2020屆高考物理知識點(diǎn)總結(jié)復(fù)習(xí) 原子和原子核 魯科版

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1、原子和原子核 一、原子結(jié)構(gòu)： 1、電子的發(fā)現(xiàn)和湯姆生的原子模型： （1）電子的發(fā)現(xiàn)： 1897年英國物理學(xué)家湯姆生，對陰極射線進(jìn)行了一系列的研究，從而發(fā)現(xiàn)了電子。 電子的發(fā)現(xiàn)表明：原子存在精細(xì)結(jié)構(gòu)，從而打破了原子不可再分的觀念。 （2）湯姆生的原子模型： 1903年湯姆生設(shè)想原子是一個帶電小球，它的正電荷均勻分布在整個球體內(nèi)，而帶負(fù)電的電子鑲嵌在正電荷中。 2、粒子散射實(shí)驗和原子核結(jié)構(gòu)模型 （1）粒子散射實(shí)驗：1909年，盧瑟福及助手蓋革手嗎斯頓完成 ①裝置： ② 現(xiàn)象： a. 絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，仍沿原來方向運(yùn)動，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 b. 有少數(shù)粒子發(fā)生較大

2、角度的偏轉(zhuǎn) c. 有極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角超過了90度，有的幾乎達(dá)到180度，即被反向彈回。 （2）原子的核式結(jié)構(gòu)模型： 由于粒子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的七千多倍，所以電子不會使粒子運(yùn)動方向發(fā)生明顯的改變，只有原子中的正電荷才有可能對粒子的運(yùn)動產(chǎn)生明顯的影響。如果正電荷在原子中的分布，像湯姆生模型那模均勻分布，穿過金箔的粒了所受正電荷的作用力在各方向平衡，粒了運(yùn)動將不發(fā)生明顯改變。散射實(shí)驗現(xiàn)象證明，原子中正電荷不是均勻分布在原子中的。 1911年，盧瑟福通過對粒子散射實(shí)驗的分析計算提出原子核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心存在一個很小的核，稱為原子核，原子核集中了原子所有正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，帶負(fù)電荷

3、的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。 原子核半徑小于10-14m，原子軌道半徑約10-10m。 3、玻爾的原子模型 （1）原子核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾（兩方面） a. 電子繞核作圓周運(yùn)動是加速運(yùn)動，按照經(jīng)典理論，加速運(yùn)動的電荷，要不斷地向周圍發(fā)射電磁波，電子的能量就要不斷減少，最后電子要落到原子核上，這與原子通常是穩(wěn)定的事實(shí)相矛盾。 b. 電子繞核旋轉(zhuǎn)時輻射電磁波的頻率應(yīng)等于電子繞核旋轉(zhuǎn)的頻率，隨著旋轉(zhuǎn)軌道的連續(xù)變小，電子輻射的電磁波的頻率也應(yīng)是連續(xù)變化，因此按照這種推理原子光譜應(yīng)是連續(xù)光譜，這種原子光譜是線狀光譜事實(shí)相矛盾。 （2）玻爾理論 上述兩個矛盾說明，經(jīng)典電磁理論已不適用

4、原子系統(tǒng)，玻爾從光譜學(xué)成就得到啟發(fā)，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三個假設(shè)： ①定態(tài)假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然做加速運(yùn)動，但并不向外在輻射能量，這些狀態(tài)叫定態(tài)。 ②躍遷假設(shè)：原子從一個定態(tài)（設(shè)能量為E2）躍遷到另一定態(tài)（設(shè)能量為E1）時，它輻射成吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即 hv=E2-E1 ③軌道量子化假設(shè)，原子的不同能量狀態(tài)，跟電子不同的運(yùn)行軌道相對應(yīng)。原子的能量不連續(xù)因而電子可能軌道的分布也是不連續(xù)的。即軌道半徑跟電子動量mv的乘積等于h/2的整數(shù)倍，即：軌道半徑跟電了動量mv的乘積等于h/的整數(shù)

5、倍，即 n為正整數(shù)，稱量數(shù)數(shù) （3）玻爾的氫子模型： ①氫原子的能級公式和軌道半徑公式：玻爾在三條假設(shè)基礎(chǔ)上，利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)，計算出氫原子核外電子的各條可能軌道的半徑，以及電子在各條軌道上運(yùn)行時原子的能量，（包括電子的動能和原子的熱能。） 氫原子中電子在第幾條可能軌道上運(yùn)動時，氫原子的能量En，和電子軌道半徑rn分別為： 其中E1、r1為離核最近的第一條軌道（即n=1）的氫原子能量和軌道半徑。即：E1=－13.6ev, r1=0.53×10-10m(以電子距原子核無窮遠(yuǎn)時電勢能為零計算) ②氫原子的能級圖：氫原子的各個定態(tài)的能量值，叫氫原子的能級。按能量的大小用圖開像的

6、表示出來即能級圖。 其中n=1的定態(tài)稱為基態(tài)。n=2以上的定態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)。 二、原子核 1、天然放射現(xiàn)象 （1）天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)：1896年法國物理學(xué)，貝克勒耳發(fā)現(xiàn)鈾或鈾礦石能放射出某種人眼看不見的射線。這種射線可穿透黑紙而使照相底片感光。 放射性：物質(zhì)能發(fā)射出上述射線的性質(zhì)稱放射性 放射性元素：具有放射性的元素稱放射性元素 天然放射現(xiàn)象：某種元素白發(fā)地放射射線的現(xiàn)象，叫天然放射現(xiàn)象 天然放射現(xiàn)象：表明原子核存在精細(xì)結(jié)構(gòu)，是可以再分的 （2）放射線的成份和性質(zhì)：用電場和磁場來研究放射性元素射出的射線，在電場中軌跡，如圖（1）： 性

7、 質(zhì) 成 份 組 成 電離作用 貫穿能力 射 線 氦核組成的粒子流 很 強(qiáng) 很 弱 射 線 高速電子流 較 強(qiáng) 較 強(qiáng) 射 線 高頻光子 很 弱 很 強(qiáng) 2、原子核的衰變： （1）衰變：原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變成新核的變化稱為衰變在原子核的衰變過程中，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒 類 型 衰變方程 規(guī) 律 衰 變 新核 衰 變 新核 射線是伴隨衰變放射出來的高頻光子流 在衰變中新核質(zhì)子數(shù)

8、多一個，而質(zhì)量數(shù)不變是由于反映中有一個中子變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子，即： （2）半衰期：放射性元素的原子核的半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間，稱該元素的半衰期。 一放射性元素，測得質(zhì)量為m,半衰期為T，經(jīng)時間t后，剩余未衰變的放射性元素的質(zhì)量為m 3、原子核的人工轉(zhuǎn)變：原子核的人工轉(zhuǎn)變是指用人工的方法（例如用高速粒子轟擊原子核）使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變。 （1）質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：1919年，盧瑟福用粒子轟擊氦原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。 （2）中子的發(fā)現(xiàn)：1932年，查德威克用粒子轟擊鈹核，發(fā)現(xiàn)中子。 4、原子核的組成和放射性同位素 （1）原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子

9、在原子核中： 質(zhì)子數(shù)等于電荷數(shù) 核子數(shù)等于質(zhì)量數(shù) 中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減電荷數(shù) （2）放射性同位素：具有相同的質(zhì)子和不同中子數(shù)的原子互稱同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。 正電子的發(fā)現(xiàn)：用粒子轟擊鋁時，發(fā)生核反應(yīng)。 發(fā)生+衰變，放出正電子 三、核能： 1、核能：核子結(jié)合成的子核或?qū)⒃雍朔纸鉃楹俗訒r，都要放出或吸收能量，稱為核能。 例如： 2、質(zhì)能方程：愛因斯坦提出物體的質(zhì)量和能量的關(guān)系： ——質(zhì)能方程 3、核能的計算：在核反應(yīng)中，及應(yīng)后的總質(zhì)量，少于反應(yīng)前的總質(zhì)量即出現(xiàn)質(zhì)量虧損，這樣的反就是放能反應(yīng)，若反應(yīng)后的總質(zhì)量大于反應(yīng)前的總質(zhì)量

10、，這樣的反應(yīng)是吸能反應(yīng)。 吸收或放出的能量，與質(zhì)量變化的關(guān)系為： 例：計算 為了計算方便以后在計算核能時我們用以下兩種方法 方法一：若已知條件中以千克作單位給出，用以下公式計算 公式中單位： 方法二：若已知條件中以作單位給出，用以下公式計算 公式中單位：； 4、釋放核能的途徑——裂變和聚變 （1）裂變反應(yīng)： ①裂變：重核在一定條件下轉(zhuǎn)變成兩個中等質(zhì)量的核的反應(yīng)，叫做原子核的裂變反應(yīng)。 例如： ②鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：在裂變反應(yīng)用產(chǎn)生的中子，再被其他鈾核浮獲使反應(yīng)繼續(xù)下去。 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件： ③裂變時平均每個核子放能約1Mev能量 1kg全部裂變放出的能量相當(dāng)于2

11、500噸優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒放出能量 （2）聚變反應(yīng)： ①聚變反應(yīng)：輕的原子核聚合成較重的原子核的反應(yīng)，稱為聚變反應(yīng)。 例如： ②平均每個核子放出3Mev的能量 ③聚變反應(yīng)的條件；幾百萬攝氏度的高溫 例1 [2020·全國卷T18] 已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量En＝，其中n＝2,3，….用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長為(　　) A．－ B．－ C．－ D．－ 【解析】 C　從第一激發(fā)態(tài)到電離狀態(tài)吸收的能量ΔE＝0－＝－，根據(jù)ΔE＝hν＝h，所以λ＝－，因此答案為C. 例2 [2020·重慶卷T16] 核電站核

12、泄漏的污染物中含有碘131和銫137.碘131的半衰期約為8天，會釋放β射線；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時會輻射γ射線．下列說法正確的是(　　) A．碘131釋放的β射線由氦核組成 B．銫137衰變時輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量 C．與銫137相比，碘131衰變更慢 D．銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù) D　【解析】 β射線實(shí)際是電子流，A錯誤；γ射線是高頻電磁波，其光子能量大于可見光的能量，B錯誤；半衰期是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，碘131的半衰期為8天，銫137半衰期為30年，碘131衰變更快，C錯誤；同位素是具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的元素，故銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù)，D正確．