高考物理原子物理学案2

原子物理（学案）难点剖析1、关于a粒子散射实验（1）a粒子散射实验的目的、设计及设计思想。①目的：通过a粒子散射的情况获取关于原子结构方面的信息。②设计：在真空的环境中，使放射性元素钋放射出的a粒子轰击金箔，然后透过显微镜观察用荧光屏接收到的a粒子，通过轰击前后a粒子运动情况的对比，来了解金原子的结构情况。③设计思想：与某一个金原子发生作用前后的a粒子运动情况的差异，必然带有该金原子结构特征的烙印。搞清这一设计思想，就不难理解卢瑟福为什么选择了金箔做靶子（利用金的良好的延展性，使每个a粒子在穿过金箔过程中尽可能只与某一个金原子发生作用）和为什么实验要在真空环境中进行（避免气体分子对a粒子的运动产生影响）。（2）a粒子散射现象①绝大多数a粒子几乎不发生偏转；②少数a粒子则发生了较大的偏转；③极少数a粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°有的甚至几乎达到180°）。（3）a粒子散射的简单解释。首先，由于质量的悬殊便可判定，a粒子的偏转不会是因为电子的影响，而只能是因为原子中除电子外的带正电的物质的作用而引起的；其次，原子中除电子外的带正电的物质不应是均匀分布的（否则对所有的a粒子来说散射情况应该是一样的），而“绝大多数”“少数”和“极少数”a粒子的行为的差异，充分地说明这部分带正电的物质只能高度地集中在在一个很小的区域内；再次，从这三部分行为不同的a粒子数量的差别的统计，不难理解卢瑟福为什么能估算出这个区域的直径约为10-14m。2、原子的核式结构（1）核式结构的具体内容①原子的中心有一个很小的核；②原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在核内；③带负电的电子在核外空间绕核旋转。（2）核式结构的实验基础核式结构的提出，是建立在a粒子散射实验的基础之上的。或者说：卢瑟福为了解释a粒子散射实验的现象，不得不对原子的结构问题得出核式结构的理论。3、玻尔的原子理论——三条假设（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，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。原子结构：汤姆生模型卢瑟福模型波尔模型α粒子散射实验氢原子光谱原子的稳定性原子和原子核原子核天然放射性β衰变α衰变γ衰变人工转变质子的发现中子的发现原子核的组成，放射性同位素核能质能方程式重核裂变轻核聚变。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hv=E2-E1。跃迁假设对发光（吸光）从微观（原子等级）上给出了解释。（3）“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，必须满足)3,2,1(2nnhmvr。轨道量子化假设把量子观念引入原子理论，这是玻尔的原子理论之所以成功的根本原因。4、氢原子能级及氢光谱（1）氢原子能级①能级公式：)6.13(1112eVEEnEn；②半径公式：)53.0(112Arrnrn。（2）氢光谱在氢光谱中，n=2,3,4,5,……向n=1跃迁发光形成赖曼线系；n=3,4,5,6向n=2跃进迁发光形成马尔末线系；n=4,5,6,7……向n=3跃迁发光形成帕邢线系；n=5,6,7,8……向n=4跃迁发光形成布喇开线系，其中只有马尔末线生活费的前4条谱线落在可见光区域内。当原子吸收光子从较低能级跃迁至较高能级时，原子总能量增加，动能减少，电势能增加，半径增加。EK1+Ep1+hr=EK2+Ep2当原子辐射光子从较高能级跃迁至较低能级时，原子总能量减少，动能增加，电势能减少，半径减少。EK1+Ep1-hr=EK2+Ep2跃迁时吸收或辐射光子的种类：21nnN跃迁时吸收或辐射光子的能量：chhEEEmn当nm时，辐射光子。当nm时，吸收光子。5、天然放射现象（10天然放射现象中三种身线及其物质微粒的有关特性的比较。射线a射线射线射线物质微粒氦核He42电子e01光子带电情况带正电（2e）带负电（-e）不带电速度约为c101接近cc贯穿本领小（空气中飞行几厘米）中（穿透几毫米铝板）大（穿透几厘米铅板）电离作用强次弱（2）天然衰变中核的变化规律在核的天然衰变中，核变化的最基本的规律是质量数守恒和电荷数守恒。①a衰变：随着a衰变，新核在元素周期表中位置向后移2位，即HeYXMZMZ4242HeThU422349023892②衰变：随着衰变，新核在元素周期表中位置向前移1位，即eYX01M1ZMZ。ePaTh012349123490③衰变：随着衰充数，变化的不是核的种类，而是核的能量状态。但一般情况下，衰变总是伴随a衰变或衰变进行的。6、关于半衰期的几个问题（1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间。（2）意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度。（3）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。（4）理解：搞清了对半衰期的如下错误．．认识，也就正确地理解了半衰期的真正含义。第一种错误认识是：N0（大量）个放射性元素的核，经过一个半衰期T，衰变了一半，再经过一个半衰期T，全部衰变完。第二种错误认识是：若有4个放射性元素的核，经过一个半衰期T，将衰变2个。事实上，N0（大量）个某种放射性元素的核，经过时间t后剩下的这种核的个数为Tt021NN而对于少量的核（如4个），是无法确定其衰变所需要的时间的。这实质上就是“半衰期反映了核衰变过程的统计快慢程度”的含义。7、原子核的人工转变和原子核的组成用高速运动的粒子去轰击原子核，是揭开原子核内部奥秘的要本方法。轰击结果产生了另一种新核，其核反应方程的一般形式为,''yYxXAZAZ其中XAZ是靶核的符号，x为入射粒子的符号，YAZ''是新生核的符号，y是放射出的粒子的符号。1919年卢瑟福首先做了用a粒子轰击氮原子核的实验。在了解卢瑟福的实验装置、进行情况和得到的实验结果后，应该记住反应方程式HOHeN11178142147，这是人类第一次发现质子的核反应方程。另外，对1930年查德威克发现中子的实验装置、过程和结果也应有个基本的了解。值得指出的是，查德威克在对不可见粒子的判断中，运用了能量和动量守恒定律，科学地分析了实验结果，排除了射线的可能性，确定了是一种粒子——中子，发现中子的核反应方程nCHeBe101264294，这同样是应该记住的。居里夫妇发现正电子：eSipnpHeAl01301430151030154227138、核能对这部分内容，应该注意以下几点：（1）已经确定核力的主要特性有：（1）是一种很强的力（相比于其他的力），（2）是一种短程力。（2）一定的质量m总是跟一定的能量mc2对应。核子在结合成原子核时的总质量减少了，相应的总能量也要减少，根据能量守恒定律，减少的这部分能量不会凭空消失，它要在核子结合过程中释放出去。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的这部分能量也不会凭空产生，要由外部来供给。能量总是守恒的，在原子核反应伴随有巨大的放能和吸能现象。（3）核反应中释放或吸收的能量，可以根据反应物和生成物间的质量差用质能关系方程来计算。Mev5.931kg1066.1u1mcE272等效于（4）核反应中能量的吸、放，跟核力的作用有关。当核子结合成原子核时，核力要做功，所以放出能量。把原子核分裂成核子时，要克服核力做功，所以要由外界提供能量。nHeHHn3KrBanUn10SrXenU10423121109236141561023592109038136541023592典型例题例1、在卢瑟福的a粒子散射实验中，有极少数a粒子发生大角度偏转，其原因是（）A、原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上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D、原子只能处于一系列不连续的能量状态中例2、对于基态氢原子，下列说法正确的是（）A、它能吸收10.2eV的光子B、它能吸收11eV的光子C、它能吸收14eV的光子D、它能吸收具有11eV动能的电子的部分动能例3、设氢原子的基态能量为E1。某激发态的能量为E，则当氢原子从这一激发态跃迁到基态时，所________________-（填“辐射”或“吸收”）的光子在真空中的波长为________。例4：如图25-1所示，R为放射源，虚线范围内有垂直于纸面的磁场B，LL’为厚纸板，MN为荧光屏，今在屏上P点处发现亮斑，则到达P点处的放射性物质微粒和虚线范围内B的方向分别为（）A、a粒子，B垂直于纸面向外B、a粒子，B垂直于纸面向内C、粒子，B垂直于纸面向外D、粒子，B垂直于纸面向内图25-1例5、两种放射性元素的原子Aac和Bbd，其半衰期分别为T和T21。若经过2T后两种元素的核的质量相等，则开始时两种核的个数之比为________________；若经过2T后两种核的个数相等，则开始时两种核的质量之比为_________________。例6、静止的氮核N147被速度是v0的中子n10击中生成甲、乙两核。已知甲、乙两核的速度方向同碰撞前中子的速度方向一致，甲、乙两核动量之比为1：1，动能之比为1：4，它们沿垂直磁场方向进入匀强磁场做圆周运动，其半径之比为1：6。问：甲、乙各是什么核？速度各是多大？写出该反应方程。RLL’MNOP..高三原子物理单元测试题1、历史上，为了说明光的性质，牛顿提出了光的微粒说，惠更斯提出了光的波动说，如今人们对光的性质有了更进一步的认识．下面四幅示意图中所表示的实验中能说明光的性质的是2、下列叙述中符合物理学史实的有A．麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，并通过实验证实了电磁波的存在B．托马斯·杨通过对光的干涉现象的研究，证实了光具有波动性C．玻尔通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构学说D．贝克勒尔发现了天然放射现象，并提出原子核是由质子和中子组成的3、在原子物理学中，下面一些说法正确的是A．汤姆逊发现了电子，使人们想到了原子核具有复杂结构B．当氢原子的核外电子由距核较近的轨道跃迁至较远的轨道时，原子要吸收光子，电子的动能减小，电势能增加C．重核裂变过程中有质量亏损，轻核聚变过程中质量有所增加D．在电磁波中红外线比紫外线的波动性更显著4、下列说法中正确的是A．一群氢原子从n=3的激发态向较低能级跃迁，最多可放出二种频率的光子B．由于每种原子都有自己的特征谱线，故可以根据原子光谱来鉴别物质C．实际上，原子中的电子没有确定的轨道，但在空间各处出现的概率具有一定的规律D、α粒子散射实验揭示了原子的可能能量状态是不连续的5、氢原子从n=4的激发态直接跃迁到n=2激发态时，发蓝色光，则氢原子从n=5激发态直接跃迁到n=2的激发态时，可能发出的是：A、红外线B、紫光C、红光D、γ射线6、卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是A．解释α粒子散射现象B．用α粒子散射的实验数据估算原子核的大小C．结合经典电磁理论，解释原子的稳定性D．结合经典电磁理论，解释氢原子光谱7、一列现象中，与原子核内部变化有关是A．α粒子散射B．光电效应C．天然放射现象D．原子发光现象8、关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有A．它彻底否定了经典的电磁理论B．它发展了卢瑟福的核式结构学说C．它完全抛弃了经典的电磁理论D．它引入了普朗克的量子观念9、原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子．例如在某种条件下，铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为2nnAE，式中n=l，2，3，…表示不同能级，A是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是A．A16