高考总复习物理课件50 原子结构

\n内容要求氢原子光谱Ⅰ氢原子的能级结构、能级公式Ⅰ原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期Ⅰ放射性同位素Ⅰ核力、核反应方程Ⅰ结合能、质量亏损Ⅰ裂变反应和聚变反应、裂变反应堆Ⅰ放射性的防护Ⅰ\n高考对该部分知识要求较低，但每年均有试题涉及．其中氢原子能级和核反应方程和质能方程等命题频率较高．其次对物理学史、著名实验和重要的物理学理论等，近几年高考中也时有出现，其他知识点，试题呈交替出现情况．因此，对本章的复习应注意既突出重点，又不丢细节．\n本章的重点是：氢原子能级原子核的人工转变，原子核的组成和核能．难点是：核能和核反应方程的书写．宏观领域的经验和规律在微观领域遇到严重的障碍，微观领域问题的研究方法是：从实验事实出发，经过分析总结，提出假设，建立模型，再经过实验的验证，并发现新的问题，从而对假设进行修正，如此循环，使人类的认识不断进步．\n课时50原子结构\n考点一　原子的核式结构模型►基础梳理◄1．汤姆孙研究阴极射线用测定粒子比荷的方法发现了电子．电子的发现证明了原子是可分的．汤姆孙原子模型：原子里面带正电荷的物质均匀分布在整个原子球体中，而带负电的电子则一粒粒镶嵌在球内．\n2．卢瑟福的α粒子散射实验装置(如图1)：主要由放射源、金箔、荧光屏、放大镜和转动圆盘几部分组成，荧光屏和放大镜能够围绕金箔在一个圆周上转动，从而可以观察到穿过金箔后偏转角度不同的α粒子．图1\n3．α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转．如图2所示．图2\n4．卢瑟福的原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转．5．从α粒子散射实验的数据估算出原子核半径的数量级为10－15m，而原子半径的数量级为10－10m.\n►疑难详析◄为什么用α粒子的散射现象可以研究原子的结构？原子的结构非常紧密，用一般的方法无法探测它内部的结构．要认识原子的结构，需要用高速粒子对它进行轰击．由于α粒子具有足够的能量，可以接近原子的中心，它还可以使荧光物质发光，如果α粒子与其他粒子发生相互作用，改变了运动的方向，荧光屏便能够显示出它的方向变化．因此卢瑟福采用α粒子散射的方法来研究原子的结构．\n►深化拓展◄建立原子核式结构模型的几个要点：1．电子不可能使α粒子发生大角度散射．α粒子跟电子碰撞过程中，两者动量的变化量相等．由于α粒子的质量是电子质量的7300倍，在碰撞前后，质量大的α粒子速度几乎不变，而质量小的电子速度要发生改变．因此，α粒子与电子正碰时，不会出现被反弹回来的现象．发生非对心碰撞时，α粒子也不会有大角度的偏转．可见，电子使α粒子在速度的大小和方向上的改变都是十分微小的．\n2．按照汤姆孙的原子模型，正电荷在原子内部均匀地分布，α粒子穿过原子时，由于粒子两侧正电荷对它的斥力有相当大一部分互相抵消，使α粒子偏转的力也不会很大．α粒子的大角度散射现象，说明了汤姆孙模型不符合原子结构的实际情况．3．实验中发现少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用．\n4．金箔的厚度大约是1mm，金原子的直径大约是3×10－10m.绝大多数α粒子在穿过金箔时，相当于穿过几千个金原子的厚度，但它们的运动方向却没有发生明显的变化，这个现象表明了α粒子在穿过时基本上没有受到力的作用，说明原子中的绝大部分是空的，原子的质量和电量都集中在体积很小的核上．\n考点二　氢原子光谱、玻尔的原子模型►基础梳理◄1．光谱：复色光经过色散以后形成的彩色图案称为光谱．2．发射光谱：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱．发射光谱有连续光谱和明线光谱两种．连续光谱由炽热的固体、液体或高压气体所发的光形成；明线光谱是稀薄气体或蒸气发出的光生成的．原子的特征光谱为明线光谱，不同原子的明线光谱不同．\n3．吸收光谱：吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸气或气体后产生的．太阳光谱为吸收光谱．4．巴耳末系公式，n＝3,4,5……每一个n值对应氢光谱的一条谱线．里德伯常量R＝1.097×107m－1.\n5．玻尔的原子模型：(1)能级假设说明原子只能处于一系列不连续的能量状态中，这些状态叫定态，具有一定的能量，也叫能级．能级假设是针对原子的稳定性提出的，它承认核式模型，但假定原子只能处于一系列不连续的稳定状态中．处于稳定状态的原子中的电子，虽做加速运动但不辐射能量．\n(2)跃迁假设说明原子从一个定态跃迁到另一个定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，它说明了原子发光的机制．(3)轨道假设说明原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道，由于原子的能量状态是不连续的，因此电子的轨道也是不连续的，即电子不能在任意半径的轨道上运行．\n6．能级公式：En＝E1rn＝n2r1(其中E1＝－13.6eV，r1＝0.53×10－10m)(n＝1,2,3……)7．玻尔模型的局限性：玻尔的原子模型能很好地解释氢原子光谱，但对其他原子光谱不符合．玻尔理论是一种半经典的理论，一方面引入了量子假设，另一方面又应用经典理论计算电子轨道半径和能量．因此，玻尔理论在解释复杂的微观现象时遇到困难是必然的．\n8．建立在量子力学基础上的原子理论与玻尔原子理论的区别：根据量子力学，核外电子的运动服从统计规律，而没有固定的轨道，我们只能知道它们在核外某处出现的几率大小．核外电子的这种运动情况可用“电子云”来形象描述．电子云稠密的地方就是电子出现几率大的地方．\n►疑难详析◄巴耳末对氢原子光谱中可见光区的14条谱线进行了分析，发现这些谱线的波长可用公式n＝3,4,5……来表示，其计算结果与实际基本符合，巴耳末公式中的n有两层含义：第一，n取一个值，可求出氢光谱中一条谱线的波长，说明每一个n值分别对应一条谱线；第二，n只能取正整数值3,4,5……不能取连续值，说明了原子光谱波长的分立性．巴耳末公式说明氢光谱谱线之间是有内在规律的．\n玻尔理论能够很好地解释氢的原子光谱．根据hν＝Em－En计算出的频率跟实验中观察到的线状谱对应的频率恰好相同．根据玻尔理论，氢原子从较高的能级(量子数n＝3、4、5、……)跃迁到量子数n＝2的能级时，辐射出的光子属巴耳末线系．按照玻尔理论推导出来的谱线公式跟巴耳末公式在形式上完全一致，而且由前一个公式可以计算出与巴耳末公式中的里德伯常量的R值相符的数值．这说明了巴耳末公式完全可以由玻尔理论推导出来．\n题型一　原子的核式结构模型[例1]卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出()A．原子的核式结构模型B．原子核内有中子存在C．电子是原子的组成部分D．原子核是由质子和中子组成的\n[解析]英国物理学家卢瑟福的α粒子散射实验的结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原方向前进，但有少数α粒子发生较大的偏转．α粒子散射实验并不涉及原子核内的结构．查德威克在用α粒子轰击铍核的实验中发现了中子，卢瑟福用α粒子轰击氮核时发现了质子．选A.电子是汤姆孙发现的，C不正确．[答案]A\n题后反思：汤姆孙研究阴极射线发现电子说明原子是可分的，电子是原子的组成部分．卢瑟福通过α粒子散射实验说明了原子的结构是核式结构，并不能说明原子核由质子和中子组成．在贝克勒尔发现了天然放射现象后人们才认识到原子核也是可分的．\n(2008·上海高考)二十世纪初，为了研究物质内部的结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、中子和质子，图3是()A．卢瑟福的α粒子散射实验装置B．卢瑟福发现质子的实验装置C．汤姆孙发现电子的实验装置D．查德威克发现中子的实验装置解析：由物理学史易知．答案：A图3\n题型二　氢原子的能级[例2]用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线．调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条．用Δn表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量．根据氢原子的能级图(图4)可以判断，Δn和E的可能值为()图4\nA．Δn＝1,13.22eV<E<13.32eVB．Δn＝2,13.22eV<E<13.32eVC．Δn＝1,12.75eV<E<13.06eVD．Δn＝2,12.75eV<E<13.06eV[解析]存在两种可能，第一种可能是原为n＝1至n＝2变为n＝1到n＝4，此时Δn＝2，电子的能量必须满足(13.6－0.85)ev＜E＜(13.6－0.54)eV，故D选项正确；第二种可能是原为n＝1至n＝5变为n＝1到n＝6，则Δn＝1，电子能量必须满足(13.6－0.38)eV<E<(13.6－0.28)eV，故A选项正确．[答案]AD\n题后反思：氢原子处于不同的能级最多可产生的谱线条数＝5解得n＝5；若Δn＝2，同理解得n＝2.使原子激发一是用电磁辐射，另一种方法就是用粒子轰击，电磁辐射时要使原子能级跃迁，照射光的频率必须满足hν＝Em－En，而用粒子轰击则要粒子的能量大于等于Em－En.对于粒子轰击原子使原子能级跃迁题型，常与动量、能量结合．\n(2009·全国卷Ⅱ)氢原子的部分能级如图5所示．已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间．由此可推知，氢原子()图5\nA．从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光C．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D．从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的光为可见光\n解析：本题考查能级，光子能量及其与波长、频率的关系，意在考查考生对能级和量子论知识的理解；由可见光的能量值范围可知，在氢原子的能级值中，高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光的频率小于可见光的频率，C错误；若高能级与n＝3能级的能量差大于3.11eV，则不能发出可见光，B错误；从高能级跃迁到n＝1的能级时，能量值一定大于可见光子能量值，由于：E＝hν＝h，能量越大，波长越短，故A正确；当原子从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出的光子能量在可见光的能量值范围之内，所以选项D正确．答案：AD\n1．(2008·上海高考)1991年卢瑟福依据α粒子散射实验中，α粒子发生了________(选填“大”或“小”)角度散射现象，提出了原子的核式结构模型．若用动能为1MeV的α粒子轰击金箔，则其速度约为________m/s.(质子和中子的质量均为1.67×10－27kg,1MeV＝1×106eV)\n答案：大6.9×106\n2．(2008·山东高考)在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n＝2能级发出的谱线属于巴耳末线系．若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多可发出________条不同频率的谱线．解析：因该群氢原子自发跃迁时发生的谱线中只有2条属于巴耳末线系，故该群氢原子处于n＝4激发态，故由n＝4激发态自发跃迁时最多可发出6条不同频率的谱线．答案：6\n3．(2008·广东高考)有关氢原子光谱的说法正确的是()A．氢原子的发射光谱是连续光谱B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关解析：原子光谱是明线光谱，则A错误，B正确．电子跃迁形成光谱线，光谱线不连续则能级不连续，所以C正确．由hν＝E2－E1知D错误．答案：BC\n4．(2009·全国卷Ⅰ)氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为λ1＝0.6328μm，λ2＝3.39μm.已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔为ΔE1＝1.96eV的两个能级之间跃迁产生的．用ΔE2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则ΔE2的近似值为()A．10.50eVB．0.98eVC．0.53eVD．0.36eV\n解析：本题考查光子、玻尔原子模型，光子的发射和吸收、波的频率、波长和波速的关系等知识点，意在考查考生通过氢原子的能级结构知识处理氖原子跃迁问题的迁移能力．光子能量与其频率成正比，与波长成反比，根据发射(吸收)光子的能量等于对应的两个能级间隔．所以能级间隔与光子波长成反比，即：ΔE1∶ΔE2＝λ2∶λ1，解之得：ΔE2≈0.36eV，D项正确．答案：D\n5．(2009·四川高考)氢原子能级的示意图如图6所示，大量氢原子从n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，则()图6\nA．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线B．氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时会辐射出紫外线C．在水中传播时，a光较b光的速度小D．氢原子在n＝2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离\n解析：本题综合考查氢原子能级跃迁、电离能、光子频率、折射率和传播速度的关系，意在考查考生的理解能力、推理能力和分析综合能力．γ射线是原子核受激发而产生，故A项错误；从n＝4向n＝3能级跃迁时辐射光子的能量小于从n＝3向n＝2能级跃迁时辐射光子的能量，而紫外线的能量大于可见光，所以B项错误；\n由氢原子能级图知，a光子的能量Ea＝hνa大于b光子的能量Eb＝hνb，故νa>νb，而光子频率越大，在介质中的折射率越大，折射率越大，在同种介质中传播时传播速度越小，C项正确；氢原子在n＝2能级上需要吸收大于ΔE＝3.4eV的光子能量才可以发生电离，故D项错误．答案：C\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全