2020屆高考物理知識點總結復習 原子和原子核 魯科版

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1、原子和原子核 一、原子結構： 1、電子的發(fā)現(xiàn)和湯姆生的原子模型： （1）電子的發(fā)現(xiàn)： 1897年英國物理學家湯姆生，對陰極射線進行了一系列的研究，從而發(fā)現(xiàn)了電子。 電子的發(fā)現(xiàn)表明：原子存在精細結構，從而打破了原子不可再分的觀念。 （2）湯姆生的原子模型： 1903年湯姆生設想原子是一個帶電小球，它的正電荷均勻分布在整個球體內(nèi)，而帶負電的電子鑲嵌在正電荷中。 2、粒子散射實驗和原子核結構模型 （1）粒子散射實驗：1909年，盧瑟福及助手蓋革手嗎斯頓完成 ①裝置： ② 現(xiàn)象： a. 絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，仍沿原來方向運動，不發(fā)生偏轉。 b. 有少數(shù)粒子發(fā)生較大

2、角度的偏轉 c. 有極少數(shù)粒子的偏轉角超過了90度，有的幾乎達到180度，即被反向彈回。 （2）原子的核式結構模型： 由于粒子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的七千多倍，所以電子不會使粒子運動方向發(fā)生明顯的改變，只有原子中的正電荷才有可能對粒子的運動產(chǎn)生明顯的影響。如果正電荷在原子中的分布，像湯姆生模型那模均勻分布，穿過金箔的粒了所受正電荷的作用力在各方向平衡，粒了運動將不發(fā)生明顯改變。散射實驗現(xiàn)象證明，原子中正電荷不是均勻分布在原子中的。 1911年，盧瑟福通過對粒子散射實驗的分析計算提出原子核式結構模型：在原子中心存在一個很小的核，稱為原子核，原子核集中了原子所有正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，帶負電荷

3、的電子在核外空間繞核旋轉。 原子核半徑小于10-14m，原子軌道半徑約10-10m。 3、玻爾的原子模型 （1）原子核式結構模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾（兩方面） a. 電子繞核作圓周運動是加速運動，按照經(jīng)典理論，加速運動的電荷，要不斷地向周圍發(fā)射電磁波，電子的能量就要不斷減少，最后電子要落到原子核上，這與原子通常是穩(wěn)定的事實相矛盾。 b. 電子繞核旋轉時輻射電磁波的頻率應等于電子繞核旋轉的頻率，隨著旋轉軌道的連續(xù)變小，電子輻射的電磁波的頻率也應是連續(xù)變化，因此按照這種推理原子光譜應是連續(xù)光譜，這種原子光譜是線狀光譜事實相矛盾。 （2）玻爾理論 上述兩個矛盾說明，經(jīng)典電磁理論已不適用

4、原子系統(tǒng)，玻爾從光譜學成就得到啟發(fā)，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三個假設： ①定態(tài)假設：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然做加速運動，但并不向外在輻射能量，這些狀態(tài)叫定態(tài)。 ②躍遷假設：原子從一個定態(tài)（設能量為E2）躍遷到另一定態(tài)（設能量為E1）時，它輻射成吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即 hv=E2-E1 ③軌道量子化假設，原子的不同能量狀態(tài)，跟電子不同的運行軌道相對應。原子的能量不連續(xù)因而電子可能軌道的分布也是不連續(xù)的。即軌道半徑跟電子動量mv的乘積等于h/2的整數(shù)倍，即：軌道半徑跟電了動量mv的乘積等于h/的整數(shù)

5、倍，即 n為正整數(shù)，稱量數(shù)數(shù) （3）玻爾的氫子模型： ①氫原子的能級公式和軌道半徑公式：玻爾在三條假設基礎上，利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學，計算出氫原子核外電子的各條可能軌道的半徑，以及電子在各條軌道上運行時原子的能量，（包括電子的動能和原子的熱能。） 氫原子中電子在第幾條可能軌道上運動時，氫原子的能量En，和電子軌道半徑rn分別為： 其中E1、r1為離核最近的第一條軌道（即n=1）的氫原子能量和軌道半徑。即：E1=－13.6ev, r1=0.53×10-10m(以電子距原子核無窮遠時電勢能為零計算) ②氫原子的能級圖：氫原子的各個定態(tài)的能量值，叫氫原子的能級。按能量的大小用圖開像的

6、表示出來即能級圖。 其中n=1的定態(tài)稱為基態(tài)。n=2以上的定態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)。 二、原子核 1、天然放射現(xiàn)象 （1）天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)：1896年法國物理學，貝克勒耳發(fā)現(xiàn)鈾或鈾礦石能放射出某種人眼看不見的射線。這種射線可穿透黑紙而使照相底片感光。 放射性：物質(zhì)能發(fā)射出上述射線的性質(zhì)稱放射性 放射性元素：具有放射性的元素稱放射性元素 天然放射現(xiàn)象：某種元素白發(fā)地放射射線的現(xiàn)象，叫天然放射現(xiàn)象 天然放射現(xiàn)象：表明原子核存在精細結構，是可以再分的 （2）放射線的成份和性質(zhì)：用電場和磁場來研究放射性元素射出的射線，在電場中軌跡，如圖（1）： 性

7、 質(zhì) 成 份 組 成 電離作用 貫穿能力 射 線 氦核組成的粒子流 很 強 很 弱 射 線 高速電子流 較 強 較 強 射 線 高頻光子 很 弱 很 強 2、原子核的衰變： （1）衰變：原子核由于放出某種粒子而轉變成新核的變化稱為衰變在原子核的衰變過程中，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒 類 型 衰變方程 規(guī) 律 衰 變 新核 衰 變 新核 射線是伴隨衰變放射出來的高頻光子流 在衰變中新核質(zhì)子數(shù)

8、多一個，而質(zhì)量數(shù)不變是由于反映中有一個中子變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子，即： （2）半衰期：放射性元素的原子核的半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間，稱該元素的半衰期。 一放射性元素，測得質(zhì)量為m,半衰期為T，經(jīng)時間t后，剩余未衰變的放射性元素的質(zhì)量為m 3、原子核的人工轉變：原子核的人工轉變是指用人工的方法（例如用高速粒子轟擊原子核）使原子核發(fā)生轉變。 （1）質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：1919年，盧瑟福用粒子轟擊氦原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。 （2）中子的發(fā)現(xiàn)：1932年，查德威克用粒子轟擊鈹核，發(fā)現(xiàn)中子。 4、原子核的組成和放射性同位素 （1）原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子

9、在原子核中： 質(zhì)子數(shù)等于電荷數(shù) 核子數(shù)等于質(zhì)量數(shù) 中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減電荷數(shù) （2）放射性同位素：具有相同的質(zhì)子和不同中子數(shù)的原子互稱同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。 正電子的發(fā)現(xiàn)：用粒子轟擊鋁時，發(fā)生核反應。 發(fā)生+衰變，放出正電子 三、核能： 1、核能：核子結合成的子核或將原子核分解為核子時，都要放出或吸收能量，稱為核能。 例如： 2、質(zhì)能方程：愛因斯坦提出物體的質(zhì)量和能量的關系： ——質(zhì)能方程 3、核能的計算：在核反應中，及應后的總質(zhì)量，少于反應前的總質(zhì)量即出現(xiàn)質(zhì)量虧損，這樣的反就是放能反應，若反應后的總質(zhì)量大于反應前的總質(zhì)量

10、，這樣的反應是吸能反應。 吸收或放出的能量，與質(zhì)量變化的關系為： 例：計算 為了計算方便以后在計算核能時我們用以下兩種方法 方法一：若已知條件中以千克作單位給出，用以下公式計算 公式中單位： 方法二：若已知條件中以作單位給出，用以下公式計算 公式中單位：； 4、釋放核能的途徑——裂變和聚變 （1）裂變反應： ①裂變：重核在一定條件下轉變成兩個中等質(zhì)量的核的反應，叫做原子核的裂變反應。 例如： ②鏈式反應：在裂變反應用產(chǎn)生的中子，再被其他鈾核浮獲使反應繼續(xù)下去。 鏈式反應的條件： ③裂變時平均每個核子放能約1Mev能量 1kg全部裂變放出的能量相當于2

11、500噸優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒放出能量 （2）聚變反應： ①聚變反應：輕的原子核聚合成較重的原子核的反應，稱為聚變反應。 例如： ②平均每個核子放出3Mev的能量 ③聚變反應的條件；幾百萬攝氏度的高溫 例1 [2020·全國卷T18] 已知氫原子的基態(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量En＝，其中n＝2,3，….用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長為(　　) A．－ B．－ C．－ D．－ 【解析】 C　從第一激發(fā)態(tài)到電離狀態(tài)吸收的能量ΔE＝0－＝－，根據(jù)ΔE＝hν＝h，所以λ＝－，因此答案為C. 例2 [2020·重慶卷T16] 核電站核

12、泄漏的污染物中含有碘131和銫137.碘131的半衰期約為8天，會釋放β射線；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時會輻射γ射線．下列說法正確的是(　　) A．碘131釋放的β射線由氦核組成 B．銫137衰變時輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量 C．與銫137相比，碘131衰變更慢 D．銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù) D　【解析】 β射線實際是電子流，A錯誤；γ射線是高頻電磁波，其光子能量大于可見光的能量，B錯誤；半衰期是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，碘131的半衰期為8天，銫137半衰期為30年，碘131衰變更快，C錯誤；同位素是具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的元素，故銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù)，D正確．