新高考物理一轮复习精讲精练第13章 近代物理 第2讲 原子和原子核（含解析）.doc

第二讲　原子和原子核Ø 知识梳理一、原子结构、光谱和能级跃迁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＝R∞(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。

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)氢原子的能级图重难点一、氢原子能级跃迁的理解1．对原子能级跃迁的频率条件hν＝En－Em的说明(1)原子能级跃迁的频率条件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，所以当入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E≥En－Em)，则原子可能发生能级跃迁2．跃迁中易混问题(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。

3．氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律(1)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＝m，所以Ekn＝，随r增大而减小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2)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，原子的电势能减小例1、关于α粒子散射实验的下述说法中正确的是(　　)A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°B．使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的排斥力使α粒子发生明显偏转，当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，实验事实肯定了汤姆孙的原子结构模型D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及全部质量【答案】A【解析】在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°，所以A正确；使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核，当α粒子接近核时，核的排斥力使α粒子发生明显偏转，电子对α粒子的影响忽略不计，所以B错误；实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，实验事实否定了汤姆孙的原子结构模型，所以C错误；实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及绝大部分质量，所以D错误．例2、氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当原子向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。

关于这些光，下列说法正确的是(　　)A．最容易发生衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D．用由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光去照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应【答案】D【解析】由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光，能量最小，波长最长，因此最容易发生衍射现象，故A错误；由能级差可知能量最小的光的频率最小，是由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的，故B错误；大量处于n＝4能级的氢原子能发射＝6种频率的光，故C错误；由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光的能量为ΔE＝－3.4 eV－(－13.6)eV＝10.2 eV，大于6.34 eV，能使金属铂发生光电效应，故D正确例3、(多选)根据玻尔的原子理论，下列说法正确的是(　　)A．氢原子的核外电子在能级越高的轨道，电子的动能越大B．氢原子的核外电子在能级越高的轨道，原子的能量越高C．一群氢原子处于n＝4的激发态，向低能级跃迁时最多可辐射出6种频率的光D．能级为E1的氢原子，吸收能量为E的光子后被电离，则电离时电子的动能为E－E1【答案】BC【解析】根据k＝m可知，氢原子的核外电子在能级越高的轨道，速度越小，则电子的动能越小，选项A错误；氢原子的核外电子在能级越高的轨道，原子的能量越高，选项B正确；一群氢原子处于n＝4的激发态，向低能级跃迁时最多可辐射出C＝6种频率的光，选项C正确；能级为E1的氢原子，吸收能量为E的光子后被电离，则电离时电子的动能为E＋E1，选项D错误。

l 课堂随练训练1、(多选)α粒子散射实验装置的示意图如图所示，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到的现象正确的是(　　)A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些C．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光D．放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少【答案】ABD　【解析】根据α粒子散射现象，绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子发生较大偏转，故少数α粒子偏转超过90°故A、B、D正确，C错误训练2、金属钠的逸出功为2.49 eV，氢原子的能级分布如图所示，一群氢原子处于n＝4的激发态，当它们向较低的能级跃迁时发出的光照射金属钠，能使金属钠逸出光电子的光子频率有(　　)A．1种 B．2种 C．3种 D．4种【答案】D【解析】根据数学组合公式C＝6可知，这群处于n＝4激发态的氢原子共能辐射出6种不同频率的光，由图可知，从n＝4到n＝3跃迁时放出光子的能量为0.66 eV，小于金属钠的逸出功，不能使金属钠逸出光电子，同理从n＝3到n＝2 跃迁时放出光子的能量为1.89 eV，小于金属钠的逸出功，不能使金属钠逸出光电子，所以能使金属钠逸出光电子的光子频率有4种，故D正确。

训练3、关于原子能级跃迁，下列说法正确的是(　　)A．处于n＝3能级的一个氢原子回到基态时可能会辐射三种频率的光子B．各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量(频率)不同，因此利用不同的气体可以制成五颜六色的霓虹灯C．氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，会辐射一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能减小D．已知氢原子从基态跃迁到某一激发态需要吸收的能量为12.09 eV，则动能等于12.09 eV的另一个氢原子与这个氢原子发生正碰，可以使这个原来静止并处于基态的氢原子跃迁到该激发态【答案】B【解析】处于n＝3能级的一个氢原子回到基态时可能会辐射一种频率的光子，或两种不同频率的光子；而处于n＝3能级的一群氢原子回到基态时可能会辐射三种频率的光子，故A错误根据玻尔理论，各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量(频率)不同，因此利用不同的气体可以制成五颜六色的霓虹灯，故B正确氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，会辐射一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能增大，故C错误要使原来静止并处于基态的氢原子吸收12.09 eV的能量从基态跃迁到某一激发态，根据两个氢原子碰撞时动量守恒，能量守恒，则必须使动能比12.09 eV大得足够多的另一个氢原子与这个氢原子发生正碰，故D错误。

二、原子核和原子核的衰变1．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－e0质量4mp静止质量为零符号Heeγ速度可达c接近cc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2．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)原子核常用符号X表示，X为元素符号，A表示核的质量数，Z表示核的电荷数3)原子核的电荷数＝核内的质子数＝元素的原子序数＝中性原子的核外电子数，原子核的质量数＝核内的核子数＝质子数＋中子数，质子和中子都为一个单位质量4)同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素，具有相同的化学性质3．放射性元素的衰变1.原子核的衰变(1)原子核自发地放出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。

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＋__0－1e注：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射线辐射3)两个重要的衰变①U→Th＋He；②Th→Pa＋e2.α衰变、β衰变和γ辐射的实质(1)α衰变：原子核中的两个中子和两个质子结合起来形成α粒子，并被释放出来2)β衰变：核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子发射到核外3)γ辐射：原子核的能量不能连续变化，存在着能级放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子因此，γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的3.半衰期放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间4.放射性的应用与防护(1)放射性同位素。