原子物理学案

高三级二轮复习物理学案原子和原子核思维导图第一课时原子结构能级●基础知识一、原子的核式结构1α.粒子散射现象绝大多数α粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180 °.2.原子的核式结构卢瑟福对α粒子散射实验结果进行了分析，于1911年提出了原子的核式结构学说：（请思考卢瑟福是怎样根据α粒子散射实验推断出原子的核式结构模型的．）在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎所有的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.原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数.原子的半径大约是10-10 m，原子核的大小约为10-15m～10-14m.二、玻尔的原子模型1.玻尔假说提出的背景：经典电磁理论在解释原子结构时碰上了无法克服的困难，原子为什么是稳定的？原子光谱为什么不是连续光谱？玻尔假说的贡献，就是成功解释了经典理论无法解释的这些问题.玻尔假说的核心，是引入了量子化理论，从而找到了描绘微观世界的一条重要规律.2.玻尔假说的内容：(1)轨道量子化：原子核外电子的可能轨道是某些分立的数值.(2)能量状态量子化；原子只能处于与轨道量子化对应的不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的，不辐射能量.(3)跃迁假说：原子从一种能级向另一种能级跃迁时，吸收（或辐射）一定频率的光子，光子能量E=hν=E2-E1.三、氢原子能级氢原子在各个能量状态下的能量值，叫做它的能级.最低的能级状态，即电子在离原子核最近的轨道上运动的状态叫做基态，处于基态的原子最稳定.其他能级叫激发态.四、原子光谱及应用1.原子光谱：元素在稀薄气体状态下的光谱是分立的线状谱，由一些特定频率的波组成，又叫原子光谱.2.原子光谱的应用：每种元素的原子光谱都有自己的一组特定谱线，应用光谱分析可以确定物质成分.五、电子云玻尔模型引入了量子化观点，但不完善.在量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，玻尔的电子轨道，只不过是电子出现概率最大的地方.把电子的概率分布用图象表示时，用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”.●难点辨析1.氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能E k和电势能E p的代数和.由E n＝21nE和E1＝-13.6 eV可知，氢原子各定态的能量值均为负值.因此，不能根据氢原子的能级公式E n＝21nE得出氢原子各定态能量与n2成反比的错误结论.2.原子的跃迁条件：hν＝E初－E终只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用而使原子电离，则不受此条件的限制.如基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大.3.原子处于激发态是不稳定的，会自发地向基态或其他较低能级跃迁.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，所以我们会同时得到该种原子的全部光谱线.●典型例题『题型解析』【例题1】卢瑟福的α粒子散射实验中，有极少数α粒子发生大角度偏转，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★解析：α粒子散射实验中，α粒子的大角度偏转是由于受到原子核内集中的正电荷的作用。

答案A点评：某种实验现象产生的原因或反映的物理事实这类问题时，一定要注意其因果关系或逻辑关系，尤其注意某些结论虽然是正确的，但不与该实验现象有关。

【例题2】用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的一群氢原子。

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ν1、ν2、ν3，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：①hν1；②hν3；③h(ν1+ν2)；④h(ν1+ν2+ν3) 以上表示式中A ．只有①③正确B ．只有②正确C ．只有②③正确D ．只有④正确【解析】：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第三能级。

根据玻尔理论应该有h ν3=E 3- E 1，h ν1=E 3- E 2，h ν2=E 2- E 1，可见h ν3= h ν1+ h ν2= h (ν1+ν2)，所以照射光子能量可以表示为②或③， 答案：C【例题3】现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假设处在量子数为n 的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的11-n 。

A ．2200B ．2000C ．1200D ．2400分析：此题考查考生是否了解氢原子的能级图以及原子的跃迁规律，题目中的假设情况考查考生题解能力和分析：综合能力。

解答：画出氢原子的能级图，根据氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的1/（n -1），可得出各个能级间发出的光子数如下能级图所示，所以光子总数等于400×3+200×2+600=2200 正确答案：A点评：由于考试大纲把氢原子能级及光子的发射和吸收由Ⅰ提高为Ⅱ，因此本题考查要求较高，复习备考时要特别注意考纲的变化，加强复习的针对性。

【例题4】对于基态氢原子，下列说法正确的是（ ） A 、它能吸收10.2eV 的光子B 、它能吸收11eV 的光子C 、它能吸收14eV 的光子D 、它能吸收具有11eV 动能的电子的部分动能★解析：注意到光子能量只能全部被吸收，而电子能量则可以部分被吸收。

解答：10.2eV 刚好是n=1、n=2的能极差，而11eV 不是，由玻尔理论知A 正确。

基太氢原子也能吸收14eV 的光子而电离，电离后自由电子动能为0.4eV 。

它也可吸收动能为11eV 的电子的部分能量(10.2eV)，剩余0.8eV 仍为原来电子所有。

所以应选ACD 。

●课堂练习1．下列现象中，与原子核内部变化有关的是A ．α粒子散射现象B ．天然放射现象C ．光电效应现象D ．原子发光现象2.在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是（） A.原子的绝大部分质量和全部正电荷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.原子只能处在一系列不连续的能量状态中3.氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下列判断正确的是（） A.电子绕核旋转的半径增大 B.电子的动能减少 C.氢原子的电势能增大 D.氢原子的能级减小4.氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n ＝4的能级向n ＝2的能级跃迁时辐射出可见光a ，从n ＝3的能级向n ＝2的能级跃迁时辐射出可见光b ，则（ ） A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线B.氢原子从n ＝4的能级向n ＝3的能级跃迁时会辐射出紫外线C.在水中传播时，a 光较b 光的速度小D.氢原子在n ＝2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离 答案：C解析：γ射线的产生机理是原子核受激发，是原子核变化才产生的，A 错；根据跃迁规律可知高能级向低能级跃迁时辐射光子的能量等于这两个能级差，从n ＝4的能级向n ＝3的能级跃迁时会辐射出的光子能量小于a 光子的能量、不可能为紫外线，B 错；根据跃迁规律可知从n ＝4向n ＝2跃迁时辐射光子的能量大于从n ＝3向n ＝2跃迁时辐射光子的能量，啧可见光a 的光子能量大于b ，又根据光子能量E ＝h γ可得a 光子的频率大于b ，则a 的折射率大于b ，又V ＝C/n 可得在水中传播时，a 光较b 光的速度小，B 对；欲使在n ＝2的能级的氢原子发生电离，吸收的能量一定不小于3.4eV ，D 错。

5.氢原子能级图的一部分如图15—1—3所示，a 、b 、c 分别表示氢原子在不同能级之间的三种跃迁途径，设在a 、b 、c 三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是E a 、E b 、E c 和λa 、λ123n=4 n=3 n=2n=1b 、λc，则①λb =λa +λc②cabλλλ111+=③λb =λa ·λc④E b =E a +E c以上关系正确的是 A.①③ B.②④C.只有①D.③④6．关于天然放射现象，叙述正确的是（ C ） A ．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减少 B ．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的C ．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强D ．铀核（23892U）衰变为铅核（20682U ）的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变7．天然放射性元素Th23290（钍）经过一系列核衰变之后，变成Pb 20882（铅）。

下列论断中正确的是：（ D ）A ．铅核比钍核少23个中子；B ．铅核比钍核少24个质子；C ．衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变；D ．衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变。

8.氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为1λ=0.6328µm ，2λ=3.39µm ，已知波长为1λ的激光是氖原子在能级间隔为1E ∆=1.96eV 的两个能级之间跃迁产生的。

用2E ∆表示产生波长为2λ的激光所对应的跃迁的能级间隔，则2E ∆的近似值为 C. 0.53eV D. 0.36eV 答案D【解析】本题考查波尔的原子跃迁理论.根据λυυch E ==∆,,可知当,6328.0,196m ev E μλ==∆当m μλ39.3=时,连立可知ev E 36.02=∆9.氢原子从第4能级跃迁到第2能级发出蓝光，那么，当氢原子从第5能级跃迁到第2能级应发出 ）A.Ｘ射线B.红光C.黄光D.紫光第二课时原子核反应·核能●基础知识核反应虽然有成千上万，但是根据其特点可分为四种基本类型：衰变、人工转变、轻核聚变和重核裂变.一、衰变原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变.放射性元素衰变时放出的射线共有三种：α射线、β射线和γ射线，其射线的本质和性质如下表：23892 U →23490 Th ＋42He （α衰变）23490Th →23491 Pa ＋01-e （β衰变)半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间.它表示放射性元素衰变的快慢.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.不同的放射性元素半衰期不同.关于半衰期的几个问题放射性元素衰变的快慢用半衰期来表示，（1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间。