2023年屆高考物理專題綜合復(fù)習(xí)教案3原子結(jié)構(gòu)

3eud教育網(wǎng)“://3百萬(wàn)教學(xué)資源/“://3 百萬(wàn)教學(xué)資源，完全免費(fèi)，無(wú)須注冊(cè)，每天更！ 3eud3eud“://3/“://3教學(xué)資源集散地?？赡苁亲畲蟮拿赓M(fèi)教育資源網(wǎng)！總體感知學(xué)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)考綱要求考點(diǎn)考綱要求要求 氫原子光譜氫原子的能級(jí)構(gòu)造、能級(jí)公式原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期放射性同位素核力、核反響方程結(jié)合能、質(zhì)量虧損裂變反響、聚變反響、裂變反響堆放射性的防護(hù)命題規(guī)律從近五年的高考試題來(lái)看，本專題所考察的內(nèi)容主要集中在原子的核式構(gòu)造、玻爾理論、原子核的衰變、質(zhì)能方程和核反響方程等學(xué)問(wèn)點(diǎn)。本專題內(nèi)容考察的形式多以選擇題和填空題為主，例如20232第69202338〔1〕，江蘇單科的12C〔3〕，33〔1〕19〔1〕均是以填空題形式消滅。本專題內(nèi)容間或也有與動(dòng)量、能量結(jié)合的計(jì)算題，如202337題，2023年江蘇物理第18題等。4．從考察的頻率來(lái)看，對(duì)本專題內(nèi)容的考察有越來(lái)越高的趨勢(shì)，復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)引起重視。本專題屬選考內(nèi)容，作為選修3—5一個(gè)模塊中的內(nèi)容，在高考中出題的可能性很大。估量是考察細(xì)節(jié)較多；三是表達(dá)時(shí)代氣息，用名詞包裝試題；四是有少數(shù)試題與力學(xué)、電磁學(xué)相結(jié)合，表達(dá)學(xué)科內(nèi)綜合。合在一起出一道中等難度的計(jì)算題的可能性很大。復(fù)習(xí)策略本章學(xué)問(wèn)是學(xué)習(xí)現(xiàn)代物理的根底，在復(fù)習(xí)時(shí)要承受系統(tǒng)理解、重點(diǎn)記憶的方法。要做到：對(duì)每個(gè)概念、規(guī)律、現(xiàn)象有正確的理解，并弄清其來(lái)龍去脈，只有這樣才能記憶深刻、明辨是非、正確表達(dá)。緊扣課本，重點(diǎn)把握原子的核式構(gòu)造理論、能級(jí)躍遷規(guī)律、核反響方程中質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒、衰變衰變規(guī)律。對(duì)一些粒子的特性，如前沿、高能物理學(xué)根底。

、、等的屬性要有清楚的了解，它們屬于當(dāng)今物理學(xué)的重點(diǎn)把握核反響方程式的寫法和核能釋放的學(xué)問(wèn)。第一局部原子構(gòu)造學(xué)問(wèn)要點(diǎn)梳理學(xué)問(wèn)點(diǎn)一——原子的核式構(gòu)造模型▲學(xué)問(wèn)梳理一、電子的覺(jué)察陰極射線的覺(jué)察19電子的覺(jué)察湯姆孫確定陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成，并測(cè)定出它的荷質(zhì)比測(cè)定了它的電量，確定它是組成各種物質(zhì)的根本成分，稱之為電子。電子的覺(jué)察說(shuō)明原子也是有構(gòu)造的。二、原子的核式構(gòu)造模型粒子散射試驗(yàn)

，之后用油滴試驗(yàn)試驗(yàn)裝置試驗(yàn)條件：金屬箔是由重金屬原子組成，很薄，厚度接近單原子的直徑。全部設(shè)備裝在真空環(huán)境中，由于底盤上旋轉(zhuǎn)，可在試驗(yàn)現(xiàn)象

粒子很簡(jiǎn)潔使氣體電離，在空氣中只能前進(jìn)幾厘米。顯微鏡可在的范圍內(nèi)進(jìn)展觀看。絕大多數(shù)轉(zhuǎn)超過(guò)了

粒子穿過(guò)金箔后仍沿原方向前進(jìn)，少數(shù)有的甚至近 。

粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，個(gè)別粒子偏試驗(yàn)結(jié)論這就是盧瑟福原子核式構(gòu)造模型。依據(jù)粒子散射試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，可以估算原子核的大小為 ～ m?！呻y導(dǎo)析英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫在爭(zhēng)論陰極射線時(shí)覺(jué)察了電子。試驗(yàn)裝置如下圖。從高壓電場(chǎng)的陰極發(fā)出的陰極射線，穿過(guò) 后沿直線打在熒光屏 上。當(dāng)在平行極板上加一如下圖的電場(chǎng)，覺(jué)察陰極射線打在熒光屏上的位置向下偏，則可判定，陰極射線帶有負(fù)電荷。為使陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則請(qǐng)思考可在平行極板區(qū)域?qū)嵭惺裁创胧?。在平行極板區(qū)域加一磁場(chǎng)，且磁場(chǎng)方向必需垂直紙面對(duì)外。當(dāng)滿足條件 時(shí)，則陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。則： 。如下圖，依據(jù)帶電的陰極射線在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)狀況可知，其速度偏轉(zhuǎn)角為：，又由于 ，且則 ，依據(jù)量，可求出陰極射線的比荷。粒子散射現(xiàn)象的分析由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于粒子的質(zhì)量〔電子質(zhì)量約為粒子質(zhì)量的1/7300〕，即使粒子遇到電子，其運(yùn)動(dòng)方向也不會(huì)發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，就像一顆飛行的子彈遇到塵埃一樣，所以電子不行能使粒子發(fā)生大角度的散射。使粒子發(fā)生大角度散射的只能是原子核帶正電的局部，依據(jù)湯姆孫的原子模型，正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的，局部相互抵消，因而也不行能使

粒子穿過(guò)原子時(shí)，它受到兩側(cè)正電荷的斥力有相當(dāng)大一粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不行能把粒子反向彈回，這與粒子散射試驗(yàn)的結(jié)果相沖突，從而否認(rèn)了湯姆孫的原子模型。試驗(yàn)中，粒子絕大多數(shù)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少數(shù)發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn) ，個(gè)〔原子核〕。粒子散射的實(shí)質(zhì)粒子散射的實(shí)質(zhì)是帶正電荷的粒子向固定的正電粒子靠近，由于斥力的作用，使粒子偏轉(zhuǎn)，此過(guò)程中，開頭電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，后來(lái)電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小。：盧瑟福通過(guò)對(duì)粒子散射試驗(yàn)結(jié)果的分析，提出〔〕A．原子的核式構(gòu)造模型 B．原子核內(nèi)有中子存在C．電子是原子的組成局部 D．原子核是由質(zhì)子和中子組成的答案：A解析：英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福的

粒子散射試驗(yàn)的結(jié)果是絕大多數(shù)

粒子穿過(guò)金箔后根本上仍沿原方向前進(jìn)，但有少數(shù)

粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)。

粒子散射試驗(yàn)只覺(jué)察原子可以再分，但并不涉及原子核內(nèi)的構(gòu)造。查德威克在用粒子轟擊鈹核的試驗(yàn)中覺(jué)察了中子，盧瑟福用粒子轟擊氮核時(shí)覺(jué)察了質(zhì)子。學(xué)問(wèn)點(diǎn)二——玻爾的原子模型和氫原子的能級(jí)▲學(xué)問(wèn)梳理一、玻爾的原子模型原子只能處于一系列的不連續(xù)的能量狀態(tài)之中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然做加速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫定態(tài)。原子從一種定態(tài)〔設(shè)能量為 〕躍遷到另一種定態(tài)〔設(shè)能量為 〕時(shí)，它輻射〔或吸取〕肯定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差打算，即 。原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)，原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。典理論，現(xiàn)代量子理論認(rèn)為電子的軌道只能用電子云來(lái)描述。二、氫原子光譜光譜定義：用光柵或棱鏡可以把光按波長(zhǎng)開放，獲得光的波長(zhǎng)〔頻率〕成分和強(qiáng)度分布的記錄。分類：放射光譜：物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做放射光譜。放射光譜有連續(xù)光譜和明線光譜兩種。連續(xù)光譜由炎熱的固體、液體或高壓氣體所發(fā)出的光形成；明線光譜是淡薄氣體或蒸氣發(fā)出的光生成的。原子的特征光譜為明線光譜，不同原子的明線光譜不同。生的。太陽(yáng)光譜為吸取光譜。特征譜線：線狀譜中的亮線，不同原子中是不一樣的，這些亮線稱為原子的特征譜線。光譜分析：用原子的特征譜線，來(lái)鑒別和確定物質(zhì)的組成成分。光譜分析的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高。樣本中一種元素的含量到達(dá) g時(shí)就可以檢測(cè)到。氫原子光譜氫光譜：如下圖。氫原子光譜的試驗(yàn)規(guī)律巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長(zhǎng)公式 式中R為里德伯常量， 。是連續(xù)光譜。然而事實(shí)上，原子是穩(wěn)定的，原子光譜也不是連續(xù)光譜而是線狀光譜。三、氫原子的能級(jí)和能級(jí)圖氫原子的能級(jí)和能級(jí)圖原子各定態(tài)的能量值叫做原子的能級(jí)，能級(jí)圖如下圖。對(duì)于氫原子，其能級(jí)公式為只能取正整數(shù)。13.6eV，

，軌道半徑公式為 ，其中n稱為量子數(shù)，。特別提示：相鄰橫線間的距離，表示相鄰的能級(jí)差，量子數(shù)越大，相鄰的能級(jí)差越小。氫原子的躍遷及電離氫原子受激發(fā)由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷當(dāng)光子作用使原子發(fā)生躍遷時(shí)，只有光子能量滿足才能吸取光子的全部能量而發(fā)生躍遷。

的躍遷條件時(shí)，原子當(dāng)用電子等實(shí)物粒子作用在原子上，只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩“定態(tài)”能量之差 ，即可使原子受激發(fā)而向較高能級(jí)躍遷。假設(shè)光子或?qū)嵨锪Ｗ优c原子作用而使原子電離〔繞核電子脫離原子的束縛而成為“自由電子”，即∞的狀態(tài)〕時(shí)，不受躍遷條件限制，只不過(guò)入射光子能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動(dòng)能越大。氫原子自發(fā)輻射由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷當(dāng)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可能輻射出的光譜線條數(shù)為當(dāng)單個(gè)氫原子處于某個(gè)能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多可能產(chǎn)生(n一1)個(gè)頻率的光子。四．激光自發(fā)放射：處于能量較高狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)地躍遷到較低能量狀態(tài)，同時(shí)放出光子。受激吸?。阂粋€(gè)入射光子的能量恰好等于原子基態(tài)與某個(gè)激發(fā)態(tài)的能量差，原子吸取這個(gè)光子而躍遷到這個(gè)激發(fā)態(tài)。受激放射：一個(gè)入射光子的能量正好等于原子的某一對(duì)能級(jí)的能量差于激發(fā)態(tài) 的原子就可能受到這個(gè)光子的激發(fā)而躍遷到能量較低的狀態(tài)

，則處，同時(shí)放射－個(gè)與入射光子完全一樣的光子。激光器構(gòu)造：激活介質(zhì)、抽運(yùn)裝置、光學(xué)共振腔。激光器工作原理圖：如圖。種類：固體、液體、氣體、染料、半導(dǎo)體激光器等紅寶石激光器激介質(zhì)：紅寶石氦、氖激光器激介質(zhì)：氖；關(guān)心物質(zhì)：氦▲疑難導(dǎo)析某定態(tài)時(shí)氫原子中的能量關(guān)系r①由電子動(dòng)能： ②電子在軌道r上的電勢(shì)能： ③該定態(tài)能級(jí)能量為：將②③④式比較可得：總是等于該定態(tài)總能量值的兩倍。

④電子動(dòng)能 隨軌道半徑r的減小而增大，隨r增大而減小〔與v也直接相關(guān)〕；系統(tǒng)電勢(shì)能 隨軌道半徑r的增大而增大，隨r的減小而減?。辉拥目偰芰?也隨軌道半徑r的增大而增大，隨r的減小而減小。某定態(tài)能量 ，說(shuō)明氫原子核外電子處于束縛態(tài)，欲使氫原子電離，外界必需對(duì)系統(tǒng)至少補(bǔ)充 的能量，原子的能級(jí)越低，需要的電離能就越大。例如當(dāng)氫原子處于n=1能級(jí)時(shí)，電勢(shì)能 －27.2eV，最小電離能

6e13.6eV，當(dāng)氫原子處于n=5

13.6eV，0.544eV，即刻可知此定態(tài)下電子動(dòng)能0.544eV，這確實(shí)快捷、準(zhǔn)確。玻爾理論對(duì)氫光譜的解釋玻爾理論很好地解釋了氫光譜

0.544eV，電勢(shì)能

－1.088eV，最小電離能由玻爾的頻率條件可得出巴耳末公式代表的是電子從量子數(shù) 的能級(jí)向量子數(shù)為2的能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光譜線。玻爾理論很好地解釋并預(yù)言了氫原子的其他譜線系。通常狀況原子處于基態(tài)，是最穩(wěn)定的，原子吸取光子或受到電子的撞擊，躍遷到激發(fā)態(tài)，不穩(wěn)定，自發(fā)地向能量較低的能級(jí)躍遷，放出光子。原子躍遷放出的光子， ，能級(jí)是分立的所以光子的能量也是分立的，所以放射光譜只有一些分立的亮線。不同原子構(gòu)造不同，能級(jí)各不一樣，輻射〔或吸取〕的光子頻率也不一樣．因此不同元素的原子具有不同的特征譜線。夫蘭克一赫茲試驗(yàn)原理圖激發(fā)原子可以通過(guò)吸取電磁輻射、加熱或使粒子碰撞等方式。夫蘭克一赫茲試驗(yàn)證明白能量是量子化的。：處于基態(tài)的一群氫原子受某種單色光的照耀時(shí)，只放射波長(zhǎng)為 、 、的三種單色光，且 ＞ ＞ ，則照耀光的波長(zhǎng)為〔〕A． B．＋ ＋ C． D．答案：D解析：處于基態(tài)的氫原子吸取單色光發(fā)出三種波長(zhǎng)的光，肯定是由基態(tài)躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)，吸取的光的波長(zhǎng)是 ， ①， ②， ③，由①②③可得典型例題透析題型一——

，D粒子散射試驗(yàn)和原子核式構(gòu)造原子的核式構(gòu)造模型：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外的空間運(yùn)動(dòng)。核半徑的數(shù)量級(jí)為 m～ m，而原子半徑的數(shù)量級(jí)是 m。在粒子散射中，留意構(gòu)建物理模型。散射中，動(dòng)量守恒，能量守恒。1、盧瑟福和他的助手做粒子轟擊金箔試驗(yàn)，獲得了重要覺(jué)察：關(guān)于粒子散射試驗(yàn)的結(jié)果，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是〔〕A．證明白質(zhì)子的存在B．證明白原子核是由質(zhì)子和中子組成的C．證明白原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核里D．說(shuō)明白原子中的電子只能在某些軌道上運(yùn)動(dòng)在粒子散射試驗(yàn)中，現(xiàn)有一個(gè)粒子以 m/s的速度去轟擊金箔，假設(shè)金原子的核電荷數(shù)為79。求該粒子與金原子核間的最近距離〔帶電粒子在點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的電勢(shì)能表達(dá)式為 ，粒子質(zhì)量為6.64 kg〕。思路點(diǎn)撥：粒子散射試驗(yàn)使人們生疏到原子的核式構(gòu)造，從能量轉(zhuǎn)化角度看，當(dāng)粒子靠近原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)，粒子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，到達(dá)最近距離時(shí)，動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，可以估算原子核的大小。解析：選C粒子散射試驗(yàn)覺(jué)察了原子內(nèi)存在一個(gè)集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核。數(shù)年后盧瑟福覺(jué)察核內(nèi)有質(zhì)子并推測(cè)核內(nèi)存在中子，所以C對(duì)，A、B錯(cuò)。玻爾覺(jué)察了電子軌道量子化，D粒子與原子核發(fā)生對(duì)心碰撞時(shí)所能到達(dá)的最小距離為d。總結(jié)升華：粒子轟擊金箔并不是直接接觸原子核，所以只能是估算原子核的大小。舉一反三【變式】在用粒子轟擊金箔時(shí)，測(cè)得粒子能夠接近金箔的最小距離約為2× m，原子核的平均密度約為多少？〔阿伏加德羅常數(shù)N=6 〕解析：把體積，

粒子能夠接近金箔的最小距離近似看作金原子核的半徑，計(jì)算出每一個(gè)核的便可求密度。把粒子能夠接近金箔的最小距離近似看作金原子核的半徑R，金核的體積一個(gè)金原子的質(zhì)量是一個(gè)金原子的質(zhì)量是金原子核的平均密度是題型二——能級(jí)躍遷與光譜線原子躍遷條件 只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的狀況。對(duì)于光子和原子作用而使原子電離時(shí)，只要入射光的能量 13.6eV，原子就能吸收。對(duì)于實(shí)物粒子與原子作用使原子激發(fā)時(shí)，粒子能量大于或等于能級(jí)差即可。原子躍遷發(fā)出的光譜線條數(shù)某一個(gè)氫原子有固定的躍遷路徑。

，是一群氫原子，而不是一個(gè)，由于2、如下圖為氫原子最低的四個(gè)能級(jí)，當(dāng)氫原子在這些能級(jí)間躍遷時(shí)：有可能放出 種能量的光子。在哪兩個(gè)能級(jí)間躍遷時(shí)，所放出光子波長(zhǎng)最長(zhǎng)？波長(zhǎng)是多少？思路點(diǎn)撥：此題考察了能級(jí)及躍遷公式 ，輻射出的光譜線條數(shù)。要正確理解公式中各量的物理量含義。解析：由 ，得 6種。氫原子由第四能級(jí)向第三能級(jí)躍遷時(shí)，能級(jí)差最小，輻射的光子波長(zhǎng)最長(zhǎng)。由 ，得所以 ?？偨Y(jié)升華：假設(shè)是一個(gè)氫原子，向低能級(jí)躍遷時(shí)最多發(fā)出的光子數(shù)為 ；理解氫原子能級(jí)圖，量子數(shù)越大，能級(jí)差越小，發(fā)出光子波長(zhǎng)越長(zhǎng)。舉一反