2020年高考物理一轮复习文档:第13章,近代物理初步,第60讲,含答案

来源:军训自我鉴定 发布时间:2019-09-04 06:34:29 点击:
第60讲 原子与原子核 考点一 原子的核式结构和氢原子光谱 1.电子的发现:英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子,提出了原子的“枣糕模型”。

2.原子的核式结构 (1)1909~1911年,英籍物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验,提出了核式结构模型。

(2)α粒子散射实验的结果:绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90°,也就是说它们几乎被“撞了回来”。

(3)原子的核式结构模型:原子中带正电部分的体积很小,但几乎占有全部质量,电子在正电体的外面运动。

3.氢原子光谱 (1)光谱:用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开,获得光的波长(频率)和强度分布的记录,即光谱。

(2)光谱分类 (3)氢原子光谱的实验规律:巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线,其波长公式=R(n=3,4,5,…,R是里德伯常量,R=1.10×107 m-1)。

(4)光谱分析:利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。

4.经典理论的困难:原子的核式结构模型很好地解释了α粒子散射实验。但是,经典物理学既无法解释原子的稳定性,又无法解释原子光谱的分立特征。

1.[教材母题] (人教版选修3-5 P53·T3)卢瑟福提出的原子结构的模型是怎样的?他提出这种模型的依据是什么? [变式子题] (多选)关于原子核式结构理论说法正确的是( ) A.是通过发现电子现象得出来的 B.原子的中心有个核,叫做原子核 C.原子的正电荷均匀分布在整个原子中 D.原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旋转 答案 BD 解析 原子的核式结构模型是在α粒子的散射实验结果 的基础上提出的,A错误。原子中绝大部分是空的,带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围,称为原子核,B正确,C错误。原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量,带负电的电子在核外旋转,D正确。

2.如图所示为α粒子散射实验装置,粒子打到荧光屏上都会引起闪烁,若将带有荧光屏的显微镜分别放在图中a、b、c、d四个位置。则这四个位置在相等时间内统计的闪烁次数符合实验事实的是( ) A.1305、25、7、1 B.202、405、625、825 C.1202、1010、723、203 D.1202、1305、723、203 答案 A 解析 由于绝大多数粒子运动方向基本不变,所以a位置闪烁次数最多,少数粒子发生了偏转,极少数发生了大角度偏转。符合该规律的数据只有A项。

3.如图甲所示是a、b、c、d四种元素的线状谱,图乙是某矿物的线状谱,通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是________元素。

答案 b、d 解析 将a、b、c、d四种元素的线状谱与乙图对照,可知矿物中缺少b、d元素。

考点二 玻尔理论 1.玻尔理论 (1)定态:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。

(2)跃迁:当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时,会放出能量为hν的光子,这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定,即hν=Em-En。(h是普朗克常量,h=6.63×10-34 J·s) (3)轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周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也是不连续的。

2.几个概念 (1)能级:在玻尔理论中,原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值,叫做能级。

(2)基态:原子能量最低的状态。

(3)激发态:在原子能量状态中除基态之外的其他状态。

(4)量子数:原子的状态是不连续的,用于表示原子状态的正整数叫做量子数。

3.氢原子的能级公式 En=E1(n=1,2,3…),其中E1为基态能量,其数值为E1=-13.6 eV。

能级图如图所示:
4.两类能级跃迁 (1)自发跃迁:高能级→低能级,释放能量,发出光子。

光子的频率ν==。

(2)受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量。条件有:
①光照(吸收光子):光子的能量必须恰等于能级差,即hν=ΔE。

②实物粒子碰撞、加热等:只要入射的实物粒子能量大于或等于能级差即可,E外≥ΔE。

③大于等于电离能(-E1)的光子被吸收,将原子从基态电离;
或大于等于-En能量的光子被吸收,将原子从n能级电离。

5.谱线条数的确定方法 (1)一个处于n能级的氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为(n-1)。

(2)一群处于n能级的氢原子跃迁可能发出的光谱线条数的两种求解方法:
①用数学中的组合知识求解:N=C=。

②利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出,然后相加。

1.[教材母题] (人教版选修3-5 P63·T3)如果大量氢原子处在n=3的能级,会辐射出几种频率的光?其中波长最短的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的? [变式子题] (2016·北京高考)处于n=3能级的大量氢原子,向低能级跃迁时,辐射光的频率有( ) A.1种 B.2种 C.3种 D.4种 答案 C 解析 处于能级为n的大量氢原子向低能级跃迁能辐射光的种类为C,所以处于n=3能级的大量氢原子向低能级跃迁,辐射光的频率有C=3种,故C项正确。

2.用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子,在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线,且ν3>ν2>ν1,则( ) A.ν0ν2>ν1,则:
n=3能级向n=1能级跃迁时,hν3=E3-E1 n=2能级向n=1能级跃迁时,hν2=E2-E1 n=3能级向n=2能级跃迁时,hν1=E3-E2 将以上三式变形可得,hν3=hν2+hν1 解得ν3=ν2+ν1,故B正确,D错误,再根据氢原子理论可知,入射光频率ν0=ν3,故A、C错误。

3.按照玻尔原子理论,氢原子中的电子从离原子核较近的轨道跃迁到离原子核较远的轨道,要________(填“释放”或“吸收”)能量。已知氢原子的基态能量为E1(E1<0),电子的质量为m,则基态氢原子的电离能为________,基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子后被电离,电离后电子的速度大小为________(已知普朗克常量为h)。

答案 吸收 -E1 解析 氢原子中的电子从离原子核较近的轨道跃迁到离原子核较远的轨道,原子能量增大,则需要吸收能量。氢原子的基态能量为E1(E1<0),则基态氢原子的电离能为-E1。根据能量守恒得:hν+E1=mv2,解得电离后电子的速度大小为:v= 。

考点三 原子核及其衰变 一、原子核的组成 1.天然放射现象 (1)天然放射现象 元素自发地放出射线的现象,首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的发现,说明原子核具有复杂的结构。共有α射线、β射线、γ射线3种。

(2)放射性同位素的应用与防护 ①放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同。

②应用:工业测厚、放射治疗、做示踪原子等。

③防护:防止放射性物质对环境的污染和对人体组织的伤害。

2.三种射线的比较 3.原子核的组成 (1)原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为核子。质子带正电,中子不带电。

(2)基本关系 ①核电荷数(Z)=质子数=元素的原子序数=中性原子的核外电子数。

②质量数(A)=核子数=质子数+中子数。

(3)X元素的原子核的符号为X,其中A表示质量数,Z表示核电荷数。

二、放射性元素的衰变 1.原子核的衰变 (1)原子核放出α粒子或,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变,原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。

(2)分类 α衰变:X→Y+He;

β衰变:X→Y+e;

γ辐射:当放射性物质连续发生衰变时,原子核中有的发生α衰变,有的发生β衰变,同时伴随着γ辐射。

(3)实质 α衰变:2个质子和2个中子能紧密地结合在一起作为一个整体从原子核中抛出来,即2H+2n→He。

β衰变:核内的1个中子转化成1个质子和1个电子,电子发射到核外,即n→H+e。

γ辐射:α衰变、β衰变产生的新核处于较高能级,不稳定,向低能级跃迁时辐射出γ光子。

(4)两个典型的衰变方程 ①α衰变:U→Th+He。

②β衰变:Th→Pa+e。

(5)确定衰变次数的方法 因为β衰变对质量数无影响,所以先由质量数的改变确定α衰变的次数,然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。

2.半衰期 (1)定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。

(2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。

(3)公式:N余=N0·,m余=m0·。

1.如图所示,放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线,分别进入匀强电场和匀强磁场中,下列说法正确的是( ) A.①表示γ射线,③表示α射线 B.②表示β射线,③表示α射线 C.④表示α射线,⑤表示γ射线 D.⑤表示β射线,⑥表示α射线 答案 C 解析 γ射线为电磁波,不带电,在电场、磁场中均不偏转,故②和⑤表示γ射线,A、B、D错误。α射线中的α粒子为氦的原子核,带正电,在匀强电场中,沿电场方向偏转,故③表示α射线,由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏,故④表示α射线;
β射线带负电,同理可以分析①和⑥表示β射线,C正确。

2.(多选)在垂直于纸面的匀强磁场中,有一原来静止的原子核,该核衰变后,放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图所示,由图可以判定( ) A.该核发生的是α衰变 B.该核发生的是β衰变 C.磁场方向一定垂直纸面向里 D.磁场方向向里还是向外不能判定 答案 BD 解析 原来静止的核,放出粒子后,总动量守恒,所以粒子和反冲核的速度方向一定相反,根据图示,它们在同一磁场中是向同一侧偏转的,由左手定则可知它们必带异种电荷,故应为β衰变;
由于不知它们的旋转方向,因而无法判定磁场是向里还是向外,即都有可能,故B、D正确。

3.[教材母题] (人教版选修3-5 P73·T4)U(铀核)衰变为Rn(氡核)要经过几次α衰变,几次β衰变? [变式子题] 下列说法正确的是( ) A.根据天然放射现象,卢瑟福提出了原子核式结构 B.一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级,该氢原子吸收光子,能量增加 C.铀(U)经过多次α、β衰变形成稳定的铅(Pb)的过程中,有6个中子转变成质子 D.机场、车站等地进行安全检查时,能轻而易举地窥见箱内物品,利用了γ射线较强的穿透能力 答案 C 解析 卢瑟福提出原子的核式结构的依据是α粒子散射实验,A错误;
氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级要放出光子,能量减小,B错误;
分析可得铀经过8次α衰变和6次β衰变形成了稳定的铅,而β衰变的本质就是中子转变成质子时释放出电子的过程,故C正确;
机场、车站等地进行安全检查,利用的是X射线的穿透本领,D错误。

4.(多选)地球的年龄到底有多大,科学家利用天然放射性元素的衰变规律,通过对目前发现的最古老的岩石中铀和铅含量的测定,推算出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半。铀238衰变后形成铅206,铀238的相对含量随时间变化规律如图所示,图中N为铀238的原子数,N0为铀和铅的原子总数,由此可以判断出( ) A.铀238的半衰期为90亿年 B.地球的年龄大致为45亿年 C.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶4

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