2022年原子物理复习专题 .pdf

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1、学习必备欢迎下载原子物理复习专题知识框架衰变ZAZAXYHe2424衰变ZAZAXYe110原子原子核电子的发现天然放射现象汤姆生“枣糕”式原子模型 、射线粒子散射实验卢瑟福的核式原子模型玻尔理论人工核反应玻尔氢原子模型质子的发现（卢瑟福）中子的发现（查得威克）放射性同位素应用核能重核的裂变轻核的聚变爱因斯坦质能方程应用原子结构专题一. 原子的核式结构1. 阴极射线实验电子的发现（汤姆生的贡献）建立“枣糕”式原子模型。汤姆生发现电子的重大意义：由于电子的发现，人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有结构。 2. 粒子散射实验原子核式结构（1）粒子散射现象（三个要点）：实验结果表明，

2、绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数 粒子发生了较大的偏转，并有极少数 粒子的偏转超过90，有的甚至几乎达到180而被反弹回来，这就是 粒子的散射现象。（2）原子核式结构： 卢瑟福根据粒子散射实验结果提出了原子的核式结构学说。（三点）认为在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核(nucleus)，原精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 18 页学习必备欢迎下载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里绕着核旋转。说明：从粒子散射实验的数据可以估计出原子核的大小约为10151014m ，

3、原子半径大约是1010m ，即原子核半径只相当于原子半径的万分之一，原子核体积只相当于原子体积万亿分之一。二. 玻尔理论（ 为解决核式结构与经典电磁理论的矛盾而提出）1. 玻尔理论的三条假设（1）定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量的状态中，在这些状态中原子是稳定，电子虽然绕原子核做圆周运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。（2）跃迁假设：电子从一个定态轨道跃迁到另一个定态轨道上时，会辐射或吸收一定频率的光子，能量由这两种定态的能量差来决定，即hEE初终（3）轨道量子化假设： 原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连

4、续的。2. 玻尔氢原子理论（ 1）氢 原 子 的 轨 道 半 径 与 能量：说明：公式中r1、E1分别指第一条（离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时原子的能量； rn、En的分别表示第n 条可能轨道半径和电子在这条轨道上运动时原子的能量。 n叫做量子数， r1=0.5310-10m ，E1=-13.6eV。n=2，3，4时，相应的能量为E2=-3.4eV 、E3=-1.51eV、E4=-0.85eVE=0 （2） 能级： 氢原子在各种定态时的能量值叫做能级，根据以上的计算，可画出示意的能级图。rn rEnErmEeVnnn21211101105310136123.， ，精选学习资

5、料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 18 页学习必备欢迎下载基态与激发态：原子最低能级所对应的状态叫做基态(n=1) ，比基态能量高的状态叫激发态 (n1) 。原子从基态向激发态跃迁，电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加，要吸收能量。原子也可以从激发态向基态跃迁，电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少，要辐射出能量，这一能量以光子的形式放出。明确：原子的能量增加是因为电子增加的电势能大于电子减少的动能；反之原子的能量减少是因为电子减少的电势能大于电子增加的动能。三、光谱原子光谱：原子发光是由于原子内部的电子受到激发后

6、产生的。由于每一种元素的原子发出的光都具有自己的特征，因此研究不同物质的发光情况，即分析物质的光谱，就可以了解物质的化学组成。光谱的分类：按产生方式：发射光谱与吸收光谱；根据产生的情况不同，又可以分为连续光谱与线状光谱。连续光谱： 炽热的固体、液体以及高压气体发光产生的光谱，是由连续分布的一切波长的光组成的，叫做连续光谱。例如白炽灯、熔融的钢水发出的光。线状光谱： 稀薄的气体发光产生的光谱，是由一些不连续的亮线组成，这种光谱叫做线状光谱。也叫做原子光谱。不同元素都有自己特有的线状光谱，不同元素的线状光谱中明线的条数、位置各不相同。每一种元素只能发出具有本身特征的特定波长的光谱线，也叫原子的特征

7、谱线。暗线光谱： （吸收光谱） 高温物体发出的白光通过温度较低的物质时，某些波长的光波被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。这个光谱的特点是在连续的光谱背景上，分布着若干暗线。如太阳光谱是吸收光谱。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 18 页学习必备欢迎下载附：电子云图形象地给出了电子在核周围各处单位体积中出现的几率。【典型例题】1、氢原子的基态能量为E1，电子轨道半径为r1，电子质量为 m ，电量大小为 e。氢原子中电子在n=3的定态轨道上运动时的速率为v3，氢原子从 n=3的定态跃迁到 n=1 的基态过程中辐射光子的波长

8、为，则以下结果正确的是 A. B. C电子的电势能和动能都要减小 D电子的电势能减小，电子的动能增大分析： 电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力作向心力，有：根据玻尔理论 rn=n2r1即 r3=9r1，所以，因此 A正确。由于，且，即，所以，因此 B正确。氢原子从 n=3 跃迁到 n=1，电子受到的库仑力做正功，电势能减小；由可知电子动能，即轨道半径越小，动能越大，所以 D 正确， C错误。答案： ABD 2、有大量的氢原子，吸收某种频率的光子后从基态跃迁到n=3的激发态，已知氢原子处于基态时的能量为E1，则吸收光子的频率=_；当这些处于激发态的氢原子向低能态跃迁发光时，可发出_条

9、谱线，辐射光子的能量为_。分析： 根据玻尔的第二条假设，当原子从基态跃迁到n=3 的激发态时，吸收光子的能量，而，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 18 页学习必备欢迎下载所以吸收光子的频率当原子从 n=3 的激发态向低能态跃迁时，由于是大量的原子，可能的跃迁有多种，如从 n=3 到 n=1，从 n=3到 n=2，再从 n=2 到 n=1，因此应该发出三条谱线，三种光子的能量分别为3、根据玻尔氢原子模型，核外电子在第一和第三可绕轨道运动时（） A. 半径之比 1：3 B. 速率之比为 3：1 C. 周期之比为 1：9 D.

10、 动能之比为 9：1 分析与解：所用知识点，rn rrrn21319，（1）rr139 A 错（2）kermvr212121（库仑力充当向心力）vkemrvkemrvvrr121323133131选项 B正确（3）kermTr2121212()TmrkeTmrkeTTrr121323233213133344127选项 C错误（4）EmvEmvEEkkkk13131212911232选项 D正确答案为 B、D 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 18 页学习必备欢迎下载4、（98 高考题）处于基态的氢原子在某单色光照射下，只

11、能发现频率为、的三种光，且，则该照射光的光子能量为（）A. h B. h C. h D. h(+) 解答：单色光照射基态氢原子时，会使处于基态的氢原子吸收光子而跃迁到激发态，当氢原子由激发态跃迁回基态时，就会发出各种频率的单色光。氢原子从 n=2的激发态跃迁到基态时，只能发出一种频率的单色光，而从n=3 的激发态跃迁到 n=2 的激发态，再由 n=2 的激发态跃迁到基态。故只可能选C选项。点击高考题 1. （94上海）提出原子核式结构模型的科学家是（） A. 汤姆生 B. 玻尔 C. 卢瑟福 D. 查德威克 2. （96上海）根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法正确的是（）A. 原子中的正电

12、荷均匀分布在整个原子范围内 B. 原子中的质量均匀分布在整个原子范围内C. 原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内D. 原子中的正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域范围内3. （97全国）在卢瑟福的粒子散射实验中，有少数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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 18 页学习必备欢迎下载 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4. （ 97 上 海 ） 关 于 原 子 结

13、 构 ， 卢 瑟 福 根 据 _ 实 验 提 出 了原子核式结构模型；本世纪初，玻尔结合普朗克量子学说提出的氢原子模型成功地解释了 _原子的光谱。5. （93全国）用电磁波照射某原子，使它从能量为E1的基态跃迁到能量为 E2的激发态，则该电磁波的频率等于_。6. （93上海）氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一个轨道时，可能发生的情况有（）A. 放出光子，电子动能减少，原子势能增加B. 放出光子，电子动能增加，原子势能减少C. 吸收光子，电子动能减少，原子势能增加D. 吸收光子，电子动能增加，原子势能减少7. （95全国）如图18-1 给出氢原子最低的四个能级，氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的

14、光子的频率最多有 _种，其中最小的频率等于_Hz.（保留两位有效数字）8. （95上海）按照玻尔理论，氢原子处在量子数为n2和n3的定态时，其相应的原子能量的绝对值之比EE23：_. n En（eV）4-0.853 -1.512-3.41 -13.6图 18-1精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 18 页学习必备欢迎下载9. （96全国）根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后（ ） A. 原子的能量增加，电子的动能减小B. 原子的能量增加，电子的动能增加 C. 原子的能量减小，电子的动能减小 D. 原子的能量减

15、小，电子的动能增加10. （2000全国春季 5）根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E的轨道，辐射出波长为的光，以 h 表示普朗克常量， c 表示真空中的光速，则E等于（） A. EhcB. EhcC. EhcD. Ehc精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 18 页学习必备欢迎下载原子核专题一. 天然放射现象1. 两种衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化叫原子核的衰变。（1）衰变：ZMZMXYHe2424（2）衰变：ZMZMXYe110放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，叫半衰期

16、。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。核反应的规律：质量数守恒；核电荷数守恒。三种射线 （1）射线：由约为110光速的氦核流，符号：24He，电离本领最强。（2）射线：本质：亚光速电子流，符号：性质：电离本领较弱，贯穿本领强。10e（3）射线本质：光子流（电磁波），伴射或 射线产生性质：不带电，电离本领最弱，贯穿本领最强。二. 核子、核力、核能1. 核子：原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子。（1）卢瑟福发现质子的核反应方程：7142481711NHeOH（2）查德威克发现中子的核反应方程：492461201BeHeCn（3）原子核组成：由核子组成：核子

17、数=质子数 +中子数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 18 页学习必备欢迎下载x核电荷数原子核的符号：用xyA表示y原子核质量数y-x 核内中子数同位素：具有相同质子数，不同中子数的原子核互称为同位素。2. 核力：除质子之间的库仑斥力之外能把各核子紧紧拉在一起的力（1）核力是很强的力（2）核力作用范围小，只在2 01015.m短距离内起作用（3）每个核子只跟它相邻的核子间才有核力的作用3. 核能：（ 1）结合能：核子结合成原子核时放出一定的能量，原子核分解成核子时吸收一定的能量，这种能量叫结合能。（2）质 量亏 损： 组成

18、 原子 核 的核 子 质量与所组成的 原子核质量之差。mmm（3）爱因斯坦质能方程：EmcEmc22，（4）核能计算的注意点：应用Emc2时应选用国际单位，E单位：焦耳；m单位为千克； c 单位米 / 秒19315uMeV.，u为原子质量单位。19 660566101101161027619ukgMeVeVeVJ.，三. 重核裂变与轻核聚变 1. 重核的裂变（应用：原子弹、原子核反应堆）（1）重核：质量数很大的原子核（2）裂变方程式：92235013890541360110UnSrXen由于中子的增殖使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应 。发生链式反应的条件是：裂变物质的体积大于临界体积。

19、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 18 页学习必备欢迎下载 2. 轻核聚变（应用：氢弹、可控热核反应、太阳内部是热核反应 ）（1）轻核：质量数很小的原子核，如氢核，氘核等。（2）聚变：某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做轻核聚变，同时放出大量能量。（3）聚变方程举例：12132401HHHen（4）特点：只能发生在超高温（百万度以上）条件下，也称作热核反应。【典型例题】例 2. 静止的1530P衰变成1430Si，静止原子核90234Th衰变为91234Pa，在同一匀强磁场中的轨道如图所示，由此可知（）A. 甲

20、图为1530P的衰变轨迹，乙图为Th核衰变轨迹 B. 甲图为90234Th的衰变轨迹，乙图为1530P的衰变轨迹C. 图中 2，4 为新核轨迹， 1、3 为粒子轨迹D. 图中 2、4 为粒子轨迹， 1、3 为新核轨迹甲乙2134分析与解：原子核P衰变成 Si 时，放出正电子，两者均带正电，运动方向相反，根据左手定则，轨道应是外切圆，如图乙，根据动量守恒，m vm v3344精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 18 页学习必备欢迎下载RmvBqRRqq34431413 为粒子轨迹同理：RRqq12219111为粒子轨迹核 T

21、h变成 Pa时，放出负电子，轨道应是内切圆，如图甲可知选项B、C正【点击高考题】 1. （95上海）质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和 m3。质子和中子结合成氘核时，发出射线。已知普朗克恒量为h，真空中光速为c，则射线的频率_. 2. （2000上海）关于、 、三种射线，下列说法中正确的是（） A. 射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强 B. 射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力C. 射线一般伴随着或射线产生，它的穿透能力最强 D. 射线是电磁波，它的穿透能力最弱 3. （99上海）天然放射现象的发现揭示了（）A. 原子不可再分 B. 原子的核式结构 C.

22、原子核还可再分 D. 原子核由质子和中子组成 4. （93上海）以下几个原子核反应式中，X代表粒子的反应式是（） A. 2449612HeBeCX B. 121301HHnX精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 18 页学习必备欢迎下载 C. 9023491234ThPaX D. 15301430PSiX5. （96全国）下列核反应方程中，表示核聚变过程的是（）A. 1530143010PSie B. 12132401HHHenC. 61471410CNe D. 922389023424UThHe6. （97全国）在下列核反

23、应方程中，X代表质子的方程是（）A. 1327241530AlHePX B. 71424817NHeOXC. 1201HnX D. 132401HXHen7. （98上海）下列核反应方程中正确的是（）A. 922389023412UThH B. 492461201BeHeCn C. 902349023410ThPae D. 1531143010PSie8. （96上海）放射性元素90232Th经过_次衰变和 _次衰变成了稳定元素82208Pb.9. （98全国）天然放射性元素90232Th（钍）经过一系列衰变和衰变之后，变成82208Pb（铅）。下列论断中正确的是（）A. 铅核比钍核少 24

24、个中子 B. 衰变过程中共有 4 次衰变和 8 次衰变C. 铅核比钍核少 8 个质子 D. 衰变过程中共有 6 次衰变和 4 次衰变10. （99全国）下列说法正确的是（）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 18 页学习必备欢迎下载A. 88236Ra衰变为86222Rn要经过 1 次衰变和 1 次衰变 B. 92238U衰变为91234Pa要经过 1 次衰变和 1 次衰变C. 90232Th衰变为82208Pb要经过 6 次衰变和 4 次衰变D. 92238U衰变为86222Rn要经过 4 次衰变和 4 次衰变 11.

25、（2000全国）最近几年，原子核科学家在超重元素岛的探测方面取得重大进展。 1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核2AX经过 6 次衰变后的产物是100253Fm，由此，可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是（） . A. 124 、259 B. 124、265 C. 112 、256 D. 112 、277 12. （2000全国）裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核92235U为燃料的反应堆中，当92235U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为9223501541393894013UnXeSrn 235.

26、0439 1.0087 138.9178 93.9154 反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量（以原子质量单位u 为单位）。已知 1u 的质量对应的能量为9 3102.MeV，此裂变反应释放出的能量是_MeV. 13. （95全国）放射性同位素1124Na的样品经过6h 后还剩下18没有衰变，它的半衰期是（）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 18 页学习必备欢迎下载 A. 2h B. 1.5h C. 1.17h D. 0.75h 14. （93全国）若元素A的半衰期为 4 天，元素 B的半衰期为 5 天，则相同质

27、量的 A和 B，经过 20 天后，剩下的质量之比mmAB：为（） A. 30 ：31 B. 31 ：30 C. 1 ：2 D. 2：1 15. （94上海）放射性元素铋的半衰期是5 天，10g 的铋经过 10 天后还剩余_g。16. （97 上海）氘核（12H）和氚核（13H）聚合成核（24He）的核反应方程如下 ：12132401HHHen.设氘核质量为m1，氚核质量为m2，氦核质量为 m3，中子质量为 m4，则反应过程中释放的能量为（） A. ()mmmc1232 B. ()mmmc1242 C. ()mmmmc12342 D. ()mmmmc34122 17. （02上海）图 18-4

28、中 P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a，b，c 三束，以下判断正确的是（）A. a 为射线、 b 为射线B. a 为射线、 b 为射线 C. b 为射线、 c 为射线 D. b 为射线、 c 为射线精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 18 页学习必备欢迎下载基础知识检测题一. 选择题：1. 让原来静止的氢核，氘核的混合物通过同一加速电场后，它们将具有（） A. 相同的动量 B. 相同的动能 C. 相同的速度 D. 都不相同2. 氢原子的核外电子由基态跃迁到量子数n2激发态时，吸收光子的能量是E

29、，若氢原子从量子数n3的能级跃迁到量子数n2的能级时，释放光子的能量 是（）A. E3B. E4C. 527E D. 136E3. 有质子、电子和粒子及氚的正离子，经不同电场加速后射入同一匀强磁场后，速度与磁感强度B 的方向垂直，设它们都能做圆周运动，其中周期最大的 粒 子 是 （）A. 电 子B. 质 子C. 粒子D. 氚离子4. 如图所示，在匀强磁场中，一静止的放射性原子核A发生衰变，拍得一张两个外切的圆形轨迹照片，测得其中大圆半径r1，小圆半径为 r2，由此可知（） A. 原子核 A中的质子数 B. 原子核 A中的中子数 C. 所产生新核中的中子数 D. 所产生新核中的核子数5. 一个质

30、子击中硼511B核后生成的新核为铍48Be，测得该反应中的质量亏损为1511030.kg，那么（） A. 核反应方程为511114824BHBeHe精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 18 页学习必备欢迎下载 B. 核反应方程为511114801BHBen C. 释放核能为 1.39J D. 释放核能为1391013.J6. 静止的88228Rn发生衰变，则（）A. 粒子与新核的动量之比为1：1 B. 粒子与新核的动量之比为22：1 C. 粒子与新核的动能之比为1：43 D. 粒子与新核的动能之比为43：1 二. 填空题：

31、1. 氢原子的电子核绕核作匀速圆周运动的轨迹半径为r ，电子电量为 e，质量为 m ，静电力常数为k，则可以计算出电子绕核运动的等效电流的电流强度为I_。2. 如图所示，匀强磁场中的A 点，有一个静止的原子核，当它发生 _衰变时，射出的粒子以及新核的轨道作如图示的圆周运动，可以确定发生衰变时新核的运动方向是_。若两圆半径之比为44：1，则这个放射性元素的原子序数是 _。 3. 用光子轰击氘核，使之产生质子和中子，已知氘核质量为2.0135u，质子质量为 1.0072u，中子质量为 1.0086u，1166051027u.kg，普朗克恒量hJ s6 631034.，则光子波长应为 _m （保留两

32、位有效数字）4. 氢原子中，电子绕核运动形成电流，基态时为I ，则在量子数n2的激发态时，形成电流为 _。 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 18 页学习必备欢迎下载 5. 一铍核49Be和一个粒子在某种情况下结合成一个碳612C，并放出 5.6 MeV的能量，其核反应方程为 _，若49Be和粒子共有 130 g，且刚好完全反应，则共放出能量为_J，反应过程中的总质量亏损为_kg。U0RrKF8vR4IoAEMBED Forms.HTML:Hidden.1 ystg-c精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 18 页