届高三物理二轮复习专题原子物理

(三)原子物理

知识网络

考点预测

近代物理部分相对独立，主干知识是原子的量子化结构和核能，复习时要围绕玻尔理论、衰变规律和爱因斯坦质能方程等重点知识进行．模块内的综合主要是近代物理知识与动量守恒定律的综合．利用碰撞探究微观粒子的规律是高能物理常用的研究手段，如α粒子散射实验．α粒子与氮、铍、铝的碰撞分别发现了质子、中子和放射性同位素，加速器、对撞机等都是研究核物理的常用工具．近年近代物理试题中出现不少中学教材中没有的新知识背景，如“超重元素”、“双电荷交换反应”、俄歇效应、原子内层空位产生的内转换机制、μ氢原子等．在训练学生读题时，要引导他们尽力将新情境中的问题与已学过的知识联系起来，在学习心理学中，就是“图式”的“同化”与“顺应”的过程，这类问题其实是“新瓶装旧酒”，还是考查课本上的知识点，只是对学生的能力要求提高了，要真正理解才能变通．

“联系实际，联系生活，联系高科技”已成为高考命题的趋势，考查内容体现时代气息，用新名词包装的试题增加．试题越来越重视知识的联系，体现学科的综合性．

要点归纳

一、原子的核式结构

卢瑟福根据α粒子散射实验观察到的实验现象推断出了原子的核式结构．α粒子散射实验的现象是：①绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进；

②极少数α粒子则发生了较大的偏转甚至返回．注意，核式结构并没有指出原子核的组成．

二、波尔原子模型

玻尔理论的主要内容：

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，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态．定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围：原子中的电子绕核转动处于定态时不受该理论的制约．

2．“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射(吸收)电磁波(光子)，其频率由两个定态的能量差值决定hν＝E m－E n．

3．“能量量子化假设”和“轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值．

三、原子核的衰变及三种射线的性质

1．α衰变与β衰变方程

α衰变：X A

Z →4

2

Y

A

Z

-

-

＋4

2

He

β衰变：X A

Z →

1

Y

A

Z+

＋0

1

e

-

2．α和β衰变次数的确定方法

先由质量数确定α衰变的次数，再由核电荷数守恒确定β衰变的次数．

3．半衰期(T)：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．

4．特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关．

5．规律：N＝N01()

2t T．

6

1．爱因斯坦质能方程：E＝mc2．

2．核能的计算

(1)若Δm以千克为单位，则：

ΔE＝Δmc2．

(2)若Δm以原子的质量单位u为单位，则：

ΔE＝Δm×931.5MeV．

3．核能的获取途径

(1)重核裂变：例如235

92

U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n

(2)轻核聚变：例如2

1

H＋31H→42He＋10n

聚变的条件：物质应达到超高温(几百万度以上)状态，故聚变反应亦称热核反应．

热点、重点、难点

一、玻尔模型能级概念

●例1氢原子的能级如图6－10所示，已知可见光的光子能量范围约为

1.62eV～3.11eV，下列说法错误

．．的是( )

图6－10

A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离

B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显着的热效应

C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光

【解析】处于n＝3能级的氢原子吸收光子而发生电离的最小能量是1.51eV，又因紫外线的频率大于可见光的频率，所以紫外线的光子能量E≥3.11eV，故A正确．

由能级跃迁理论知，氢原子由高能级向n＝3能级跃迁时，发出光子的能量

E≤1.51eV，所以发出光子能量小于可见光的光子能量．由E＝hν知，发出光子频率小于可见光的光子频率，发出光子为红外线，具有较强的热效应，故B正确．由能级跃迁理论知，n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可发出6种频率的光子，故C正确．

由能级跃迁理论知，大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，发出光子的能量分别为：0.66eV(4→3)，

2.55eV(4→2),12.75eV(4→1),1.89eV(3→2),12.09eV(3→1)，10.2eV(2→1)，所以只有3→2和4→2跃迁时发出的2种频率的光子属于可见光，故D错误．[答案] D

【点评】①原子由定态n(n≥2)向低能级跃迁时可能辐射的光子频率的种类为．

②原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差．

③原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值．

④计算时应注意：因一般取∞远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位1eV＝1.6×10－19J．

二、考查衰变、裂变、聚变以及人工转变概念

●例2现有三个核反应：

①24

11

Na→2412Mg＋____；②23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋____；③21H＋31H→42He＋____．完成上述核反应方程，并判断下列说法正确的是( )

A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变

B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变

C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变

D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变

[答案] ①0

1e

②31

n③10n C

【点评】①原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做衰变；原子序数较大的重核分裂成原子序数较小的原子核，叫做重核裂变；原子序数很小的原子核聚合成原子序数较大的原子核，叫做轻核聚变．

②所有核反应都遵循质量数和电荷数守恒的规律，情况复杂时可列方程组求解．

三、核能和质量亏损

●例3某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为

1

1

H＋126C→137N＋Q111H＋157N→126C＋X＋Q2

方程中

A．X是3

2

He，Q2>Q1

B．X是4

2

He，Q2>Q1

C．X是3

2

He，Q2