第56讲 原子和原子核-【划重点】2024年高考物理一轮复习精细讲义

第56讲　原子和原子核 ——划重点之精细讲义系列 一．原子结构 1．原子的核式结构 (1)1909～1911年，英国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 ①实验装置：如下图所示；②实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角度大于90°，甚至被弹回． (3)核式结构模型：原子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全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转． 2．氢原子光谱 氢原子光谱线是最早被发现、研究的光谱线，这些光谱线可用一个统一的公式表示： ＝Rn＝3,4,5，… 3．玻尔的原子模型 (1)玻尔理论 ①轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是不连续的； ②定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态．因而具有不同的能量，即原子的能量是不连续的．这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，处于基态的原子是稳定的，不向外辐射能量； ③跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要放出或吸收一定频率的光子，光子的能量等于这两个状态的能量差，即hν＝Em－En. (2)几个概念 ①能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值； 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能量较高的状态； 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． (3)氢原子的能级和轨道半径 ①氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，r1＝0.53×10－10m； ②氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，E1＝－13.6 eV. 二．原子核 1．原子核的组成 (1)原子核由质子和中子组成，两者统称为核子． (2)原子核常用X表示，X为元素符号，上角标A表示核的质量数，下角标Z表示核的电荷数(原子序数)． (3)同位素是具有相同的质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置． 2．天然放射现象 (1)天然放射现象：某些元素自发放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称为放射性元素． (2)三种射线的本质：α射线是氦核，β射线是电子，γ射线是光子． 3．原子核的衰变 (1)衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变成新核的变化．可分为α衰变、β衰变，并伴随着γ射线放出． (2)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间． 4．放射性同位素的应用 (1)利用射线：放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等． (2)作示踪原子． 5．核反应、核力与核能 (1)核反应规律：在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒． (2)核力 ①概念：组成原子核的核子之间存在的作用力． ②核力特点 a．核力是强相互作用(强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多． b．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内． c．每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性． (3)质量亏损 ①爱因斯坦质能方程：E＝mc2. ②质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象． (4)结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量，或若干个核子在核力作用下结合成原子核时需要的能量． 6．核裂变和核聚变 (1)重核裂变 ①定义：使重核分裂成几个质量较小的原子核的核反应． ②铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，一种典型的反应是生成钡和氪，同时放出三个中子，核反应方程为：U＋n→Ba＋Kr＋3n. ③链式反应：由重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫做核裂变的链式反应． ④链式反应的条件：a.要有足够浓度的U；b.铀块体积需大于临界体积，或铀块质量大于临界质量． (2)轻核聚变 ①定义：两个轻核结合成较重的核，这样的核反应叫聚变． ②聚变发生的条件：使物体达到几百万度的高温． 考点一　氢原子能级及能级跃迁 1．对氢原子的能级图的理解 (1)氢原子的能级图(如下图)． (2)氢原子能级图的意义： ①能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态． ②横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4…”表示氢原子的能级． ③相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小． ④带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：hν＝Em－En. 2．关于能级跃迁的三点说明 (1)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，氢原子电离后，电子具有一定的初动能． (2)当