原子物理复习专题

1、原子物理复习专题知识框架原子结构专题一.原子的核式结构1 .阴极射线实验一一电子的发现(汤姆生的贡献)一一建立“枣糕”式原子模 型。汤姆生发现电子的重大意义：由于电子的发现，人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有结构。2 .粒子散射实验一一原子核式结构(1) 粒子散射现象(三个要点)：实验结果表明，绝大多数a粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数a粒子发生了较大的偏转，并有极少数a粒子的偏转超过 90° ,有的甚至几乎达到 180°而被反弹回来， 这就是a粒子的散射现象。(2)原子核式结构：卢瑟福根据 粒子散射实验结果提出了原子的核式结构学 说。(三点)认

2、为在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核(nucleus),原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外 空间里绕着核旋转。说明：从 粒子散射实验的数据可以估计出原子核的大小约为10 151014 m，原子半彳空大约是10 10m,即原子核半径只相当 于原子半径的万分之一，原子核体积只相当于原子体积万亿分之一。玻尔理论(为解决核式结构与经典电磁理论的矛盾而提出)1 .玻尔理论的三条假设(1)定态假设： 原子只能处于一系列不连续的能量的状态中，在这些状 态中原子是稳定，电子虽然绕原子核做圆周运动，但并不向外辐射能量， 这些状态叫定态。(2)跃迁假设： 电子从一个定态轨道跃迁

3、到另一个定态轨道上时，会辐 射或吸收一定频率的，子，能量由这两种料态的能量差来决定，日口 h em e终(3)轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动 相对应，原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。2 .玻尔氢原子理论(1)氢原子的轨道半径与能nEn2n r14E1n1E10.531 0 10m13.6eV说明：公式中口、E1分别指第一条(离核最近的)可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时原子的能量；r n、En的分别表示第n条可能轨道半径和电子在这条轨道上运动时原子的能量。n 叫做量子数，1=0.53 X10-1°m,曰二-3 3.6e

4、V0n=2, 3, 4时，相应的能量为 E2=-3.4eV、E=-1.51eV、E=-0.85eVE40(2)能级：氢原子在各种定态时的能量值叫做能级，根据以上的计算，可画 出示意的能级图。- ng 54 3 2基态与激发态：原子最低能级所对应的状态叫做基态(n=1),比基态能量高的状态叫激发态(n>1) 0原子从基态向激发态跃迁，电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加，要吸收能量。原子也可以从激发态向基态跃迁，电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少，要辐射出能量，这 一能量以光子的形式放出。明确：原子的能量增加是因为电子增加的电势能大于电子减少的动能；反 之原子的能量减

5、少是因为电子减少的电势能大于电子增加的动能。三、光谱原子光谱：原子发光是由于原子内部的电子受到激发后产生的。由于每 一种元素的原子发出的光都具有自己的特征，因此研究不同物质的发光情况， 即分析物质的光谱，就可以了解物质的化学组成。光谱的分类：按产生方式：发射光谱与吸收光谱；根据产生的情况不同，又可以分为连续光谱与线 状光谱。连续光谱：炽热的固体、液体以及高压气体发光产生的光谱，是由连续分布的一切波长的光组成的，叫做连续光谱。例如白炽灯、熔融的钢水发 出的光。线状光谱：稀薄的气体发光产生的光谱，是由一些不连续的亮线组成，这种光谱叫做线状光谱。也叫做原子光谱。不同元素都有自己特有的线状光谱，不同元

6、素的线状光谱中明线的条数、位置各不相同。每一种元素 只能发出具有本身特征的特定波长的光谱线，也叫 原子的特征谱线。暗线光谱：（吸收光谱）高温物体发出的白光通过温度较低的物质时，某些波长的光波 被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。这个光谱的特点是在连续的光谱背 景上，分布着若干暗线。如太阳光谱是吸收光谱。附：电子云图形象地给出了电子在核周围各处单位体积中出现的几率。【典型例题】1、氢原子的基态能量为Ei,电子轨道半径为r i,电子质量为m,电量大小 为e。氢原子中电子在n=3的定态轨道上运动时的速率为 V3,氢原子从n=3的 定态跃迁到n=1的基态过程中辐射光子的波长为 入，则以下结果正确的是

7、息门一963 = - J 另二A. T"B, 遇C.电子的电势能和动能都要减小D.电子的电势能减小，电子的动能增大分析：电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力作向心力， 有：11由于“六个9 ,且3 = &-反，即兄 9hc8星，因此B正确。电势能减小；由氢原子从n=3跃迁到n=1,电子受到的库仑力做正功,=r 可知电子动能2广，即轨道半径越小，动能越大，所以D正确，C错误。答案：ABD2、有大量的氢原子，吸收某种频率的光子后从基态跃迁到 n=3的激发态， 已知氢原子处于基态时的能量为 Ei,则吸收光子的频率u=;当这些处 于激发态的氢原子向低能态跃迁发光时，可发出

8、条谱线，辐射光子的能量为 0分析：根据玻尔的第二条假设，当原子从基态跃迁到n=3的激发态时，吸收光子的能量珈=&&而另=©4， 人刍*二一空L所以吸收光子的频率二当原子从n=3的激发态向低能态跃迁时，由于是大量的原子，可能的跃迁 有多种，如从n=3到n=1,从n=3到n=2,再从n=2到n=1,因此应该发出三条 谱线，三种光子的能量分别为853百一/、昂一法3、根据玻尔氢原子模型，核外电子在第一和第三可绕轨道运动时（A.半径之比1: 3C.周期之比为1: 9B.速率之比为3: 1D.动能之比为9: 1分析与解：所用知识点,rn9r1五 9(1) 3A 错22,eV1k

9、 2 m(2) r1r1 (库仑力充当向心力) e /2 2 k m() ri(3)riTiViV32 3m3 ke2ViV3314 2mr13ke2选项B正确TiT3i27选项C错误i m、,2Ek- mvi Ei2Eki选项D正确答案为B D=Ek31mv； Ek3(4)24、 （98高考题）处于基态的氢原子在某单色光照射下，只能发现频率为%、%、匕的三种光，且"!、%,则该照射光的光子能量为（）A. h 二 h( . + + -)B. h "一C. hD.解答：单色光照射基态氢原子时，会使处于基态的氢原子吸收光子而跃迁 到激发态，当氢原子由激发态跃迁回基态时，就会发出

10、各种频率的单色光。氢 原子从n=2的激发态跃迁到基态时，只能发出一种频率的单色光，而从 n=3的 激发态跃迁到n=2的激发态，再由n=2的激发态跃迁到基态。故只可能选 C选 项。点击高考题1. （94 上海）提出原子核式结构模型的科学家是（）A.汤姆生 B.玻尔 C.卢瑟福D.查德威克2. （96 上海）根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法正确的是（ ）A.原子中的正电荷均匀分布在整个原子范围内B.原子中的质量均匀分布在整个原子范围内C,原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内D.原子中的正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域范围内3. （97 全国）在卢瑟福的粒子散射实验中，有少数粒

11、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4. （97上海）关于原子结构，卢瑟福根据 实验提出了原子核式结构模型；本世纪初，玻尔结合普朗克量子学说提出的氢原子模型成 功地解释了 原子的光谱。5. （93 全国）用电磁波照射某原子，使它从能量为曰的基态跃迁到能量为E的激发态，则该电磁波的频率等于 。6. （93 上海）氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一个轨道时，可能发生的情况有（）A.放出光子，电子动能减少，原子势能增加B.放出光子，电子动能增加，原子势能减少

12、C.吸收光子，电子动能减少，原子势能增加nEn (eV)4-0.853-1.512 -3.4D.吸收光子，电子动能增加，原子势能减 少7. （95 全国）如图18-1给出氢原子最低的四个能级，氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的 光子的频率最多有 种，其中最小的频率1 -13.6图 18-1等于 Hz.（保留两位有效数字）8. （95 上海）按照玻尔理论，氢原子处在量子数为n 2和n 3的定态时，其相应的原子能量的绝对值之比E2: E3 .9. （96 全国）根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后 （）A.原子的能量增加，电子的动能减小B.原子的能量增加，电子的动能增加C.原子的能量

13、减小，电子的动能减小D.原子的能量减小，电子的动能增加10. （2000 全国春季 5）根据玻尔理论，某原子的电子从能量为 E的轨道跃 迁到能量为E'的轨道，辐射出波长为 的光，以h表示普朗克常量，c表示真 空中的光速，则E'等于（）E hE hE h E h A. cB. cC.D.原子核专题天然放射现象1.两种衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化叫原子核的衰变。(1)M x 发变：Z x(2)M x 发变：Z xM xz 0Z 1 Y 1 e放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，叫半衰期。半衰期是由核本身的因素决定的，与它所处的物理状态或化学状态无关。

14、核反应的规律：质量数守恒；核电荷数守恒。1三种射线(1) 射线：由约为10光速的氮核流，符号：4He,电离本领最 强。本质：亚光速电子流，符号：01e(2) 射线.性质：电离本领较弱，贯穿本领强。本质：光子流(电磁波)，伴射或射线产生(3) 射线 性质：不带电'电离本领最弱'贯穿本领最强°二.核子、核力、核能1 .核子：原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子。144171 (1)卢瑟福发现质子的核反应方程：7 N 2 HeO 81H94121(2)查德威克发现中子的核反应方程：4 Be 2 HeC 60 n(3)原子核组成：由核子组成：核子数 =质子数+中子

15、数/ x核电荷数原子核的符号：用x A表示:y一原子核质量数' y-x核内中子数同位素：具有相同质子数，不同中子数的原子核互称为同位素。2 .核力：除质子之间的库仑斥力之外能把各核子紧紧拉在一起的力(1)核力是很强的力 (2)核力作用范围小，只在2.0 1015m短距离内起作用(3)每个核子只跟它相邻的核子间才有核力的作用3 .核能：(1)结合能：核子结合成原子核时放出一定的能量，原子核分解成 核子时吸收一定的能量，这种能量叫结合能。(2)质量亏损：组成原子核的核子质量与所 组成的原子核质量 之差。 m m m'L2L2(3)忸因斯坦质能方程：E me , E me |(4)核

16、能计算的注意点：应用 E me2时应选用国际单位，E单位：焦耳； m单位为千克；e单位米/秒 1u 931.5MeV , u为原子质量 单位。1u 9.660566 10 27 kg, 1MeV 106eV, 1eV 1.6 10 19 J三.重核裂变与轻核聚变1 .重核的裂变(应用：原子弹、原子核反应堆)(1)重核：质量数很大的原子核235. .190 -136 771(2)忸变方程式：92U0n 38 Sr54 Xe100n|由于中子的增殖使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应。发生链式反应的条件是:裂变物质的体 积大于临界体积。2.轻核聚变(应用：氢弹、可控热核反应、 太阳内部是热核反

17、应)(1)轻核：质量数很小的原子核，如氢核，笊核等。(2)聚变：某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做轻核聚变，同 时放出大量能量。(3) |聚变方程举例：2H 3 H 4He 1n(4)特点：只能发生在超高温(百万度以上)条件下，也称作热核反应。【典型例题】3030234234 、例2.静止的15 P衰变成14s ,静止原子核90 Th衰变为91 Pa,在同一匀强磁场中的轨道如图所示，由此可知()30A.甲图为15 P的衰变轨迹，乙图为Th核衰变轨迹23430 、B.甲图为90 Th的衰变轨迹，乙图为15 P的衰变轨迹C.图中2, 4为新核轨迹，1、3为粒子轨迹D.图中2、4为粒子轨

18、迹，1、3为新核轨迹X X X X X X分析与解：原子核P衰变成Si时，放出正电子，两者均带正电，运动 方向相反，根据左手定则，轨道应是外切圆，如图乙，根据动量守恒，m3V3 m4V4mvBqR qk14R4q313为粒子轨迹也施911同理：R2q11为粒子轨迹核Th变成Pa时，放出负电子，轨道应是内切圆，如图甲可知选项B、C正【点击高考题】1. （95 上海）质子、中子和笊核的质量分别为 m、m2和m。质子和中子结 合成笊核时，发出 射线。已知普朗克包量为h,真空中光速为c,则 射线的 频率 .2. （2000 上海）关于、 三种射线，下列说法中正确的是（）A. 射线是原子核自发放射出的氮

19、核，它的穿透能力最强B. 射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力C. 射线一般伴随着或射线产生，它的穿透能力最强D. 射线是电磁波，它的穿透能力最弱3. （99 上海）天然放射现象的发现揭示了（A.原子不可再分 B.原子的核式结构C.原子核还可再分D.原子核由质子和中子组成4. （93 上海）以下几个原子核反应式中，X代表 粒子的反应式是4 , 1912、，A 2 He 4 BeC 6Xb5.C.234 Th90 Th234 Pa X.全国）下列核反应方程中,D.30 Si X表示核聚变过程的是（A.3030015 P14 Si 1 e B.2h ；H 4 He 0 nC.1

20、41406 CN 71 e d238. .2344 92 U90 Th 2 He6.（97 全国）在下列核反应方程中,X代表质子的方程是（2743 01 4417A 13 Al 2 H eP 15 X B （98 上海）下列核反应方程中正确的是（23 8234294 N 2 H eO A 92 U 90 Th 1 H B 4 Be 2 HeC XC. 21 H10 n X D3 H X 4 He 0nC.23490 Th234 门 °90 Pa 1 e D1351 P1340 Si10 e8.（96 上海）放射性元素23290 Th经过次衰变和208变成了稳定元素82 Pb.2329

21、. （98 全国）天然放射性元素90 Th （杜）经过一系列 衰变和 衰变之208后，变成82 Pb （铅）。下列论断中正确的是（）A.铅核比社核少24个中子 B.衰变过程中共有4次 衰变和8次 衰变C.铅核比社核少8个质子D.衰变过程中共有6次 衰变和4次 衰变10. （99 全国）下列说法正确的是（A.236 0222 088 Ra衰变为86 Rn要经过1次衰变和1次衰变B.238. .234 092 U衰变为91 Pa要经过1次衰变和1次衰变C.232208 m90 Th衰变为82 Pb要经过6次衰变和4次衰变D.238. .222 广,92 U衰变为86 Rn要经过4次衰变和4次衰变1

22、1. （2000 全国）最近几年，原子核科学家在超重元素岛的探测方面取得重大进展。1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发A -253 1现生成的超重元素的核2 X经过6次 衰变后的产物是100 Fm,由此，可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是A. 124、259B. 124、265C. 112、256D. 112、27712. （2000 全国）裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核235.为燃料的反应堆中，当92 U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方 式，其中一种可表示为935u235u10n539Xe94 d。1 38 Sr30 n235.0

23、4391.0087138.917893.9154反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量（以原子质量单位u为单 位）。已知1u的质量对应的能量为9.3 102 MeV ,此裂变反应释放出的能 量是 MeV.12413. （95 全国）放射性同位素11 Na的样品经过6h后还剩下8没有衰变,它的半衰期是（）A. 2hB. 1.5hC. 1.17hD. 0.75h14. （93 全国）若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B,经过20天后，剩下的质量之比mA： mB为（）A. 30 : 31B. 31 : 30C. 1:215. （94 上海）放射性元素钿的半衰期是 5

24、天，10g的钿经过10天后还 剩余 g。234 .16. （97上海）笊核（1 H ）和瓶核（1 H ）聚合成核（2 He）的核反应方程 2341如下：1H1H2He 0n. 设笊核质量为m,瓶核质量为m，氮核质量为m,中子质量为m,则反应过程中释放的能量为（）A （m1 m2 mjc2b（m1 m2 m4）c222C. （m m2 m3 mk）cd.（m3 m4 m m2）c17. （02 上海）图18-4中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a, b, c三束，以下判断正确的是（）图18YA. a为射线、b为射线B. a为射线、b为射线C. b为射线、c为射线D.

25、 b为射线、c为射线基础知识检测题一.选择题：1 .让原来静止的氢核，笊核的混合物通过同一加速电场后，它们将具有A.相同的动量B.相同的动能都不相同C.相同的速度D.2 .氢原子的核外电子由基态跃迁到量子数n 2激发态时，吸收光子的能量是E,若氢原子从量子数n 3的能级跃迁到量子数n 2的能级时，释放光子的能EE量是()A.351EE27D.36B. 4C.3 .有质子、电子和粒子及瓶的正离子，经不同电场加速后射入同一匀强磁场后，速度与磁感强度 B的方向垂直，设它们都能做圆周运动，其中周期最大 的粒子是（）A.电子B.质子C. 粒子D.瓶离子4 .如图所示，在匀强磁场中，一静止的放射性原子核 A发