢核聚变的说法正确的是（ ）

A ．此聚变反应的核反应方程是e He H 0142114+→

B ．此聚变反应也叫链式反应

C ．反应后核子的平均质量大于反应前核子的平均质量

D ．每次核反应释放的能量为（4p m －αm －2e m ）c 2

例6: 太阳的能量来自于热核反应，其中一种核反应是四个质子聚变成一个α粒子，同时放出两个正电子和两个没有静止质量的中微子。已知α粒子的质量为m α，质子的质量为m p ，电子的质量为m e ，c 为光在真空中的传播速度，N 为阿伏伽德罗常数。在这种核反应中1000g 的氢核聚变所放出的能量为

A ．1000（4m p +m α+2m e ）N A c 2

B ．1000（m α＋2m e －4m p ）N A c 2

C ．250（4m p －m α－2m e ）N A c 2

D ．250（m α＋2m e －4m p ）N A c 2

例7:原子核的裂变和聚变都是人类利用原子核能的途径，我国目前已建成了秦山和大亚湾两座核电站．下面关于这两座核电站的说法中正确的是( )

A ．它们都是利用核裂变释放的原子能

B ．它们都是利用核聚变释放的原子能

C ．它们一座是利用核裂变释放的原子能，另一座是利用核聚变释放的原子能

D ．以上说法都不正确

例8: （07年崇文二模）下列说法不正确．．．

的是（ ） A. n He H H 104

23121

+→+是聚变 B. n Sr Xe n U 1

094381405410235922++→+是裂变

C. He Rn Ra 422229622698+→是α衰变

D. e Mg Na 0

124122411

-+→是裂变 图4-2

例9:铀239（U 23992

）经过衰变可产生钚239（Pu 239

94）.关于铀239的衰变,下列说法正确的是( ） A ．Pu 23994

与U 239

92的核内具有相同的中子数和不同的核子数 B ．放射性物质U 239

92

发生β衰变时所释放的电子来源于核外电子 C ．U 23992

经过2次β衰变产生Pu 239

94 D ．温度升高，U 239

92

的半衰期减小 例10:当两个质子(质量是1.007276u)和两个中子(质量是1.008665u)结合为一个氦核(质量是

4.001509u)时,发 生的质量亏损是多少释放出的能量是多少兆电子伏

补充练习：

1.下列说法正确的是：

A ．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应

B ．汤姆生发现电子，表明原子具有核式结构

C ．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短

D ．按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增加

2.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m 1、m 2、m 3,普朗克常量为h ,真空中的光速为c 。下列说法正确的是（ ）

A.核反应方程是11

H+10n →3

1H+γ B.聚变反应中的质量亏损m m ?=1+m 2-m 3

C.辐射出的γ光子的能量E=(m 3-m 1-m 2)c

D. γ光子的波长2

123()h

m m m c λ=+-

3.对原子跃迁条件的理解：

原子的跃迁条件：终初E E hv -=，只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用而使原子电离和实物粒子作用而使原子激发的情况，则不受条件的限制。这是因为，原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论，基态氢原子的电离能为13.6 ev ，只要大于或等于13.6 eV 的光子都能使基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大，至于实物粒子和原子碰撞情况，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动能大于或等于原子某两定态能量之差，也可以使原子受激发而向较高能级跃迁． 4.原子核的人工转变

⑴原子核的人工转变是用高速运动的粒子轰击原子核，产生另一种新核的方法． ⑵质子的发现．

①卢瑟福发现质子的实验：用α粒子轰击氮原子核. ②核反应方程：H O He N 1

117842147+→+ ⑶中子的发现

①卢瑟福预见中子的存在，后英国物理学家查德威克发现了中子．

②核反应方程式 n C He Be 101264294+→+

③中子是一种不带电，穿透力很强的粒子，其质量与质子质量差不多． 9.人工放射性同位素的发现

⑴1934年，居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发现了放射性同位素和正电子，核反应方程式为

n P He Al 103015422713+→+，e Si P 0130143015+→

⑵放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素，如上式中的P 30

15

就是磷的一种同位素，具有放射性.

⑶正电子：质量与电子相同带一个单位正电荷的粒子，其产生的实质是质子衰变成中子时产生的，方

程为e n H 011011

+→ ⑷放射性同位素的应用：①利用它的射线；②作为示踪原子．