（北京专用）2020版高考物理大一轮复习专题十六原子物理与原子核物理课件.pptx

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1、考点清单,考点一 原子物理 考向基础 一、卢瑟福原子核式结构学说 1.粒子散射实验,2.卢瑟福原子核式结构学说 原子由 原子核 和 核外电子 组成,原子核对核外电子的库仑 引力提供电子绕核做圆周运动的向心力。 二、玻尔原子理论 1.氢原子的能级图和光谱其中,巴耳末系的部分谱线处于可见光区。,2.能级 在玻尔模型中,原子的可能状态是不连续的,因此各状态对应的能量也 是不连续的,这些能量值叫做能级。各状态的标号1、2、3、叫做量 子数,通常用n表示。能量最低的状态叫做基态,其他状态叫做激发态,基 态和激发态的能量分别用E1、E2、E3、表示。 3.对跃迁的理解 (1)从低能量状态向高能量状态跃迁

2、吸收能量 原子的跃迁条件是 h=Em-En ,只适用于光子和原子的作用而使原 子在各定态之间跃迁的情况,即下述两种情况则不受此条件限制: a.当光子与原子作用而使原子电离,产生离子和自由电子时,原子电离所,产生的自由电子的动能 等于 入射光子的能量减去电离能。 b.实物粒子和原子作用而使原子激发或电离,是通过实物粒子和原子碰 撞来实现的。只要入射粒子的动能 大于或等于 原子某两个能级 差值,就可以使原子受激发而跃迁到较高的能级;当入射粒子的动能 大于 原子在某能级的电离能时,也可以使原子电离。 (2)从高能量状态向低能量状态跃迁 放出能量 原子处于激发态时是不稳定的,会自发地向基态或其他较低能

3、级跃迁, 由于这种自发跃迁的随机性,一个原子会有多种可能的跃迁。若是一群 原子处于激发态,则各种可能跃迁都会发生,辐射出的光谱线条数为N= = 。,(3)跃迁时能量的变化 从高能态跃迁到低能态时,电子的动能 增大 ,电势能减 小 , 原子总能量 减小 ;反之,电子的动能 减小 ,电势能 增大,原子总能量 增大 。 考向突破 考向一 原子核式结构学说 1.粒子散射实验用金箔作为靶子的原因 (1)金的延展性好,容易做成很薄的箔,实验用的金箔厚度大约是10-7 m; (2)金原子带的正电荷多,与粒子间的库仑力大;(3)金原子质量大约是 粒子质量的50倍,因而惯性大,粒子运动状态容易改变。 2.原子中

4、有电子,但电子质量很小,不及粒子质量的七千分之一,粒子,碰到它,就像飞行的子弹碰到一粒尘埃一样,运动方向不会发生明显改 变。粒子散射现象表明,原子内部非常空旷,带正电的部分体积很小,但 集中了几乎全部质量,当粒子接近原子核时,就会受到很大的库仑斥力, 发生较大角度的偏转,由于原子核体积小,粒子穿过金箔时接近原子核 的机会很小,所以只有少数粒子发生大角度偏转。 3.原子,例1 关于粒子散射实验,粒子的运动轨迹如图所示,在其中一条粒 子的运动轨迹上标出a、b、c三点。原子核对粒子的作用力在哪个点 最大 ( )A.a点 B.b点 C.c点 D.三个点一样大,解析 粒子与金原子核间存在静电斥力,即库仑

5、力,根据库仑定律,该力 与距离的二次方成正比,故在b位置力最大,故选B。,答案 B,考向二 玻尔原子理论,例2 关于玻尔建立的氢原子模型,以下说法正确的是 ( ) A.氢原子处于基态时,电子的轨道半径最大 B.氢原子在不同能量态之间跃迁时,可以吸收任意频率的光子 C.氢原子从基态向较高能量态跃迁时,电子的动能减小 D.氢原子从基态向较高能量态跃迁时,系统的电势能减小,解析 根据电子轨道半径公式rn=n2r1,可以知道,处于基态时,电子的轨 道半径最小,故A错误;根据跃迁时吸收光子的能量差公式E=Em-En,可 以知道,跃迁时吸收特定频率的光子,故B错误;氢原子吸收能量后从低 能级向较高能级跃迁

6、,能级增大,总能量增大,电子绕核旋转的半径增大, 电子的动能减小,电势能增大,所以C选项正确,D错误。,答案 C,考点二 原子核 考向基础 一、天然放射现象 1.衰变和衰变的比较,2.三种射线的本质和特性,二、原子核的组成,三、原子核的人工转变、裂变和聚变,四、核能的释放 1.爱因斯坦质能方程:E=mc2,方程揭示出质量与能量之间的密切关系。 2.核能的释放:E=mc2,说明核反应中释放的能量与质量亏损成 正 比 。,1原子质量单位(1 u)相当于931.5 MeV。,考向突破 考向一 天然放射现象 1.衰变中,粒子和新生原子核在磁场中的轨迹外切,如图甲所示。 2.衰变中,粒子和新生原子核在磁

7、场中的轨迹内切,如图乙所示。,例3 (多选)在匀强磁场中,一个原来静止的原子核发生衰变,得到一个 如图所示的径迹,图中箭头表示衰变后粒子的运转方向。不计放出光子 的能量。则下述说法中正确的是 ( )A.发生的是衰变,b为粒子的径迹 B.发生的是衰变,b为粒子的径迹 C.磁场方向垂直纸面向外,D.磁场方向垂直纸面向里,解析 根据题图中两轨迹圆内切,可知发生的是衰变。又因R= =,粒子和新核动量大小相等,所以半径大的轨迹圆是粒子的径迹,半 径小的轨迹圆是新核的径迹,故选项A正确。由左手定则可知,选项D也 正确。,答案 AD,例4 在垂直纸面的匀强磁场中,有不计重力的甲、乙两个带电粒子,在 纸面内做

8、匀速圆周运动,运动方向和轨迹如图所示。则下列说法中正确 的是 ( )A.甲、乙两粒子所带电荷种类不同 B.若甲、乙两粒子所带电荷量及运动的速率均相等,则甲粒子的质量较 大 C.若甲、乙两粒子的动量大小相等,则甲粒子所带电荷量较大,D.该磁场方向一定是垂直纸面向里,解析 因为两粒子都逆时针旋转,速度方向相同时受洛伦兹力方向相 同,说明二者所带电荷种类相同,A项错。由Bqv=m 得R= ,若q、v相 等,又是同一磁场,质量大的轨迹半径大,B项对;若甲、乙两粒子的动量 大小相等,即mv相等,B也相同,q小的轨迹半径大,由题图知,甲所带电荷 量小,C项错。因为粒子所带电荷的电性未知,所以无法判定磁场方

9、向,D 项错。,答案 B,考向二 核能的释放,核能:核反应中放出的能量称为核能。且核反应中释放的能量与质量亏 损成正比:E=mc2。,例5 太阳的能量来自下面的反应:四个质子(氢核)聚变成一个粒子,同 时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子e,若太阳辐射能量的 总功率为P,质子 H、氦核 He、正电子 e的质量分别为mp、mHe、me,真 空中的光速为c。 (1)写出核反应方程式。 (2)求核反应所释放的能量E。 (3)求在t时间内参与上述热核反应的质子数。,解析 (1)核反应方程式为 H He+ e+2e (2)质量亏损m=4mp-mHe-2me,根据爱因斯坦质能方程得,核反应释放的 能

10、量E=(4mp-mHe-2me)c2 (3)设时间t内参与热核反应的质子数为N 依据能量关系Pt=N 有N= 。,答案 见解析,方法技巧,方法1 应用玻尔理论分析氢原子的能级、轨道及氢原子光谱的方法 玻尔理论的成功之处在于引入了量子化的概念,但因保留了经典的原子 轨道,故有关氢原子的计算仍应用经典物理的理论。对电子绕核运动的 轨道半径、速度、周期、动能、电势能等的计算,是牛顿运动定律、库 仑定律、匀速圆周运动等知识的综合应用。 氢原子各定态的能量值为电子绕核运动的动能Ek和电势能Ep的代数和; 当取无穷远处电势能为零时,各定态的电势能均为负值。 光子和实物粒子均可与氢原子发生相互作用,从而使原

11、子受激发而发生 跃迁。跃迁到激发态的原子极不稳定,会自发地从高能级跃迁到低能级 而辐射光子,形成氢原子光谱。,解题思路 入射光子 选择性吸收 受激发后辐射光谱线条数N= ,其中n为原子在激发态的量子数。,例1 (多选)已知氢原子的能级如图所示,现用光子能量在1012.9 eV的 光去照射一群处于基态的氢原子,则下列说法中正确的是 ( )A.在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种 B.在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种 C.照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种,D.照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种,解析 能量在1012.9 eV的光子,仅符合n=1n=2、n=1n=3、n

12、=1n =4的能级差的三种光子被吸收,A错,B对;照射后处于最高能级的原子的 量子数n=4,故向低能级跃迁能辐射的光谱线条数N= =6,C对,D 错。,答案 BC,方法2 核反应中的能量和动量综合分析法 衰变、衰变过程中系统的动量守恒,若衰变前原子核在匀强磁场中 是静止的,则有m粒v粒=-m新v新。由带电粒子在磁场中运动的轨迹半径及 旋转方向可判断粒子或粒子的半径大、新核的半径小,两圆内切为 衰变,两圆外切为衰变;由两圆半径关系可推知新核及原核的电荷数。 因为原子核内部核子间存在很强的核力作用,所以核反应遵守动量守恒 定律。核反应也遵守能量守恒定律。例如原子核的衰变过程中,伴随着 光子放出,衰

13、变前后系统的动量守恒,质量亏损放出的能量变为光子 的能量或变为新原子核和粒子或粒子的动能,因此,需结合力学知 识、电磁学知识进行有关计算。,例2 自然界真是奇妙,微观世界的运动规律竟然与宏观运动规律存在 相似之处。 根据玻尔的氢原子模型,电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动, 原子中的电子在库仑引力作用下,绕原子核做圆周运动。 已知电子质量为m,电荷量为e,静电力常量为k。氢原子处于基态(n= 1)时电子的轨道半径为r1,电势能为Ep1=- (取无穷远处电势能为零)。 氢原子处于第n个能级的能量为基态能量的 (n=1,2,3,)。求氢原子 从基态跃迁到n=2的激发态时吸收的能量。 一个处于基

14、态且动能为Ek0的氢原子与另一个处于基态且静止的氢原 子进行对心碰撞。若要使其中一个氢原子从基态跃迁到激发态,则Ek0,至少为多少?,解析 电子绕原子核做匀速圆周运动,k =m 故处于基态的氢原子的电子的动能Ek1= m 由题意,处于基态的氢原子的能量E1=Ek1+Ep1 得:E1=- 又因为E2= ,得E=E2-E1= 设氢原子质量为m,初速度为v0,氢原子相互作用后速度分别为v1和v2 由动量守恒定律得:mv0=mv1+mv2 由能量守恒得: m = m + m +E 解得: -v0v1+ =0,若v1有实数解,则 -4 0 即Ek0= m 2E 氢原子能从n=1的基态跃迁到n=2的激发态,需要吸收的能量为 ,故 要使其中一个氢原子从基态跃迁到激发态,Ek0至少为 。,答案 见解析,