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专题十六原子物理专题十六原子物理主干知识整合专题十六│主干知识整合一、原子模型与玻尔假设1．卢瑟福的核式结构模型(1)α粒子散射实验：用α粒子轰击金箔，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转．(2)卢瑟福核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部________和几乎全部________都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动．由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10－15m.正电荷质量专题十六│主干知识整合2．玻尔模型(1)玻尔的三条假设(量子化)①轨道量子化(不连续)；②能量量子化；③原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量hν＝Em－En.(2)关于能级跃迁①公式hν＝Em－En只适用于光子和原子作用而使原子在各能级之间跃迁的情况，即原子只吸收能量值等于其某两个能级之差的光子；②若光子作用于原子使原子电离，则只需要入射光子能量大于或等于原子所处定态的电离能即可；专题十六│主干知识整合③对于实物粒子与原子作用而使原子激发的情况(如高速电子流打击任何固体表面产生伦琴射线)，就不受上述第①条的限制，即实物粒子与原子碰撞时，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两能级之差，都有可能使原子受激发而向高能级跃迁或发生电离．二、关于核反应与核能1．天然放射现象(1)两种衰变：①α衰变、②β衰变．(2)三种放射线性质比较专题十六│主干知识整合种类本质质量(u)电荷(e)速度(c)电离能力贯穿能力α射线氦核4＋20.1最强最弱，纸能挡住β射线电子－10.99较强较强，穿透几毫米铝板γ射线光子001最弱最强，穿透几厘米铅板专题十六│主干知识整合(3)半衰期：①计算式Nt＝N0(Nt表示t时刻没有发生衰变的原子核数量，N0表示初始数量)；②半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的________、________状态无关；③半衰期是对大数量原子核而言的，对少量原子核不适用．2．各种核反应(1)核反应类型：①衰变(自发放出射线)、②________、③________、④________.(2)所有核反应遵从的规律：①质量数守恒(质量并不守恒)、②电荷数守恒、③动量守恒．物理化学人工转变重核裂变轻核聚变专题十六│主干知识整合3．核能(1)核反应中放出的能叫核能．(2)核能源于核反应中的质量亏损．(3)质能方程：爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是E＝mc2；质能方程的另一个表达形式是ΔE＝Δmc2.(4)爱因斯坦质能方程揭示了核反应中核能与质量变化的关系，把质量和能量统一了起来．元贝驾考金手指驾驶员考试要点热点探究专题十六│要点热点探究►探究点一关于能级跃迁问题能级跃迁问题是高考在本专题命题的热点，出题几率很大，对此类问题的分析首先要理解氢原子核外电子跃迁规律，然后能把跃迁理论迁移到其他原子跃迁问题上，及时画出能级图是解题的关键．专题十六│要点热点探究例1图4－16－1为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光子照射逸出功为2.49eV的金属钠，下列说法中正确的是()专题十六│要点热点探究A．这群氢原子能辐射出三种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝2所发出的光波长最短B．这群氢原子在辐射光子的过程中电子绕核运动的动能减小，原子的电势能增大C．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11.11eVD．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9.60eV【点拨】本题涉及能级跃迁、光电效应，注意爱因斯坦光电效应方程的准确应用．专题十六│要点热点探究例1D【解析】氢原子从n＝3跃迁到n＝2时辐射的光子能量最小，波长最大，选项A错误；氢原子能量包括核外电子的动能和原子的电势能，氢原子从高能级到低能级，能量减小，电子从远轨道到近轨道，电子动能增大，所以原子的电势能减小，选项B错误；氢原子向低能级跃迁辐射光子能量最大为hν＝E3－E1＝12.09eV，由Ek＝hν－W＝9.60eV，选项C错误、D正确．专题十六│要点热点探究【点评】关于能级跃迁需要熟练掌握的基本技能和规律主要有以下几点：①能画出或读懂氢原子能级图或其他原子能级图；②记住氢原子各能级值(En＝E1＝－13.6eV)并准确计算能级跃迁过程中吸收或释放的能量；③涉及吸收或放出光子种类(或波长、频率)的分析(N＝)；④其他类氢原子结构的跃迁问题以此类推．专题十六│要点热点探究如图4－16－2所示为氢原子的能级图，一群处于某一能量状态的氢原子向低能态跃迁时最多可辐射3种不同频率的光子，则处于该能量状态的氢原子可以吸收下列哪些能量的光子后被电离()A．10.2eVB．0.85eVC．0.66eVD．3.4eV专题十六│要点热点探究例1变式题AD【解析】“最多可辐射3种不同频率的光子”表明原子处于n＝3的能量状态，只要被吸收光子的能量大于或等于1.51eV，即可使氢原子电离，故A、D正确．专题十六│要点热点探究►探究点二核反应与核能问题核反应与核能问题涉及考点较多，属于考点并列型小综合选择题．主要围绕核反应类型、核反应方程、核能等考点命题．专题十六│要点热点探究例22011年3月11日，日本近海发生了9.0级地震，引发海啸与核泄漏危机，大量放射性物质外泄．放射性物质铯(137Cs)和碘(131I)进入大气，该地区水源、空气和生活环境受到放射性污染．下列说法正确的是()A．放射性物质需装入特制的容器，深埋地下或海底B．铀核裂变的一种可能核反应是C．放射性碘(131I)发生的β衰变方程为D.裂变形式有多种，每种裂变产物不同且质量亏损也不同，但释放的能量一定相同专题十六│要点热点探究【点拨】本题考查核反应与核能的分析．例2AC【解析】核反应堆中的废料具有很强的放射性，放射性物质具有一定的穿透能力，采用能够阻止或吸收辐射的物质作为容器并深埋，可以减少或避免放射性物质对环境的污染，选项A正确；核反应满足质量数守恒、电荷数守恒，可知选项B错误、C正确；由爱因斯坦质能方程可知，质量亏损不同则释放的核能也不相同，选项D错误．专题十六│要点热点探究【点评】关于核反应与核能问题需要熟练掌握的基本技能和规律主要有以下几点：①能够判别各种核反应并正确书写其核反应方程；②能根据质量数守恒和电荷数守恒进行质量数和电荷数的计算，以此推断反应前后某个未知元素；③能准确进行核能的计算(方法一：通过爱因斯坦质能方程计算，注意统一成国际单位；方法二：应用1u＝931.5MeV计算；方法三：通过能量转化与守恒定律求解)；④能分析衰变过程涉及动量、能量的综合题．专题十六│要点热点探究[2010·全国卷Ⅰ]原子核经放射性衰变①变为原子核继而经放射性衰变②变为原子核再经放射性衰变③变为原子核放射性衰变①、②和③依次为()A．α衰变、β衰变和β衰变B．β衰变、β衰变和α衰变C．β衰变、α衰变和β衰变D．α衰变、β衰变和α衰变专题十六│要点热点探究例2变式题A【解析】质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变；质子数加1，说明②为β衰变，中子转化成质子；质子数加1，说明③为β衰变，中子转化成质子．专题十六│要点热点探究►探究点三光学与原子物理综合题原子通过能级跃迁吸收或释放光子，可以和几何光学、物理光学建立有机联系，是天然的命题结合点，在此出光学与原子物理相综合的问题几率很大，在备考复习中应加大此类问题的训练力度．专题十六│要点热点探究例3氢原子能级如图4－16－3所示，氢原子发出的a、b两种频率的光用同一装置做双缝干涉实验，分别得到如图4－16－4甲、乙所示干涉图样．若a光是由能级n＝5向n＝2跃迁时发出的，则b光可能是()专题十六│要点热点探究A．从能级n＝3向n＝2跃迁时发出的B．从能级n＝4向n＝2跃迁时发出的C．从能级n＝6向n＝2跃迁时发出的D．从能级n＝6向n＝3跃迁时发出的【点拨】(1)双缝干涉条纹宽度的大小由哪些因素决定？(2)光的波长与光子能量间的关系如何？专题十六│要点热点探究例3C【解析】由图样可知，乙图条纹间距小于甲图条纹间距，由Δx＝可知，a光的波长较长，b光的波长短，原子发生能级跃迁的过程中，hν＝＝En－E2，代入数据可得hν＝2.86eV，甲图中n＝5，乙图中n＞5，且hν2.86eV，故选项C正确．【点评】量子理论是光学与原子物理相联系的理论基础，而各种色光光学参量的比较规律(详见本书第14讲例3后面的点评)则是解决光学与原子物理综合题的冲关秘诀．专题十六│要点热点探究下面的叙述正确的是()A．光电效应和康普顿效应证明光具有粒子性B．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强D．重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外界放出核能专题十六│要点热点探究例3变式题ACD【解析】光具有波粒二象性，光电效应和康普顿效应证明光具有粒子性；β衰变所释放的电子是原子核中的中子转化为质子和电子而形成的；在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最强的是带电最多的α射线；重核的裂变和轻核的聚变过程都向外界放出核能，是因为都有质量亏损造成的.专题十六│教师备用习题教师备用习题1.近段时间，朝鲜的“核危机”引起了全世界的瞩目，其焦点问题就是朝鲜核电站采用的是轻水堆还是重水堆．因为重水堆核电站在发电的同时还可以产生出供研制核专题十六│教师备用习题3．下列关于核电站的说法中不正确的是()A.核反应过程中电荷数守恒B.核反应过程中质量和质量数都发生了亏损C.在核反应堆中利用控制棒吸收中子使中子的数目减少来控制核裂变反应的速度D.核电站的能量转换过程是：通过核反应堆将核能转化为热能，再通过汽轮机将热能转化为机械能，最后通过发电机将机械能转化为电能