2020年高考物理原子物理总复习

【解题回顾】把原子核知识与电磁场及力 学知识结合起来，考查学生综合分析也是 每年高考中的热点之一。本例中要注意反 冲核与α粒子的动量关系及电磁性质，体 会外切圆的由来.
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核能
一、核能 1.核力：为核子间作用力.其特点为短程强
引力，只在相邻的核子间发生作用，与核子的 电性无关.
2.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. 获得核能的两个基本途径是重核裂变和轻核聚变.
【解析】根据玻尔理论，当处于基态的氢原子受到某单色光 照射时，氢原子应吸收一个光子的能量h，从基态跳迁到某一 定态，如果处于该定态的氢原子向较低定态跃迁只能发出频 率为 1、 2、 3的三种光，则该定态一定为第三能级，再 由三种光的频率的大小和氢原子能级关系，当有h 1＜h 2 ＜h 3 ，而且有（h 1+h 2）=h 3，而h 3为照射光的光 子能量，也为基态与第三能级间的能量差，故本题答案为C.
(2)两个公式：（了解）
能级公式：原子各定态的能量叫做原子的能级，对于氢原子 ，其能级公式为：
En=E1/n2(n=1、2、3……)
轨道公式：rn=n2r1(n=1、2、3……)
n为量子数，只能取正整数，En是半径为rn的轨道的能量值 ，它等于核外电子在该轨道上运转时动能和原子的电势能总和 ，若规定无限远处为零电势点，则E1=-13.6eV.
②质量亏损，并不是质量损失也不是质量转化为能量，质量和能量分别是物质的属性 之一，不能等同.
二、核反应 1.重核的裂变：重核俘获一个中子后分裂
为几个中等质量的核的反应过程叫重核的裂 变.
（2）经典电磁理论认为原子发射的光谱，由于原子能量逐渐衰减，因此 其辐射的电磁波的频率应当是连续的；事实上原子发生产生的光谱是不 连续的.
2.玻尔理论. (1)三个假设：
①定态假设——原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中 原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但不向外辐射能量. ②跃迁假设——原子从一种定态（设能量 为E初）跃迁到另一种定态（设能量为E终）时， 它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能 量由这两种定态的能量差决定，即h =E初-E终。 ③轨道量子化假设——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 的分布也是不连续的.
3.质量亏损：组成原子核的核子与原子核 的质量之差叫做质量亏损；需说明的是任何 一个原子核的质量总是小于组成它的所有核 子的质量和.
4.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： E=mc2；若原子核质量亏损为△m，对应释放 的能量为△E=△mc2.
注意：
①核反应过程中需遵循三个守恒定律：电荷数守恒定律、质量 数守恒定律和动量守恒定律；
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原子核的组成
一、天然放射性 1.贝克勒尔首先发现了某些矿物中能发出某种看不见的
射线，此射线可以穿透黑纸使照相底片感光.物质发射这种射 线的性质叫放射性，具有这种性质的物质称作放射性元素.通 过研究发现，原子序数大于83的所有天然存在的元素都具有 这种性质，这种能自发的放射出射线的现象叫天然放射现象.
0 1
e
是正电子.
4.注意：在人工转变中，用某高速粒子去轰击某原子核后，原 子核发射出粒子和射线并转变成新的原子核的过程中，不可认 为是高速粒子从原子核中打出了粒子.
练习
1.下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构( ) A.粒子的散射实验 B.天然放射现象 C.阴极射线的发现 D.伦琴射线的发现
2.α射线的本质是( )
注意：量子数n=1定态，又叫基态，能
量值最小，电子动能最大，电势最小；量子
数越大，能量值越大，电子动能越小，电势
能越大.
例题:
练习
1.原子的核式结构学说是根据以下哪个实验或现象提出来的（ ）
A.光电效应
B.氢原子光谱实验
C.α粒子散射实验 D.天然放射现象
2.卢瑟福提出的原子的核式结构学说的根据 是在α粒子散射实验中发现粒子（ ）
4 9B2 e 4H e 1 6C 20 1n
(2)发现中子的核反应方程（1932年，查德威克）：
.
中子首先是卢瑟福预言了其存在，而小居里夫妇最先做出这一实验，发现了 中子，但小居里夫妇没有注意到卢瑟福的预言，当初认为它是一种波长极短 的电磁波.
三、原子核的人工转变
1.用人工的方法使原子核发生变化叫做原子核的人工转变，它 是人们研究原子核的结构及其变化规律的有力武器.
A.电子流
B.高速电子流
C.光子流
D.高速氦核流
3.放射性元素的半衰期是( ) A.质量减小一半需要的时间 B.原子量减少一半需要的时间 C.原子核全部衰变所需时间的一半 D.原子核有半数发生衰变需要的时间
【例1】23920Th 经过
.
次 衰变和
次
衰变，转变成208
82
Pb
【解析】对于 衰变和 衰变来说， 衰变不改
α粒子带正电，而向A板偏移，因此A板带负 电，B板带正电.
【例3】静止在匀强磁场中的某放射性元素的核，放出一个 粒子， 其速度方向与磁场方向垂直，测得 粒子和反冲核轨道半径之比 R∶r=30∶1，如图17-2-2所示，
图17-2-2
则（ ） A. 粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反 B.反冲核的原子序数为62 C.原来放射性元素的原子序数为62 D.反冲核与α粒子的速度之比为1∶62
C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射（或吸收）一定频率 的光子
D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核运 转的频率
【例1】在α粒子散射实验中，有少数α粒子发生 了较大角度偏转， 其原因是（A）
A.原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在原子中 心一个很小的 核上
B.正电荷在原子中是均匀分布的
C.原子中存在着带负电的电子
【解题回顾】观察下列宏观物体的波动性， 是因为，波长大小，而微观粒子的德布罗意 波长较大，就较容量观察到其波动性.
【例4】α粒子散射实验中，当α粒子最接近 原子核时，α粒子符合下列的情况是（AD）
A.动能最小 B.势能最小 C.α粒子与金原子核组成的系统的能量最小 D.所受原子核的斥力最大
【解析】该题所考查的是原子的核式结构、 动能、电势能、库仑定律及能量守恒等知识 点.α粒子在接近金原子核的过程中，要克服 库仑斥力做功，动能减少电势能增大，两者 相距最近时，动能最小，电势能最大，总能 量守恒.根据库仑定律，距离最近时，斥力最 大.综上所述，本题答案为AD.
【例3】估算运动员跑步时的德布罗意波的波长， 说明为什么我们观察不到运动员的波动性． 【解析】设运动员的质量为60kg，该运动员跑步 时速度为10m/s，则其德布罗意波的波长：
=h/mv=6.63×10-34/(60×10)=1.1×10-36m；由计 算结果可知，其波长太小，几乎观察不到.所以观 察不到宏观的物体的波动性.
D.原子只处在一系列不连续的能量状态中
【解析】α粒子散射实验的意义，在于它是 原子的核式结构理论建立的基础. 答案为A.
【例2】处于基态的氢原子在某单色光的照射 下，只能发出频率为 1、 2、 3的三种光， 且 1 ＜ 2 ＜ 3，则该照射光的光子能量（C） A.h 1 ； B.h 2 ； C.h 3； D.h( 1 + 2 + 3)；
①α衰变：M ZX M N 4 2Y24He,同时放出 射线；
②β衰变： M ZX ZM 1Y1 0e ，同时放出 射线；
4．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所 需的时间. 剩余的原子核数和质量，N0、m0为最 初原核子数和质量.
半衰期由核内部的因素决定的，与原 子的物理状态和化学状态无关，即与外部 条件无关.
二、原子核的组成 1.原子核由质子和中子组成，质子和中
子统称为核子，质子数相同，中子数不同的 元素称为同位素.使核子紧密结合在一起的力 叫核力，核力是很强的短距离作用力；原子 核内只有相邻的核子间才有核力作用.
2.核子的发现.
. (1)发现质子的核反应方程（1919年，卢瑟福）：17N 42 4H e18C 71 2H
变质量数，所以应当先以质量数的变化来计算
衰变次数.原子每发生一次 衰变时质量就减少4
个单位，电荷数减少2个单位，而每发生一次 衰
变，则质量数不变，电荷数增加一个单位.
质量数由232减少到208共发生α衰变的次数为：
Na=(232-208)/4=6;
再结合电荷数的变化确定β衰变的次数：
N = (9026)824 4
2.三种射线的比较：
①α射线：本质是氦核流，速度约为光速的十分之一，贯穿本 领弱，电离作用极强；
②β射线：电子流，速度接近光速，贯穿本领强，电离作用弱；
③ 射线：本质量波长极短的电磁波，就是光子，贯穿本领最 强，电离作用最弱；
3.原子核的衰变：原子核自发的放出某种粒子而转变成为新核的 过程叫原子核的衰变.
原子核所带的正电荷数等于核外电子数，所以整个原子是中性的，电 子绕核运动的向心力就是核对它的库仑力.
3.原子和原子核的大小：原子的大小数量级大约是10-10m，原子核 的大小数量级在10-15～10-14m之间.
二、玻尔的量子化模型
1.卢瑟福核式结构与经典电磁理论的矛盾：
（1）经典电磁理论对原子核式结构的解释中认为，原子是不稳定的， 电子绕核旋转，并不断向外辐射电磁波，因此电子的能量不断衰减， 最终电子陨落到原子核上；事实上原子是稳定的.
【解题回顾】解决核反应方程类问题时，一定要抓住核反应中 质量数和电荷数守恒这个规律，本例还要注意β衰变的特点— —质量数不变.
【例2】将天然放射性物质放入顶端开有 小孔的铅盒S里，放射线便从小孔中射出， 沿带电平行金属板A、B之间的中线垂直于 电场方向进入电场，轨道如图1７-2-1所 示，则轨迹 是 射线，轨迹 是 射线，轨迹 是 射线. 板带正电， 板带负电.