第十三章 第 2 课时 原子、原子核-2023高考物理【直击双1流】一轮复习讲义

第 2 课时 　 原子、原子核 一、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,提出了原子的核式结构模型. (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,极少数 α 粒子的偏转角度超过了 90°,有的甚至被撞了回 来,如图所示. (3) 原子的核式结构模型及其局限性. ① 原子的核式结构模型:在原子的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 局限性:卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释 α 粒子散射实验现象,但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的 稳定性. 二、氢原子光谱 1. 光谱 (1) 定义 用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按照波长展开,获得光 的波长(频率) 和强度分布的记录,即光谱. (2) 分类 ① 发射光谱:物体直接发出的光通过分光后产生的光谱, 又可分为连续谱和线状谱. 由连续分布的一切波长的光组成的 光谱叫作连续谱,炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱都 是连续谱,如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光. 只含有一 些不连续的亮线的光谱叫作线状谱,如稀薄气体或金属的蒸气 的发射光谱. ② 吸收光谱:高温物体发出的白光通过温度较低的物质 时,某些波长的光被该物质吸收后产生的光谱. 连续光谱上有 若干条暗线,如太阳光经过地球大气层之后的光谱. 2. 氢原子光谱的实验规律 氢原子光谱是最早发现、研究的光谱线,这些光谱线可用 一个统一的公式表示: 1 λ = R( 1 22 - 1 n2 )(n = 3,4,5,…) . 3. 光谱分析 利用每种原子的特征光谱来鉴别物质的组成成分. 三、玻尔理论 (1) 量子数:各个能级的标号 1、2、3、…,用 n 表示. 能量最 低的状态,即 n = 1 的状态,叫作基态;除基态以外的其他定态, 都叫作激发态. 电子处于激发态时会自发地向较低能级跃迁, 经过一次或几次跃迁到基态. (2) 电子绕核运动的轨道是不连续的,轨道的半径公式为 rn = n2 r1(n = 1,2,3,…),其中 r1 为基态半径,又称玻尔半径, 其数值为 r1 = 0. 53 × 10 -10 m. (3) 原子只能处于一系列不连续的、稳定的能量状态(定 态),其总能量 En(包含动能和势能) 与基态总能量的关系为 En = 1 n2 E1(n = 1,2,3,…), 其中 E1 为基态能量, 其数值为 E1 = - 13. 6 eV. (4) 原子在两个定态之间跃迁时,将辐射(或吸收) 一定频 率的光子,光子的能量为 hν = | E初 - E末 | . (5) 原子跃迁的条件: ① 原子跃迁的条件 hν = Em - En 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. ② 当光子能量大于或等于 13. 6 eV 时,也可以被处于基态的 氢原子吸收,使氢原子电离;当处于基态的氢原子吸收的光子能 量大于 13. 6 eV 时,氢原子电离后,电子具有一定的初动能. ③ 原子还可以吸收外来实物粒子(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 = Em - En),均可使原子发生能级跃迁. 四、核反应的基本规律 1. 四种核反应的定义 (1) 衰变:原子核放出 α 粒子或 β 粒子,变成另一种原子核 的变化称为原子核的衰变. (2) 原子核的人工转变:用人工的方法使原子核在其他粒 子的轰击下产生新原子核的过程. (3) 裂变:一个质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击 而分裂成几个质量数较小的原子核的过程. (4) 聚变:两个轻核结合成质量较大的原子核的反应过程. 2. 核反应遵守的规律 (1) 电荷数守恒. (2) 质量数守恒. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 281　　　直击双 1流　高考物理 67 3. 四种核反应的分析比较 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α 衰变 自发 23892 U → 234 90 Th + 4 2 He β 衰变 自发 23490 Th → 234 91 Pa + 0 -1 e