1、专题十六专题十六 原子物理原子物理2022-11-11主干知识整合主干知识整合专题十六专题十六 主干知识整合主干知识整合 一、原子模型与玻尔假设一、原子模型与玻尔假设1卢瑟福的核式结构模型卢瑟福的核式结构模型(1)粒子散射实验：用粒子散射实验：用粒子轰击金箔，绝大多数粒子轰击金箔，绝大多数粒子穿过粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数粒子发生了较大的偏粒子发生了较大的偏转转(2)卢瑟福核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫卢瑟福核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部原子核，原子的全部_和几乎全部和几乎全部_都集中在原子都集
2、中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动由核里，带负电的电子在核外空间运动由粒子散射实验的实验粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是数据还可以估算出原子核大小的数量级是1015 m.正电荷正电荷质量质量2022-11-12专题十六专题十六 主干知识整合主干知识整合 2玻尔模型玻尔模型(1)玻尔的三条假设玻尔的三条假设(量子化量子化)轨道量子化轨道量子化(不连续不连续)；能量量子化；能量量子化；原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量hEmEn.(2)关于能级跃迁关于能级跃迁公式公式hEmEn只适用于光子和原子作用而使原子在只适用于光子
3、和原子作用而使原子在各能级之间跃迁的情况，即原子只吸收能量值等于其某两个能各能级之间跃迁的情况，即原子只吸收能量值等于其某两个能级之差的光子；级之差的光子；若光子作用于原子使原子电离，则只需要入射光子能量若光子作用于原子使原子电离，则只需要入射光子能量大于或等于原子所处定态的电离能即可；大于或等于原子所处定态的电离能即可；2022-11-13专题十六专题十六 主干知识整合主干知识整合 对于实物粒子与原子作用而使原子激发的情况对于实物粒子与原子作用而使原子激发的情况(如高速电如高速电子流打击任何固体表面产生伦琴射线子流打击任何固体表面产生伦琴射线)，就不受上述第条的限，就不受上述第条的限制，即实
4、物粒子与原子碰撞时，由于实物粒子的动能可全部或制，即实物粒子与原子碰撞时，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两能级之差，都有可能使原子受激发而向高能级跃迁或发生某两能级之差，都有可能使原子受激发而向高能级跃迁或发生电离电离二、关于核反应与核能二、关于核反应与核能1天然放射现象天然放射现象(1)两种衰变：两种衰变：衰变、衰变、衰变衰变2022-11-14(2)三种放射线性质比较三种放射线性质比较专题十六专题十六 主干知识整合主干知识整合 种类本质质量(u)电荷(e)速度(c)电离能力 贯穿能力射
5、线氦核420.1最强最弱，纸能挡住射线电子10.99较强较强，穿透几毫米铝板射线光子001最弱最强，穿透几厘米铅板2022-11-15专题十六专题十六 主干知识整合主干知识整合 (3)半衰期：计算式半衰期：计算式NtN0(Nt表示表示t时刻没有发时刻没有发生衰变的原子核数量，生衰变的原子核数量，N0表示初始数量表示初始数量)；半衰期由核内部本身；半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的的因素决定，跟原子所处的_、_状态无关；半状态无关；半衰期是对大数量原子核而言的，对少量原子核不适用衰期是对大数量原子核而言的，对少量原子核不适用2各种核反应各种核反应(1)核反应类型：衰变核反应类型：衰变(自
6、发放出射线自发放出射线)、_、_、_.(2)所有核反应遵从的规律：质量数守恒所有核反应遵从的规律：质量数守恒(质量并不守恒质量并不守恒)、电荷数守恒、动量守恒电荷数守恒、动量守恒物理物理化学化学人工转变人工转变重核裂变重核裂变轻核聚变轻核聚变2022-11-16专题十六专题十六 主干知识整合主干知识整合 3核能核能(1)核反应中放出的能叫核能核反应中放出的能叫核能(2)核能源于核反应中的质量亏损核能源于核反应中的质量亏损(3)质能方程：爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之质能方程：爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是间存在着密切的联系，它们的关系是Emc
7、2；质能方程的另一个；质能方程的另一个表达形式是表达形式是Emc2.(4)爱因斯坦质能方程揭示了核反应中核能与质量变化的关系，爱因斯坦质能方程揭示了核反应中核能与质量变化的关系，把质量和能量统一了起来把质量和能量统一了起来2022-11-17要点热点探究要点热点探究专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究 探究点一关于能级跃迁问题探究点一关于能级跃迁问题能级跃迁问题是高考在本专题命题的热点，出题几率很大，能级跃迁问题是高考在本专题命题的热点，出题几率很大，对此类问题的分析首先要理解氢原子核外电子跃迁规律，然后对此类问题的分析首先要理解氢原子核外电子跃迁规律，然后能把跃迁理论迁移到其他原子跃迁
8、问题上，及时画出能级图是能把跃迁理论迁移到其他原子跃迁问题上，及时画出能级图是解题的关键解题的关键2022-11-18专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究例例1 1图图4 416161 1为氢原子的能级示意图，一群氢原子处为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于于n n3 3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光子照射逸出功为用这些光子照射逸出功为2.49 eV2.49 eV的金属钠，下列说法中正确的金属钠，下列说法中正确的是的是()2022-11-19专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究A这群氢原子能辐射出三种频率不同
9、的光，其中从这群氢原子能辐射出三种频率不同的光，其中从n3跃迁到跃迁到n2所发出的光波长最短所发出的光波长最短B这群氢原子在辐射光子的过程中电子绕核运动的动能这群氢原子在辐射光子的过程中电子绕核运动的动能减小，原子的电势能增大减小，原子的电势能增大C金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11.11 eVD金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9.60 eV【点拨点拨】本题涉及能级跃迁、光电效应，注意爱因斯坦本题涉及能级跃迁、光电效应，注意爱因斯坦光电效应方程的准确应用光电效应方程的准确应用2022-11-110专题十六
10、专题十六 要点热点探究要点热点探究例例1D【解析解析】氢原子从氢原子从n3跃迁到跃迁到n2时辐射的时辐射的光子能量最小，波长最大，选项光子能量最小，波长最大，选项A错误；氢原子能量包括核外错误；氢原子能量包括核外电子的动能和原子的电势能，氢原子从高能级到低能级，能量电子的动能和原子的电势能，氢原子从高能级到低能级，能量减小，电子从远轨道到近轨道，电子动能增大，所以原子的电减小，电子从远轨道到近轨道，电子动能增大，所以原子的电势能减小，选项势能减小，选项B错误；氢原子向低能级跃迁辐射光子能量最错误；氢原子向低能级跃迁辐射光子能量最大为大为hE3E112.09 eV，由，由EkhW9.60 eV，
11、选项，选项C错误、错误、D正确正确2022-11-111专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究【点评点评】关于能级跃迁需要熟练掌握的基本技能和规律关于能级跃迁需要熟练掌握的基本技能和规律主要有以下几点：能画出或读懂氢原子能级图或其他原子能主要有以下几点：能画出或读懂氢原子能级图或其他原子能级图；记住氢原子各能级值级图；记住氢原子各能级值(EnE113.6 eV)并准并准确计算能级跃迁过程中吸收或释放的能量；涉及吸收或放出确计算能级跃迁过程中吸收或释放的能量；涉及吸收或放出光子种类光子种类(或波长、频率或波长、频率)的分析的分析(N)；其他类氢原子结；其他类氢原子结构的跃迁问题以此类推构的跃
12、迁问题以此类推2022-11-112专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究如图如图4 416162 2所示为氢原子的能级图，一群处于所示为氢原子的能级图，一群处于某一能量状态的氢原子向低能态跃迁时最多可辐射某一能量状态的氢原子向低能态跃迁时最多可辐射3 3种不同频种不同频率的光子，则处于该能量状态的氢原子可以吸收下列哪些能率的光子，则处于该能量状态的氢原子可以吸收下列哪些能量的光子后被电离量的光子后被电离()A A10.2 eV10.2 eVB B0.85 eV0.85 eVC C0.66 eV0.66 eVD D3.4 eV3.4 eV2022-11-113专题十六专题十六 要点热点探究
13、要点热点探究例例1变式题变式题AD【解析解析】“最多可辐射最多可辐射3种不同频率种不同频率的光子的光子”表明原子处于表明原子处于n3的能量状态，只要被吸收光子的能的能量状态，只要被吸收光子的能量大于或等于量大于或等于1.51 eV，即可使氢原子电离，故，即可使氢原子电离，故A、D正确正确2022-11-114专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究 探究点二核反应与核能问题探究点二核反应与核能问题核反应与核能问题涉及考点较多，属于考点并列型小综合核反应与核能问题涉及考点较多，属于考点并列型小综合选择题主要围绕核反应类型、核反应方程、核能等考点命选择题主要围绕核反应类型、核反应方程、核能等考点
14、命题题2022-11-115专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究例例2 20112 2011年年3 3 月月11 11 日，日本近海发生了日，日本近海发生了9.0 9.0 级地震，引级地震，引发海啸与核泄漏危机，大量放射性物质外泄放射性物质铯发海啸与核泄漏危机，大量放射性物质外泄放射性物质铯(137Cs)(137Cs)和碘和碘(131I)(131I)进入大气，该地区水源、空气和生活环境进入大气，该地区水源、空气和生活环境受到放射性污染下列说法正确的是受到放射性污染下列说法正确的是()A A放射性物质需装入特制的容器，深埋地下或海底放射性物质需装入特制的容器，深埋地下或海底B B铀核裂变的
15、一种可能核反应是铀核裂变的一种可能核反应是C C放射性碘放射性碘(131I)(131I)发生的发生的衰变方程为衰变方程为D.D.裂变形式有多种，每种裂变产物不同且质量亏损也裂变形式有多种，每种裂变产物不同且质量亏损也不同，但释放的能量一定相同不同，但释放的能量一定相同2022-11-116专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究【点拨点拨】本题考查核反应与核能的分析本题考查核反应与核能的分析例例2AC【解析解析】核反应堆中的废料具有很强的放射核反应堆中的废料具有很强的放射性，放射性物质具有一定的穿透能力，采用能够阻止或吸收辐性，放射性物质具有一定的穿透能力，采用能够阻止或吸收辐射的物质作为容
16、器并深埋，可以减少或避免放射性物质对环境射的物质作为容器并深埋，可以减少或避免放射性物质对环境的污染，选项的污染，选项A正确；核反应满足质量数守恒、电荷数守恒，正确；核反应满足质量数守恒、电荷数守恒，可知选项可知选项B错误、错误、C正确；由爱因斯坦质能方程可知，质量亏损正确；由爱因斯坦质能方程可知，质量亏损不同则释放的核能也不相同，选项不同则释放的核能也不相同，选项D错误错误2022-11-117专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究【点评点评】关于核反应与核能问题需要熟练掌握的基本技关于核反应与核能问题需要熟练掌握的基本技能和规律主要有以下几点：能够判别各种核反应并正确书写能和规律主要有
17、以下几点：能够判别各种核反应并正确书写其核反应方程；能根据质量数守恒和电荷数守恒进行质量数其核反应方程；能根据质量数守恒和电荷数守恒进行质量数和电荷数的计算，以此推断反应前后某个未知元素；能准确和电荷数的计算，以此推断反应前后某个未知元素；能准确进行核能的计算进行核能的计算(方法一：通过爱因斯坦质能方程计算，注意统方法一：通过爱因斯坦质能方程计算，注意统一成国际单位；方法二：应用一成国际单位；方法二：应用1 u931.5 MeV计算；方法三：计算；方法三：通过能量转化与守恒定律求解通过能量转化与守恒定律求解)；能分析衰变过程涉及动量、；能分析衰变过程涉及动量、能量的综合题能量的综合题2022-
18、11-118专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究 全国卷全国卷 原子核经放射性衰变变为原原子核经放射性衰变变为原子核继而经放射性衰变变为原子核再经放射子核继而经放射性衰变变为原子核再经放射性衰变变为原子核放射性衰变、和依次为性衰变变为原子核放射性衰变、和依次为()A A衰变、衰变、衰变和衰变和衰变衰变B B衰变、衰变、衰变和衰变和衰变衰变C C衰变、衰变、衰变和衰变和衰变衰变D D衰变、衰变、衰变和衰变和衰变衰变2022-11-119专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究例例2变式题变式题A【解析解析】质量数少质量数少4，电荷数少，电荷数少2，说明为，说明为衰变；质子数衰变；质子数加
19、加1，说明为，说明为衰变，中子转化成质子；质衰变，中子转化成质子；质子数加子数加1，说明为，说明为衰变，中子转化成质子衰变，中子转化成质子2022-11-120专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究 探究点三光学与原子物理综合题探究点三光学与原子物理综合题原子通过能级跃迁吸收或释放光子，可以和几何光学、物原子通过能级跃迁吸收或释放光子，可以和几何光学、物理光学建立有机联系，是天然的命题结合点，在此出光学与原理光学建立有机联系，是天然的命题结合点，在此出光学与原子物理相综合的问题几率很大，在备考复习中应加大此类问题子物理相综合的问题几率很大，在备考复习中应加大此类问题的训练力度的训练力度20
20、22-11-121专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究例例3 3氢原子能级如图氢原子能级如图4 416163 3所示，氢原子发出的所示，氢原子发出的a a、b b两种频率的光用同一装置做双缝干涉实验，分别得到如图两种频率的光用同一装置做双缝干涉实验，分别得到如图4 416164 4甲、乙所示干涉图样若甲、乙所示干涉图样若a a光是由能级光是由能级n n5 5向向n n2 2跃迁时跃迁时发出的，则发出的，则b b光可能是光可能是()2022-11-122专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究A从能级从能级n3向向n2跃迁时发出的跃迁时发出的B从能级从能级n4向向n2跃迁时发出的跃迁时发
21、出的C从能级从能级n6向向n2跃迁时发出的跃迁时发出的D从能级从能级n6向向n3跃迁时发出的跃迁时发出的【点拨点拨】(1)双缝干涉条纹宽度的大小由哪些因素决定？双缝干涉条纹宽度的大小由哪些因素决定？(2)光的波长与光子能量间的关系如何？光的波长与光子能量间的关系如何？2022-11-123专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究例例3C【解析解析】由图样可知，乙图条纹间距小于甲由图样可知，乙图条纹间距小于甲图条纹间距，由图条纹间距，由x可知，可知，a光的波长较长，光的波长较长，b光的波长光的波长短，原子发生能级跃迁的过程中，短，原子发生能级跃迁的过程中，hEnE2，代入，代入数据可得数据可得
22、h2.86 eV，甲图中，甲图中n5，乙图中，乙图中n5，且，且h2.86 eV，故选项，故选项C正确正确【点评点评】量子理论是光学与原子物理相联系的理论基量子理论是光学与原子物理相联系的理论基础，而各种色光光学参量的比较规律础，而各种色光光学参量的比较规律(详见本书第详见本书第14讲例讲例3后后面的点评面的点评)则是解决光学与原子物理综合题的冲关秘诀则是解决光学与原子物理综合题的冲关秘诀2022-11-124专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究下面的叙述正确的是下面的叙述正确的是()A光电效应和康普顿效应证明光具有粒子性光电效应和康普顿效应证明光具有粒子性B衰变所释放的电子是原子核外的
23、电子电离形成的衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的C在在、这三种射线中，这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强射线的电离能力最强D重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外界放出核能界放出核能2022-11-125专题十六专题十六 要点热点探究要点热点探究例例3变式题变式题ACD【解析解析】光具有波粒二象性，光光具有波粒二象性，光电效应和康普顿效应证明光具有粒子性；电效应和康普顿效应证明光具有粒子性；衰变所释放的电子衰变所释放的电子是原子核中的中子转化为质子和电子而形成的；在是原子核中的中子转化为质子和电
24、子而形成的；在、这这三种射线中，三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最强的是带电射线的穿透能力最强，电离能力最强的是带电最多的最多的射线；重核的裂变和轻核的聚变过程都向外界放出核射线；重核的裂变和轻核的聚变过程都向外界放出核能，是因为都有质量亏损造成的能，是因为都有质量亏损造成的.2022-11-126专题十六专题十六 教师备用习题教师备用习题教师备用习题教师备用习题1.近段时间，朝鲜的近段时间，朝鲜的“核危机核危机”引起了全世界的瞩目，引起了全世界的瞩目，其焦点问题就是朝鲜核电站采用的是轻水堆还是重水堆因其焦点问题就是朝鲜核电站采用的是轻水堆还是重水堆因为重水堆核电站在发电的同时还可以产
25、生出供研制核为重水堆核电站在发电的同时还可以产生出供研制核2022-11-127专题十六专题十六 教师备用习题教师备用习题【解析解析】C元素元素Z为质子数，为质子数，A为质量数，中子为质量数，中子数数NAZ，可得的中子数比的中子数多，可得的中子数比的中子数多2，质子，质子数少数少2，选项，选项A、B均错误；衰变为的衰变次数有下均错误；衰变为的衰变次数有下列关系：由于列关系：由于衰变质量数不变，先求衰变质量数不变，先求衰变的次数衰变的次数N0，衰变的次数衰变的次数NZ2Z12N，解得：，解得：N2，选项，选项C正确、正确、D错误错误【备选理由备选理由】本题重点考查原子核的衰变规律，并结合本题重点
26、考查原子核的衰变规律，并结合在核电站项目中的应用让学生做到理论联系实际在核电站项目中的应用让学生做到理论联系实际2022-11-128专题十六专题十六 教师备用习题教师备用习题2太阳内部持续不断地发生着热核反应，太阳内部持续不断地发生着热核反应，质量减少核质量减少核反应方程是这个核反应释放出大量核反应方程是这个核反应释放出大量核能已知质子、氦核、能已知质子、氦核、X的质量分别为的质量分别为m1、m2、m3，真空中，真空中的光速为的光速为c.下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A方程中的方程中的X表示中子表示中子()B方程中的方程中的X表示电子表示电子()C这个核反应中质量亏损这个核反应中质
27、量亏损m4m1m2D这个核反应中释放的核能这个核反应中释放的核能E(4m1m22m3)c22022-11-129专题十六专题十六 教师备用习题教师备用习题【解析解析】D核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可知核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可知X表示正电子表示正电子()，选项，选项A、B均错；质量亏损均错；质量亏损m4m1m22m3，轻核聚变释放核能，轻核聚变释放核能E(4m1m22m3)c2，选项，选项C错误、错误、D正确正确【备选理由备选理由】本题重点考查核反应过程中的质量数守恒本题重点考查核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒，并要求学生能准确进行核能计算，尤其是质量和电荷数守恒，并要求学生能
28、准确进行核能计算，尤其是质量亏损量亏损量m的确定的确定2022-11-130专题十六专题十六 教师备用习题教师备用习题3下列关于核电站的说法中不正确的是下列关于核电站的说法中不正确的是()A.核反应过程中电荷数守恒核反应过程中电荷数守恒B.核反应过程中质量和质量数都发生了亏损核反应过程中质量和质量数都发生了亏损C.在核反应堆中利用控制棒吸收中子使中子的数目减少来在核反应堆中利用控制棒吸收中子使中子的数目减少来控制核裂变反应的速度控制核裂变反应的速度D.核电站的能量转换过程是：通过核反应堆将核能转化为核电站的能量转换过程是：通过核反应堆将核能转化为热能，再通过汽轮机将热能转化为机械能，最后通过发
29、电机将热能，再通过汽轮机将热能转化为机械能，最后通过发电机将机械能转化为电能机械能转化为电能2022-11-131专题十六专题十六 教师备用习题教师备用习题【解析解析】B核反应中遵守质量数守恒和电荷数守恒，核反应中遵守质量数守恒和电荷数守恒，但反应前后有质量亏损，从而释放核能，选项但反应前后有质量亏损，从而释放核能，选项A正确、正确、B错误；错误；选项选项C、D说法正确说法正确【备选理由备选理由】本题重点介绍核电站的工作原理、核反应本题重点介绍核电站的工作原理、核反应速度的控制、核能的利用过程等考点，通过一个选择题几乎涉速度的控制、核能的利用过程等考点，通过一个选择题几乎涉及了核电站的所有重要环节，有利于学生对该部分内容的巩及了核电站的所有重要环节，有利于学生对该部分内容的巩固固2022-11-132
