高三物理原子物理复习教案

1、第十四章原子物理一、原子模型1 .汤姆生模型（枣糕模型）汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂结构。2 .卢瑟福的核式结构模型（行星式模型）a粒子散射实验是用a粒子轰击金箔，结果是绝大多数a粒子穿过金箔后基本上仍沿原来 的方向前进，但是有少数a粒子发生了较大的偏转。这说明原子的正电荷和质量一定集中在一 个很小的核上。卢瑟福由a粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，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运动。由a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1U15m。3 .玻尔模型（引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n叫量子数。

2、）以E0eV玻尔的三条彳贸设 （量子化）40.85轨道量子化 rn=n2rir1二0.53x 10-10m3 -1.51一一一八LE2能量量子化：E 旦E1=-13.6eV2_p34E3n - 22 -3.4原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量h V =Em-Ei-13.6氢原子的能级图从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能 是由于碰撞（用加热的方法，使分子热运动加剧，分子间的相互碰撞可以传递能量）。原子从低 能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等 于电离能的任何频率的光子。（如在基态，可以吸收E13.6e

3、V的任何光子，所吸收的能量除 用于电离外，都转化为电离出去的电子的动能）。玻尔理论的局限性。由于引进了量子理论（轨道量子化和能量量子化），玻尔理论成功地 解释了氢光谱的规律。但由于它保留了过多的经典物理理论（牛顿第二定律、向心力、库仑力 等），所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。例1.用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子。停止照射后，发现该容器内的氢能 够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为V1、V2、V3,由此可知，开始用来 照射容器的单色光的光子能量可以表示为：hv1；hv3；h（v1+v2）；h（v1+v 2+ V 3）以 上表示式中A.只有正确B.只有

4、正确C.只有正确D.只有正确解：该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，说明这时氢原子处于3IJ 1第三能级。根据玻尔理论应该有h V 3=E3- E1 , h V 1=E3- E2, h V 2=E2- E1 ,2 v 3 1-2 可见h V 3= h V 1+ h V 2= h（v1+v2）,所以照射光子能量可以表小为或1 ,答案选Co4 .光谱和光谱分析炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱。稀薄气体发光形成线状谱（又叫明线光谱、原子光谱）。根据玻尔理论，不同原子的结构不同，能级不同，可能辐射的光子就有不同的波长。所以 每种原子都有自己特定的线状谱，因此这些谱线也叫元素的特征谱

5、线。根据光谱鉴别物质和确定它的化学组成，这种方法叫做光谱分析。这种方法的优点是非常 灵敏而且迅速。只要某种元素在物质中的含量达到10-10g,就可以从光谱中发现它的特征谱线。 二、天然放射现象1 .天然放射现象XXXXXXXXX天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构2.各种放射线的性质比较种类本质MM (u)电荷巧（c）电离性贯穿性a射线氮核4+270.1最强最弱，纸能挡住B射线电子1/1840-10.99较强较强，穿几mm铝板丫射线001最强，穿几cm铅版三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较:如、图所小，在匀强磁场和匀强电场中都是B比a的偏转大，丫不偏转；

6、区别是：在 磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。图中丫肯定打在。点；如果a也打在 。点，则B必打在O点下方；如果B也打在。点，则a必打在。点下方。例2.如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小 孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有IA.打在图中a、b、C三点的依次是a射线、丫射线和B射线AaB. a射线和B射线的轨迹是抛物线国bC. a射线和B射线的轨迹是圆弧J CD.如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下 b 解：由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中a粒子受的洛伦兹力向上，B粒子受的

7、洛 伦兹力向下，轨迹都是圆弧。由于a粒子速度约是光速的1/10,而B粒子速度接近光速，所以 在同样的混合场中不可能都做直线运动（如果一个打在b,则另一个必然打在b点下方。）本题 选AC。放射源回m普O 探测接收器N ?例3.如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。假 如放射源能放射出a、B、丫三种射线，而根据设计，该生 产线压制的是3mm厚的铝板，那么是三种射线中的 _射 线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收到 的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将 M、N两个轧辗间的距离调 一些。 解：a射线不能穿过3mm厚的铝板，丫射线又很容易穿过3mm厚的铝板，基本不受铝

8、板厚度 的影响。而B射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的 B射线的 强度发生较明显变化。即是B射线对控制厚度起主要作用。若超过标准值，说明铝板太薄了， 应该将两个轧辗间的距离调节得大些。三、核反应1 .核反应类型2 2 3 2 32 3 2 32382344114发变：a 发变：2；Ut 230Th+4He （核内 2；H+20nT 4He）B 衰变：/ThT23：Pa+：e （核内 0nT；H + ：e）+ B 衰变:；5PT；4Si+0e （核内；HT0n+0e）丫衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。人工转变：14N+2HeT18O+；H （发现质子

9、的核反应）：Be+4HeT16c+0n （发现中子的核反应）27430130300 一13Al+?HeT i5P+0n 15P-J 14Si+1e （人工制造放射性同位素）重核的裂变：235 U+0nT156Ba+36Kr+30 n在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。轻核的聚变：2H+；HT2He+0n （需要几百万度高温，所以又叫热核反应）所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）2 .半衰期放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。（对大量原子核的统计规律）计 ttt算式为：Nt =N0.i?：N表示核的个

10、数，此式也可以演变成mt=mo口?或nt=no口T，式中m 222表示放射性物质的质量，n表示单位时间内放出的射线粒子数。以上各式左边的量都表示时间 t后的剩余量。半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。3 .放射性同位素的应用利用其射线：a射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。丫射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性月中瘤。各种射线均可使 DNA发生突变， 可用于生物工程，基因工程。作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分 子结构及其功能。进行考古研究。利用放射性同位素碳14,判定出土木质文物的产生年代。

11、一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种元素都有人工制造的放射性同位。 半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强度容易控制）。例4.近年来科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展。科学家们在观察某两个重离子结合 成超重元素的反应时，发现所生成的超重元素的核Ax经过6次a衰变后成为250 Fm,由此可以 判定该超重元素的原子序数和质量数依次是A.124, 259B.124, 265C.112, 265D.112, 277解：每次a衰变质量数减少4,电荷数减少2,因此该超重元素的质量数应是277,电荷数应是 112,选 D。例5.完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，

12、哪个是发现中子的核反 应方程。(1) 14N+0n(3) 10B+0n；Be+4He+on14417 . 7N+2 He - 8 O+(5) 26 Fe+2 H - 57Co+解：根据质量数守恒和电荷数守恒，可以判定：；H,；H,发现质子的核反应方程(3) 3 Li , 12C,发现中子的核反应方程 0n例6. 一块含铀的矿石质量为M,其中铀元素的质量为m。铀发生一系列衰变，最终生成物为 铅。已知铀的半衰期为T,那么下列说法中正确的有A.经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了B.经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有m/4发生了衰变C.经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8D.经

13、过一个半衰期后该矿石的质量剩下 M/2解：经过两个半衰期后矿石中剩余的铀应该还有 m/4,经过三个半衰期后还剩m/8。因为衰变产 物大部分仍然留在该矿石中，所以矿石质量没有太大的改变。本题选 Co例7.关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到消除有害静电的目的B.利用丫射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视C.用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种D.用丫射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害 解：利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电

14、泄出。 丫射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视。作物种子发生的 DNA突变不一定都是 有益的，还要经过筛选才能培育出优秀品种。用丫射线治疗月中瘤对人体肯定有副作用，因此要 科学地严格控制剂量。本题选Do例8. K-介子衰变的方程为 K J兀一+兀0，其中K-介子和冗-介子带负的基个 X X X 元电荷，冗0介子不带电。一个K-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场 X-X -X 中，其轨迹为圆弧AP,衰变后产生的冗-介子的轨迹为圆弧PB,两轨迹在 x xx P点相切，它们的半径RK-与Rl之比为2：1。冗0介子的轨迹未画出。由:此可知冗-介子的动量大小与九0介子的动量大小之比为X X X

15、XA.1 ： 1B.1 ： 2C.1 ： 3D.1 ： 6解：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式r=mUqB, K-介子和/介子电荷量又相 同，说明它们的动量大小之比是2： 1,方向相反。由动量守恒得九0介子的动量大小是一介子 的三倍，方向与一介子的速度方向相反。选Co四、核能1 .核能核反应中放出的能叫核能。2 .质量亏损核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象 叫做质量亏损。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,这就是爱因斯坦的质能方程。质能方程的另一个表达形式是：A E= A

16、 mc20以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示1原子质量单位的质量跟931.5MeV的能 量相对应。在有关核能的计算中，一定要根据已知和题解的要求明确所使用的单位制。4 .释放核能的途径凡是释放核能的核反应都有质量亏损。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏 损是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均放的 能多。铁原子核中核子的平均质量最小，所以铁原子核最稳定。凡是由平均质量大的核，生成 平均质量小的核的核反应都是释放核能的。例9. 一个氢原子的质量为1.6736X 1O27kg, 一个锂原子的

17、质量为11.6505X 10-27kg, 一个氮原 子的质量为6.6467X 1U27kg。一个锂核受到一个质子轰击变为2个a粒子，写出核反应方程， 并计算该反应释放的核能是多少？1mg锂原子发生这样的反应共释放多少核能？解：；H+3Li - 22He反应前一个氢原子和一个锂原子共有8个核外电子，反应后两个氢原 子也是共有8个核外电子，因此只要将一个氢原子和一个锂原子的总质量减去两个氮原子的质 量，得到的恰好是反应前后核的质量亏损，电子质量自然消掉。由质能方程 AE= Amc2得释放 核能 AE=2.76X 1012J1mg锂原子含锂原子个数为10-6+ 11.6505X 1。27,每个锂原子

18、对应的释放能量是2.76X 10-12J, 所以共释放2.37X 108J核能。例10.静止的氢核226 Rn放出a粒子后变成针核28；Po, a粒子动能为Eo若衰变放出的能量全 部变为反冲核和a粒子的动能，真空中的光速为C,则该反应中的质量亏损为A.工旦B. 0C.222 邑D.空 Ea222218 c218 c222 cP21s 、 ,、 x解：由于动量守恒，反冲核和a粒子的动量大小相等，由Ek = R ，它们的动能之比2m m,一一 222._ 222 E为4 ： 218,因此衰变释放的总能量是 坦 %,由质能方程得质量亏损是 七 鸟。218218 c例11.静止在匀强磁场中的一个10B

19、核俘获了一个速度为向v =7.3 104m/s的中子而发生核反 应，生成a粒子与一个新核。测得a粒子的速度为2X104 m/s,方向与反应前中子运动的方向 相同，且与磁感线方向垂直。求：写出核反应方程。画出核反应生成的两个粒子的运动轨 迹及旋转方向的示意图（磁感线方向垂直于纸面向外）。求a粒子与新核轨道半径之比。求 a粒子与新核旋转周期之比。解：由质量数守恒和电荷数守恒得：15B+ 1n- 2He+3 Li由于a粒子和反冲核都带正电，由左手定则知，它们旋转方向都是顺时针方 向，示意图如右。由动量守恒可以求出反冲核的速度大小是103m/s方向和a粒子的速度方向相反，由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆

20、周运动的半径公式r =mv可求得它们的半径之比是120： 7qB由带电粒子伯强磁场用做匀速圆周运动的制公式丁=驾可求得它们的周期之比是6 ：7 qB5 .核反应堆目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的。核反应堆的主要组成是：核燃料。用浓缩铀（能吸收慢中子的铀235占3%4%）。减速剂。用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速，以便被铀 235吸收）。控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保 证安全）。水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。（以下新教材适用）4 .氢原子中的电子云对于宏观质点，只要知道它在某一时刻的位置和速度以及受力情况，就可以应用牛顿定律确定该质点运动的轨道，算出它在以后任意时刻的位置和速度。对电子等微观粒子，牛顿定律已不再适用，因此不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置。玻尔理论中说的“电子轨道”实际上也是没有意义的。更加彻底的量子理论认为，我们只能知道电子在原子核附近各点出现