131原子与原子核（玻尔模型与核反应）精讲精练-2022届高三物理一轮复习疑难突破微专题

131原子与原子核（玻尔模型与核反应） 一.必备知识 1．原子的核式结构 (1)电子的发现：英国物理学家J．J.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)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数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，极少数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：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。 2．光谱 (1)光谱 用棱镜或光栅可以把各种颜色的光按波长(频率)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 有些光谱是一条条的亮线，叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱，又叫原子的特征谱线。有的光谱是连在一起的光带，叫作连续谱。 (3)氢原子光谱的实验规律 1885年，巴耳末对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线作了分析，发现这些谱线的波长满足公式(n＝3,4，5，…)，R∞叫作里德伯常量，实验测得的值为R∞＝1.10×107 m－1。这个公式称为巴耳末公式，它确定的这一组谱线称为巴耳末系。 ＝R∞ 3．氢原子的能级跃迁 (1)玻尔理论 ①轨道量子化与定态：电子的轨道是量子化的。电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射。因此，原子的能量也只能取一系列特定的值，这些量子化的能量值叫作能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。 ②频率条件：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝En－Em(m＜n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)。 (2)氢原子的能级图 (3)电子动能变化规律 ①从公式上判断，电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即k，随r增大而减小。 ，所以Ekn＝＝m ②从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，故电子的动能减小。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，电子的动能增大。 (4)原子的电势能的变化规律 ①通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小。 ②利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判断，当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，原子的电势能减小。 (4). 对原子跃迁的频率条件hν＝En－Em的说明 ①原子跃迁的频率条件hν＝En－Em只适用于原子在各定态之间跃迁的情况。 ②当光子能量大于或等于13.6 eV(或|En|)时，也可以被处于基态(或n能级)的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态(或n能级)的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV(或|En|)时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。 ③原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发。由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E≥En－Em)，均可使原子发生能级跃迁。 (5)跃迁中两个易混问题 ①一群原子和一个原子 氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。 ②直接跃迁与间接跃迁 原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况下辐射(或吸收)光子的能量是不同的。直接跃迁时辐射(或吸收)光子的能量等于间接跃迁时辐射(或吸收)的所有光子的能量和。 4.天然放射现象 (1)放射性与放射性元素：物质发出射线的性质称为放射性。具有放射性的元素称为放射性元素。 (2)天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象，叫作天然放射现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核内部是有结构的。放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线。 (3)三种射线的比较 射线名称 比较项目 α射线 β射线 γ射线 组成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高 频电磁波) 电荷量 2e －e 0 质量 4mp 静止质量 为零 符号 He e γ 速度 可达c 接近c c 垂直进入电场或磁场的偏转情况 偏转 偏转 不偏转 穿透能力 最弱 较强 最强 对空气的 电离作用 很强 较弱 很弱 5．原子核的组成 (1)原子核由质子和中子组